▶ サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス，インコーポレイティドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-05-24
(54)【発明の名称】イオン伝導性層およびその形成方法
(51)【国際特許分類】
H01B 1/06 20060101AFI20230517BHJP
C08J 9/30 20060101ALI20230517BHJP
H01M 10/0562 20100101ALI20230517BHJP
H01M 4/38 20060101ALI20230517BHJP
H01M 4/134 20100101ALI20230517BHJP
【ＦＩ】
H01B1/06 A
C08J9/30 CER
C08J9/30 CEZ
H01M10/0562
H01M4/38 Z
H01M4/134
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022563204
(86)(22)【出願日】2021-04-23
(85)【翻訳文提出日】2022-10-18
(86)【国際出願番号】 US2021028950
(87)【国際公開番号】W WO2021217075
(87)【国際公開日】2021-10-28
(31)【優先権主張番号】63/014,260
(32)【優先日】2020-04-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】593150863
【氏名又は名称】サン－ゴバン セラミックス アンド プラスティクス，インコーポレイティド
【氏名又は名称原語表記】ＳＡＩＮＴ－ＧＯＢＡＩＮ ＣＥＲＡＭＩＣＳ ＡＮＤ ＰＬＡＳＴＩＣＳ， ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】Ｏｎｅ Ｎｅｗ Ｂｏｎｄ Ｓｔｒｅｅｔ， Ｗｏｒｃｅｓｔｅｒ， ＭＡ ０１６１５， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ
(74)【代理人】
【識別番号】110003281
【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所
(74)【代理人】
【識別番号】110000855
【氏名又は名称】弁理士法人浅村特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】高木 裕登
(72)【発明者】
【氏名】リー、チュアンピン
(72)【発明者】
【氏名】ワン、ルオファン
(72)【発明者】
【氏名】マッガーン、マイケル
(72)【発明者】
【氏名】ウスペンスキー、ウラジミール
(72)【発明者】
【氏名】フラマンク、ジェレミー
【テーマコード（参考）】
4F074
5G301
5H029
5H050
【Ｆターム（参考）】
4F074AA36
4F074AA64
4F074AA91
4F074AA95
4F074AC13
4F074AC35
4F074AD11
4F074AG01
4F074AG02
4F074AG08
4F074BA39
4F074BB10
4F074CB52
4F074CC04Y
4F074CC06Y
4F074CC10X
4F074CC22X
4F074DA49
5G301CA16
5G301CD01
5H029AJ06
5H029AL12
5H029AM12
5H029EJ01
5H029EJ12
5H029HJ00
5H029HJ01
5H029HJ02
5H029HJ06
5H029HJ07
5H050AA12
5H050BA16
5H050BA17
5H050CA01
5H050CA08
5H050CA09
5H050CB03
5H050CB08
5H050CB12
5H050DA09
5H050DA13
5H050EA23
5H050HA00
5H050HA01
5H050HA02
5H050HA06
5H050HA07
(57)【要約】
固体イオン伝導性層は、発泡マトリックスと、吸湿性材料を含む電解質材料とを含むことができる。実施形態において、電解質材料は、ハロゲン化物系材料、硫化物系材料、又はそれらの任意の組合せを含むことができる。別の実施形態では、固体イオン伝導性層は、固体イオン伝導性層の総体積に対して少なくとも３０ｖｏｌ％の総空隙率を含むことができる。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ハロゲン化物系材料を含む電解質材料を含む発泡マトリックスを含む、固体イオン伝導性層。
【請求項2】
発泡マトリックスが有機材料を含み、有機材料の含有量が固体イオン伝導性層の総体積に対して０．５ｖｏｌ％以上、５０ｖｏｌ％以下である、請求項１に記載の固体イオン伝導性層。
【請求項3】
発泡マトリックスがシロキサンを含むポリマーを含む、請求項１に記載の固体イオン伝導性層。
【請求項4】
発泡マトリックス内に埋め込まれた白金を含む、請求項３記載の固体イオン伝導性層。
【請求項5】
発泡マトリックスがポリジメチルシロキサンを含む、請求項１に記載の固体イオン伝導性層。
【請求項6】
発泡マトリックスの全重量に対して、少なくとも１０ｐｐｍから最大１ｗｔ．％のＰｔを含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の固体イオン伝導性層。
【請求項7】
発泡マトリックスが、ポリマーを含む有機材料を含み、ポリマーが、最大１０のＨＬＢ数、最大２０％の反応性値、またはそれらの組み合わせを有する、請求項１に記載の固体イオン伝導性層。
【請求項8】
発泡マトリックスが、エポキシ、ポリウレタン、ポリ（エチレン）、ポリ（エチレンオキシド）、またはそれらの組み合わせを含むポリマーを含む有機材料を含む、請求項１、２、および７のいずれか１項に記載の固体イオン伝導性層。
【請求項9】
発泡マトリックスがポリ塩化ビニルを含む、請求項１、２、７のいずれか１項に記載の固体イオン伝導性層。
【請求項10】
固体イオン伝導性層の総体積に対して、３０ｖｏｌ％以上９５ｖｏｌ％以下の総空隙率を有する、請求項１～５のいずれか１項に記載の固体イオン伝導性層。
【請求項11】
発泡マトリックスが、少なくとも０．１ミクロンから最大５０ミクロンの平均孔径を有する細孔を含む空隙率を含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の固体イオン伝導性層。
【請求項12】
前記ハロゲン化物系材料は、式Ｍ３－δ（Ｍｅｋ＋）ｆＸ３－δ＋ｋ＊ｆで表され、－３≦δ＜３、０≦ｆ≦１、ｋはＭｅの原子価、２≦ｋ＜６、ＭはＬｉを含むアルカリ金属元素を含む、ＭｅはＭと異なる金属元素を含む、Ｘはハロゲンを含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の固体イオン伝導性層。
【請求項13】
電解質材料が、ハロゲン化物と複合化させたハロゲン化アンモニウムを含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の固体イオン伝導性層。
【請求項14】
ポリマーが、ビニル終端ポリジメチルシロキサン、ヒドリド官能性シロキサン、メチルヒドロシロキサン－ジメチルシロキサンコポリマー、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の固体イオン伝導性層。
【請求項15】
発泡マトリックス中に分散されたリチウム金属をさらに含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の固体イオン伝導性層。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
技術分野
以下、イオン伝導性層およびその形成方法、特に、固体イオン伝導性層およびその形成方法に関する。
以下、イオン伝導性層およびその形成方法、特に、固体イオン伝導性層およびその形成方法に関する。
【背景技術】
【0002】
関連技術の説明
固体リチウム電池は、リチウム金属負極の実現により、従来のリチウムイオン電池に比べてエネルギー密度が高く、充電時間が短く、安全性への懸念が少ないと期待されている。固体電解質は、リチウム金属負極の性能向上に役立つことが実証されている。
固体リチウム電池は、リチウム金属負極の実現により、従来のリチウムイオン電池に比べてエネルギー密度が高く、充電時間が短く、安全性への懸念が少ないと期待されている。固体電解質は、リチウム金属負極の性能向上に役立つことが実証されている。
【0003】
業界では、性能を向上させた固体電池の需要が続いている。
【図面の簡単な説明】
【0004】
図面の簡単な説明
本開示は、添付図面を参照することによって、よりよく理解され、その多数の特徴および利点が当業者に明らかにされ得る。
本開示は、添付図面を参照することによって、よりよく理解され、その多数の特徴および利点が当業者に明らかにされ得る。
【0005】
【0006】
当業者は、図中の要素は、単純化及び明確化のために図示されており、必ずしも縮尺通りに描かれていないことを理解する。例えば、図中のいくつかの要素の寸法は、本発明の実施形態の理解を向上させるために、他の要素に対して誇張され得る。異なる図面における同じ参照符号の使用は、類似または同一の項目を示す。
【発明を実施するための形態】
【0007】
好ましい実施形態の詳細な説明
図と組み合わせた以下の説明は、本明細書に開示される教示の理解を助けるために提供される。以下の議論は、本教示の特定の実装及び実施形態に焦点を当てる。この焦点は、教示を説明するのを助けるために提供され、教示の範囲または適用性を制限するものとして解釈されるべきではない。
図と組み合わせた以下の説明は、本明細書に開示される教示の理解を助けるために提供される。以下の議論は、本教示の特定の実装及び実施形態に焦点を当てる。この焦点は、教示を説明するのを助けるために提供され、教示の範囲または適用性を制限するものとして解釈されるべきではない。
【0008】
本明細書で使用される場合、用語「含む」、「含み」、「包含する」、「有する」、「有し」、またはそれらの他の変形は、非排他的な包含をカバーすることを意図している。例えば、特徴のリストを含むプロセス、方法、物品、または装置は、必ずしもそれらの特徴のみに限定されるわけではなく、明示的にリストされていない他の特徴またはそのようなプロセス、方法、物品、または装置に固有の特徴を含むことが可能である。さらに、明示的に反対を表明しない限り、「または」は包括的な「または」を指し、排他的な「または」を指さない。例えば、条件ＡまたはＢは、以下のいずれか１つによって満たされる。Ａは真（または存在）であり、Ｂは偽（または存在しない）、Ａは偽（または存在しない）であり、Ｂは真（または存在）、ＡおよびＢの両方が真（または存在）である。
【0009】
「１つ」または「１個」の使用は、本明細書に記載される要素および構成要素を説明するために採用される。これは、単に便宜上、および本発明の範囲の一般的な感覚を与えるために行われるものである。本明細書は、そうでないことが明らかでない限り、１つまたは少なくとも１つを含むように読まれるべきであり、単数形は複数形も含み、またはその逆もまた然りである。
【0010】
他に定義されない限り、本明細書で使用される全ての技術用語および科学用語は、この発明が属する技術分野における通常の技術者が一般的に理解するのと同じ意味を有する。材料、方法、および例は、例示に過ぎず、限定することを意図していない。
【0011】
本明細書の実施形態は、イオン伝導性材料を含む固体イオン伝導性層に関する。実施形態において、イオン伝導性材料は、電解質材料であってもよい。電解質材料は、吸湿性材料を含むことができる。特定の実施形態では、電解質材料は、固体リチウムイオン電池などの固体電池の用途に適したバルクイオン伝導度を有する硫化物系又はハロゲン化物系電解質材料を含むことができる。特定の実施形態において、固体イオン伝導性層は、電解質材料を含む発泡マトリックスなどの空隙率構造を含むことができる。実施形態において、イオン伝導性層は、負極又は正極活物質などの電子伝導性材料をさらに含む複合層とすることができる。さらなる実施形態において、イオン伝導性層は、電気化学デバイスの構成要素とすることができる。例えば、イオン伝導性層は、陽極、陰極、又はそれらのいかなる組み合わせを含む複合層に形成することができる。特定の実施形態では、電気化学デバイスは、固体リチウムイオン電池を含むことができる。
【0012】
実施形態は、さらに、固体イオン伝導性層を形成する方法に関する。この方法は、典型的には吸湿性であるハロゲン化物ベースまたは硫化物ベースの電解質材料を含む空隙率構造の形成を可能にすることができる。この方法は、さらに、固体電池の用途に適するように、制御された多孔性（空隙率）及び／又は固体イオン伝導性層の厚さを形成することを可能にし得る。
【0013】
実施形態において、固体イオン伝導性層は、電解質材料を含む発泡マトリックスを含むことができる。一態様では、電解質材料は、発泡マトリックスに埋め込むことができる。さらなる態様において、電解質材料は、吸湿性材料を含むことができる。例示的な吸湿性電解質材料は、ハロゲン化物系材料、硫化物系材料、またはそれらの任意の組合せを含むことができる。別の態様において、発泡マトリックスは、吸湿性電解質材料を含むことができる。
【0014】
一実施形態において、発泡マトリックスは、複合金属ハロゲン化物を含むハロゲン化物系電解質材料を含むことができる。ある態様において、複合金属ハロゲン化物は、Ｍ３－δ（Ｍｅｋ＋）ｆＸ３－δ＋ｋ＊ｆ（式Ｉ）で表すことができ、ここで、－３≦δ＜３；０≦ｆ≦１；ｋはＭｅの原子価；および２≦ｋ＜６である。特定の態様において、複合金属ハロゲン化物は、Ｍ３－δＭｅｋ＋Ｘ３－δ＋ｋ（式ＩＩ）で表すことができ、ここで、－０．９５≦δ≦０．９５である。
【0015】
Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｋ、またはそれらのいかなる組み合わせを含むアルカリ金属元素を含むことができる。Ｍｅは、２価の元素、３価の元素、４価の元素、５価の元素、６価の元素、またはこれらのいかなる組み合わせを含むことができる。Ｍｅが元素の組み合わせである場合、ｋは元素の合計原子価の平均値であり得る。例えば、Ｍｅが３価の元素をｘモル、４価の元素をｙモル含む場合、ｋ＝（３ｘ＋４ｙ）／（ｘ＋ｙ）である。Ｍｅが３価の元素と４価の元素を等モル量含む例では、ｋ＝３．５である。より特定の例では、ｋは３または４または５であってもよい。Ｘは、ハロゲンを含むことができる。例では、Ｘは、ハロゲンに加えて、アニオン基を含むことができる。そのようなアニオン基は、アミド（－ＮＨ２）、水酸化物（－ＯＨ）、－ＢＦ４、－ＢＨ４（水素化ホウ素）、またはそれらの組み合わせを含むことができる。アニオン基は、不純物またはドーパントとして含まれることができる。特定の例では、Ｘは、１つ以上のハロゲン、または１つ以上のハロゲンとアニオン基の組合せを含むことができる。
【0016】
特定の例では、ＭはＬｉを含むことができる。ある例では、Ｍは、Ｌｉおよび別のアルカリ金属元素を含むことができる。別の例では、Ｍは、Ｌｉを含むことができる。別の例では、Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｃｓ、Ｒｂ、及びＫのうちの少なくとも１つから成ることができる。特定の例では、Ｍは、Ｌｉ、並びにＣｓ及びＮａのうちの少なくとも１つから成ることができる。
【0017】
Ｍｅのさらなる例は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、及び／又はＢａなどのアルカリ土類元素、Ｚｎなどの第１２族元素、又はそれらの任意の組合せを含むことができる。本開示で指摘された元素群に関して、２０１８年１２月１日に公開されたＩＵＰＡＣ元素周期表を参照する。
【0018】
別の例では、Ｍｅは、１つ以上の３価の元素を含むことができる。例えば、Ｍｅは、Ｉｎ及び／又はＡｌなどの１３族元素、３族元素、Ｓｃ、Ｙ、及び／又はランタノイドなどの希土類元素、又はそれらの任意の組合せを含むことが可能である。さらに別の例では、Ｍｅは、４族元素（すなわち、Ｚｒおよび／またはＨｆ）などの１つまたは複数の４価の元素、Ｓｎ、５族元素（すなわち、Ｎｂ、および／またはＴａ）などの１つまたは複数の５価の元素、Ｂｉ、またはこれらのいかなる組み合わせを含むことが可能である。特定の例では、Ｍｅは、Ｙ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｌｕ、またはそれらのいかなる組み合わせなどの、希土類元素を含むことが可能である。
【0019】
特定の態様において、ハロゲン化物系材料は、（Ｌｉ１－ｄＮａｄ）Ｌｉ２ＲＥＸ６（式ＩＩＩ）を含むことができ、ここで、ＲＥは１以上の希土類元素であり、０≦ｄ＜１である。ＲＥの特定の例は、Ｙ、Ｇｄ、Ｅｒ、またはそれらの組み合わせを含むことができる。例えば、ＲＥはＹを含むことができ、別の特定の例では、ＲＥはＹと少なくとも１つの他の希土類元素を含むことができる。
【0020】
別の特定の態様において、ハロゲン化物系材料は、Ｌｉ３ＹＺＲＥ１－ＺＸ６（式ＩＶ）を含んでもよく、ここで、０＜Ｚ≦１、ＲＥはＹ以外の１つまたは複数の希土類元素である。
【0021】
ハロゲン化物系電解質材料の特定の例としては、Li3YBr6, Li3YCl6, Li3(Al, Ga, In)X6, (Li0.5,Na0.5)2LiYCl6, Li3YBr6, Li2.5Y0.5Zr0.5Cl6, Li3Y0.95Sm0.05Br3Cl3, Li3Y0.9Sm0.1Br3Cl3, Li3YBr3Cl3, Li3Y0.9Er0.1Br3Cl3, Li3Y0.9Lu0.1Br3Cl3, Li3Y0.9Tb0.1Br3Cl3, Li3Y0.95Bi0.05Br6, Li3Y0.9Dy0.1Br3Cl3, Li3Y0.9Eu0.1Br3Cl3, Li3.1Y0.9Ba0.1Br6, Li2.8Y0.9Ta0.1Br2Cl2I2, Li3.2Y0.9Sr0.2Br6, LiCsCl2, Li3YCl3Br3など、またはそのいかなる組み合わせが挙げられる。
【0022】
別の特定の態様において、ハロゲン化物系電解質材料は、ＮＨ４Ｃｌ、ＮＨ４Ｂｒ、またはそれらの組み合わせなどのハロゲン化アンモニウムを含むことができる。特定の態様において、ハロゲン化アンモニウムは、複合金属ハロゲン化物中に存在するドーパントまたは不純物であってもよい。
【0023】
別の実施形態では、吸湿性材料は、反ペロブスカイト結晶構造を有するハロゲン化リチウム、オキシハロゲン化リチウム、ハロゲン化水酸化リチウム、またはそれらの組合せを含むことができる。例えば、吸湿性材料は、Ｌｉ３－ｘＭｘ／２ＯＡ１－ｚＡ’ｚ、ここでＡおよびＡ’はＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、またはＩなどのＡサイトハロゲンである。特定の例は、Li3OCl, Li3OBr, Li3O(Cl, Br) (例えば、Li3OCl0.5Br0.5), Li2OHX (例えば、Li2OHCl 及び Li2OHBr)等を挙げることができる。
【0024】
別の態様では、電解質材料は、硫化物系材料を含むことができる。硫化物系材料は、非晶質相、結晶相、またはそれらの任意の組合せを含むことができる。硫化物系材料の特定の例としては、下記のものを含むことができるが、それらに限定されない：xLi2S-yP2S5 (LPS), 例えば 0.67Li2S-0.33P2S5, 80Li2S-20P2S5, 75Li2S-25P2S5, 70Li2S-30P2S5, など, Li2S-X, ここで、Xは下記の少なくとも１つの硫化物を指す：SiS2, GeS2, 及び B2S3, 例えば 0.50Li2S-0.50GeS2, LiI-Li2S-SiS2, 例えば 0.40LiI-0.36Li2S-0.24SiS2 など, 0.05Li4SiO4-0.57Li2S-0.38SiS2, Li3PO4-Li2S-SiS2, 例えば 0.01Li3PO4-0.63Li2S-0.36SiS2など, LiI-Li2S-B2S3, 例えば 0.44LiI-0.30Li2S-0.26B2S3 など, LiI-Li2S-P2S5, 例えば 0.45LiI-0.37Li2S-0.18P2S5 など, a-Li3PS4, LGPS (例えば, Li10GeP2S12), LPSCl (例えば, Li6PS5Cl), LPSBr (例えば, Li6PS5Br), LSPSCl (例えば, Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3), Li10.35[Sn0.27Si1.08]P1.65S12またはそれらの任意の組合せ。
【0025】
別の実施形態では、電解質材料は、固体イオン伝導性材料の改良された性能の形成を促進することができる特定のバルクイオン伝導度を有することができる。一態様において、電解質材料は、少なくとも０．１ｍＳ／ｃｍ、０．５ｍＳ／ｃｍ、１ｍＳ／ｃｍ、少なくとも１．５ｍＳ／ｃｍ、または少なくとも２ｍＳ／ｃｍのバルクイオン伝導度を有することができる。別の態様では、電解質材料は、バルクイオン伝導度が、最大５０ｍＳ／ｃｍ、最大４５ｍＳ／ｃｍ、最大４０ｍＳ／ｃｍ、最大４０ｍＳ／ｃｍ，最大３５ｍＳ／ｃｍ、最大３０ｍＳ／ｃｍ、最大２９ｍＳ／ｃｍ、最大２５ｍＳ／ｃｍ、最大２０ｍＳ／ｃｍ、最大１５ｍＳ／ｃｍ、最大１０ｍＳ／ｃｍ、最大５ｍＳ／ｃｍ、最大３ｍＳ／ｃｍ、２ｍＳ／ｃｍ、または１ｍＳ／ｃｍの範囲である。さらに、電解質材料は、本明細書に記された最小値及び最大値のいずれかを含む範囲内のバルクイオン伝導度を有することができる。本明細書に記載されるように、バルクイオン伝導度は、２３℃で測定される。
【0026】
さらなる実施形態において、固体イオン伝導性層は、固体イオン伝導性層の改善された形成及び特性及び／又は性能を容易にすることができる電解質材料の特定の含有量を含むことができる。一態様では、固体イオン伝導性層は、固体イオン伝導性層の総体積に対して少なくとも５ｖｏｌ％の電解質材料、例えば、イオン伝導性層の総体積に対して少なくとも７ｖｏｌ％、少なくとも９ｖｏｌ％、少なくとも１０ｖｏｌ％、少なくとも１２ｖｏｌ％、少なくとも１５ｖｏｌ％、少なくとも１７ｖｏｌ％、少なくとも１９ｖｏｌ％、少なくとも２０ｖｏｌ％、少なくとも２５ｖｏｌ％、少なくとも２７ｖｏｌ％、又は少なくとも３０ｖｏｌ％を含むことができる。別の態様では、固体イオン伝導性層は、固体イオン伝導性層の総体積に対して、電解質材料の最大７０ｖｏｌ％、例えば、最大６８ｖｏｌ％、最大６５ｖｏｌ％、最大６０ｖｏｌ％、最大５８ｖｏｌ％、最大５５ｖｏｌ％、最大５０ｖｏｌ％を含むことができる。固体イオン伝導性層の総体積に対して、最大４８ｖｏｌ％、最大４５ｖｏｌ％、最大４２ｖｏｌ％、最大４０ｖｏｌ％、最大３８ｖｏｌ％、最大３５ｖｏｌ％、最大３０ｖｏｌ％、最大２８ｖｏｌ％、最大２５ｖｏｌ％、最大２０ｖｏｌ％、最大１５ｖｏｌ％、最大１０ｖｏｌ％、または最大５ｖｏｌ％である。別の態様では、電解質材料は、本明細書で指摘した最小及び最大のパーセントのいずれかを含む範囲の含有量であり得る。例えば、固体イオン伝導性層は、固体イオン伝導性層の総体積に対して、２０ｖｏｌ％～４０ｖｏｌ％の電解質材料を含むことができる。
【0027】
実施形態において、固体イオン伝導性層は、固体イオン伝導性層の改善された形成及び改善された性能を容易にすることができる有機材料を含むことができる。例えば、有機材料は、改善された特性を有する固体イオン伝導性層の形成を促進することができる。特性は、細孔特性、厚さ、イオン伝導度、電極活物質の濡れ性、化学的及び物理的適合性、柔軟性、化学的安定性、電気化学的安定性、機械的強度、弾性、可塑性、柔らかさ、又はそれらの任意の組合せを含むことができる。例示的な細孔特性は、空隙率、平均細孔径、細孔形状、細孔配向、アスペクト比、細孔径分布、表面積、またはそれらの任意の組合せを含み得る。
【0028】
ある態様において、有機材料は、イオン伝導性層の形成過程、固体イオン伝導性層が適用される操作条件、またはその両方において、電解質材料に対する反応性が最小限または皆無であってもよい。例えば、固体イオン伝導性材料を形成する過程において、有機材料は、電解質材料の組成、イオン伝導度、電子伝導度、電気化学的安定性、またはその両方にほとんど悪影響を及ぼさないようにしてもよい。
【0029】
特定の態様において、有機材料は、固体イオン伝導性層の改善された形成及び改善された特性を促進することができる特定の反応性値を有することができる。一例では、有機材料は、最大１８％、最大１５％、最大１２％、又は最大１０％など、最大２０％又は２０％未満の反応性値を有することができる。さらなる例では、有機材料は、最大９％、最大８％、最大７％、最大６％、最大５％、最大４％、最大３％、または最大２％のような、１０％未満の反応度値を有することができる。別の例では、有機材料は、少なくとも０．０１％、少なくとも０．１％、少なくとも０．２％、少なくとも０．３％、少なくとも０．５％、少なくとも０．８％、または少なくとも１％のように、０％または０％を超える反応度数を有することが可能である。さらに、反応性値は、本明細書に記された最小及び最大パーセンテージのいずれかを含む範囲とすることができる。例えば、有機材料は、最大で２％までの反応度値を有することができる。特定の実施態様において、有機材料は、Ｌｉ３ＹＢｒ６を含むハロゲン化物系材料、または層状結晶構造、より詳細には単斜晶系結晶構造などのＬｉ３ＹＢｒ６と同様の結晶構造を含むハロゲン化物系材料に対して２０％未満の反応性値を有することが可能である。別の特定の実施態様では、有機材料は、Ｌｉ３ＹＣｌ６を含むハロゲン化物系材料、またはＬｉ３ＹＣｌ６と同様の結晶構造、例えば六方晶系または三角晶系の結晶構造を含むハロゲン化物系材料に対して１０％未満の反応度を有することができる。
【0030】
反応性値は、以下のように決定することができる。イオン伝導性材料に対する有機材料の反応性値は、固体のイオン伝導性材料と有機材料とを１０：９０の重量％比で混合し、混合物を不活性雰囲気中で１００℃以下、例えば２０℃～６０℃に少なくとも１２時間、最大２４時間保つことによって試験することができる。Ｘ線回折分析を行い、イオン伝導性材料の特徴的なピークの変化や、試験前後での他のピークの変化など、ＸＲＤパターンの変化を検出することができる。例えば、変化としては、特性ピークの消失、特性ピークの強度の変化、固体イオン伝導性材料の特定の不純物や分解・分解生成物の特性ピークの強度の変化、またはそれらの組み合わせなどを挙げることができる。
【0031】
有機材料の反応性値は、以下のように試験して決定することができる。有機材料とイオン伝導性材料は、イオン伝導性材料と有機材料の合計重量に対して、イオン伝導性材料の各々が３０重量％であり、ポリマーが７０重量％である、７０：３０の重量％比で混合することができる。また、固体イオン伝導性層の形成に有機材料の無機触媒を利用し、触媒と有機材料の混合物の反応性値を試験するために、有機材料の代わりに触媒と有機材料の混合物を利用しても良い。この混合物は、ＸＲＤ分析を行うために、カプトンフィルム窓付きの気密性の高いサンプルホルダーに封入することができる。試験全体は、Ｈ２Ｏ含有量＜１ｐｐｍの乾燥環境で行うことができる。ＸＲＤ分析は、Ｘ線回折装置を用いて、２５～８０度２シータ、７．５℃のステップサイズおよび１２０秒率のステップ継続時間で実施することができる。
【0032】
有機材料の反応度は、乾燥固体材料のＸＲＤパターンに基づいて、ＲＶ＝［Ｂ／Ａ］×１００％の式で求めることができ、ここで、Ａは固体イオン伝導性材料の特性ピークの強度を示し、Ｂは固体イオン伝導性材料の代表分解生成物の特性ピークの強度を示している。代表的な分解生成物は、リチウムとイオン伝導性材料の主要アニオン原子を含む２元系であってもよい。例えば、ハロゲン化リチウムは、本明細書の実施形態に係るハロゲン化物系材料の代表的な分解生成物とすることができる。したがって、Ａをハロゲン化物系材料の特性ピークとすることができ、Ｂをハロゲン化リチウムの特性ピークとすることができる。図１８を参照すると、ＡおよびＢは、Ｌｉ３ＹＢｒ６を用いた有機材料の反応性値を試験するためのＸＲＤパターンを、元のＬｉ３ＹＢｒ６のＸＲＤパターンと比較して示す。Ｌｉ３ＹＢｒ６の特性ＸＲＤピークは通常３１度～３２．２度の２シータ間で現れ、ＬｉＢｒの特性ピークが２７．９～２８．５度２の間で現れている。Ｌｉ３ＹＣｌ６の特性ピークは４０．５度から４１．５度の２シータ間、ＬｉＣｌは３４．５度から３５．５度の２シータ間にある。有機材料とイオン伝導性材料の混合物のＸＲＤパターンがイオン伝導性材料の特性ピークを含まない場合、有機材料の反応性値は不定と判定することができる。
【0033】
場合によっては、元のイオン伝導性材料のＸＲＤパターンは、代表的な分解生成物の特徴的なピークを含んでいてもよい。例えば、ハロゲン化物系材料は、不純物としてハロゲン化リチウムを含んでいてもよい。そのような場合、元のイオン伝導性材料のＸＲＤパターンを参照して、ＲＩＯを決定してもよい。ここで、ＲＩＯ＝［ｂ／ａ］×１００％、ｂは分解生成物の特性ピークの強度、ａはイオン伝導性材料の特性ピークの強度を示す。有機材料の反応性値（ＲＶ）は、ＲＶ＝ＲＩＤＳ－ＲＩＯ、式中、ＲＩＤＳ＝［Ｂ／Ａ］×１００％、Ｂは混合物中の分解生成物の特性ピークの強度、Ａは混合物中のイオン伝導性物質の特性ピークの強度で求めることができる。
【0034】
ある態様において、有機材料は、固体イオン伝導性層の改善された形成及び改善された特性を促進し得る特定の水分吸収率（以下「ＭＡＲ」と称する）を有することができる。一例では、有機材料は、最大１．０ｗｔ．％、例えば最大０．８ｗｔ．％、最大０．５ｗｔ．％、最大０．３ｗｔ．％、又は最大０．１ｗｔ．％などのＭＡＲを有することができる。別の例では、有機材料は０ｗｔ．％、少なくとも０．０１ｗｔ．％、または少なくとも０．０３ｗｔ．％のＭＡＲを有することができる。さらなる例では、有機材料は、本明細書に記された最小及び最大パーセントのいずれかを含む範囲内のＭＡＲを有することができる。例えば、有機材料は、最大０．３ｗｔ．％のＭＡＲを有することができる。
【0035】
ＭＡＲは、以下のように試験して決定することができる。所定の寸法を有する有機材料の試験片を蒸留水中に置くか、または２３℃もしくは１００℃の湿った空気（すなわち、相対湿度５０％）に２４時間曝すことができる。吸湿率は、式、ＭＡＲ＝［（ＷＡＥ－ＷＢＥ）／ＷＢＥ］×１００％で求めることができ、ここで、ＷＢＥは乾燥した試料の重量、ＷＡＥは水または湿度の高い空気にさらす前の試料の重量とする。試料をオーブンで乾燥させた後、デシケーターに入れて冷却することができる。ＢＥまた、ＡＳＴＭ Ｄ５７０ や ＩＳＯ ６２に従ってＭＡＲを測定することもできる。
【0036】
ある態様において、有機材料は、疎水性部分、親油性部分、又はそれらの組み合わせを有することができる。特定の態様において、有機材料は、固体イオン伝導性層の改善された形成及び改善された特性を促進することができる特定の親水性－親油性バランス（以下「ＨＬＢ」と称する）値を有することができる。一例において、有機材料は、最大１０、例えば最大９．６、最大９、最大８．８、最大８．２、最大７．６、最大７．３、最大７、最大６．６、最大６、最大５．６、最大５、最大４．８、最大４．２、最大４、最大３．８、最大３．３、最大３、最大２．６、最大２．２、最大２、最大１．５、最大１、最大０．５、または最大０．１別の例では、有機材料は０以上のＨＬＢ値、例えば少なくとも０．００１、少なくとも０．００５、少なくとも０．０１、少なくとも０．０５、少なくとも０．０８または少なくとも０．１などを持つことができる。さらなる例では、有機材料は、本明細書に記された最小値および最大値のいずれかを含む範囲内のＨＬＢ値を有することができる。例えば、有機材料は、最大４までのＨＬＢを有することができる。
【0037】
ＨＬＢ値は、式、ＨＬＢ＝２０×Ｍｈ／Ｍを使用してＧｒｉｆｆｉｎの数学的方法に従って決定することができ、ここでＭｈは有機材料の親水性部分の分子質量であり、Ｍは有機材料全体の分子質量である。理解を助けるために、０から２０のＨＬＢの例示的な尺度を用いると、ＨＬＢ値０は完全に親油性／疎水性の分子に対応し、値２０は完全に親水性／疎水性の分子に対応することができる。
【0038】
例示的な親水性基としては、Ｎ（第３級アミン）、－ＣＯＯＨ（カルボキシル）、－Ｏ－（エーテル）、－ＯＨ（ヒドロキシル）、－ＣＯＯ－（エステル）、Ｃ＝Ｏ（カルボニル）、またはそれらの任意の組合せが挙げられ得る。例示的な親油性基としては、－Ｃ≡Ｎ（ニトリル）、－ＣＨ３（メチル）、＝ＣＨ２（メチレン）、－ＣＨ２－、－ＣＨ＝、－Ｃ６Ｈ５（フェニル基）、－Ｆ（フルオロ基）、－Ｃｌ（クロロ基）、またはこれらのいかなる組み合わせが挙げられ得る。
【0039】
実施形態では、有機材料は、固体イオン伝導性層の改善された形成、特性、及び／又は性能を促進することができる特定の誘電率を有することができる。一態様において、有機材料は、最大３５、例えば最大３３、最大３１、最大２９、最大２６、最大２３、最大２０、最大１９、最大１７、最大１５、最大１３、最大１２、最大１１、最大１０などの誘電率を有することができる。別の態様では、有機材料は、少なくとも１、少なくとも２、少なくとも３、少なくとも４、または少なくとも５のような、少なくとも０．５の誘電率を有してよい。さらに、有機材料は、本明細書で指摘した最小値及び最大値のいずれかを含む範囲の誘電率を含んでもよい。
【0040】
特定の実施形態では、有機材料は、特定のＨＬＢ値、特定の反応性値、特定の誘電率、またはそれらのいかなる組み合わせを含んでもよい。一態様では、有機材料は、０というＨＬＢ値、最大２０％という反応性値、最大３５という誘電率、またはそれらのいかなる組み合わせを有する溶媒材料を含んでもよい。特定の態様において、有機材料は、０というＨＬＢ値、２０％未満という反応性値、および最大でも１２という誘電率を含む溶媒を含んでもよい。有機溶媒のより具体的な例は、ヘプタン、シクロヘキサン、ジブロモメタン、ジクロロメタン、１，２－ジクロロエタン、またはそれらの任意の組合せを含むことができる。
【0041】
さらなる態様において、有機材料は、特定のＨＬＢ値、特定の反応性値、又はそれらのいかなる組み合わせを含むバインダー材料を含んでもよい。例えば、有機バインダー材料は、１０未満のＨＬＢ値及び２０％未満の反応性値を含んでもよい。別の例では、有機バインダー材料は、１０未満のＨＬＢ値および１０％未満の反応性値を含んでもよい。有機バインダーのより具体的な例としては、水素化ニトリルブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、ポリイソブチレン、ポリ（フッ化ビニリデン）、ポリ（アクリロニトリル）、パラフィンワックス、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ（エチレンオキシド）、ポリビニルピロリドン、ポリ（メタクリル酸メチル）またはそれらの任意の組合せを含むことができる。
【0042】
ある態様において、有機材料は、熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリマー、またはそれらのいかなる組み合わせなどのポリマーを含むことができる。
【0043】
有機材料の例としては、パラフィンワックス、ポリイソブチレン、ポリビニルピロリドン、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリエチレングリコール、カンフェン、尿素、ポリ（アクリロニトリル）の１つ以上を含むことができる。ポリエチレンカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリ（エチレンオキシド）、ポリ（プロピレンオキシド）、ポリ（フッ化ビニリデン）、ポリ（ジメチルシロキサン）、ポリ［ビス（メトキシエトキシエトキシド）－フォスファゼン］、ポリプロピレングリコール、ポリカプロラクトン。およびポリ（トリメチレンカーボネート）、ポリ（アクリル酸メチル）、ポリ（フッ化ビニリデン）－コ－ヘキサフルオロプロピレン、ポリ（アクリロニトリル－コ－ブタジエン）、ポリ（スチレンブタジエン－スチレン）、スチレン－エチレン－ブチレン－スチレンなどがある。スチレンブタジエンゴム、水素化ニトリルブタジエンゴム、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリ（エチレンオキシド）、ポリスチレン、ポリウレタン、またはこれらのいかなる組み合わせである。
【0044】
別の例では、有機材料は、ポリ（プロピレンオキシド）、ポリ（フッ化ビニリデン）、ポリ（ジメチルシロキサン）、ポリ［ビス（メトキシエトキシ）－ホスファゼン］、ポリプロピレングリコール、ポリカプロラクトン、及びポリ（トリメチレンカーボネイト）、ポリ（メチルアクリレート）を含む群から選ばれる１又は複数のポリマーを含みうる。ポリ（フッ化ビニリデン）－コ－ヘキサフルオロプロピレン、ポリ（アクリロニトリル－コ－ブタジエン）、ポリ（スチレン－ブタジエン－スチレン）、スチレン－エチレン－ブチレン－スチレン、水素化ニトリルブタジエンゴム、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリ（エチレンオキシド）、ポリスチレン、スチレンブタジエンゴムおよびポリウレタンなどである。
【0045】
特定の例では、有機材料は、ポリウレタン、エポキシ、またはそれらの組み合わせを含むポリマーで構成することができる。別の特定の例では、有機材料は、シロキサンを含むポリマーを含むことができる。別の特定の例では、固体イオン伝導性層は、ポリシロキサンを含むことができる。例えば、固体イオン伝導性層は、シリコーン系ポリマーを含むことができる。別の例では、固体イオン伝導性層は、シリコーンを含む発泡マトリックスを含むことができる。
【0046】
実施形態において、イオン伝導性層は、イオン伝導性層の改善された形成及び性能を促進することができる有機材料の特定の含有量を含むことができる。例えば、イオン伝導性層は、イオン伝導性層の総体積に対して少なくとも１ｖｏｌ％の有機材料、例えば、少なくとも２ｖｏｌ％、少なくとも３ｖｏｌ％、少なくとも４ｖｏｌ％、少なくとも５ｖｏｌ％、少なくとも１０ｖｏｌ％、少なくとも１５ｖｏｌ％、少なくとも２０ｖｏｌ％、少なくとも２５ｖｏｌ％、少なくとも３０ｖｏｌ％、又は少なくとも３５ｖｏｌ％、を含むことができる。別の例では、イオン伝導性層は、イオン伝導性層の総体積に対して最大５０ｖｏｌ％の有機材料を含んでもよく、例えば、イオン伝導性層の総体積に対して最大４８ｖｏｌ％、最大４５ｖｏｌ％、最大４０ｖｏｌ％、最大３６ｖｏｌ％、最大３０ｖｏｌ％、最大２５ｖｏｌ％、最大２０ｖｏｌ％、最大１５ｖｏｌ％、最大１０ｖｏｌ％、最大８ｖｏｌ％、最大７ｖｏｌ％、最大６ｖｏｌ％、又は最大５ｖｏｌ％であってよい。さらに、有機材料の含有量は、本明細書で指摘した最小及び最大の割合のいずれかを含む範囲であってもよい。例えば、イオン伝導性層は、イオン伝導性層の総体積に対して、少なくとも５ｖｏｌ％、最大でも１５ｖｏｌ％の有機材料を含むことができる。
【0047】
さらなる実施形態では、イオン伝導性層は、電解質材料の含有量と有機材料の含有量との特定の比率を含むことができる。一態様において、イオン伝導性層は、ＶＥ：ＶＯの比率を含むことができ、ＶＯは、固体イオン伝導性層の総体積に対する有機材料の体積％であり、ＶＥは、固体イオン伝導性層の総体積に対する電解質材料の体積％である。一例では、ＶＥ：ＶＯの比は、少なくとも０．５、少なくとも１、少なくとも１．２、少なくとも１．５、少なくとも２、少なくとも２．５、または少なくとも３であることができる。別の例では、ＶＥ：ＶＯの比は、最大１５、最大１２、最大１０、最大９、最大８、最大７、最大６、最大５、最大４、最大３、または最大２であり得る。例えば、ＶＥ：ＶＯは少なくとも２．５かつ最大１２であることが可能である。さらなる例では、ＶＥ：ＶＯの比率は、本明細書で指摘した最小値および最大値のいずれかを含む範囲にすることができる。
【0048】
特定の実施形態では、固体イオン伝導性層は、発泡システムの反応生成物であり得るポリマーを含むことができる。例示的な発泡系は、有機前駆体、架橋剤、及び発泡剤を含むことができる。ある実施態様では、発泡系は、触媒を含むことができる。さらなる実施態様において、発泡系は、ベース樹脂、可塑剤、及び発泡剤を含むことができる。ある態様において、発泡システムの各成分は疎水性であり得る。別の態様において、発泡システムの各成分は、本明細書の実施形態に記されたＨＢＬ値、本明細書の実施形態に記されたＭＡＲ、本明細書の実施形態に記された反応値、又はそれらの任意の組合せを有することができる。
【0049】
実施形態において、固体イオン伝導性層は、シロキサンを含むポリマーを含むことができる。特定の態様において、固体イオン伝導性層はシリコーンを含むことができる。特定の態様において、固体イオン伝導性層は、シリコーンを含むポリマー、架橋剤、触媒、及び発泡剤を含む発泡系から生じた発泡マトリックスを含むことができる。シリコーンの例は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ビニル末端ＰＤＭＳ、ヒドリド官能性シロキサン、メチルヒドロシロキサン・ジメチルシロキサンコポリマー、又はそれらの任意の組合せを含むことができる。特定の例では、固体イオン伝導性材料は、シリコーン材料のための触媒を含むことができる。触媒は、金属のような無機材料を含むことができる。触媒の特定の例は、不活性金属を含むことができる。触媒の別の特定の例は、白金、白金複合、またはそれらの任意の組合せを含むことができる。特定の実施態様において、触媒は、キシレンなどの溶媒材料中であってもよい。特定の実施態様において、触媒は、キシレン中の白金の複合を含むことができる。実施態様において、固体イオン伝導性層は、ＰＤＭＳ－ｃｏ－ＰＨＭＳのような架橋剤を含むことができる。発泡剤は、一官能性又は二官能性シラノール、又はベンジルアルコールを含むことができる。特定の実施態様では、固体イオン伝導性層は、シリコーンを含むポリマー、架橋剤、触媒、及び発泡剤を含む発泡システムから生じた発泡マトリックスを含むことができる。
【0050】
特定の実施形態において、固体イオン伝導性層は、イオン伝導性層の改善された形成及び性能を促進することができるシロキサンを含むポリマーの特定の含有量を含むことができる。例えば、イオン伝導性層は、イオン伝導性層の総重量に対して少なくとも１ｗｔ％のシロキサンを含むポリマー、例えば、イオン伝導性層の総重量に対して少なくとも２ｗｔ％、少なくとも５ｗｔ％、少なくとも７ｗｔ％、少なくとも９ｗｔ％、少なくとも１２ｗｔ％、少なくとも１５ｗｔ％、少なくとも２０ｗｔ％、少なくとも２５ｗｔ％、少なくとも３０ｗｔ％又は少なくとも３５ｗｔ％、含むことができる。別の例では、イオン伝導性層は、イオン伝導性層の総重量に対して、シロキサンを含むポリマーを最大７０ｗｔ．％、例えば、最大６０ｗｔ．％、最大５５ｗｔ．％、最大５０ｗｔ．％含むことができる。また、イオン伝導性層の総重量に対するシロキサンを含むポリマーの含有量は、最大６０ｗｔ．％、最大５５ｗｔ．％、最大５０ｗｔ．％、最大４８ｗｔ．％、最大４５ｗｔ．％、最大４０ｗｔ．％、最大３５ｗｔ．％、最大２８ｗｔ．％、最大２５ｗｔ．％、最大２０ｗｔ．％、最大１５ｗｔ．％、最大１２ｗｔ．％、あるいは最大１０ｗｔ．％が好ましいと考えられる。さらに、シロキサンを含むポリマーの含有量は、本明細書で指摘した最小及び最大のパーセントのいずれかを含む範囲であってもよい。
【0051】
より特定の実施態様では、固体イオン伝導性層は、発泡マトリックスの総重量に対して少なくとも１０ｐｐｍ、少なくとも２０ｐｐｍ、少なくとも３０ｐｐｍ、又は少なくとも５０ｐｐｍのＰｔなどの触媒の特定の含有量を含んでもよい。より特定の実施態様では、発泡マトリックスの総重量に対して５０ｐｐｍより大きい、または１００ｐｐｍより大きい、例えば、発泡マトリックスの総重量に対して少なくとも１５０ｐｐｍ、少なくとも２００ｐｐｍ、少なくとも２５０ｐｐｍ、少なくとも３００ｐｐｍ、少なくとも３５０ｐｐｍ、少なくとも４００ｐｐｍ、少なくとも５００ｐｐｍ、または少なくとも６００ｐｐｍであってもよい。代替的または付加的に、固体イオン伝導性層は、固体イオン伝導性層の総重量に対して、最大１ｗｔ．％のＰｔなどの触媒の特定の含有量、例えば、最大０．９ｗｔ．％、最大０．７ｗｔ．％、最大０．６ｗｔ．％、最大０．５ｗｔ．％、最大０．４ｗｔ．％、最大０．３ｗｔ．％、最大０．２ｗｔ．％、最大０．１ｗｔ．％、発泡マトリックスの全重量に対して最大９００ｐｐｍ、最大８００ｐｐｍ、最大７００ｐｐｍ、最大６００ｐｐｍ、最大５００ｐｐｍ、または最大４００ｐｐｍであった。さらに、固体イオン伝導性層は、本明細書で指摘した最小値および最大値のいずれかを含む範囲において、Ｐｔなどの触媒の含有量を含んでもよい。
【0052】
特定の態様において、固体イオン伝導性層は、ポリ塩化ビニルを含むことができる。より詳細には、発泡マトリックスは、ポリ塩化ビニル、可塑剤、及び発泡剤を含む発泡系の反応生成物であってもよい。特定の実施態様において、可塑剤はジイソノニルフタレート（ＤＩＮＰ）を含むことができ、発泡剤はアゾジカーボンアミドを含むことができる。
【0053】
特定の態様において、固体イオン伝導性層は、疎水性ポリオール、最大４のＨＢＬ値を有する架橋剤、及び発泡剤を含む発泡システムの反応生成物であり得るポリウレタンを含むことができる。架橋剤の例としては、イソシアネート３７０、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、イソホロンジイソシアネート、疎水性ポリイソシアネート、メチレンジフェニルジイソシアネート、またはそれらの任意の組合せを含むことができる。発泡剤の例としては、シクロペンタン、ペンタン、イソペンタン、又はこれらのいかなる組み合わせを挙げることができる。疎水性ポリオールの例としては、Ｄｏｗ社のVORAPELTM D3201およびVORAPELTMT5001、ならびにＢＡＳＦ社のＳＯＶＥＲＭＯＬ（登録商標）７５０およびＳＯＶＥＲＭＯＬ（登録商標）８１８の商業呼称による疎水性ポリオールを挙げることができる。
【0054】
特定の実施形態において、固体イオン伝導性層は、イオン伝導性層の改善された形成及び性能を促進することができるポリウレタンの特定の含有量を含むことができる。例えば、イオン伝導性層は、イオン伝導性層の総体積に対して少なくとも１ｖｏｌ％のポリウレタン、例えば、少なくとも２ｖｏｌ％、少なくとも５ｖｏｌ％、少なくとも７ｖｏｌ％、少なくとも１０ｖｏｌ％、少なくとも１５ｖｏｌ％、少なくとも２０ｖｏｌ％、少なくとも２５ｖｏｌ％、少なくとも２８ｖｏｌ％、少なくとも３０ｖｏｌ％、又は少なくとも３５ｖｏｌ％のポリウレタンを含有することができる。別の例では、イオン伝導性層は、イオン伝導性層の総体積に対して、最大３０ｖｏｌ％のポリウレタンを含んでよく、例えば、イオン伝導性層の総体積に対して、最大５０ｖｏｌ％、最大４８ｖｏｌ％、最大４５ｖｏｌ％、最大４２ｖｏｌ％、最大４０ｖｏｌ％、最大３８ｖｏｌ％、または最大３５ｖｏｌ％であってよい。さらに、ポリウレタンの含有量は、本明細書で指摘した最小及び最大の割合のいずれかを含む範囲であってもよい。例えば、イオン伝導性層は、イオン伝導性層の総体積に対して、少なくとも５ｖｏｌ％、最大で４５ｖｏｌ％のポリウレタンを含むことができる。
【0055】
特定の態様において、発泡マトリックスは、ＶＥ：ＶＰＵの特定の比率を含むことができ、ＶＰＵは発泡マトリックスの総体積に対するポリウレタンの体積パーセントであり、ＶＥは発泡マトリックスの総体積に対する電解質材料の体積パーセンテージである。一例において、ＶＥ：ＶＰＵの比は、少なくとも１．２、例えば少なくとも１．５、少なくとも２、少なくとも２．２、少なくとも２．５、少なくとも２．７、少なくとも３、少なくとも３．３、または少なくとも３．５とすることができる。別の例では、ＶＥ：ＶＰＵの比は、最大１５、最大１２、最大１０、最大９．５、最大９、最大８．５、最大８、最大７．５、最大７、最大６．５であり得る。５、最大６、最大５．５、最大４．５、最大４、最大３．５、最大３、最大２．５または最大２。例えば、ＶＥ：ＶＰＵの比率は少なくとも２．５で、最大１２であり得る。さらなる例では、ＶＥ：ＶＰＵの比は、本明細書に記した最小値および最大値のいずれかを含む範囲にすることができる。
【0056】
別の態様では、固体イオン伝導性層は、エポキシを含むポリマーを含むことができる。特定の態様において、ポリマーは、疎水性エポキシ樹脂と架橋剤との発泡反応から形成されたエポキシを含むことができる。エポキシ樹脂の例としては、トリスヒドロキシルフェニルエタン、レゾルシノールジグリシジルエーテル、水素化ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、変性ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、フェノールノボラックエポキシ、またはそれらの任意の組合せを含むことができる。別の例では、ＤｅｒTM ３３１の商業的呼称のエポキシが使用されてもよい。別の例では、ＶａｎｔｉｃｏからのＡｒａｌｄｉｔｅ（登録商標）キャスティングシステムＣＹ ２２１を使用することができる。架橋剤の一例は、アミンまたはチオールを含むことができる。硬化剤の具体例としては、Ａｎｃａｍｉｎｅ（登録商標）１９２２Ａ、Ｃａｐｃｕｒｅ（登録商標）３－８００、又はＧａｂｅｐｒｏ（登録商標）８００を使用することができる。発泡剤の具体例としては、ペンタンなどを挙げることができる。
【0057】
特定の実施形態では、固体イオン伝導性層は、イオン伝導性層の改善された形成及び性能を促進することができるエポキシの特定の含有量を含むことができる。例えば、イオン伝導性層は、イオン伝導性層の総体積に対して少なくとも１ｖｏｌ％のエポキシ、例えば、少なくとも２ｖｏｌ％、少なくとも３ｖｏｌ％、少なくとも４ｖｏｌ％、少なくとも５ｖｏｌ％、少なくとも７ｖｏｌ％、少なくとも１０ｖｏｌ％、少なくとも１５ｖｏｌ％、少なくとも２０ｖｏｌ％、少なくとも２５ｖｏｌ％、少なくとも３０ｖｏｌ％、又は少なくとも３５ｖｏｌ％、を含むことができる。別の例では、イオン伝導性層は、イオン伝導性層の総体積に対して最大５０ｖｏｌ％のエポキシ、例えば、イオン伝導性層の総体積に対して最大４８ｖｏｌ％、最大４５ｖｏｌ％、最大４０ｖｏｌ％、最大３５ｖｏｌ％、最大２８ｖｏｌ％、最大２５ｖｏｌ％、最大２０ｖｏｌ％、最大１５ｖｏｌ％、最大１２ｖｏｌ％、最大１０ｖｏｌ％、最大８ｖｏｌ％、又は最大５ｖｏｌ％を含んでいても良い。さらに、エポキシの含有量は、本明細書で指摘した最小及び最大の割合のいずれかを含む範囲であってよい。例えば、イオン伝導性層は、イオン伝導性層の総体積に対して、少なくとも５ｖｏｌ％、最大で４５ｖｏｌ％のエポキシを含むことができる。
【0058】
特定の態様において、発泡マトリックスは、ＶＥ：ＶＥＰの特定の比率を含むことができ、ＶＥＰは発泡マトリックスの総体積に対するエポキシの体積パーセントであり、ＶＥは発泡マトリックスの総体積に対する電解質材料の体積パーセンテージである。一例では、ＶＥ：ＶＥＰの比は、少なくとも１．２、例えば少なくとも１．５、少なくとも２、少なくとも２．２、少なくとも２．５、少なくとも２．７、少なくとも３、少なくとも３．３、または少なくとも３．５とすることができる。別の例では、ＶＥ：ＶＥＰの比は、最大１５、最大１２、最大１０、最大９．５、最大９、最大８．５、最大８、最大７．５、最大７、最大６．５、最大６、最大５．５、最大５、最大４．５、または最大４でありうる。さらなる例で、ＶＥ：ＶＥＰの比は、ここで指摘した最小および最大値のいずれかを含む範囲であってよい。例えば、ＶＥ：ＶＥＰは、少なくとも２．５であり、最大で１２であり得る。
【0059】
ある態様では、有機材料は発泡マトリックスに含まれることができる。さらなる態様において、電解質材料は、有機材料中に分散させることができる。
【0060】
実施形態において、イオン伝導性層は、有機材料中に分散されたリチウム塩を含むことができる。リチウム塩は、イオン伝導性層のイオン伝導性の向上を促進し得る。リチウム塩の例としては、LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiAsF6, LiTf, LiSA, LiFSI, LiTFSI, LiBETI, LiCTFSI, LiBOB, LiTDI, LiPDI, LiDCTA, LiB(CN)4, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiSO3CF3, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2C2F5)2, LiN(SO2CF3)(SO2C4F9), LiC(SO2CF3)3又はそれらの組み合わせを含むことができるが、それらに限られるものではない。
【0061】
実施形態において、イオン伝導性層は、特定の平均孔径、Ｄ１０、Ｄ５０、及び／又はＤ９０などの特定の細孔径分布、特定の細孔形状、特定の長さ、特定の幅、特定の平均縦横比、特定の細孔分布、特定の多孔度、特定の開放多孔度、特定の閉鎖多孔度又はそれらのいかなる組み合わせなど（ただしこれだけに限らない）１又は複数の細孔の特性を含むことが可能である。イオン伝導性層の１つ以上の他の特徴と組み合わせた１つ以上の特定の細孔特性は、イオン伝導性層の形成と性能を向上させることが期待される。
【0062】
実施形態において、固体イオン伝導性層は、閉じた細孔、相互接続された孔などの開いた孔、又はそれらのいかなる組み合わせを含む複数の細孔を含むことができる。別の実施形態では、固体イオン伝導性層は、固体イオン伝導性層の改善された形成及び性能を促進することができる特定の総空隙率を含むことができる。一態様において、固体イオン伝導性層は、固体イオン伝導性層の総体積に対して、少なくとも２０ｖｏｌ％、例えば、少なくとも３０ｖｏｌ％、少なくとも４０ｖｏｌ％、少なくとも５０ｖｏｌ％、少なくとも６０ｖｏｌ％、少なくとも７０ｖｏｌ％又は少なくとも８０ｖｏｌ％の全空隙率を含むことができる。別の態様では、固体イオン伝導性層は、最大９５ｖｏｌ％、例えば最大９０ｖｏｌ％、最大８５ｖｏｌ％、最大８０ｖｏｌ％、最大７５ｖｏｌ％、最大７０ｖｏｌ％、最大６５％、最大６０％、最大５５％、または最大５０％の全空隙率を含むことができる。さらに、固体イオン伝導性層は、本明細書で指摘した最小及び最大のパーセントのいずれかを含む範囲の全空隙率を含むことができる。
【0063】
さらなる実施形態では、固体イオン伝導性層は、固体イオン伝導性層の性能向上を促進し得る特定の平均細孔径を含むことができる。例えば、平均細孔径は、最大５０ミクロン、最大４５ミクロン、最大４０ミクロン、最大３５ミクロン、最大３０ミクロン、最大２５ミクロン、最大２０ミクロン、最大１７．５ミクロン、最大１５ミクロン、最大１２．５ミクロン、最大１０ミクロン、最大７．５ミクロン又は最大５ミクロンであり得る。別の例では、平均細孔径は、少なくとも０．１ミクロン、少なくとも０．３ミクロン、少なくとも０．５ミクロン、少なくとも０．７ミクロン、少なくとも１ミクロン、少なくとも１．５ミクロン、少なくとも２ミクロン、少なくとも２．５ミクロン、少なくとも３ミクロン、少なくとも５ミクロン、少なくとも７．５ミクロン、少なくとも１０ミクロン、少なくとも１２．５ミクロン、少なくとも１５ミクロン、少なくとも１７．５ミクロン、少なくとも２０ミクロンの空隙率である。さらなる例では、平均細孔径は、本明細書に記された最小値及び最大値のいずれかを含むことができる。
【0064】
別の実施形態では、固体イオン伝導性層は、平均細孔径の±３０％以内、又は±２５％以内、又は±２０％以内、又は±１５％以内、又は±１０％以内、又は±５％以内の細孔径を有する細孔の少なくとも５０％を含むことができる。別の例では、平均孔径の±３０％以内、または±２５％以内、または±２０％以内、または±１５％以内、または±１０％以内、または±５％以内の細孔径を有する細孔が少なくとも６０％である。さらなる例では、平均孔径の±３０％以内、または±２５％以内、または±２０％以内、または±１５％以内、または±１０％以内、または±５％以内の細孔径を有する細孔の少なくとも７０％、例えば、少なくとも８０％、または少なくとも９０％が、平均孔径の±２５％以内、または±２０％以内、または±１０％以内、または±５％以内の細孔径を有する。
【0065】
さらなる実施形態において、固体イオン伝導性層は、開放細孔を含むことができる特定の空隙率を含むことができる。一態様では、全空隙率の少なくとも５％が開いていることができ、全空隙率の少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、又は少なくとも９０％が開いていることがある。例えば、細孔の大部分は、開放型空隙率を含むことができる。例えば、全空隙率の少なくとも６０％は、全空隙率の少なくとも７０％、少なくとも８０％、または少なくとも９０％など、開放された細孔を含むことができる。特定の例では、空隙率の９５％または本質的に全ての細孔が開放細孔であり得る。別の態様では、全空隙率の最大９５％が開放細孔であり得、最大９０％、最大８５％、最大８０％、最大７５％、最大７０％、最大６５％、最大５０％、最大４５％、最大４０％、最大３５％、最大３０％、最大２５％、最大２０％、最大１５％、最大１０％、または最大５％の全空隙率の開口部が可能である。さらに、固体イオン伝導性層は、本明細書で指摘した最小及び最大のパーセントのいずれかを含む範囲で、開放細孔を含むことができる。例えば、開放細孔は、固体イオン伝導性層の全空隙率の少なくとも５０％～最大９５％を構成することができる。別の例では、発泡マトリックスは、固体イオン伝導性層と同様の内容の開細孔を含むことができる。特定の例では、発泡マトリックスは、本質的に開細孔から成ることができる。
【0066】
実施形態において、イオン伝導性層は、閉じた細孔を含むことができる。一態様では、全空隙率の少なくとも０．５％が閉じた細孔を含むことができる。例えば、全空隙率の少なくとも０．５％、少なくとも１％、少なくとも３％、少なくとも４％、又は少なくとも５％が閉じた細孔であり得る。別の例では、全空隙率の最大１０％、最大８％、最大６％、最大４％、最大３％、最大２％、または最大１％が、閉じた細孔を含むことができる。さらに、固体イオン伝導性層は、本明細書で指摘した最小及び最大のパーセントのいずれかを含む範囲で、閉じた細孔を含むことができる。例えば、閉鎖細孔は、固体イオン伝導性層の全空隙率の少なくとも０．５％～１０％を構成することができる。別の例では、発泡マトリックスは、固体イオン伝導性層と同様の内容の閉鎖細孔を含むことができる。特定の例では、発泡マトリックスは、閉じた細孔を本質的に含まないことができる。より特定の例では、固体イオン伝導性層は発泡マトリックスを含むことができる。
【0067】
埋め込みにおいて、固体イオン伝導性層は、第１のタイプの空隙率及び第２のタイプの空隙率を含むことができ、第１及び第２のタイプの空隙率は、平均孔径、孔径分布、孔の向き、孔の内容、又はそれらの組み合わせを含む異なる孔の特性を含むことができる。
【0068】
ある態様では、第１のタイプの多孔性は第１の平均孔径を含むことができ、第２のタイプの多孔性は第２の平均孔径を含むことができ、第１の平均孔径は第２の平均孔径より大きくすることができる。別の態様において、第１のタイプの多孔性は、少なくとも２ミクロン、少なくとも３ミクロン、少なくとも５ミクロン、少なくとも７ミクロン、少なくとも１０ミクロン、少なくとも１２ミクロン、少なくとも１５ミクロン、または少なくとも１７ミクロンの第１の平均細孔径を含むことができる。さらなる態様において、第１のタイプの多孔性は、最大５０ミクロン、最大４５ミクロン、最大４０ミクロン、最大３５ミクロン、最大３０ミクロン、最大２５ミクロン、最大２０ミクロン、最大１７ミクロン、最大１５ミクロン、最大１２ミクロン、最大１０ミクロン、最大７ミクロン、又は最大５ミクロンの第１の平均孔径を含み得る。さらに、第１の平均細孔径は、本明細書に記された最小値及び最大値のいずれかを含む範囲にあることができる。例えば、第１のタイプの多孔性は、３ミクロン～１０ミクロンの平均細孔径を有することができる。
【0069】
さらなる態様において、第１のタイプの多孔性は、開細孔、閉細孔、またはそれらの組合せを含むことができる。別の態様では、第１のタイプの多孔性は、開細孔を含むことができる。例えば、第１の空隙率は、固体イオン伝導性層の開細孔の少なくとも６０％、少なくとも８０％、または少なくとも９０％を構成することができる。特定の態様において、第１のタイプの空隙率は、本質的に開放細孔から構成され得る。
【0070】
一実施形態において、固体イオン伝導性層は、固体イオン伝導性層の改善された形成及び機能を促進し得る第１のタイプの多孔性の特定の含有量を含むことができ、一側面において、第１のタイプの多孔性は、イオン伝導性層の総量に対して少なくとも１ｖｏｌ％を構成することができる。イオン伝導性層の総体積に対して少なくとも５ｖｏｌ％、少なくとも１０ｖｏｌ％、少なくとも１５ｖｏｌ％、少なくとも２０ｖｏｌ％、少なくとも２５ｖｏｌ％、少なくとも３０ｖｏｌ％、少なくとも４０ｖｏｌ％、少なくとも５０ｖｏｌ％、少なくとも５５ｖｏｌ％、少なくとも６０ｖｏｌ％、少なくとも７０ｖｏｌ％、少なくとも８０ｖｏｌ％、または少なくとも９０ｖｏｌ％である。さらなる態様において、第１のタイプの多孔性は、イオン伝導性層の総体積に対して、最大９５ｖｏｌ％、最大９０ｖｏｌ％、最大８０ｖｏｌ％、最大７０ｖｏｌ％、最大６０ｖｏｌ％、最大５０ｖｏｌ％、最大４０ｖｏｌ％、最大３０ｖｏｌ％、最大２０ｖｏｌ％、または最大１０ｖｏｌ％を占め得る。特定の態様において、固体イオン伝導性層は、本明細書に記された最小及び最大のパーセントのいずれかを含む範囲において、第１のタイプの多孔性の含有量を含むことができる。例えば、第１のタイプの空隙は、イオン伝導性層の総体積に対して５０ｖｏｌ％～８０ｖｏｌ％を構成することができる。
【0071】
特定の態様において、第１のタイプの多孔性は、固体イオン伝導性層の総多孔率の少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、または少なくとも９０％など、総多孔率の少なくとも５０％を構成することができる。別の態様では、第１のタイプの多孔性は、固体イオン伝導性層の総最大９０％、最大８０％、または最大７０％など、総最大９５％の多孔性を構成してよい。さらに別の態様では、全空隙率は、本明細書で指摘した最小及び最大のパーセントのいずれかを含む範囲で、第１の空隙率を含むことができる。より特定の態様では、第１の空隙率は、全空隙率を構成することができる。
【0072】
ある態様では、第１の平均細孔径の±３０％以内、または±２５％以内、または±２０％以内、または±１５％以内、または±１０％以内、または±５％以内の細孔径を有する第１のタイプの多孔性の少なくとも５０％は、第１の平均細孔径の±２５％以内、または±２０％以内、または±１０％以内の細孔径を有している。別の例では、第１の平均孔径の±３０％以内、または±２５％以内、または±２０％以内、または±１５％以内、または±１０％以内、または±５％以内の細孔径を有する第１のタイプの多孔性径の少なくとも６０％が、第１の平均孔径の±３０％以内、または±２０％以内、または±１５％以内、または±１０％以内の細孔径を有する。さらなる例では、第１のタイプの多孔性の細孔の少なくとも７０％、例えば少なくとも８０％、または少なくとも９０％は、第１の平均孔径の±３０％以内、または±２５％以内、または±２０％以内、または±１５％以内、または±１０％以内、または±５％以内の細孔径を有することが可能である。細孔径分布は、２０１８年４月２３日にリリースされたImage J 1.52a、または同様の機能を有するバージョンを用いて、イオン伝導性層の１つ以上の断面の走査型電子顕微鏡画像からランダムに選択された少なくとも１００個の細孔に基づいて決定することができる。
【0073】
ある態様では、第１のタイプの多孔性は、独立して、少なくとも１、少なくとも１．２、少なくとも１．５、少なくとも２、少なくとも２．３、少なくとも２．５、少なくとも２．８、または少なくとも３の長さ：幅のアスペクト比を含んでいる。別の態様では、第１のタイプの空隙率は、最大３０、最大２５、最大２２、最大２０、最大１５、最大１２、最大１０、最大８、最大５、または最大４の平均アスペクト比を含み得る。さらなる態様では、第１のタイプの空隙率の平均アスペクト比は、ここに記した最小値と最大値のいずれかを含む範囲にあることが可能である。さらなる態様において、第１のタイプの多孔性の細孔の少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、または少なくとも９０％は、少なくとも１および最大で３の長さ：幅のアスペクト比を含むことができる。
【0074】
さらなる態様では、第１のタイプの多孔性は、球状の形状を有する細孔を含むことができる。別の態様では、第１のタイプの多孔性は、水平に配向している細孔を含むことができる。本明細書に記載されるように、水平に配向されたとは、細孔の長さが延びる縦軸が、ｘ軸とｙ軸とによって定義される平面に沿って延び、テープ／フィルムの厚さがｚ軸に沿っている細孔を説明することを意図している。特定の実施態様において、第１の多孔性は、本質的に水平方向に配向した細孔から構成され得る。
【0075】
特定の実施形態において、第１のタイプの多孔性は、発泡反応によって形成された孔から本質的に構成されてもよい。発泡反応は、本開示において後で詳細に説明される。
【0076】
ある態様において、固体イオン伝導性層は、固体イオン伝導性層の改善された形成及び機能を促進することができる第２のタイプの多孔性の特定の含有量を含むことができる。一例では、固体イオン伝導性層は、固体イオン伝導性層の総体積に対して、最大５０ｖｏｌ％の第２のタイプの空隙率、例えば、最大４８ｖｏｌ％、最大４５ｖｏｌ％、最大４０ｖｏｌ％、最大３７ｖｏｌ％、最大３５ｖｏｌ％、最大３０ｖｏｌ％、最大２８ｖｏｌ％、最大２５ｖｏｌ％、最大２０ｖｏｌ％、最大１８ｖｏｌ％、最大１５ｖｏｌ％、最大１２ｖｏｌ％、最大１０ｖｏｌ％、最大８ｖｏｌ％、又は最大５ｖｏｌ％を含有することが可能である。別の例では、固体イオン伝導性層は、固体イオン伝導性層の総体積に対して少なくとも０．５ｖｏｌ％の第２のタイプの空隙率、例えば、固体イオン伝導性層の総体積に対して少なくとも１ｖｏｌ％、少なくとも２ｖｏｌ％、少なくとも３ｖｏｌ％、少なくとも４ｖｏｌ％、少なくとも５ｖｏｌ％、少なくとも８ｖｏｌ％、少なくとも１０ｖｏｌ％、少なくとも１２ｖｏｌ％、少なくとも１５ｖｏｌ％、少なくとも１７ｖｏｌ％、又は少なくとも２０ｖｏｌ％を含むことができる。さらなる例では、固体イオン伝導性層は、本明細書に記された最小値及び最大値のいずれかを含む範囲において、第２のタイプの空隙の含有量を含むことができる。例えば、固体イオン伝導性層は、固体イオン伝導性層の総体積に対して、少なくとも１ｖｏｌ％、最大で１０ｖｏｌ％の第２のタイプの空隙を含むことができる。特定の態様において、固体イオン伝導性層は、第２のタイプの多孔性を本質的に含まないことができる。
【0077】
さらなる態様において、第２のタイプの空隙率は、開放細孔、閉じた細孔、またはそれらの組み合わせを含むことができる。特定の態様において、第２のタイプの多孔性の細孔の大部分は、開放細孔であることができ、より特定の態様において、第２のタイプの多孔性は、本質的に開放細孔で構成されることができる。
【0078】
実施形態において、固体イオン伝導性層は、固体イオン伝導性層の改善された形成及び性能を促進し得る特定の第２の平均細孔サイズを有する第２のタイプの多孔性を含むことができる。一態様において、第２の平均細孔サイズは、最大１ミクロン、最大０．８ミクロン、または最大０．５ミクロンとすることができる。別の態様では、第２の平均細孔径は、少なくとも０．１ミクロン、少なくとも０．２ミクロン、少なくとも０．３ミクロン、または少なくとも０．５ミクロンであることができる。特定の態様において、第２の平均細孔径は、本明細書に記された最小値及び最大値のいずれかを含む範囲にあることができる。例えば、第２の平均細孔径は、少なくとも０．３ミクロン、最大で１ミクロンとすることができる。
【0079】
ある態様では、第２のタイプの多孔性（空隙率）は、少なくとも１、少なくとも１．２、少なくとも１．５、少なくとも２、少なくとも２．３、少なくとも２．５、少なくとも２．８、または少なくとも３の長さ：幅の平均アスペクト比を含むことができる。別の態様では、第２のタイプの多孔性は、平均アスペクト比が、最大３０、最大２５、最大２２、最大２０、最大１５、最大１２、最大１０、最大８、最大５、または最大４であり得ることを含み得る。さらなる態様では、第２のタイプの多孔性は、ここに記された最小値と最大値のいずれかを含む範囲内の平均アスペクト比を含むことが可能である。例えば、第２のタイプのプレは、少なくとも１最大５の平均アスペクト比を有することができる。
【0080】
さらなる態様において、第２のタイプの多孔性は、球状の細孔、不規則な形状の細孔、六面体の細孔、細長い細孔、曲がりくねった孔、針状の細孔、３次元構造を有する細孔、又はそれらの任意の組合せを含むことができる。特定の実施態様において、第２のタイプの多孔性は、本明細書の実施形態に記載されるような有機材料の制御された除去によって作成された細孔を含んでもよい。より特定の実施態様では、第２のタイプの多孔性は、有機材料の制御された除去によって作成された細孔から本質的に構成されてもよい。
【0081】
図１を参照すると、材料及び有機材料を含むマトリックス部分１１０を含む発泡マトリックス１０１を含む、例示的なイオン伝導性層１００の断面図が示されている。発泡マトリックス１０１は、細孔１０２を含む第１種の空隙と、細孔１０４を含む第２種の空隙とをさらに含む。細孔１０２は、実質的に球状である。細孔１０２は、球状の細孔及び他の形状を有する細孔を含む。特定の例において、イオン伝導性層１００は、第２のタイプの多孔性を実質的に有さないことができる。図示されるように、固体イオン伝導性層１０１は、ｚ軸の方向に延びる厚さｔを含むことができる。
【0082】
図２を参照すると、例示的なイオン伝導性層２００は、電解質材料及び有機材料を含むマトリックス部分２１０を含む発泡マトリックス２０１を含むことができる。発泡マトリックス２０１は、細孔２０２を含む第１タイプの細孔と、細孔２０４を含む第２タイプの細孔とをさらに含む。図示されるように、細孔２０２は、イオン伝導性層の厚さｔに直交する水平方向に細長い形状を有している。細孔２０２は、ｘ軸及びｙ軸によって規定される平面に沿って延びる長手方向軸２２０を有することができる。細孔２０２の向きは、長手方向軸２２０の延在方向とすることができる。図示されるように、細孔２０２は、水平方向に配向している。細孔２０２は、球状の細孔及び他の形状を有する細孔を含む。特定の例において、イオン伝導性層２００は、第２タイプの細孔を本質的に含まないことができる。
【0083】
実施形態において、固体イオン伝導性層は、電解質材料と有機材料とを含む発泡マトリックスを含むことができる。特定の例では、発泡マトリックスは、電解質材料と、ポリウレタン、エポキシ、又はそれらの組み合わせを含むポリマーとから構成することができる。
【0084】
実施形態において、固体イオン伝導性層は、固体イオン伝導性層の改善された形成及び性能を容易にすることができる特定の厚さを有することができる。本明細書の実施形態で指摘した固体イオン伝導性層のいずれも、図１～図２に図示した厚さｔなどの厚さを含むことができ、一態様では、厚さｔは、最大１ｍｍ、最大８００ミクロン、最大６００ミクロン、最大５００ミクロン、最大４００ミクロン、最大３００ミクロン、最大２００ミクロン、又は最大１００ミクロンでありうる。別の例では、厚さｔは、少なくとも５ミクロン、少なくとも１０ミクロン、少なくとも１５ミクロン、少なくとも２０ミクロン、少なくとも３０ミクロン、または少なくとも４０ミクロンとすることができる。固体イオン伝導性層は、そこに記された最小値と最大値のいずれかを含む範囲の厚さｔを有し得ることが理解される。例えば、厚さｔは、２０ミクロン～３００ミクロンの範囲にあることができる。
【0085】
実施形態において、固体イオン伝導性層は、電解質材料と電子伝導性材料とを含む複合層であってもよい。電子伝導性材料は、活性電極材料を含むことができる。さらなる例では、電子伝導性材料は、グラファイト、炭素繊維、炭素粒子、炭素ナノチューブ、又はそれらの組み合わせを含むことができる。特定の例では、イオン伝導性層は、金属コーティングなどの電子伝導性材料を含むコーティングを有することができる。さらなる実施形態では、負極は、固体イオン伝導性層と、固体イオン伝導性層上に配置された負極活物質とを含むことができる。
【0086】
実施形態において、固体イオン伝導性層は、イオン伝導性層の性能向上を促進することができる特定のイオン伝導度を含むことができる。一態様では、固体イオン伝導性層は、固体リチウムイオン電池などの固体電池に適したイオン伝導度を有することができる。
【0087】
図３を参照すると、孔３０２を含む発泡マトリックス３０１を含む固体イオン伝導性層３００の断面図が図示されている。図示されているように、特定の例では、イオン伝導性層３００は、混合イオン及び電子伝導性層などの複合層とすることができる。例えば、固体イオン伝導性層３００は、発泡マトリックス３０１に分散された電子導電性材料３６０を含むことができる。図示されるように、電子伝導性材料３６０は、細孔３０２に配置され得る。電子伝導性材料は、活性電極材料、電子伝導性添加剤、又はそれらの組合せを含むことができる。実施形態において、固体イオン伝導性層３００は、発泡マトリックス３０１内に配置された活性陽極材料３６０を含むことができる。特定の実施形態では、活性アノード材料は、金属リチウム、チタン酸リチウム、又はグラファイトを含むことができる。発泡マトリックス３０１は、電解質材料及び有機材料（図示せず）を含むマトリックス部分を含むことができる。実施形態において、細孔３０２は、第１のタイプの空隙率であり得る。第２のタイプの空隙率は図示されていない。別の実施形態では、固体イオン伝導性層は、第１のタイプの空隙率及び電解質材料から本質的に構成され得る。
【0088】
特定の実施形態では、アノードは、図３に例示された固体イオン伝導性層３００を含むことができる。別の実施形態では、アノードは、図に例示された固体イオン伝導性層１００又は２００を含むことができる。それぞれ、１及び２である。特定の例では、陽極は３次元構造化され得る。注目すべきは、本明細書の実施形態に記載される固体イオン伝導性層は、アノードの改善された形成及び性能を促進することができることである。例えば、本明細書の実施形態に記載の負極は、負極がＬｉ金属で完全に充電されたときに、少なくとも６５０ｍＡｈ／ｇ、少なくとも７００ｍＡｈ／ｇ、少なくとも７５０ｍＡｈ／ｇ、少なくとも８００ｍＡｈ／ｇ、少なくとも８５０ｍＡｈ／ｇ、又は少なくとも９００ｍＡｈ／ｇの比重エネルギー密度を有することが可能である。
【0089】
別の実施形態では、固体イオン伝導性層は、固体電池の改良された形成及び性能を促進することができる。一態様において、固体電池は、図１に例示される層１００、図２に例示される層２００、又は図３に例示される層３００などの固体イオン伝導性層を含むことができる。特定の態様において、固体電池は、固体リチウムイオン電池とすることができる。別の特定のインスタンスの態様において、固体電池は、図３に図示された複合層３００を含むアノードを含むことができる。
【0090】
さらなる態様において、固体電池は、少なくとも７００Ｗｈ／Ｌ、少なくとも７５０Ｗｈ／Ｌ、少なくとも８００Ｗｈ／Ｌ、又は少なくとも８５０Ｗｈ／Ｌのエネルギー密度を有することができる。別の態様では、固体電池は、少なくとも２５０Ｗｈ／ｋｇ、少なくとも３００Ｗｈ／ｋｇ、少なくとも３５０Ｗｈ／ｋｇ、または少なくとも４００Ｗｈ／ｋｇのエネルギー密度を有することができる。
【0091】
エネルギー密度は、コイン電池試験において、負極への電解質／バインダーの固形分負荷（ｇ）を制御し、電気化学的に充放電容量を測定することで試験することができる。初期状態で全てのＬｉイオンを正極に置いた場合、充電後の負極におけるＬｉ金属重量は、Ｌｉ金属の電気化学容量３８６０ｍＡｈ／ｇを利用して、充電容量（ｍＡｈ）から計算することができる。
【0092】
別の実施形態では、イオン伝導性層は、活性正極材料を含むことができる。例えば、図３に例示されている活性電極材料３６０は、活性正極材料を含むことができる。例示的な活性正極材料は、リチウム含有酸化物、遷移金属フッ化物、ポリアニオン材料、フッ素化ポリアニオン材料、遷移金属硫化物、遷移金属オキシフルオリド、遷移金属オキシスルフィド、遷移金属オキシナイトライド、又はそれらの任意の組合せを含むことができる。特定の例示的な正極材料は、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４、Ｌｉ（ＮｉＣｏＡｌ）Ｏ２、ＬｉＭｎＰＯ４、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２、またはこれらのいかなる組み合わせを含んでもよい。
【0093】
図４は、多層構造４００の図解を含む。多層構造４００は、別のイオン伝導性層４２０の上に、細孔４０２及び４０４を含む空隙率固体イオン伝導性層４０１を含むことができる。イオン伝導性層４２０は、緻密であってもよい。例えば、イオン伝導性層４２０は、イオン伝導性層４２０の総体積に対して最大５ｖｏｌ％の空隙率を有することができる。固体イオン伝導性層４０１は、図１に図示されたイオン伝導性層１００又は図２に図示された２００と類似することができ、又は本明細書の実施形態に記載された任意の特徴を含むことができる。例えば、イオン伝導性層４０１は、細孔４０２を含む第１種の空隙率及び細孔４０４を含む第２種の空隙率を含む発泡マトリックス４１０を含むことができる。実施形態において、多層構造は、固体電池の一部を形成することができる。例示的な用途では、緻密なイオン伝導性層４２０は電解質であってもよく、空隙率イオン伝導性層４０１は電極層のための足場又は基幹構造であってもよい。
【0094】
図５は、層５２０の上に図３に図示されたイオン伝導性層３００を含む固体電池５００の一部の図示を含む。特定の例では、層５２０は電解質であり得る。別の特定の例では、イオン伝導性層３００は、発泡マトリックス３０１に配置された電子伝導性材料３６０を含むことができる。
【0095】
図６を参照すると、多層構造６００が図示されている。多層構造６００は、図５に図示された５２０又は図４に図示された４２０と同様のイオン伝導性層６２０を含むことができる。空隙率固体イオン伝導性層６０１及び６１０は、孔６０２及び６１２を含むことができ、図に例示された固体イオン伝導性層１００、２００、又は４０１のいずれかと同様である。それぞれ、１、２、及び４である。空隙率固体イオン伝導性層６０１及び６１０は、本明細書の実施形態の固体イオン伝導性層に関して説明した任意の特徴を含むことができる。例えば、イオン伝導性層６０１及び６１０の各々は、それぞれ細孔６０２及び６１２を含む発泡マトリックスを含むことができる。特定の実施態様では、イオン伝導性層６０１及び６１０は、空隙率、平均細孔径、細孔径標準偏差、細孔配向、縦横比、又はそれらの組合せを含む互いに異なる細孔特性を含むことができる。より特定の例では、細孔６０２及び６１２は、変化する細孔サイズ、細孔の内容、アスペクト比、細孔配向、又はそれらのいかなる組み合わせを有する段階的細孔性を形成することができる。例えば、平均細孔サイズ、細孔の内容、又はそれらの組み合わせは、イオン伝導性層６２０から離れる方向に延びるように増加することができる。別の例では、図示されているように、細孔６１２は、細孔６０２よりも大きな平均細孔径を有することができる。さらに別の例では、イオン伝導性層６１１は、イオン伝導性層６０１の細孔６０２の含有量と比較して、細孔６１２の含有量がより多く含まれることができる。別の例では、多層構造６００は、追加の層を有することができる。
【0096】
図７を参照すると、例示的なプロセス７００が図示されている。プロセス７００は、電解質材料及び発泡剤を含む組成物を有するブロック７０２で混合物を形成することを含むことができ、電解質材料は、ハロゲン化物系材料、硫化物系材料、又はそれらの組み合わせなどの吸湿性材料を含むことができる。組成物は、有機材料前駆体および架橋剤をさらに含むことができる。組成物は、任意に、バインダー材料、分散剤、可塑剤、及び／又は均質化剤を含むことができる。いくつかの実施態様において、混合物は、リチウム塩、有機電解質材料、及び／又は正極材料若しくは負極材料などの電子伝導性材料をさらに含むことができる。
【0097】
成分は、均質な混合物を形成するための任意の適切な順序で添加してもよく、混合を促進するためにミキサーのような混合補助剤を使用してもよい。
【0098】
組成物の成分は、吸湿性材料に対して反応性でなくてもよい。例えば、有機材料前駆体、架橋剤、発泡剤、及びバインダー材料の各々は、疎水性であり得る。別の例では、有機材料前駆体、架橋剤、発泡剤、及びバインダー材料の各々は、本明細書の実施形態で指摘するように、ＨＬＢ値、水分吸収率、反応性値、又はそれらの任意の組合せを有することができる。
【0099】
例示的な有機材料前駆体は、樹脂、ポリマー、プレポリマー、モノマー、またはそれらの組み合わせを含むことができる。有機材料前駆体は、ポリマーのような有機材料に形成することができる。発泡剤及び架橋剤の存在下で、有機材料前駆体は、発泡反応を起こして発泡したマトリックスを形成することも可能である。有機材料前駆体の特定の例としては、エポキシ樹脂、ポリオール、またはそれらの組み合わせを挙げることができる。
【0100】
発泡システムの例は、疎水性ポリオール、イソシアネート３７０、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、イソホロンジイソシアネート、疎水性ポリイソシアネート、またはそれらのいかなる組み合わせを含む架橋剤、およびシクロペンタン、ペンタン、イソペンタン、メチレンジフェニルジイソシアネートまたはそれらのいかなる組み合わせなどの発泡剤、であることができる。
【0101】
発泡系の他の例としては、エポキシ樹脂、アミンまたはチオールを含む架橋剤、およびペンタンなどの形成剤を挙げることができる。
【0102】
例示的な実施態様では、組成物は、組成物の総重量に対して、少なくとも５０ｗｔ％～最大８５ｗｔ％の電解質材料、少なくとも２ｗｔ％～最大１０ｗｔ％の発泡剤、少なくとも５ｗｔ％～最大２０ｗｔ％の有機材料前駆体、及び少なくとも５ｗｔ％～最大２０ｗｔ％の架橋剤、を含むことができる。
【0103】
組成物はまた、溶媒を含むことができ、その混合物はスラリーまたはコロイド懸濁液に形成することができる。溶媒は、吸湿性材料に対して反応性でなくてもよい。例えば、溶媒は、本明細書の実施形態で指摘するように、ＨＬＢ値、水分吸収率、反応性値、又はそれらの任意の組合せを有することができる。例示的な溶媒は、トルエン、ペンテン、キシレン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロデカン、シクロウンデカン、シクロドセカン、イソブチル、炭酸ジメチル、硫化ジメチル、又は同様のものを含むことができる。
【0104】
特定の実施態様では、イオン伝導性層の改善された形成及び性能を促進するために、１つ以上のバインダーをスラリー中に混合することができる。例示的なバインダーは、パラフィンワックス、ポリイソブチレン、ポリビニルピロリドン、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリエチレングリコール、カンフェン、尿素を含む群から選択される１つ以上の材料を含むことができる。ポリ（アクリロニトリル）、ポリエチレンカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリ（エチレンオキシド）、ポリ（プロピレンオキシド）、ポリ（ビニリデンフロライド）、ポリ（ジメチルシロキサン）、ポリ［ビス（メトキシエトキシ）ホスファゼン］。ポリプロピレングリコール、ポリカプロラクトン、ポリ（トリメチレンカーボネート）、ポリ（メチルアクリレート）、ポリ（フッ化ビニリデン）－コ－ヘキサフルオロプロピレン、ポリ（アクリロニトリル－コブタジエン）、ポリ（スチレン－ブタジエン－スチレン）。およびスチレン－エチレン－ブチレン－スチレン、水素化ニトリルブタジエンゴム、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリ（エチレンオキシド）、ポリスチレンおよびポリウレタン、またはそれらのいかなる組み合わせが挙げられる。
【0105】
プロセス７００は、ブロック７０４でグリーン層を形成することを含むことができる。一例では、グリーン層を形成することは、キャスティング、コーティング、印刷、バインダー噴射、押し出し、圧縮、カレンダー、プレス、またはそれらのいかなる組み合わせによって混合物を処理することを含むことができる。特定の例では、グリーン層は、テープ又はフィルムの形態とすることができる。緑色層は、本明細書の実施態様で指摘される任意の厚さを含むことができる。特に、実施態様では、緑色イオン伝導性層を形成することは、ドクターブレードまたはナイフコーティングのようなテープキャスティングを含むことができる。テープキャスティングは、乾燥状態、例えばドライルーム又はグローブボックス内で実施することができる。別の特定の実施態様では、緑色層は、混合物を押し出してフィルムまたはテープを形成することによって形成することができる。
【0106】
プロセス７００は、ブロック７０６において、発泡マトリックス及び電解質材料を含むイオン伝導性層を形成することを含むことができる。実施形態において、プロセス７００は、有機材料前駆体から形成された有機材料を含む発泡マトリックスを形成する発泡反応を実行することを含むことができる。特定の例では、発泡は、フィルム内またはテープ内で実行することができる。別の例では、プロセス７００は、フィルム又はテープの厚さと多孔性の形成とを同時に制御することを含むことができる。特に、発泡は、グリーン層の厚さが制約される場合に同時に実行されてもよい。
【0107】
図８Ａから図８Ｂを参照すると、グリーン層８１０が基板８０１上に鋳造され、制約なく、発泡層８２０は孔８２２と厚さｔ１を有することができる。図８Ｃ及び図８Ｄに図示されるように、同様のグリーン層８３０は、固定具又はダイ８０２の助けを借りてなど、グリーン層の厚さが制約される場合、孔８４２及び厚さｔ２を有する発泡層８４０に形成することができる。図示されるように、孔８４２は孔８２２と異なる向きを有することができる。厚さｔ２は、ｔ１よりも小さくすることができる。
【0108】
例示的な実施態様において、発泡反応は、少なくとも２０℃～１００℃の温度で行われてもよい。さらなる例では、押出および発泡は、連続的に実行されてもよい。別の例では、発泡は、押出温度よりも高い温度で実行することができる。特定の例では、押出および発泡は、ゾーン化された温度および厚み制御を備えた単一のダイ内で実行することができる。
【0109】
図９を参照すると、例示的な連続工程が示されている。混合物９０１は、ゾーン９１０で押し出されてグリーン層９０２を形成することができる。グリーン層９０２は、ゾーン９２０で加熱されて、厚み制約下で発泡反応を行い、発泡グリーン層９０３を形成することができる。発泡グリーン層９０３は、その後、ゾーン９４０で冷却することができる。特定の例では、プロセスは、ダイ内で実行することができる。
【0110】
別の実施形態では、プロセス７００は、複数の緑色層を形成することを含むことができる。例えば、第１の緑色層が形成されてもよく、第２の緑色層が第１の緑色層の上に重なって形成されてもよい。第１緑色層は、混合物を含むことができる。第２のグリーン層は、ブロック７０２の混合物中の電解質材料と同じであっても異なっていてもよい電解質材料を含むことができる。例示的な実施態様において、テープキャスティングは、各緑色層を形成するために使用され得る。特定の実施態様では、緑色層は別々に形成され、その後積層されてもよい。あるいは、テープキャスティングは、緑色層を同時に形成するために実行されてもよい。特定の実施態様において、ロールツーロール堆積は、グリーン層のスタックを同時に鋳造するために実行されてもよい。別の例では、第１のグリーン層及び／又は第２のグリーン層の上に追加のグリーン層が形成されてもよい。別の例では、複数の層を共押し出しして、多層構造を形成することができる。
【0111】
別の例では、１つ以上のグリーン層を乾燥させて、最終的に形成された１つ以上の層、例えば、空隙率固体イオン伝導性層、電解質層、又はそれらの組み合わせを含む多層構造を形成してもよい。乾燥は、室温で行ってもよいし、熱の適用で行ってもよい。更なる例では、グリーン層の混合物は、２０℃～１６０℃の温度で硬化させることができる。特定の例では、硬化温度は発泡温度より高くてもよい。例えば、エポキシ樹脂は、発泡温度よりも高い温度で硬化することができる。本開示を読んだ後、当業者は、有機材料前駆体（例えば、エポキシド）及び架橋剤の選択によって架橋温度（例えば、エポキシの硬化温度）を制御することができることを理解する。さらなる例では、第２のイオン伝導性層の上に第１のイオン伝導性層を含む多層構造を形成することができる。
【0112】
特定の実施態様では、バインダー材料の除去を促進するために、第１のグリーン層に熱が加えられてもよい。特定の実施態様において、第１のグリーン層を加熱することは、１つ以上のバインダー材料を除去することを含むことができる。特定の態様において、加熱は、１つまたは複数のバインダー材料を蒸発させることを含むことができる。そのようなバインダー材料は、パラフィンワックス、ポリイソブチレン、ポリビニルピロリドン、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリエチレングリコール、カンフェン、尿素、ポリ（アクリロニトリル）、ポリエチレンカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリ（エチレンオキシド）、またはこれらの組み合わせを含む群から選択された１つ以上の材料を含むことができる。特定の実施態様において、加熱は、第２のタイプの多孔性の形成を促進することができる加熱温度及び／又は加熱時間を含むことができる。例示的な加熱温度は、バインダー材料の蒸発温度を含むことができる。別の例では、加熱温度は、３０℃～２００℃を含むことができる。さらなる例では、加熱時間は、２分～１２０分とすることができる。
【0113】
多くの異なる態様と実施形態が可能である。それらの態様および実施形態のいくつかを本明細書に記載する。本明細書を読んだ後、当業者は、それらの態様および実施形態が例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではないことを理解するであろう。実施形態は、以下に列挙する実施形態のうちのいずれか１つ以上に従ってもよい。
【0114】
実施形態
実施形態１．吸湿性材料を含む電解質材料を含む発泡マトリックスを含む、固体イオン伝導性層。
実施形態２．固体イオン伝導性層の総体積に対して、少なくとも３０ｖｏｌ％、少なくとも４０ｖｏｌ％、少なくとも５０ｖｏｌ％、少なくとも６０ｖｏｌ％、少なくとも７０ｖｏｌ％、または少なくとも８０ｖｏｌ％の総空隙率を含む、実施形態１に記載の固体イオン伝導性層。
実施形態３．全空隙率が最大９５ｖｏｌ％、最大９０ｖｏｌ％、最大８５ｖｏｌ％、最大８０ｖｏｌ％、最大７５ｖｏｌ％、最大７０ｖｏｌ％、最大６５％、最大６０％、最大５５％、または最大５０％を含む、実施形態１または２記載の固体イオン伝導性層。
実施形態４．最大１ｍｍ、最大８００ミクロン、最大６００ミクロン、最大５００ミクロン、最大４００ミクロン、最大３００ミクロン、最大２００ミクロン、または最大１００ミクロンの厚さを含む、実施形態１から３のいずれか１つに記載の固体イオン伝導性層。
実施形態５．少なくとも５ミクロン、少なくとも１０ミクロン、少なくとも１５ミクロン、少なくとも２０ミクロン、少なくとも３０ミクロン、または少なくとも４０ミクロンの厚さを含む、実施形態１から４のいずれか１つに記載のイオン伝導性層。
実施形態６．電解質材料は、少なくとも０．１ｍＳ／ｃｍ、少なくとも０．５ｍＳ／ｃｍ、少なくとも１ｍＳ／ｃｍ、少なくとも１．５ｍＳ／ｃｍ、または少なくとも２ｍＳ／ｃｍのバルクイオン伝導度を含む、実施形態１から５のいずれか１項に記載のイオン伝導性積層体。
実施形態７．電解質材料が、最大５０ｍＳ／ｃｍ、最大４５ｍＳ／ｃｍ、最大４０ｍＳ／ｃｍ、最大３５ｍＳ／ｃｍ、最大３０ｍＳ／ｃｍ、最大２９ｍＳ／ｃｍ、最大２５ｍＳ／ｃｍ、最大２０ｍＳ／ｃｍ、最大１５ｍＳ／ｃｍ、最大１０ｍＳ／ｃｍ、最大５ｍＳ／ｃｍ、最大３ｍＳ／ｃｍ、最大２ｍＳ／ｃｍ、または最大１ｍＳ／ｃｍのバルクイオン伝導度を含む、実施形態１から６のいずれか１項に記載の方法。
実施形態８．ポリマーを含む有機材料を含み、ポリマーが電解質材料と反応しない、実施形態１～７のいずれか１つに記載のイオン伝導性層。
実施形態９．ポリマーを含む有機材料を含む、実施形態１から８のいずれか１つに記載のイオン伝導性層であって、ポリマーは、ＨＬＢ数が最大５、最大４．６、最大４．２、最大４、最大３．５、最大３、最大２．５、最大２、最大１、最大０．５、又は最大０．１である、イオン伝導性層。
実施形態１０．ポリマーを含む有機材料を含む、実施形態１から９のいずれか１つに記載のイオン伝導性層であって、ポリマーは、最大１．０ｗｔ．％、例えば最大０．８ｗｔ．％、最大０．５ｗｔ．％、最大０．３ｗｔ．％、または最大０．１ｗｔ．％の吸湿率を有することを特徴とする。
実施形態１．吸湿性材料を含む電解質材料を含む発泡マトリックスを含む、固体イオン伝導性層。
実施形態２．固体イオン伝導性層の総体積に対して、少なくとも３０ｖｏｌ％、少なくとも４０ｖｏｌ％、少なくとも５０ｖｏｌ％、少なくとも６０ｖｏｌ％、少なくとも７０ｖｏｌ％、または少なくとも８０ｖｏｌ％の総空隙率を含む、実施形態１に記載の固体イオン伝導性層。
実施形態３．全空隙率が最大９５ｖｏｌ％、最大９０ｖｏｌ％、最大８５ｖｏｌ％、最大８０ｖｏｌ％、最大７５ｖｏｌ％、最大７０ｖｏｌ％、最大６５％、最大６０％、最大５５％、または最大５０％を含む、実施形態１または２記載の固体イオン伝導性層。
実施形態４．最大１ｍｍ、最大８００ミクロン、最大６００ミクロン、最大５００ミクロン、最大４００ミクロン、最大３００ミクロン、最大２００ミクロン、または最大１００ミクロンの厚さを含む、実施形態１から３のいずれか１つに記載の固体イオン伝導性層。
実施形態５．少なくとも５ミクロン、少なくとも１０ミクロン、少なくとも１５ミクロン、少なくとも２０ミクロン、少なくとも３０ミクロン、または少なくとも４０ミクロンの厚さを含む、実施形態１から４のいずれか１つに記載のイオン伝導性層。
実施形態６．電解質材料は、少なくとも０．１ｍＳ／ｃｍ、少なくとも０．５ｍＳ／ｃｍ、少なくとも１ｍＳ／ｃｍ、少なくとも１．５ｍＳ／ｃｍ、または少なくとも２ｍＳ／ｃｍのバルクイオン伝導度を含む、実施形態１から５のいずれか１項に記載のイオン伝導性積層体。
実施形態７．電解質材料が、最大５０ｍＳ／ｃｍ、最大４５ｍＳ／ｃｍ、最大４０ｍＳ／ｃｍ、最大３５ｍＳ／ｃｍ、最大３０ｍＳ／ｃｍ、最大２９ｍＳ／ｃｍ、最大２５ｍＳ／ｃｍ、最大２０ｍＳ／ｃｍ、最大１５ｍＳ／ｃｍ、最大１０ｍＳ／ｃｍ、最大５ｍＳ／ｃｍ、最大３ｍＳ／ｃｍ、最大２ｍＳ／ｃｍ、または最大１ｍＳ／ｃｍのバルクイオン伝導度を含む、実施形態１から６のいずれか１項に記載の方法。
実施形態８．ポリマーを含む有機材料を含み、ポリマーが電解質材料と反応しない、実施形態１～７のいずれか１つに記載のイオン伝導性層。
実施形態９．ポリマーを含む有機材料を含む、実施形態１から８のいずれか１つに記載のイオン伝導性層であって、ポリマーは、ＨＬＢ数が最大５、最大４．６、最大４．２、最大４、最大３．５、最大３、最大２．５、最大２、最大１、最大０．５、又は最大０．１である、イオン伝導性層。
実施形態１０．ポリマーを含む有機材料を含む、実施形態１から９のいずれか１つに記載のイオン伝導性層であって、ポリマーは、最大１．０ｗｔ．％、例えば最大０．８ｗｔ．％、最大０．５ｗｔ．％、最大０．３ｗｔ．％、または最大０．１ｗｔ．％の吸湿率を有することを特徴とする。
【0115】
実施形態１１．ポリマーを含む有機材料を含む、実施形態１から１０のいずれか１つに記載のイオン伝導性層であって、ポリマーは、最大１０％、例えば最大９％、最大８％、最大７％、最大６％、最大５％、最大４％、最大３％、または最大２％の反応度（反応性値）を有することを特徴とする。
実施形態１２．パラフィンワックス、ポリイソブチレン、ポリビニルピロリドン、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリエチレングリコール、カンフェン、尿素、ポリ（アクリロニトリル）、ポリエチレンカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリ（エチレンオキシド）、またはこれらのいかなる組み合わせを含む有機材料を含む、実施形態１～１１のいずれか１項に記載のイオン伝導性層。
実施形態１３．ポリ（プロピレンオキシド）、ポリ（フッ化ビニリデン）、ポリ（ジメチルシロキサン）、ポリ［ビス（メトキシエトキシ）－ホスファゼン］、ポリプロピレングリコール、ポリカプロラクトン、およびポリ（トリメチレンカーボネート）、ポリ（メチルアクリレート）、ポリ（フッ化ビニリデン）－コ－ヘキサフルオロプロピレン、ポリ（アクリロニトリル－コ－ブタジエン）、ポリ（スチレン－ブタジエン－スチレン）およびスチレン－エチレン－ブチレン－スチレン、水素化ニトリルブタジエンゴム、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリ（エチレンオキシド）、ポリスチレンおよびポリウレタンまたはそれらの任意の組合せから成る群より選択される有機材料を含む、実施形態１～１２のいずれか一つのイオン伝導性層。
実施形態１４．固体イオン伝導性層の総体積に対して、最大５０ｖｏｌ％、最大４５ｖｏｌ％、最大４０ｖｏｌ％、最大３５ｖｏｌ％、最大３０ｖｏｌ％、最大２８ｖｏｌ％、最大２５ｖｏｌ％、最大２０ｖｏｌ％、最大１５ｖｏｌ％、最大１０ｖｏｌ％または最大５ｖｏｌ％の含有量で有機材料を含む実施形態１～１３のいずれか一つに記載のイオン伝導体積層物。
実施形態１５．固体イオン伝導性層の総体積に対して少なくとも０．５ｖｏｌ％、少なくとも１ｖｏｌ％、少なくとも２ｖｏｌ％、少なくとも３ｖｏｌ％、少なくとも４ｖｏｌ％、少なくとも５ｖｏｌ％、少なくとも６ｖｏｌ％、少なくとも７ｖｏｌ％、少なくとも８ｖｏｌ％、少なくとも９ｖｏｌ％、少なくとも１０ｖｏｌ％、少なくとも１２ｖｏｌ％または少なくとも１５ｖｏｌ％の含有量で有機材料を含む実施形態１～１４いずれか１つに記載のイオン伝導性積層体。
実施形態１６．発泡マトリックスが、ＶＥ：ＶＯの比率を含み、ここで、ＶＯは、固体イオン伝導性層の総体積に対する有機材料の体積パーセントであり、ＶＥは、固体イオン伝導性層の総体積に対する電解質材料の体積パーセントであり、この比率は、少なくとも０．５、少なくとも１、少なくとも１．５、少なくとも２、少なくとも２．５または少なくとも３である、実施形態１～１５のいずれか１つのイオン伝導性積層体。
実施形態１７．比が、最大１０、最大９、最大８、最大７、最大６、最大５、最大４、または最大３である、実施形態１６に記載のイオン伝導性層。
実施形態１８．エポキシ、ポリウレタン、ポリ（エチレンオキシド）、またはそれらの組み合わせを含むポリマーを含む有機材料を含む、実施形態１から１７のいずれか１項に記載のイオン伝導性層。
実施形態１９．実施形態１から１８のいずれか１つに記載のイオン伝導性層であって、イオン伝導性層の総体積に対して、少なくとも１ｖｏｌ％のポリウレタンを含み、少なくとも２ｖｏｌ％、少なくとも４ｖｏｌ％、少なくとも５ｖｏｌ％、少なくとも８ｖｏｌ％、少なくとも１０ｖｏｌ％、少なくとも１２ｖｏｌ％、少なくとも１５ｖｏｌ％、少なくとも１８ｖｏｌ％、少なくとも２０ｖｏｌ％、少なくとも２５ｖｏｌ％、少なくとも３０ｖｏｌ％、又は少なくとも３５ｖｏｌ％である。
実施形態２０．実施形態１から１９のいずれか１つに記載のイオン伝導性層であって、イオン伝導性層の総体積に対して、最大５０ｖｏｌ％のポリウレタン、最大４５ｖｏｌ％、最大４２ｖｏｌ％、最大４０ｖｏｌ％、最大３８ｖｏｌ％、または最大３５ｖｏｌ％のポリウレタンを含む。
実施形態１２．パラフィンワックス、ポリイソブチレン、ポリビニルピロリドン、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリエチレングリコール、カンフェン、尿素、ポリ（アクリロニトリル）、ポリエチレンカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリ（エチレンオキシド）、またはこれらのいかなる組み合わせを含む有機材料を含む、実施形態１～１１のいずれか１項に記載のイオン伝導性層。
実施形態１３．ポリ（プロピレンオキシド）、ポリ（フッ化ビニリデン）、ポリ（ジメチルシロキサン）、ポリ［ビス（メトキシエトキシ）－ホスファゼン］、ポリプロピレングリコール、ポリカプロラクトン、およびポリ（トリメチレンカーボネート）、ポリ（メチルアクリレート）、ポリ（フッ化ビニリデン）－コ－ヘキサフルオロプロピレン、ポリ（アクリロニトリル－コ－ブタジエン）、ポリ（スチレン－ブタジエン－スチレン）およびスチレン－エチレン－ブチレン－スチレン、水素化ニトリルブタジエンゴム、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリ（エチレンオキシド）、ポリスチレンおよびポリウレタンまたはそれらの任意の組合せから成る群より選択される有機材料を含む、実施形態１～１２のいずれか一つのイオン伝導性層。
実施形態１４．固体イオン伝導性層の総体積に対して、最大５０ｖｏｌ％、最大４５ｖｏｌ％、最大４０ｖｏｌ％、最大３５ｖｏｌ％、最大３０ｖｏｌ％、最大２８ｖｏｌ％、最大２５ｖｏｌ％、最大２０ｖｏｌ％、最大１５ｖｏｌ％、最大１０ｖｏｌ％または最大５ｖｏｌ％の含有量で有機材料を含む実施形態１～１３のいずれか一つに記載のイオン伝導体積層物。
実施形態１５．固体イオン伝導性層の総体積に対して少なくとも０．５ｖｏｌ％、少なくとも１ｖｏｌ％、少なくとも２ｖｏｌ％、少なくとも３ｖｏｌ％、少なくとも４ｖｏｌ％、少なくとも５ｖｏｌ％、少なくとも６ｖｏｌ％、少なくとも７ｖｏｌ％、少なくとも８ｖｏｌ％、少なくとも９ｖｏｌ％、少なくとも１０ｖｏｌ％、少なくとも１２ｖｏｌ％または少なくとも１５ｖｏｌ％の含有量で有機材料を含む実施形態１～１４いずれか１つに記載のイオン伝導性積層体。
実施形態１６．発泡マトリックスが、ＶＥ：ＶＯの比率を含み、ここで、ＶＯは、固体イオン伝導性層の総体積に対する有機材料の体積パーセントであり、ＶＥは、固体イオン伝導性層の総体積に対する電解質材料の体積パーセントであり、この比率は、少なくとも０．５、少なくとも１、少なくとも１．５、少なくとも２、少なくとも２．５または少なくとも３である、実施形態１～１５のいずれか１つのイオン伝導性積層体。
実施形態１７．比が、最大１０、最大９、最大８、最大７、最大６、最大５、最大４、または最大３である、実施形態１６に記載のイオン伝導性層。
実施形態１８．エポキシ、ポリウレタン、ポリ（エチレンオキシド）、またはそれらの組み合わせを含むポリマーを含む有機材料を含む、実施形態１から１７のいずれか１項に記載のイオン伝導性層。
実施形態１９．実施形態１から１８のいずれか１つに記載のイオン伝導性層であって、イオン伝導性層の総体積に対して、少なくとも１ｖｏｌ％のポリウレタンを含み、少なくとも２ｖｏｌ％、少なくとも４ｖｏｌ％、少なくとも５ｖｏｌ％、少なくとも８ｖｏｌ％、少なくとも１０ｖｏｌ％、少なくとも１２ｖｏｌ％、少なくとも１５ｖｏｌ％、少なくとも１８ｖｏｌ％、少なくとも２０ｖｏｌ％、少なくとも２５ｖｏｌ％、少なくとも３０ｖｏｌ％、又は少なくとも３５ｖｏｌ％である。
実施形態２０．実施形態１から１９のいずれか１つに記載のイオン伝導性層であって、イオン伝導性層の総体積に対して、最大５０ｖｏｌ％のポリウレタン、最大４５ｖｏｌ％、最大４２ｖｏｌ％、最大４０ｖｏｌ％、最大３８ｖｏｌ％、または最大３５ｖｏｌ％のポリウレタンを含む。
【0116】
実施形態２１．イオン伝導性層の総体積に対して少なくとも１ｖｏｌ％のエポキシ、少なくとも２ｖｏｌ％、少なくとも４ｖｏｌ％、少なくとも５ｖｏｌ％、少なくとも８ｖｏｌ％、少なくとも１０ｖｏｌ％、少なくとも１２ｖｏｌ％、少なくとも１５ｖｏｌ％、少なくとも１８ｖｏｌ％、少なくとも２０ｖｏｌ％、少なくとも２５ｖｏｌ％、少なくとも３０ｖｏｌ％、又は少なくとも３５ｖｏｌ％を含む実施形態１～２０いずれか１項に記載のイオン伝導性積層体。
実施形態２２．イオン伝導性層の総体積に対して、最大５０ｖｏｌ％のエポキシを含み、最大４５ｖｏｌ％、最大４２ｖｏｌ％、最大４０ｖｏｌ％、最大３８ｖｏｌ％、または最大３５ｖｏｌ％を含む、実施形態１～２１のいずれか１つに記載のイオン伝導性層。
実施形態２３．電解質材料が発泡マトリックスに埋め込まれている、実施形態１～２２のいずれか１つに記載のイオン伝導性層。
実施形態２４．発泡マトリックス中に分散されたリチウム塩をさらに含み、リチウム塩が、LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiAsF6, LiTf, LiSA, LiFSI, LiTFSI, LiBETI, LiCTFSI, LiBOB, LiTDI, LiPDI, LiDCTA, LiB(CN)4, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiSO3CF3, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2C2F5)2, LiN(SO2CF3)(SO2C4F9), LiC(SO2CF3)3またはそれらの組合せを含む、実施形態１～２３のいずれか１つに記載のイオン伝導性層。
実施形態２５．最大５０ミクロン、最大４５ミクロン、最大４０ミクロン、最大３５ミクロン、最大３０ミクロン、最大２５ミクロン、最大２０ミクロン、最大１７．５ミクロン、最大１５ミクロン、最大１２．５ミクロン、最大１０ミクロン、最大７．５ミクロンまたは最大５ミクロンの平均孔径を含む、実施形態１～２４のいずれか１つに記載のイオン伝導性層。
実施形態２６．実施形態１から２５のいずれか１つに記載のイオン伝導性層であって、少なくとも０．１ミクロン、少なくとも０．３ミクロン、少なくとも０．５ミクロン、少なくとも０．７ミクロン、少なくとも１ミクロン、少なくとも１．５ミクロン、少なくとも２ミクロン、少なくとも２．５ミクロン、少なくとも３ミクロン、少なくとも５ミクロン、少なくとも７．５ミクロン、少なくとも１０ミクロン、少なくとも１２．５ミクロン、少なくとも１５ミクロン、少なくとも１７．５ミクロン、少なくとも２０ミクロン、少なくとも２２ミクロン、少なくとも２５ミクロン、少なくとも３０ミクロン、少なくとも３３ミクロン、少なくとも３５ミクロン、少なくとも３８ミクロン、少なくとも４０ミクロン、少なくとも４２ミクロンの平均孔径、少なくとも４５ミクロン、少なくとも４７ミクロンまたは少なくとも５０μｍの空隙率を含む。
実施形態２７．開放細孔、閉鎖細孔、またはそれらの組み合わせを含む全空隙率を含む、実施形態１から２６のいずれか１項に記載のイオン伝導性層。
実施形態２８．全空隙率の細孔の少なくとも５％が開いており、少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、又は少なくとも９０％が開いている、実施形態２７のイオン伝導性層。
実施形態２９．全空隙率の細孔の最大９５％が開いており、最大９０％、最大８５％、最大８０％、最大７５％、最大７０％、最大６５％、最大５０％、最大４５％、最大４０％、最大３５％、最大３０％、最大２５％、最大２０％、最大１５％、最大１０％、または最大５％が開いている、実施形態２７または２８記載のイオン伝導性層。
実施形態３０．全空隙率が開放細孔から本質的に成る、実施形態２７から２８のいずれか１つに記載のイオン伝導性層。
実施形態２２．イオン伝導性層の総体積に対して、最大５０ｖｏｌ％のエポキシを含み、最大４５ｖｏｌ％、最大４２ｖｏｌ％、最大４０ｖｏｌ％、最大３８ｖｏｌ％、または最大３５ｖｏｌ％を含む、実施形態１～２１のいずれか１つに記載のイオン伝導性層。
実施形態２３．電解質材料が発泡マトリックスに埋め込まれている、実施形態１～２２のいずれか１つに記載のイオン伝導性層。
実施形態２４．発泡マトリックス中に分散されたリチウム塩をさらに含み、リチウム塩が、LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiAsF6, LiTf, LiSA, LiFSI, LiTFSI, LiBETI, LiCTFSI, LiBOB, LiTDI, LiPDI, LiDCTA, LiB(CN)4, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiSO3CF3, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2C2F5)2, LiN(SO2CF3)(SO2C4F9), LiC(SO2CF3)3またはそれらの組合せを含む、実施形態１～２３のいずれか１つに記載のイオン伝導性層。
実施形態２５．最大５０ミクロン、最大４５ミクロン、最大４０ミクロン、最大３５ミクロン、最大３０ミクロン、最大２５ミクロン、最大２０ミクロン、最大１７．５ミクロン、最大１５ミクロン、最大１２．５ミクロン、最大１０ミクロン、最大７．５ミクロンまたは最大５ミクロンの平均孔径を含む、実施形態１～２４のいずれか１つに記載のイオン伝導性層。
実施形態２６．実施形態１から２５のいずれか１つに記載のイオン伝導性層であって、少なくとも０．１ミクロン、少なくとも０．３ミクロン、少なくとも０．５ミクロン、少なくとも０．７ミクロン、少なくとも１ミクロン、少なくとも１．５ミクロン、少なくとも２ミクロン、少なくとも２．５ミクロン、少なくとも３ミクロン、少なくとも５ミクロン、少なくとも７．５ミクロン、少なくとも１０ミクロン、少なくとも１２．５ミクロン、少なくとも１５ミクロン、少なくとも１７．５ミクロン、少なくとも２０ミクロン、少なくとも２２ミクロン、少なくとも２５ミクロン、少なくとも３０ミクロン、少なくとも３３ミクロン、少なくとも３５ミクロン、少なくとも３８ミクロン、少なくとも４０ミクロン、少なくとも４２ミクロンの平均孔径、少なくとも４５ミクロン、少なくとも４７ミクロンまたは少なくとも５０μｍの空隙率を含む。
実施形態２７．開放細孔、閉鎖細孔、またはそれらの組み合わせを含む全空隙率を含む、実施形態１から２６のいずれか１項に記載のイオン伝導性層。
実施形態２８．全空隙率の細孔の少なくとも５％が開いており、少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、又は少なくとも９０％が開いている、実施形態２７のイオン伝導性層。
実施形態２９．全空隙率の細孔の最大９５％が開いており、最大９０％、最大８５％、最大８０％、最大７５％、最大７０％、最大６５％、最大５０％、最大４５％、最大４０％、最大３５％、最大３０％、最大２５％、最大２０％、最大１５％、最大１０％、または最大５％が開いている、実施形態２７または２８記載のイオン伝導性層。
実施形態３０．全空隙率が開放細孔から本質的に成る、実施形態２７から２８のいずれか１つに記載のイオン伝導性層。
【0117】
実施形態３１．全空隙率の細孔の少なくとも０．５％が閉じており、全空隙率の細孔の少なくとも１％、少なくとも３％、少なくとも４％又は少なくとも５％が閉じている、実施形態２７から２９のいずれか１つに記載のイオン伝導性層。
実施形態３２．全空隙率の最大１０％が閉じており、最大８％、最大６％、最大４％、最大３％、最大２％、または最大１％の細孔が閉じている、実施形態３１のイオン伝導性層。
実施形態３３．第１のタイプの多孔性と第２のタイプの多孔性とを備え、第１及び第２のタイプの多孔性は、平均孔径、孔径分布、孔の配向、孔の含有量、又はそれらの組み合わせを含む異なる孔特性を含む、実施形態１～３２のいずれか１つに記載のイオン伝導性層。
実施形態３４．第１のタイプの多孔性が第１の平均孔径を含み、第２のタイプの多孔性が第２の平均孔径を含み、第１の平均孔径が第２の平均孔径より大きい、実施形態３３のイオン伝導性層。
実施形態３５．第１のタイプの多孔性は、開放細孔、閉鎖細孔、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態３３または３４に記載のイオン伝導性層。
実施形態３６．第１のタイプの多孔性は、開放細孔を含む、実施形態３５に記載のイオン伝導性層。
実施形態３７．第１のタイプの多孔性は、イオン伝導性層の総体積に対して少なくとも１ｖｏｌ％、少なくとも５ｖｏｌ％、少なくとも１０ｖｏｌ％、少なくとも１５ｖｏｌ％、少なくとも２０ｖｏｌ％、少なくとも２５ｖｏｌ％、少なくとも３０ｖｏｌ％、少なくとも４０ｖｏｌ％、少なくとも５０ｖｏｌ％、少なくとも５５ｖｏｌ％、少なくとも６０ｖｏｌ％、少なくとも７０ｖｏｌ％、少なくとも８０ｖｏｌ％又は少なくとも９０ｖｏｌ％を構成する、実施形態３３～３６のいずれか一つに記載のイオンイオン伝導性層。
実施形態３８．第１のタイプの空隙は、イオン伝導性層の総体積に対して、最大９５ｖｏｌ％、最大９０ｖｏｌ％、最大８０ｖｏｌ％、最大７０ｖｏｌ％、最大６０ｖｏｌ％、最大５０ｖｏｌ％、最大４０ｖｏｌ％、最大３０ｖｏｌ％、最大２０ｖｏｌ％、または最大１０ｖｏｌ％を構成する、実施形態３３～３７のいずれか１つに記載のイオン伝導性積層体。
実施形態３９．第１のタイプの多孔性は、少なくとも２ミクロン、少なくとも３ミクロン、少なくとも５ミクロン、少なくとも７ミクロン、少なくとも１０ミクロン、少なくとも１２ミクロン、少なくとも１５ミクロン、または少なくとも１７ミクロンの第１の平均孔径を含む、実施形態３３から３８のいずれか１つに記載のイオン伝導性層。
実施形態４０．第１のタイプの多孔性は、最大５０ミクロン、最大４５ミクロン、最大４０ミクロン、最大３５ミクロン、最大３０ミクロン、最大２５ミクロン、最大２０ミクロン、最大１７ミクロン、最大１５ミクロン、最大１２ミクロン、最大１０ミクロン、最大７ミクロン、または最大５ミクロンの第１の平均孔径を含む、実施形態３３～３９のいずれか１つに記載のイオン伝導性層。
実施形態３２．全空隙率の最大１０％が閉じており、最大８％、最大６％、最大４％、最大３％、最大２％、または最大１％の細孔が閉じている、実施形態３１のイオン伝導性層。
実施形態３３．第１のタイプの多孔性と第２のタイプの多孔性とを備え、第１及び第２のタイプの多孔性は、平均孔径、孔径分布、孔の配向、孔の含有量、又はそれらの組み合わせを含む異なる孔特性を含む、実施形態１～３２のいずれか１つに記載のイオン伝導性層。
実施形態３４．第１のタイプの多孔性が第１の平均孔径を含み、第２のタイプの多孔性が第２の平均孔径を含み、第１の平均孔径が第２の平均孔径より大きい、実施形態３３のイオン伝導性層。
実施形態３５．第１のタイプの多孔性は、開放細孔、閉鎖細孔、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態３３または３４に記載のイオン伝導性層。
実施形態３６．第１のタイプの多孔性は、開放細孔を含む、実施形態３５に記載のイオン伝導性層。
実施形態３７．第１のタイプの多孔性は、イオン伝導性層の総体積に対して少なくとも１ｖｏｌ％、少なくとも５ｖｏｌ％、少なくとも１０ｖｏｌ％、少なくとも１５ｖｏｌ％、少なくとも２０ｖｏｌ％、少なくとも２５ｖｏｌ％、少なくとも３０ｖｏｌ％、少なくとも４０ｖｏｌ％、少なくとも５０ｖｏｌ％、少なくとも５５ｖｏｌ％、少なくとも６０ｖｏｌ％、少なくとも７０ｖｏｌ％、少なくとも８０ｖｏｌ％又は少なくとも９０ｖｏｌ％を構成する、実施形態３３～３６のいずれか一つに記載のイオンイオン伝導性層。
実施形態３８．第１のタイプの空隙は、イオン伝導性層の総体積に対して、最大９５ｖｏｌ％、最大９０ｖｏｌ％、最大８０ｖｏｌ％、最大７０ｖｏｌ％、最大６０ｖｏｌ％、最大５０ｖｏｌ％、最大４０ｖｏｌ％、最大３０ｖｏｌ％、最大２０ｖｏｌ％、または最大１０ｖｏｌ％を構成する、実施形態３３～３７のいずれか１つに記載のイオン伝導性積層体。
実施形態３９．第１のタイプの多孔性は、少なくとも２ミクロン、少なくとも３ミクロン、少なくとも５ミクロン、少なくとも７ミクロン、少なくとも１０ミクロン、少なくとも１２ミクロン、少なくとも１５ミクロン、または少なくとも１７ミクロンの第１の平均孔径を含む、実施形態３３から３８のいずれか１つに記載のイオン伝導性層。
実施形態４０．第１のタイプの多孔性は、最大５０ミクロン、最大４５ミクロン、最大４０ミクロン、最大３５ミクロン、最大３０ミクロン、最大２５ミクロン、最大２０ミクロン、最大１７ミクロン、最大１５ミクロン、最大１２ミクロン、最大１０ミクロン、最大７ミクロン、または最大５ミクロンの第１の平均孔径を含む、実施形態３３～３９のいずれか１つに記載のイオン伝導性層。
【0118】
実施形態４１．第２のタイプの多孔性は、開放細孔、閉じた細孔、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態３３から４０のいずれか１つに記載のイオン伝導性層。
実施形態４２．第２のタイプの空隙が開放細孔から本質的に成る、実施形態４１に記載のイオン伝導性層。
実施形態４３．第２のタイプの多孔性は、最大１ミクロン、最大０．８ミクロン、または最大０．５ミクロンの第２の平均細孔サイズを含む、実施形態３３から４２のいずれか１つに記載のイオン伝導性層。
実施形態４４．第２のタイプの多孔性は、少なくとも０．１ミクロン、少なくとも０．２ミクロン、少なくとも０．３ミクロン、または少なくとも０．５ミクロンの第２の平均細孔サイズを含む、実施形態３３から４３のいずれか１つに記載のイオン伝導性層。
実施形態４５．第２のタイプの多孔性は、イオン伝導性層の総体積に対して少なくとも１ｖｏｌ％、少なくとも２ｖｏｌ％、少なくとも３ｖｏｌ％、少なくとも４ｖｏｌ％、少なくとも５ｖｏｌ％、少なくとも６ｖｏｌ％、少なくとも７ｖｏｌ％、少なくとも８ｖｏｌ％、少なくとも９ｖｏｌ％、少なくとも１０ｖｏｌ％、少なくとも１２ｖｏｌ％又は少なくとも１５ｖｏｌ％を構成する、実施形態３３～４４のいずれか１つに記載のイオン伝導性層。
実施形態４６．実施形態３３から４５のいずれか１つに記載のイオン伝導性層であって、第２のタイプの多孔性は、イオン伝導性層の総体積に対して、最大３０ｖｏｌ％、最大２８ｖｏｌ％、最大２５ｖｏｌ％、最大２３ｖｏｌ％、最大２０ｖｏｌ％、最大１８ｖｏｌ％、最大１５ｖｏｌ％、最大１２ｖｏｌ％、最大１０ｖｏｌ％、％、最大８ｖｏｌ％、最大７ｖｏｌ％、最大６ｖｏｌ％、最大５ｖｏｌ％、最大４ｖｏｌ％、または最大３ｖｏｌ％である。
実施形態４７．全空隙率（全多孔性）の少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、または少なくとも９０％の細孔が、平均孔径の±３０％以内、平均孔径の±２５％以内、平均孔径の±２０％以内、平均孔径の±１５％以内、または平均孔径の±１０％以内、平均孔径の±５％以内の細孔径を有する、実施形態２７から４６いずれか一つに記載のイオン伝導性層。
実施形態４８．第１のタイプの多孔性の少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、または少なくとも９０％が、第１の平均細孔サイズの±３０％以内、第１の平均細孔サイズの±２５％以内、第１の平均細孔サイズの±２０％以内、第１の平均細孔サイズの±１５％以内、第１の平均細孔サイズの±１０％以内、または第１の平均細孔サイズの±５％以内の細孔径を有する、実施形態３３～４７のいずれか１つのイオン伝導性層。
実施形態４９．第１及び第２のタイプの多孔性が独立して、長さ：幅のアスペクト比が少なくとも１、少なくとも１．２、少なくとも１．５、少なくとも２、少なくとも２．３、少なくとも２．５、少なくとも２．８、又は少なくとも３を含む、実施形態３３～４８のいずれか１つのイオン伝導性層。
実施形態５０．平均アスペクト比が、最大３０、最大２５、最大２２、最大２０、最大１５、最大１２、最大１０、最大８、最大５、または最大４である、実施形態４９のイオン伝導性層。
実施形態４２．第２のタイプの空隙が開放細孔から本質的に成る、実施形態４１に記載のイオン伝導性層。
実施形態４３．第２のタイプの多孔性は、最大１ミクロン、最大０．８ミクロン、または最大０．５ミクロンの第２の平均細孔サイズを含む、実施形態３３から４２のいずれか１つに記載のイオン伝導性層。
実施形態４４．第２のタイプの多孔性は、少なくとも０．１ミクロン、少なくとも０．２ミクロン、少なくとも０．３ミクロン、または少なくとも０．５ミクロンの第２の平均細孔サイズを含む、実施形態３３から４３のいずれか１つに記載のイオン伝導性層。
実施形態４５．第２のタイプの多孔性は、イオン伝導性層の総体積に対して少なくとも１ｖｏｌ％、少なくとも２ｖｏｌ％、少なくとも３ｖｏｌ％、少なくとも４ｖｏｌ％、少なくとも５ｖｏｌ％、少なくとも６ｖｏｌ％、少なくとも７ｖｏｌ％、少なくとも８ｖｏｌ％、少なくとも９ｖｏｌ％、少なくとも１０ｖｏｌ％、少なくとも１２ｖｏｌ％又は少なくとも１５ｖｏｌ％を構成する、実施形態３３～４４のいずれか１つに記載のイオン伝導性層。
実施形態４６．実施形態３３から４５のいずれか１つに記載のイオン伝導性層であって、第２のタイプの多孔性は、イオン伝導性層の総体積に対して、最大３０ｖｏｌ％、最大２８ｖｏｌ％、最大２５ｖｏｌ％、最大２３ｖｏｌ％、最大２０ｖｏｌ％、最大１８ｖｏｌ％、最大１５ｖｏｌ％、最大１２ｖｏｌ％、最大１０ｖｏｌ％、％、最大８ｖｏｌ％、最大７ｖｏｌ％、最大６ｖｏｌ％、最大５ｖｏｌ％、最大４ｖｏｌ％、または最大３ｖｏｌ％である。
実施形態４７．全空隙率（全多孔性）の少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、または少なくとも９０％の細孔が、平均孔径の±３０％以内、平均孔径の±２５％以内、平均孔径の±２０％以内、平均孔径の±１５％以内、または平均孔径の±１０％以内、平均孔径の±５％以内の細孔径を有する、実施形態２７から４６いずれか一つに記載のイオン伝導性層。
実施形態４８．第１のタイプの多孔性の少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、または少なくとも９０％が、第１の平均細孔サイズの±３０％以内、第１の平均細孔サイズの±２５％以内、第１の平均細孔サイズの±２０％以内、第１の平均細孔サイズの±１５％以内、第１の平均細孔サイズの±１０％以内、または第１の平均細孔サイズの±５％以内の細孔径を有する、実施形態３３～４７のいずれか１つのイオン伝導性層。
実施形態４９．第１及び第２のタイプの多孔性が独立して、長さ：幅のアスペクト比が少なくとも１、少なくとも１．２、少なくとも１．５、少なくとも２、少なくとも２．３、少なくとも２．５、少なくとも２．８、又は少なくとも３を含む、実施形態３３～４８のいずれか１つのイオン伝導性層。
実施形態５０．平均アスペクト比が、最大３０、最大２５、最大２２、最大２０、最大１５、最大１２、最大１０、最大８、最大５、または最大４である、実施形態４９のイオン伝導性層。
【0119】
実施形態５１．第１の空隙は、水平方向に配向した孔を含む、実施形態３３から５０のいずれか１つに記載のイオン伝導性層。
実施形態５２．第１の空隙は、本質的に水平方向に配向した孔を含む、実施形態３３から５１のいずれか１つに記載のイオン伝導性層。
実施形態５３．発泡マトリックスが、電解質材料と、ポリウレタン、エポキシ、またはそれらの組み合わせを含むポリマーとを含む、実施形態１～５２のいずれか１つのイオン伝導性層。
実施形態５４．電解質材料が、ハロゲン化物系材料、硫化物系材料、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態１から５３のいずれか１つに記載の固体イオン伝導性層。
実施形態５５．ハロゲン化物系材料が、Ｍ３－δ（Ｍｅｋ＋）ｆＸ３－δ＋ｋ＊ｆを含み、ここで、－３≦δ＜３、０≦ｆ≦１、ｋはＭｅの原子価、２≦ｋ＜６、Ｍはアルカリ金属元素を含み、ＭｅはＭと異なる金属元素を含み、Ｘはハロゲンを含む実施形態５４記載の固体イオンイオン伝導性層。
実施形態５６．電解質材料が、反ペロブスカイト構造を有するハロゲン化リチウム、オキシハロゲン化リチウム、ハロゲン化水酸化リチウム、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態５４の固体イオン伝導性層。
実施形態５７．電解質材料が、Li3OCl, Li3OBr, Li3O(Cl, Br), Li3OCl0.5Br0.5, Li2OHX, Li2OHCl, Li2OHBr,又はそれらの組み合わせを含む、実施形態５６の固体イオン伝導性層。
実施形態５８．硫化物が、xLi2S-yP2S5(LPS)、例えば 0.67Li2S-0.33P2S5, 80Li2S-20P2S5, 75Li2S-25P2S5, or 70Li2S-30P2S5, Li2S-X, ここで、Xは下記の少なくとも１つの硫化物を指し： SiS2, GeS2, and B2S3, 例えば 0.50Li2S-0.50GeS2, LiI-Li2S-SiS2 例えば 0.40LiI-0.36Li2S-0.24SiS2, 0.05Li4SiO4-0.57Li2S-0.38SiS2, Li3PO4-Li2S-SiS2 例えば 0.01Li3PO4-0.63Li2S-0.36SiS2, LiI-Li2S-B2S3 例えば0.44LiI-0.30Li2S-0.26B2S3, LiI-Li2S-P2S5例えば 0.45LiI-0.37Li2S-0.18P2S5, a-Li3PS4, Li10GeP2S12, Li6PS5Cl, Li6PS5Br, Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3, Li10.35[Sn0.27Si1.08]P1.65S12, 又はそれらの任意の組合せを含む、実施形態５４の固体イオン伝導性層。
実施形態５９．イオン伝導性層の総体積に対して少なくとも５ｖｏｌ％の電解質材料を含み、イオン伝導性層の総体積に対して少なくとも７ｖｏｌ％、少なくとも９ｖｏｌ％、少なくとも１０ｖｏｌ％、少なくとも１２ｖｏｌ％、少なくとも１５ｖｏｌ％、少なくとも１７ｖｏｌ％、少なくとも１９ｖｏｌ％、少なくとも２０ｖｏｌ％、少なくとも２５ｖｏｌ％、少なくとも２７ｖｏｌ％、または少なくとも３０ｖｏｌ％を含む、実施形態１～５８のいずれか１つのイオン伝導性層。
実施形態６０．実施形態１から５９のいずれか１つに記載のイオン伝導性層であって、イオン伝導性層の総体積に対して電解質材料を最大６０ｖｏｌ％、最大５８ｖｏｌ％、最大５５ｖｏｌ％、最大５０ｖｏｌ％、最大４８ｖｏｌ％、最大４５ｖｏｌ％、最大４２ｖｏｌ％、最大４０ｖｏｌ％、最大３８ｖｏｌ％、最大３５ｖｏｌ％、最大３０ｖｏｌ％、最大２８ｖｏｌ％、最大２５ｖｏｌ％、最大２０ｖｏｌ％、最大１５ｖｏｌ％、最大１０ｖｏｌ％、または最大５ｖｏｌ％含むことを特徴とする。
実施形態５２．第１の空隙は、本質的に水平方向に配向した孔を含む、実施形態３３から５１のいずれか１つに記載のイオン伝導性層。
実施形態５３．発泡マトリックスが、電解質材料と、ポリウレタン、エポキシ、またはそれらの組み合わせを含むポリマーとを含む、実施形態１～５２のいずれか１つのイオン伝導性層。
実施形態５４．電解質材料が、ハロゲン化物系材料、硫化物系材料、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態１から５３のいずれか１つに記載の固体イオン伝導性層。
実施形態５５．ハロゲン化物系材料が、Ｍ３－δ（Ｍｅｋ＋）ｆＸ３－δ＋ｋ＊ｆを含み、ここで、－３≦δ＜３、０≦ｆ≦１、ｋはＭｅの原子価、２≦ｋ＜６、Ｍはアルカリ金属元素を含み、ＭｅはＭと異なる金属元素を含み、Ｘはハロゲンを含む実施形態５４記載の固体イオンイオン伝導性層。
実施形態５６．電解質材料が、反ペロブスカイト構造を有するハロゲン化リチウム、オキシハロゲン化リチウム、ハロゲン化水酸化リチウム、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態５４の固体イオン伝導性層。
実施形態５７．電解質材料が、Li3OCl, Li3OBr, Li3O(Cl, Br), Li3OCl0.5Br0.5, Li2OHX, Li2OHCl, Li2OHBr,又はそれらの組み合わせを含む、実施形態５６の固体イオン伝導性層。
実施形態５８．硫化物が、xLi2S-yP2S5(LPS)、例えば 0.67Li2S-0.33P2S5, 80Li2S-20P2S5, 75Li2S-25P2S5, or 70Li2S-30P2S5, Li2S-X, ここで、Xは下記の少なくとも１つの硫化物を指し： SiS2, GeS2, and B2S3, 例えば 0.50Li2S-0.50GeS2, LiI-Li2S-SiS2 例えば 0.40LiI-0.36Li2S-0.24SiS2, 0.05Li4SiO4-0.57Li2S-0.38SiS2, Li3PO4-Li2S-SiS2 例えば 0.01Li3PO4-0.63Li2S-0.36SiS2, LiI-Li2S-B2S3 例えば0.44LiI-0.30Li2S-0.26B2S3, LiI-Li2S-P2S5例えば 0.45LiI-0.37Li2S-0.18P2S5, a-Li3PS4, Li10GeP2S12, Li6PS5Cl, Li6PS5Br, Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3, Li10.35[Sn0.27Si1.08]P1.65S12, 又はそれらの任意の組合せを含む、実施形態５４の固体イオン伝導性層。
実施形態５９．イオン伝導性層の総体積に対して少なくとも５ｖｏｌ％の電解質材料を含み、イオン伝導性層の総体積に対して少なくとも７ｖｏｌ％、少なくとも９ｖｏｌ％、少なくとも１０ｖｏｌ％、少なくとも１２ｖｏｌ％、少なくとも１５ｖｏｌ％、少なくとも１７ｖｏｌ％、少なくとも１９ｖｏｌ％、少なくとも２０ｖｏｌ％、少なくとも２５ｖｏｌ％、少なくとも２７ｖｏｌ％、または少なくとも３０ｖｏｌ％を含む、実施形態１～５８のいずれか１つのイオン伝導性層。
実施形態６０．実施形態１から５９のいずれか１つに記載のイオン伝導性層であって、イオン伝導性層の総体積に対して電解質材料を最大６０ｖｏｌ％、最大５８ｖｏｌ％、最大５５ｖｏｌ％、最大５０ｖｏｌ％、最大４８ｖｏｌ％、最大４５ｖｏｌ％、最大４２ｖｏｌ％、最大４０ｖｏｌ％、最大３８ｖｏｌ％、最大３５ｖｏｌ％、最大３０ｖｏｌ％、最大２８ｖｏｌ％、最大２５ｖｏｌ％、最大２０ｖｏｌ％、最大１５ｖｏｌ％、最大１０ｖｏｌ％、または最大５ｖｏｌ％含むことを特徴とする。
【0120】
実施形態６１．発泡マトリックス中に分散されたリチウム金属をさらに含む、実施形態１～６０のいずれか１つのイオン伝導性層。
実施形態６２．実施形態６１のイオン伝導性層を含む負極であって、負極がＬｉ金属で完全に充電されたときに、少なくとも６５０ｍＡｈ／ｇ、少なくとも７００ｍＡｈ／ｇ、少なくとも７５０ｍＡｈ／ｇ、少なくとも８００ｍＡｈ／ｇ、少なくとも８５０ｍＡｈ／ｇ、または少なくとも９００ｍＡｈ／ｇの比重エネルギー密度を有している、前記の負極。
実施形態６３．実施形態１～６０のいずれか１つに記載のイオン伝導性層を含む、電池。
実施形態６４．実施形態６２に記載の負極を含む、電池。
実施形態６５．少なくとも６００Ｗｈ／Ｌ、少なくとも６５０Ｗｈ／Ｌ、少なくとも７００Ｗｈ／Ｌ、少なくとも７５０Ｗｈ／Ｌ、少なくとも８００Ｗｈ／Ｌ、または少なくとも８５０Ｗｈ／Ｌのエネルギー密度を含む、実施形態６３または６４に記載の電池。
実施形態６６．少なくとも２５０Ｗｈ／ｋｇ、少なくとも３００Ｗｈ／ｋｇ、少なくとも３５０Ｗｈ／ｋｇ、または少なくとも４００Ｗｈ／ｋｇのエネルギー密度を含む、実施形態６３または６４に記載の電池。
実施形態６７．下記を含む、多層構造体：
第１のイオン伝導性層の総体積に対して５ｖｏｌ％未満の空隙率を有する第１のイオン伝導性層；および
前記第１イオン伝導性層の上に設けられた第２イオン伝導性層；
ここで、前記第２イオン伝導性層が、実施形態１～６１のいずれか１つに記載のイオン伝導性層を少なくとも１層含んでいることを特徴とする。
実施形態６８．少なくとも１つのイオン伝導性層が複数の該イオン伝導性層を含み、複数の該イオン伝導性層が空隙率、平均細孔サイズ、またはそれらの組み合わせを含む異なる細孔特性を備える、実施形態６７の多層構造体。
実施形態６９．第２のイオン伝導性層は、複数のイオン伝導性層の細孔で構成される傾斜した多孔性を備える、実施形態６８の多層構造体。
実施形態７０．第２のイオン伝導性層が、第１のイオン伝導性層から離れる方向に、増加した平均孔径、増加した多孔性、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態６８に記載の多層構造体。
実施形態６２．実施形態６１のイオン伝導性層を含む負極であって、負極がＬｉ金属で完全に充電されたときに、少なくとも６５０ｍＡｈ／ｇ、少なくとも７００ｍＡｈ／ｇ、少なくとも７５０ｍＡｈ／ｇ、少なくとも８００ｍＡｈ／ｇ、少なくとも８５０ｍＡｈ／ｇ、または少なくとも９００ｍＡｈ／ｇの比重エネルギー密度を有している、前記の負極。
実施形態６３．実施形態１～６０のいずれか１つに記載のイオン伝導性層を含む、電池。
実施形態６４．実施形態６２に記載の負極を含む、電池。
実施形態６５．少なくとも６００Ｗｈ／Ｌ、少なくとも６５０Ｗｈ／Ｌ、少なくとも７００Ｗｈ／Ｌ、少なくとも７５０Ｗｈ／Ｌ、少なくとも８００Ｗｈ／Ｌ、または少なくとも８５０Ｗｈ／Ｌのエネルギー密度を含む、実施形態６３または６４に記載の電池。
実施形態６６．少なくとも２５０Ｗｈ／ｋｇ、少なくとも３００Ｗｈ／ｋｇ、少なくとも３５０Ｗｈ／ｋｇ、または少なくとも４００Ｗｈ／ｋｇのエネルギー密度を含む、実施形態６３または６４に記載の電池。
実施形態６７．下記を含む、多層構造体：
第１のイオン伝導性層の総体積に対して５ｖｏｌ％未満の空隙率を有する第１のイオン伝導性層；および
前記第１イオン伝導性層の上に設けられた第２イオン伝導性層；
ここで、前記第２イオン伝導性層が、実施形態１～６１のいずれか１つに記載のイオン伝導性層を少なくとも１層含んでいることを特徴とする。
実施形態６８．少なくとも１つのイオン伝導性層が複数の該イオン伝導性層を含み、複数の該イオン伝導性層が空隙率、平均細孔サイズ、またはそれらの組み合わせを含む異なる細孔特性を備える、実施形態６７の多層構造体。
実施形態６９．第２のイオン伝導性層は、複数のイオン伝導性層の細孔で構成される傾斜した多孔性を備える、実施形態６８の多層構造体。
実施形態７０．第２のイオン伝導性層が、第１のイオン伝導性層から離れる方向に、増加した平均孔径、増加した多孔性、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態６８に記載の多層構造体。
【0121】
実施形態７１．吸湿性材料と発泡剤とを含む固体電解質材料を含む、組成物。
実施形態７２．有機材料前駆体をさらに含み、有機材料前駆体は疎水性である、実施形態７１に記載の組成物。
実施形態７３．最大５のＨＬＢ値、最大１０％の反応性値、最大１．０重量％のＭＡＲ、またはそれらの組み合わせを有する有機材料前駆体をさらに含む、実施形態７１に記載の組成物。
実施形態７４．有機材料前駆体が、エポキシ樹脂、ポリオール、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態７２または７３に記載の組成物。
実施形態７５．最大５のＨＬＢ値、最大１０％の反応性値、最大１．０重量％のＭＡＲ、またはそれらの組み合わせを含む架橋剤をさらに含む、実施形態７１から７４のいずれか１つに記載の組成物。
実施形態７６．架橋剤が、イソシアネート３７０、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、イソホロンジイソシアネート、疎水性ポリイソシアネート、アミン、チオール、またはこれらの組み合わせを含む、実施形態７５に記載の組成物。
実施形態７７．発泡剤が、シクロペンタン、ペンタン、イソペンタン、メチレンジフェニルジイソシアネートを含む、実施形態７１から７６のいずれか１項に記載の組成物。
実施形態７８．実施形態７１から７７のいずれか１つに記載の組成物は、組成物の総重量に対して、少なくとも５０ｗｔ％から最大８５ｗｔ％の電解質材料を含む。
実施形態７９．電解質材料が、ハロゲン化物系材料、硫化物系材料、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態７１から７８のいずれか１つに記載の組成物。
実施形態８０．組成物の総重量に対して少なくとも２ｗｔ％～最大１０ｗｔ％の発泡剤を含む、実施形態７１から７９のいずれか１つに記載の組成物。
実施形態７２．有機材料前駆体をさらに含み、有機材料前駆体は疎水性である、実施形態７１に記載の組成物。
実施形態７３．最大５のＨＬＢ値、最大１０％の反応性値、最大１．０重量％のＭＡＲ、またはそれらの組み合わせを有する有機材料前駆体をさらに含む、実施形態７１に記載の組成物。
実施形態７４．有機材料前駆体が、エポキシ樹脂、ポリオール、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態７２または７３に記載の組成物。
実施形態７５．最大５のＨＬＢ値、最大１０％の反応性値、最大１．０重量％のＭＡＲ、またはそれらの組み合わせを含む架橋剤をさらに含む、実施形態７１から７４のいずれか１つに記載の組成物。
実施形態７６．架橋剤が、イソシアネート３７０、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、イソホロンジイソシアネート、疎水性ポリイソシアネート、アミン、チオール、またはこれらの組み合わせを含む、実施形態７５に記載の組成物。
実施形態７７．発泡剤が、シクロペンタン、ペンタン、イソペンタン、メチレンジフェニルジイソシアネートを含む、実施形態７１から７６のいずれか１項に記載の組成物。
実施形態７８．実施形態７１から７７のいずれか１つに記載の組成物は、組成物の総重量に対して、少なくとも５０ｗｔ％から最大８５ｗｔ％の電解質材料を含む。
実施形態７９．電解質材料が、ハロゲン化物系材料、硫化物系材料、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態７１から７８のいずれか１つに記載の組成物。
実施形態８０．組成物の総重量に対して少なくとも２ｗｔ％～最大１０ｗｔ％の発泡剤を含む、実施形態７１から７９のいずれか１つに記載の組成物。
【0122】
実施形態８１．組成物の総重量に対して少なくとも５ｗｔ％～最大２０ｗｔ％の有機材料前駆体を含む、実施形態７１から８０のいずれか１つに記載の組成物。
実施形態８２．組成物の総重量に対して少なくとも５ｗｔ％～最大２０ｗｔ％の架橋剤を含む、実施形態７１から８１のいずれか１つに記載の組成物。
実施形態８３．実施形態７１から８２のいずれか１つに記載の組成物を含む、スラリー。
実施形態８４．実施形態７１から８２のいずれか１つに記載の組成物を含む、コロイド懸濁液。
実施形態８５．下記の工程を含む、方法：
吸湿性材料を含む電解質材料と発泡剤とを含む混合物を形成すること；および
混合物から発泡したマトリックスを形成すること。
実施形態８６．混合物が、有機材料前駆体及び架橋剤をさらに含む、実施形態８５に記載の方法。
実施形態８７．有機材料前駆体から形成された有機材料を含む発泡マトリックスを形成する発泡反応を行うことをさらに含む、実施形態８５または８６に記載の方法。
実施形態８８．発泡剤及び架橋剤の各々が、最大５のＨＬＢ値、最大１０％の反応性値、最大１．０重量％のＭＡＲ、又はそれらの組み合わせを含む、実施形態８５から８７のいずれか１つに記載の方法。
実施形態８９．有機材料前駆体が疎水性である、実施形態８５から８８のいずれか１つに記載の方法。
実施形態９０．有機材料が、最大５のＨＬＢ値、最大１０％の反応性値、最大１．０重量％のＭＡＲ、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態８５から８９のいずれか１つに記載の方法。
実施形態８２．組成物の総重量に対して少なくとも５ｗｔ％～最大２０ｗｔ％の架橋剤を含む、実施形態７１から８１のいずれか１つに記載の組成物。
実施形態８３．実施形態７１から８２のいずれか１つに記載の組成物を含む、スラリー。
実施形態８４．実施形態７１から８２のいずれか１つに記載の組成物を含む、コロイド懸濁液。
実施形態８５．下記の工程を含む、方法：
吸湿性材料を含む電解質材料と発泡剤とを含む混合物を形成すること；および
混合物から発泡したマトリックスを形成すること。
実施形態８６．混合物が、有機材料前駆体及び架橋剤をさらに含む、実施形態８５に記載の方法。
実施形態８７．有機材料前駆体から形成された有機材料を含む発泡マトリックスを形成する発泡反応を行うことをさらに含む、実施形態８５または８６に記載の方法。
実施形態８８．発泡剤及び架橋剤の各々が、最大５のＨＬＢ値、最大１０％の反応性値、最大１．０重量％のＭＡＲ、又はそれらの組み合わせを含む、実施形態８５から８７のいずれか１つに記載の方法。
実施形態８９．有機材料前駆体が疎水性である、実施形態８５から８８のいずれか１つに記載の方法。
実施形態９０．有機材料が、最大５のＨＬＢ値、最大１０％の反応性値、最大１．０重量％のＭＡＲ、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態８５から８９のいずれか１つに記載の方法。
【0123】
実施形態９１．有機材料前駆体は、エポキシ樹脂、ポリオール、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態８５から９０のいずれか１つに記載の方法。
実施形態９２．架橋剤が、イソシアネート３７０、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、イソホロンジイソシアネート、疎水性ポリイソシアネート、アミン、チオール、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態８５から９１のいずれか１つに記載の方法。
実施形態９３．発泡剤が、シクロペンタン、ペンタン、イソペンタン、メチレンジフェニルジイソシアネート、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態８５から９２のいずれか１つに記載の方法。
実施形態９４．混合物を含むフィルムまたはテープを形成することをさらに含み、発泡がフィルム中またはテープ中で行われる、実施形態８５から９３のいずれか１つに記載の方法。
実施形態９５．フィルムまたはテープが、混合物を押出成形、カレンダー成形、印刷、またはキャスティングすることによって形成される、実施形態９４に記載の方法。
実施形態９６．フィルムまたはテープが第１の緑色層であり、工程が第２の緑色層を形成することをさらに含み、第２の緑色層が第１の緑色層に重なる、実施形態９４または９５に記載の方法。
実施形態９７．第２の緑色層を形成している間に、第１の緑色層を同時に形成する、実施形態９６のプロセス。
実施形態９８．第１のグリーン層と第２のグリーン層を積層することをさらに含む、実施形態９６のプロセス。
実施形態９９．発泡反応を少なくとも４０℃、最大８０℃の温度で行う、実施形態８５から９８のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１００．発泡反応が、フィルムまたはテープの形成温度よりも高い温度で行われる、実施形態９９に記載の方法。
実施形態９２．架橋剤が、イソシアネート３７０、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、イソホロンジイソシアネート、疎水性ポリイソシアネート、アミン、チオール、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態８５から９１のいずれか１つに記載の方法。
実施形態９３．発泡剤が、シクロペンタン、ペンタン、イソペンタン、メチレンジフェニルジイソシアネート、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態８５から９２のいずれか１つに記載の方法。
実施形態９４．混合物を含むフィルムまたはテープを形成することをさらに含み、発泡がフィルム中またはテープ中で行われる、実施形態８５から９３のいずれか１つに記載の方法。
実施形態９５．フィルムまたはテープが、混合物を押出成形、カレンダー成形、印刷、またはキャスティングすることによって形成される、実施形態９４に記載の方法。
実施形態９６．フィルムまたはテープが第１の緑色層であり、工程が第２の緑色層を形成することをさらに含み、第２の緑色層が第１の緑色層に重なる、実施形態９４または９５に記載の方法。
実施形態９７．第２の緑色層を形成している間に、第１の緑色層を同時に形成する、実施形態９６のプロセス。
実施形態９８．第１のグリーン層と第２のグリーン層を積層することをさらに含む、実施形態９６のプロセス。
実施形態９９．発泡反応を少なくとも４０℃、最大８０℃の温度で行う、実施形態８５から９８のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１００．発泡反応が、フィルムまたはテープの形成温度よりも高い温度で行われる、実施形態９９に記載の方法。
【0124】
実施形態１０１．発泡反応を行いながら、フィルムまたはテープの厚さを同時に拘束することをさらに含む、実施形態８５から１００のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１０２．グリーン層中の混合物を硬化させて固体イオン伝導性層を形成することをさらに含み、硬化は２０℃～１５０℃の温度で行われる、実施形態９９から１０１のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１０３．第２のグリーン層から緻密な電解質層を形成することをさらに含む、実施形態９６から１０２のいずれか１つに記載の方法（原文）。下記を含む本体を含む、外装：
少なくとも約９０重量％のホウ化カルシウム化合物を含み、少なくとも約８０％の理論密度を有する第１の部分であって、ホウ化カルシウム化合物が非化学量論的ホウ化カルシウム（ＣａＢｘ）と化学量論的ホウ化カルシウム（ＣａＢ６）を含む部分。
実施形態１０２．グリーン層中の混合物を硬化させて固体イオン伝導性層を形成することをさらに含み、硬化は２０℃～１５０℃の温度で行われる、実施形態９９から１０１のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１０３．第２のグリーン層から緻密な電解質層を形成することをさらに含む、実施形態９６から１０２のいずれか１つに記載の方法（原文）。下記を含む本体を含む、外装：
少なくとも約９０重量％のホウ化カルシウム化合物を含み、少なくとも約８０％の理論密度を有する第１の部分であって、ホウ化カルシウム化合物が非化学量論的ホウ化カルシウム（ＣａＢｘ）と化学量論的ホウ化カルシウム（ＣａＢ６）を含む部分。
【0125】
例
例１
表１に含まれる組成を有する混合物を用いて、本明細書の実施形態に従って、空隙率固体イオン伝導性層を形成することができる。キャストされたテープは、シクロペンタンの発泡反応が開始される～５５℃に加熱され得る。成形反応は発熱性であるため、発泡反応の進行に伴い、テープ温度はさらに上昇する。７０℃付近でイソシアネートとボラペルの架橋が起こり、空隙率ポリウレタン構造が形成される。
例１
表１に含まれる組成を有する混合物を用いて、本明細書の実施形態に従って、空隙率固体イオン伝導性層を形成することができる。キャストされたテープは、シクロペンタンの発泡反応が開始される～５５℃に加熱され得る。成形反応は発熱性であるため、発泡反応の進行に伴い、テープ温度はさらに上昇する。７０℃付近でイソシアネートとボラペルの架橋が起こり、空隙率ポリウレタン構造が形成される。
【表1】
【0126】
例２
空隙率固体イオン伝導性層は、表２に含まれる組成を有する混合物を用いて、本明細書の実施形態に従って形成することができる。表２において、いくつかの内容が範囲で提供されているにもかかわらず、成分の内容は１００％まで加算されると理解されたい。キャストされたテープは、ペンタンの発泡反応が開始する～４０℃に加熱することができる。発泡反応は発熱性であるため、発泡反応が進むとテープ温度はさらに上昇する。エポキシの硬化は、空隙率エポキシ骨格の形成後すぐに開始される。
空隙率固体イオン伝導性層は、表２に含まれる組成を有する混合物を用いて、本明細書の実施形態に従って形成することができる。表２において、いくつかの内容が範囲で提供されているにもかかわらず、成分の内容は１００％まで加算されると理解されたい。キャストされたテープは、ペンタンの発泡反応が開始する～４０℃に加熱することができる。発泡反応は発熱性であるため、発泡反応が進むとテープ温度はさらに上昇する。エポキシの硬化は、空隙率エポキシ骨格の形成後すぐに開始される。
【表2】
【0127】
例３
表３に含まれる組成を有する混合物を用いて、本明細書の実施形態に従って、空隙率固体イオン伝導性層を形成することができる。Araldite（登録商標）casting systemとCapcure（登録商標）3800は、１０：１８の割合で混合されてもよい。表３においていくつかの含有量が範囲で提供されているにもかかわらず、成分の含有量は１００％まで加算されると理解される。発泡と架橋は、製造者の指示に従って、キャストされたテープで行うことができる。
表３に含まれる組成を有する混合物を用いて、本明細書の実施形態に従って、空隙率固体イオン伝導性層を形成することができる。Araldite（登録商標）casting systemとCapcure（登録商標）3800は、１０：１８の割合で混合されてもよい。表３においていくつかの含有量が範囲で提供されているにもかかわらず、成分の含有量は１００％まで加算されると理解される。発泡と架橋は、製造者の指示に従って、キャストされたテープで行うことができる。
【表3】
【0128】
例４
下記表４の各バインダー材料を、固体イオン伝導性層形成用Ｌｉ３ＹＢｒ６粉末と混合した。
下記表４の各バインダー材料を、固体イオン伝導性層形成用Ｌｉ３ＹＢｒ６粉末と混合した。
【0129】
ＰＶＣ粉末と可塑剤であるフタル酸ジイソノニル（ＤＩＮＰ）を、混合物の総重量に対してＰＶＣが４０ｗｔ％、ＤＩＮＰが６０ｗｔ％となるように予備混合した。次に、ＰＶＣとＤＩＮＰの予備混合物を、Ｌｉ３ＹＢｒ６粉末と混合した。ここで、Ｌｉ３ＹＢｒ６粉末は６０ｗｔ．％で、ＰＶＣとＤＩＮＰの予備混合物は、Ｌｉ３ＹＢｒ６と予備混合物の合計重量に対して４０ｗｔ．％となるように、予備混合した。発泡剤としてアゾジカルボンアミド（例えば、CelChem LLC Celgogen 780）を使用し、ＰＶＣ、ＤＩＮＰ、およびＬｉ３ＹＢｒ６の混合物に加えた。この混合物をテープキャストしてシートにし、１５０～２００℃で加熱してＰＶＣを融着させ、冷却してＬｉ３ＹＢｒ６－ＰＶＣフォームを形成させた。
【0130】
Ｌｉ３ＹＢｒ６とＤＩＮＰの混合物のＸＲＤ分析では、Ｌｉ３ＹＢｒ６の分解はわずかで、臭化リチウムの生成は低レベルであることが示唆された。ＤＩＮＰの反応性値は１０％未満であり、ＤＩＮＰとＬｉ３ＹＢｒ６は化学的に相溶していると考えられる。Ｌｉ３ＹＢｒ６とＰＶＣの混合物のＸＲＤ分析により、ＰＶＣはＬｉ３ＹＢｒ６と化学的に相溶することが示唆された。
【表4】
【0131】
シリコーン－エポキシは，シリコーン９９ｗｔ％：Ｂ（Ｃ６Ｆ５）３の重量比で触媒と予備混合した。その後，Ｌ３ＹＢｒ６と混合し，プレミクスチャーとＬｉ３ＹＢｒ６の合計に対して，プレミクスチャーが７０ｗｔ．％，Ｌｉ３ＹＢｒ６が３０ｗｔ．％になるように混合した。なお，シリコーンエポキシと触媒Ｂ（Ｃ６Ｆ５）３，およびＬｉ３ＹＢｒ６粉末の混合物は，シリコーンエポキシの硬化条件である１２０℃，３０分では完全硬化できず，触媒の量を増やすと完全硬化できなくなることがわかった。
【0132】
シリコーンハイコンシステンシーゴム（ＨＣＲ）(Nouryon Silicone Gum RB6-0902)と触媒である過酸化物を、シリコーンＨＣＲ９７ｗｔ％：過酸化物３ｗｔ％の重量比でプレミックスした。その後，Ｌｉ３ＹＢｒ６を予備混合物が７０ｗｔ．％，Ｌ３ＹＢｒ６が予備混合物とＬ３ＹＢｒ６の合計で３０ｗｔ．％になるように混合した。また，シリコーンＨＣＲと触媒である過酸化物(Nouryon Peroxide PD-50-S-PS)およびＬｉ３ＹＢｒ６の混合粉末は完全に硬化することができず，シリコーンＨＣＲ，過酸化物およびＬｉ３ＹＢｒ６の混合物のＸＲＤパターンにはＬｉＢｒの特性ピークが見られ，Ｌｉ３ＹＢｒ６の分解が示唆されている．
【0133】
シリコンと触媒であるＳｎ（Ｎｕｓｉｌ ＲＴ フォームシリコーンＲ－２３７０） の予備混合物をＬｉ３ＹＢｒ６と混合した。この混合物は完全に硬化することができず，混合物のＸＲＤ分析からＬｉ３ＹＢｒ６の分解が示唆された。
【0134】
シリコンとＰｔ触媒の予備混合物（Ｎｕｓｉｌ ＲＴ フォームシリコーンＲ－２３６０）を、Ｌｉ３ＹＢｒ６と、予備混合物５０ｗｔ．％：Ｌｉ３ＹＢｒ６の重量比にて混合した。混合物のＸＲＤ分析からＬｉ３ＹＢｒ６の分解がなく、シリコーンとＰｔ触媒は化学的に互換性があることが示された。この混合物中のＰｔの含有量は，シリコーンの重量に対して５０ｐｐｍである．この混合物は完全に硬化させることができなかった。さらなる分析により、Ｌｉ３ＹＢｒ６粉末に含まれる不純物、臭化アンモニウムが硬化に影響を与える可能性があることが示された。シリコーン、Ｐｔ触媒、Ｌｉ３ＹＢｒ６の混合物に、Ｐｔを４００～５０００ｐｐｍ添加したところ、Ｐｔの含有量を６００ｐｐｍ以上にすると、２０～７０℃の温度で５～２０分間硬化させることができた。
【0135】
例５
６５ｗｔ％のＬｉ３ＹＢｒ６と３５ｗｔ％の発泡ポリシロキサンマトリックスを含む固体イオン伝導性層を二液型シリコーンゴム（ＬＳＲ）を用いて形成した。以下の工程はグローブボックス内で行った。
６５ｗｔ％のＬｉ３ＹＢｒ６と３５ｗｔ％の発泡ポリシロキサンマトリックスを含む固体イオン伝導性層を二液型シリコーンゴム（ＬＳＲ）を用いて形成した。以下の工程はグローブボックス内で行った。
【0136】
二液型シリコーンゴム（ＬＳＲ）は，５５ｗｔ％のＡ部に４５ｗｔ％のＬｉ３ＹＢｒ６を均一に分散した。Ａ部はビニルシリコーン，触媒のＰｔ，発泡剤（シラノール）などを 含む。６９ｗｔ．％Ｌｉ３ＹＢ６は，３１ｗｔ．％Ｂ部に均一に分散させた。Ｂ部は，ビニルシリコーンおよび架橋剤（水素化シリコーン）を含む。Ｌｉ３ＹＢｒ６－Ａ部予備混合物とＬｉ３ＹＢｒ６－Ｂ部予備混合物を配合した。最終混合物を使用して，５０ｕｍから３００ｕｍの厚さを有するテープキャストフィルムを作製した。フィルムは６０℃から１００℃で加熱され，発泡と硬化が同時に起こるように最大１０分間滞留した。Ｐｔが存在すると、シラノール（Ａ部のブロー剤）が水素化シリコーン（Ｂ部）と反応して水素ガスが発生し、発泡する。一方、ビニルシリコーン（Ａ部、Ｂ部とも）は水素化シリコーン（Ｂ部の架橋剤）と反応してシリコーンゴムを形成する。その後、フィルムを冷却することで、シリコーンフォームにＬｉ３ＹＢｒ６を含む固体イオン伝導性層が形成される。
【0137】
例６
【表5】
【0138】
発泡シートは、表１０に記した成分を含む白金系シリコーン発泡システムで、ハロゲン化物イオン伝導性材料で形成される。成分は予備混合され、予備混合物とハロゲン化物系イオン伝導性材料は、予備混合物とハロゲン化物系イオン伝導性材料との下記の重量比で混合されて、イオン伝導性層を形成する：0.1 wt.%:99.9 wt.%, 0.5 wt.%:99.5 wt.%, 1 wt.%: 99 wt.%,, 1.5 wt.%: 98.5 wt.%, 2 wt.%:98 wt.%, 3 wt.%: 98wt.%, 4 wt.%:96 wt.%, 5wt.%:95 wt.%, 6 wt.%: 94wt.%, 7 wt.%:93 wt.%, 8 wt.%:92wt.%, 9wt.%:91 wt.%, 及び 10 wt.%: 90 wt.%。
【0139】
利点、他の利点、及び問題に対する解決策を、特定の実施形態に関して上述してきた。しかしながら、利点、利点、問題に対する解決策、及び任意の利点、利点、又は解決策を生じさせるか又はより顕著にする可能性のある任意の特徴（複数可）は、任意の又は全ての請求項の重要、必須、又は必須の特徴として解釈されるべきではない。本明細書において、１つ以上の成分を含む材料への言及は、材料が特定された１つ以上の成分から本質的になる少なくとも１つの実施形態を含むと解釈することができる。本質的に成る」という用語は、特定されたこれらの材料を含み、材料の特性を著しく変化させない少数含有量（例えば、不純物含有量）以外の他の全ての材料を除外した組成物を含むと解釈されるであろう。加えて、又は代替的に、特定の非限定的な実施形態において、本明細書で特定される組成物のいずれかは、明示的に開示されていない材料を本質的に含まない可能性がある。本明細書の実施形態は、材料内の特定の成分の含有量の範囲を含み、所定の材料内の成分の含有量は合計１００％であることが理解されよう。
【0140】
本明細書に記載された実施形態の明細書及び図解は、様々な実施形態の構造の一般的な理解を提供することを意図している。本明細書及び図解は、本明細書に記載された構造又は方法を使用する装置及びシステムの要素及び特徴の全てについて網羅的かつ包括的な説明として機能することを意図していない。別々の実施形態はまた、単一の実施形態において組み合わせて提供されてもよく、逆に、簡潔さのために、単一の実施形態の文脈で説明される様々な特徴はまた、別々にまたは任意のサブコンビネーションで提供されてもよい。さらに、範囲内に記載された値への言及は、その範囲内の各値およびすべての値を含む。他の多くの実施形態は、本明細書を読んだ後に初めて当業者に明らかになる場合がある。他の実施形態は、本開示の範囲から逸脱することなく、構造的置換、論理的置換、または別の変更を行うことができるように、本開示から使用され、導出されてもよい。したがって、本開示は、制限的ではなく例示的なものとみなされる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【国際調査報告】