特表 2024-518874 エネルギー貯蔵装置またはエネルギー変換装置に使用するための構成要素およびその製造方法

(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】2024-05-08

(54)【発明の名称】エネルギー貯蔵装置またはエネルギー変換装置に使用するための構成要素およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/13 20100101AFI20240426BHJP

   H01M 4/525 20100101ALI20240426BHJP

   H01M 4/58 20100101ALI20240426BHJP

   H01M 4/505 20100101ALI20240426BHJP

   H01M 4/48 20100101ALI20240426BHJP

   H01M 4/485 20100101ALI20240426BHJP

   H01M 4/62 20060101ALI20240426BHJP

   H01M 4/139 20100101ALI20240426BHJP

   H01M 4/66 20060101ALI20240426BHJP

   H01M 4/72 20060101ALI20240426BHJP

   H01M 4/74 20060101ALI20240426BHJP

   H01M 10/0562 20100101ALI20240426BHJP

   H01M 10/052 20100101ALI20240426BHJP

   H01M 4/86 20060101ALI20240426BHJP

   H01G 11/26 20130101ALI20240426BHJP

   H01G 11/68 20130101ALI20240426BHJP

   H01G 11/70 20130101ALI20240426BHJP

   H01G 11/46 20130101ALI20240426BHJP

   H01G 11/86 20130101ALI20240426BHJP

   H10N 30/30 20230101ALI20240426BHJP

   H10N 30/853 20230101ALI20240426BHJP

   H10N 10/851 20230101ALI20240426BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20240426BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20240426BHJP

【ＦＩ】

H01M4/13

H01M4/525

H01M4/58

H01M4/505

H01M4/48

H01M4/485

H01M4/62 Z

H01M4/139

H01M4/66 A

H01M4/72 A

H01M4/74 C

H01M10/0562

H01M10/052

H01M4/86 M

H01M4/86 B

H01M4/86 U

H01M4/86 T

H01G11/26

H01G11/68

H01G11/70

H01G11/46

H01G11/86

H10N30/30

H10N30/853

H10N10/851

H01M8/10 101

H01M8/12 101

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023560766

(86)(22)【出願日】2022-04-29

(85)【翻訳文提出日】2023-11-28

(86)【国際出願番号】 GB2022051115

(87)【国際公開番号】W WO2022229666

(87)【国際公開日】2022-11-03

(31)【優先権主張番号】2106150.2

(32)【優先日】2021-04-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】515189520

【氏名又は名称】イリカ テクノロジーズ リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100213333

【弁理士】

【氏名又は名称】鹿山 昌代

(72)【発明者】

【氏名】ロバート ノーブル

(72)【発明者】

【氏名】キリアコス ジャグログロウ

(72)【発明者】

【氏名】ドナト エルコール コンテ

【テーマコード（参考）】

5E078

5H017

5H018

5H029

5H050

5H126

【Ｆターム（参考）】

5E078BA27

5E078BA53

5E078BB23

5E078BB32

5E078BB33

5E078FA04

5E078FA12

5E078FA25

5E078LA02

5E078ZA02

5H017AA04

5H017AS02

5H017CC01

5H017CC05

5H017DD01

5H017EE01

5H017EE04

5H017EE05

5H017HH00

5H017HH03

5H017HH07

5H017HH08

5H018AA06

5H018DD06

5H018DD08

5H018EE02

5H018EE10

5H018EE12

5H018HH03

5H018HH05

5H029AJ14

5H029AK01

5H029AK02

5H029AK03

5H029AL02

5H029AL03

5H029AL12

5H029AM12

5H029CJ02

5H029CJ03

5H029CJ08

5H029CJ22

5H029CJ28

5H029DJ07

5H029DJ09

5H029DJ14

5H029DJ15

5H029EJ01

5H029HJ00

5H029HJ02

5H029HJ04

5H029HJ05

5H029HJ07

5H029HJ14

5H029HJ15

5H050AA19

5H050BA16

5H050BA17

5H050CA01

5H050CA02

5H050CA07

5H050CA08

5H050CA09

5H050CB02

5H050CB03

5H050DA04

5H050DA06

5H050DA07

5H050DA08

5H050DA13

5H050EA11

5H050EA12

5H050FA09

5H050FA15

5H050FA16

5H050GA02

5H050GA03

5H050GA10

5H050GA22

5H050GA27

5H050HA00

5H050HA02

5H050HA04

5H050HA05

5H050HA07

5H050HA14

5H050HA15

5H126BB06

(57)【要約】

エネルギー貯蔵装置またはエネルギー変換装置に使用するための構成要素は、第１の部分と第２の部分とを備える。前記第１の部分は、セラミック材料の粒子を含み、前記第２の部分は、複数の厚さ方向の開口部を有するシートによって提供される。前記第２の部分は、前記第１の部分に少なくとも部分的に埋め込まれている。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エネルギー貯蔵装置またはエネルギー変換装置に使用するための構成要素であって、
前記構成要素は、第１の部分と第２の部分とを備え、
前記第１の部分は、セラミック材料の粒子を含み、前記第２の部分は、複数の厚さ方向の開口部を有するシートによって提供され、
前記第２の部分は、前記第１の部分に少なくとも部分的に埋め込まれている、
構成要素。

【請求項2】

前記セラミック材料は、
電極活物質、電解質、圧電材料、太陽光発電材料、熱電材料からなる群から選択される、
請求項１に記載の構成要素。

【請求項3】

前記第２の部分は、導電性材料のシートによって提供される、
請求項１または２に記載の構成要素。

【請求項4】

前記第２の部分は、金属または金属合金を含む、
請求項３に記載の構成要素。

【請求項5】

前記金属または金属合金が、鉄、ニッケル、銅、アルミニウム、チタン、および白金からなる群から選択される１つまたは複数の元素を含む、
請求項４に記載の構成要素。

【請求項6】

前記厚さ方向の開口部は、格子状に配置されている、
請求項１から５のいずれか一項に記載の構成要素

【請求項7】

前記第２の部分は、織られたメッシュによって提供される、
請求項６に記載の構成要素。

【請求項8】

前記織られたメッシュは、ストランドに垂直な方向で測定した場合に、１ｃｍ当たり５－５００本のストランドを有する、
請求項７に記載の構成要素。

【請求項9】

前記織られたメッシュは、ストランドに垂直な方向で測定した場合に、１ｃｍ当たり３０－２５０本のストランドを有する、
請求項８に記載の構成要素。

【請求項10】

前記織られたメッシュは、ストランドに垂直な方向で測定した場合に、１ｃｍ当たり３０－１００本のストランドを有する、
請求項９に記載の構成要素。

【請求項11】

前記開口部は、１０－１０００μｍの範囲の幅を有する、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の構成要素。

【請求項12】

前記開口部は、１０－２００μｍの範囲の幅を有する、
請求項１１に記載の構成要素。

【請求項13】

前記開口部は、５０－２００μｍの範囲の幅を有する、
請求項１２に記載の構成要素。

【請求項14】

前記構成要素は、電池セル、特に、固体電池セル用の電極であり、前記セラミック材料は、電極活物質である、
請求項１から１３のいずれか一項に記載の構成要素。

【請求項15】

前記電極活物質の粒子は、
リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物（ＬｉＮｉ_ｘＣｏ_ｙＡｌ_ｚＯ_２、ｘ＞０、ｙ＞０、ｚ＞０およびｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ_４）、リチウムマンガンニッケル酸化物（ＬｉＭｎ_１．５Ｎｉ_０．５Ｏ_４）、リン酸コバルトリチウム（ＬｉＣｏＰＯ_４）、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物（ＬｉＮｉ_ｘＣｏ_ｙＭｎ_ｚＯ_２、ｘ＞０、ｙ＞０、ｚ＞０、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_５）、ＬｉＶＯＰＯ_４、Ｌｉ_３Ｖ_２（ＰＯ_４）_３、ＬｉＭＰＯ_４（Ｍ＝Ｎｉ、Ｍｎ）、酸化スズおよびチタン酸リチウム酸化物（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２またはＬｉ_２ＴｉＯ_３）、
からなる群から選択される少なくとも１つの電極活物質を含む、
請求項１４に記載の構成要素。

【請求項16】

前記第１の部分は、前記電極活物質の粒子間に分布するイオン伝導性成分をさらに含む、
請求項１４または１５に記載の構成要素。

【請求項17】

前記電極の前記第１の部分中の電子伝導性成分の量は、前記電極活物質の総体積に対して１０ｖоｌ％未満である、
請求項１４から１６のいずれか一項に記載の構成要素。

【請求項18】

請求項１から１７のいずれか一項に記載の構成要素を製造する方法であって、
複数の厚さ方向の開口部を有するシートを提供するステップと、
セラミック材料の粒子を液相と組み合わせてスラリーを形成するステップと、
前記複数の厚さ方向の開口部を有する前記シート上に前記スラリーを堆積させるステップと、
前記シート上に前記スラリーを堆積させた後、前記セラミック材料を部分的に可溶化するように構成された溶媒で前記セラミック材料の前記粒子を湿らせるステップと、
前記溶媒を蒸発させ、前記セラミック材料を圧縮するために、前記粒子に、圧力および熱を加えることによって、湿った前記セラミック材料の前記粒子を焼結するステップと、
を含み、
焼結温度は、前記溶媒の前記沸点より上の２００℃以下である、
方法。

【請求項19】

前記セラミック材料の前記粒子を溶媒で湿らせるステップは、
噴霧プロセスによって前記溶媒を前記粒子に適用するステップを含む、
請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

前記セラミック材料の前記粒子を溶媒で湿らせるステップは、
前記溶媒を、前記溶媒の蒸気の形態で前記粒子に適用するステップを含む、
請求項１８に記載の方法。

【請求項21】

前記液相は、ポリマー結合剤相を含み、
前記方法は、
前記スラリーを前記シート上に堆積させるステップの後であり、前記セラミック材料の前記粒子を前記溶媒で湿らせるステップの前に、前記スラリー中の前記ポリマー結合剤相の前記濃度を低減させるために前記スラリーを加熱するステップと、
さらに含む、
請求項１８から２０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項22】

請求項１から１７のいずれか一項に記載の電極を製造する方法であって、
複数の厚さ方向の開口部を有するシートを提供するステップと、
溶媒がセラミック材料を可溶化するように構成されており、前記セラミック材料の粒子を前記溶媒と組み合わせてスラリーを形成するステップと、
前記複数の厚さ方向の開口部を有するシート上に前記スラリーを堆積させるステップと、
前記溶媒を蒸発させ、前記セラミック材料を圧縮するために、前記スラリーに、圧力および熱を加えることによって、前記セラミック材料の前記粒子を焼結するステップと、
を含み、
焼結温度は、前記溶媒の前記沸点より上の２００℃以下である、
方法。

【請求項23】

前記スラリーは、ポリマー結合剤をさらに含み、
前記セラミック材料を圧縮するために、前記スラリーを焼結するステップの後、圧縮した材料を、前記焼結温度より高い温度に加熱して、前記圧縮した材料中の前記ポリマー結合剤相の前記濃度を低減するステップと、
をさらに含む、
請求項２２に記載の方法。

【請求項24】

前記焼結温度は、３００℃以下である、
請求項１８から２３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項25】

加えられる前記圧力は、３００ＭＰａ以下である、
請求項１８から２４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項26】

前記溶媒を蒸発させて前記セラミック材料を圧縮するために、圧力および熱を加えることによって、前記セラミック材料の前記粒子を焼結するステップは、６０分以下の時間を要する、
請求項１８から２５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項27】

前記セラミック材料の前記粒子は、１０ｎｍから５０μｍの範囲のｄ５０サイズを有する、
請求項１８から２６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項28】

前記スラリーは、マスクを介して、前記複数の厚さ方向の開口部を有する前記シート上に堆積される、
請求項１８から２７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項29】

前記スラリーは、テープキャスティング法またはスクリーン印刷法によって、前記複数の厚さ方向の開口部を有する前記シート上に堆積される、
請求項１８から２８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項30】

前記溶媒は、水、酢酸、ポリカーボネート、ジメチルホルムアミド、およびベンジルアルコールからなる群から選択される、
請求項１８から２９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項31】

前記構成要素は、電池セル、特に固体電池セル用の電極であり、前記セラミック材料は、電極活物質である、
請求項１８から３０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項32】

前記スラリーは、イオン伝導性材料の粒子をさらに含む、
請求項３１に記載の方法。

【請求項33】

前記スラリー中の固体電子伝導性成分の量は、電極活物質の前記粒子の総体積に対して１０ｖоｌ％未満である、
請求項３１または３２に記載の方法。

【請求項34】

エネルギー貯蔵装置またはエネルギー変換装置に使用するための構成要素であって、
請求項１８から３３のいずれか一項に記載の方法によって得られる、または得ることができる構成要素。

【請求項35】

請求項１から１７および請求項３４のいずれか一項に記載の構成要素を備える、
エネルギー貯蔵装置またはエネルギー変換装置。

【請求項36】

前記装置は、電池（固体電池を含む）、キャパシタ、燃料電池（固体酸化物燃料電池および高分子電解質燃料電池を含む）、光起電力装置、圧電装置、および熱電変換器からなる群から選択される、
請求項３５に記載のエネルギー貯蔵装置またはエネルギー変換装置。

【請求項37】

請求項１から１７および請求項３４のいずれか一項に記載の構成要素を含む固体電池セルであって、
前記構成要素は、電極であり、
前記電池セルは、前記電極の面上に配置された電解質層をさらに含む、
固体電池セル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エネルギー貯蔵装置またはエネルギー変換装置に使用するための構成要素に関し、特に、電池、キャパシタ、燃料電池（固体酸化物形燃料電池および高分子電解質形燃料電池を含む）、光起電力装置、圧電装置、または熱電変換器に使用するための構成要素、およびそれらの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電池、キャパシタ、燃料電池（固体酸化物形燃料電池および高分子電解質形燃料電池を含む）、光起電力装置、圧電装置、または熱電変換器などのエネルギー貯蔵装置またはエネルギー変換装置は、通常、セラミック粒子の焼結によって製造される構成要素で構成される。ただし、多くの場合、適切に焼結された構成要素を製造するには高温（例えば、１０００℃を超える）が要求される。このような温度を適用すると、化学分解、有害な二次相を形成する異なる材料間の反応、および／または揮発性種の蒸発などの望ましくない副作用が生じることがよくある。さらに、これらの高温の使用は、焼結プロセス中に装置の他の構成要素の存在と両立しない可能性がある。

【0003】

セラミック構成要素を低温で焼結する既知の方法は、例えば、参照により本明細書に参照され組み込まれる国際公開第２０１７／０５８７２７号パンフレットに記載されているような冷間焼結である。冷間焼結は、粒子状の少なくとも１つの無機化合物を、無機化合物を部分的に可溶化できる溶媒で湿らせることによって、焼結材料を調製し、次いで、湿った無機化合物の粒子に、圧力および熱を加えて溶媒を蒸発させ、無機化合物を圧縮して焼結材料を形成するプロセスとして定義され得る。通常、湿った粒子は、大気圧での溶媒の沸点より上の２００℃を超えない温度まで加熱される。場合によっては、湿った粒子は、絶対温度２５０℃以下まで加熱される。

【0004】

冷間焼結の使用を可能にするエネルギー貯蔵装置またはエネルギー変換装置の構成要素の製造手順を開発することが望まれている。

【0005】

特に、固体リチウムイオン電池セルなどの電池セルの構成要素に対するそのような製造手順を開発することが望まれている。

【0006】

固体リチウムイオン電池セルは、充電可能な電池セルの一種で、リチウムイオン（Ｌｉ^＋）が、放電中に負極(アノード)から正極(カソード)に移動し、充電時に元に戻る。電極は、それぞれリチウムイオンを可逆的に蓄えることができ、イオン輸送を可能にするバルク固体電解質によって分離されている。

【0007】

電流コレクタ、界面調整剤および／またはカプセル化または他の保護要素などの追加の構成要素も提供されてよい。場合によっては、負極は、セルの組み立て直後には電池セル内に存在せず、代わりに、電池セルの初期充電中に形成されるリチウムアノードとして提供される。

【0008】

固体電池セルは、液体電解質リチウムイオン電池セルに比べて、エネルギー密度の増加、出力密度の増加、低漏洩電流および／または可燃性の低減など、複数の利点を提供する可能性がある。したがって、固体電池セルは、例えば、電気自動車および家庭用電化製品での使用が検討されている。

【0009】

大型固体電池セル（電気自動車用など）の場合、電極などの構成要素は、通常、構成材料の粒子を焼結して製造される。一般に、エネルギー貯蔵装置およびエネルギー変換装置に関して、上述した理由により、さらにまたは代わりに、焼結中のＬｉの蒸発損失の低減を助けるために、焼結温度を下げることが望まれている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

これまでの冷間焼結プロセスでは、無機化合物の粒子と溶媒との混合物を金型内に保持しながら、この混合物に圧力と熱を加える必要があった。しかしながら、エネルギー貯蔵装置またはエネルギー変換装置の構成要素を製造する場合、この方法で金型を使用することは望ましくない。提供できる装置のサイズが制限される、および／または、装置の層の厚さの厳密な制御がより困難になると考えられるためである。その代わりに、金型の壁などの横方向の拘束が存在しない状態で、粒子と溶媒との混合物に一軸の圧力を加えることが好ましい。

【0011】

しかし、この結果として、焼結プロセス中に圧力下に置かれると混合物は横方向に膨張する傾向があり、これに続いて圧力が除去されると焼結した構成要素が緩和する傾向がある。その結果、圧力が除去されると、焼結した構成要素が下にある基板から剥離する可能性がある。これにより、例えば、電池セルの電極を電池セルの集電体の上で直接焼結するようなワンステップ手順の使用が妨げられる可能性がある。

【0012】

驚くべきことに、粒子と溶媒との混合物をメッシュ上、より一般的には複数の厚さ方向の開口部を有する基板上に配置することによって、これらの問題が軽減される可能性があることが判明した。この配置により、粒子と溶媒との混合物が圧力下に置かれて焼結されるときに、粒子が基板の開口部に浸透できると考えられる。結果として、得られる焼結した構成要素は、圧力が除去された後も基板に付着したままになる。焼結した構成要素に、基板を部分的または全体的に埋め込むステップも、構成要素の強化に役立つ可能性があると考えられている。

【課題を解決するための手段】

【0013】

したがって、第１の態様では、本発明は、エネルギー貯蔵装置またはエネルギー変換装置で使用するための構成要素を提供することができ、この構成要素は、第１の部分と第２の部分とを備え、第１の部分は、セラミック材料の粒子を含み、第２の部分は、複数の厚さ方向の開口部を有するシートによって提供される。第２の部分は、第１の部分に少なくとも部分的に埋め込まれている。

【0014】

第２の部分は、第１の部分に部分的または全体的に埋め込まれていてもよい。

【0015】

例えば、第２の部分は、５～２００μｍの範囲の深さまで埋め込まれていてもよい。この場合、５～２００μｍの範囲は、第２の部分と第１の部分の隣接する面との間にある第１の部分の部分の厚さを表す。場合によっては、第２の部分は、５～１００μｍの範囲の深さまで埋め込まれていてもよい。場合によっては、第２の部分は、５～５０μｍの範囲の深さまで埋め込まれていてもよい。

【0016】

典型的には、構成要素は、複数の厚さ方向の開口部を有するシートが部分的または全体的に埋め込まれた焼結セラミック含有体を含む。

【0017】

セラミックという用語は、無機の非金属材料を指す。セラミック材料は、電極活物質、電解質、圧電材料、太陽光発電材料、および熱電材料からなる群から選択されてよい。誤解を避けるために言うと、他の材料、例えば、さらなるセラミック材料の粒子も、構成要素の第１の部分に存在してもよい。

【0018】

通常、構成要素は、電極である。

【0019】

場合によっては、構成要素は、固体電池セルなどの電池セル用の電極であってよい。このような場合、電極は、７０～１０００μｍの範囲の厚さを有していてよい。

【0020】

場合によっては、構成要素は、液体電解質を含む電池セル用の電極であってよい。このような場合、電池セルの電極は、多孔質高分子膜などのセパレーターによって分離されて保持される場合がある。一方、液体電解質は、電極間、場合によっては電極内でのイオン輸送を可能にするイオン伝導媒体を提供する。構成要素の第１の部分が焼結セラミック含有物体である場合、これにより、通常、電極として使用するときに、液体電解質が構成要素に浸透するのに十分な多孔性が得られ、電池内のイオン輸送が強化され、内部抵抗が減少する。

【0021】

場合によっては、構成要素は、電池セル用の電極であってよく、セラミック材料は電極活物質であってよい。電極活物質は、正極活物質であっても負極活物質であってもよい。

【0022】

正極活物質は、リチウム含有物質、ナトリウム含有物質、またはマグネシウム含有物質であってよい。一般に、正極活物質はリチウム含有材料である。

【0023】

正極活物質の粒子は、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物（ＬｉＮｉ_ｘＣｏ_ｙＡｌ_ｚＯ_２、ｘ＞０、ｙ＞０、ｚ＞０およびｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ_４）、リチウムマンガンニッケル酸化物（ＬｉＭｎ_１．５Ｎｉ_０．５Ｏ_４）、リン酸コバルトリチウム（ＬｉＣｏＰＯ_４）、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物（ＬｉＮｉ_ｘＣｏ_ｙＭｎ_ｚＯ_２、ｘ＞０、ｙ＞０、ｚ＞０、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_５）、ＬｉＶＯＰＯ_４、Ｌｉ_３Ｖ_２（ＰＯ_４）_３、ＬｉＭＰＯ_４（Ｍ＝Ｎｉ、Ｍｎ）からなる群から選択される少なくとも１つの正極活物質を含んでよい。

【0024】

負極活物質の粒子は、チタン酸リチウム酸化物（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２またはＬｉ_２ＴｉＯ_３）、酸化スズからなる群から選択される少なくとも１つの負極活物質を含んでよい。

【0025】

場合によっては、電極活物質の粒子は、第２の電極活物質によって被覆された第１の電極活物質を含んでいてよい。

【0026】

場合によっては、構成要素の第２の部分は、導電性材料のシートによって提供される。

【0027】

例えば、第２の部分は、金属または金属合金を含んでよい。金属または金属合金は、鉄、鋼（ステンレス鋼、すなわち、少なくとも１０ｗｔ％以上のクロムを含む鋼を含む）、ニッケル、少なくとも５０ｗｔ％以上のニッケルを含むニッケルベースの合金、銅、少なくとも５０ｗｔ％以上の銅を含む銅ベースの合金、アルミニウム、少なくとも５０ｗｔ％のアルミニウムを含むアルミニウムベースの合金、白金、および少なくとも５０ｗｔ％の白金を含む白金ベースの合金、からなる群から選択されてよい。したがって、第２の部分は、鉄、ニッケル、銅、アルミニウム、チタン、および白金からなる群から選択される１つまたは複数の原子元素を含む金属または金属合金を含んでよい。

【0028】

構成要素が電池セルの電極である場合、構成要素の第２の部分に導電性材料のシートを使用すると、第２の部分が電池セルの集電体として機能してよい。複数の厚さ方向の開口部を有する集電体を提供することによって、集電体の重量が軽減されてよい。したがって、電池セルのエネルギー密度は、増加してよい。さらに、シートは、構成要素の第１の部分に部分的または全体的に埋め込まれているため、電極活物質とシートとの間の界面接触面積は、集電体が電極との平面界面を有する別個の層として設けられる構成と比較して増大してよい。これにより、電池セルの内部抵抗が低減されてよい。

【0029】

他の場合には、構成要素の第２の部分は、ポリマー材料を含んでよい。このようなシートの存在は、構成要素の強化に役立つ可能性がある。

【0030】

場合によっては、構成要素の第２の部分は、０．００５～０．１ｇ／ｃｍ^２の範囲の単位面積当たりの重量を有する。場合によっては、第２の部分は、０．０１～０．０５ｇ／ｃｍ^２の範囲の単位面積当たりの重量を有する。典型的には、第２の部分は、０．１ｇ／ｃｍ^２未満、好ましくは、０．０５ｇ／ｃｍ^２未満、より好ましくは０．０４ｇ／ｃｍ^２未満の単位面積当たりの重量を有する。

【0031】

好ましくは、第２の部分は、５０～３００μｍの範囲の最大の厚さを有する。第２の部分が織られたメッシュである場合、最大の厚さは、メッシュの２つのストランドが交差する点であってよい。

【0032】

通常、第２の部分における複数の厚さ方向の開口部は、規則的な配列で配置される。例えば、複数の厚さ方向の開口部は、格子状に配置されてよい。

【0033】

誤解を避けるために言うと、「厚さ方向の開口部」という用語は、シートの第１の面からシートの対向する第２の面まで、シートの横方向に直接延びる開口部として定義されてよい。

【0034】

場合によっては、複数の厚さ方向の開口部を有するシートは、格子などの複数の厚さ方向の穿孔を有するシートによって提供されてよい。

【0035】

しかしながら、一般に、第２の部分は織られたメッシュによって提供される。一般に、金属または金属合金のストランドを含む織られたメッシュは、さまざまな種類で市販されており、ストランドに垂直な方向で測定された単位距離当たりのストランド数が異なる。メッシュの単位距離あたりのストランド数が少ない場合、個々のストランドの厚さが厚くなる傾向があり、これにより、単位面積あたりのメッシュ重量が大きくなる傾向がある。したがって、一般に、メッシュの単位距離あたりのストランド数が非常に少ないものを避けることが好ましい。逆に、メッシュの単位距離あたりのストランド数が多い場合、ストランド間の隙間が小さい場合があり、第２の部分が第１の部分にしっかりと埋め込まれた構成要素を提供するのが難しい場合がある。

【0036】

典型的には、織られたメッシュは、ストランドに垂直な方向で測定した場合、１ｃｍ当たり５－５００本のストランドを有する。場合によっては、織られたメッシュは、ストランドに垂直な方向で測定した場合、１ｃｍ当たり３０－２５０本のストランドを有する。他の場合には、織られたメッシュは、ストランドに垂直な方向で測定した場合、１ｃｍあたり３０－１００本のストランドを有する。

【0037】

一般に、第２の部分の複数の厚さ方向の開口部は、電極の製造中にセラミック材料の粒子が貫通できるサイズを有することが望ましい。

【0038】

通常、セラミック材料の粒子は、ＩＳＯ １３３２０：２０２０に従って、粒子の分散液のレーザー回折を使用して測定した場合、１０ｎｍから５０μｍの範囲のｄ５０サイズを有する。例えば、セラミック材料の粒子は、１００ｎｍから４０μｍの範囲のｄ５０サイズを有してよい。場合によっては、セラミック材料の粒子は、１－４０μｍの範囲のｄ５０サイズを有してよい。場合によっては、セラミック材料の粒子は、２－２０μｍの範囲のｄ５０サイズを有してよい。

【0039】

したがって、第２の部分における複数の厚さ方向の開口部は、通常、１０～１０００μｍの範囲の幅を有する。例えば、複数の開口部は、１０～２００μｍの範囲の幅を有していてよい。

【0040】

複数の開口部が小さいほど、より薄く、したがってより軽いシートを第２の部分として提供することができる。したがって、場合によっては、複数の開口部は、５０－２００μｍの範囲の幅を有する。

【0041】

開口部の幅は、第２の部分を提供するシートの平面内の開口部の小さい方の寸法である。典型的には、複数の開口部は、正方形の形状を有する。このような場合、開口部の幅は、正方形の一辺の長さに相当する。場合によっては、複数の開口部は、円形であってよい。このような場合、開口部の幅は、円の直径に相当する。場合によっては、複数の開口部は、長方形の形状を有していてよい。このような場合、開口部の幅は、長方形の短辺の長さに相当する。

【0042】

一般に、構成要素が電池セル用の電極であり、セラミック材料が電極活物質である場合、第１の部分は、電極活物質の粒子間に分布するイオン伝導性成分をさらに含む。イオン伝導性成分は、リチウム含有材料、ナトリウム含有材料、またはマグネシウム含有材料であってよい。一般に、イオン伝導性成分は、リチウム含有材料である。

【0043】

イオン伝導性成分は、ＬＡＧＰ（Ｌｉ_１．５Ａｌ_０．５Ｇｅ_１．５（ＰＯ_４）_３）；ＬＡＴＰ（Ｌｉ_１．３Ａｌ_０．３Ｔｉ_１．７（ＰＯ_４）_３）；ＮＡＳＩＣＯＮ（Ｎａ_１＋ｘＺｒ_２Ｓｉ_ｘＰ_３ーｘＯ_１２、０＜ｘ＜３）；ＬＩＳＩＣＯＮ（Ｌｉ_２＋２ｘＺｎ_１ーｘＧｅＯ_４、０＜ｘ＜１）；リチウムイオン伝導性ガラスセラミックス（株式会社オハラ）（ＬＩＣＧＣ^ＴＭ）；リチウムを詰めたガーネットからなる群から選択される１つ以上の化合物を含んでよい。式Ｌｉ_ＡＬａ_ＢＭ_ＣＺｒ_ＤＯ_Ｅを有する化合物を含み、式中、４＜Ａ＜８．５、１．５＜Ｂ＜４、０≦Ｃ≦２、０≦Ｄ＜２、１０＜Ｅ＜１３およびＭ＝Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃｅ、Ｈｆ、Ｒｂ、またはＴａである。

【0044】

イオン伝導性成分は、少なくとも１つの電解質塩、例えば、ＬｉＴＦＳＩ(リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド);ＬｉＦＳＩ（リチウムビス（フルオロスルホニル）イミド）および過塩素酸リチウムからなる群から選択される１つ以上の塩をさらに含んでよい。

【0045】

典型的には、イオン伝導性成分は、２５℃でインピーダンス分光法によって測定した場合、少なくとも１０^－８Ｓｃｍ^－１のイオン伝導率を有する。特定の実施形態では、イオン伝導性成分のイオン伝導度は、少なくとも１０^－６Ｓｃｍ^－１であってよい。特定の実施形態では、イオン伝導性成分のイオン伝導度は、少なくとも１０^－５Ｓｃｍ^－１であってよい。特定の実施形態では、イオン伝導性成分のイオン伝導度は、少なくとも１０^－４Ｓｃｍ^－１であってよい。

【0046】

典型的には、イオン伝導性成分は、電極活物質の粒子の総体積に対して１０～５０ｖоｌ％の量で第１の部分に存在する。特定の場合には、イオン伝導性成分は、電極活物質の粒子の総体積に対して２０～４０ｖоｌ％の量で第１の部分に存在する。

【0047】

第２の部分が導電性材料のシートによって提供され、その構成要素が電池セル用の電極であり、セラミック材料が電極活物質である場合、電極内にそのようなシートが存在すると、第１部分の電極活物質の粒子間に分配される追加の電子伝導性成分の必要性が軽減されるか、さらには排除される可能性があると考えられる。したがって、電極のエネルギー密度は、増加されてよい。例えば、電極活物質の粒子間に分布する追加の電子伝導性成分の量は、電極活物質の粒子の総体積に対して１０ｖоｌ％未満であってよい。好ましくは、電極活物質の粒子間に分配される追加の電子伝導性成分の量は、電極活物質の粒子の総体積に対して５ｖоｌ％未満であってよい。より好ましくは、電極活物質の粒子間に分配される追加の電子伝導性成分の量は、電極活物質の粒子の総体積に対して２ｖоｌ％未満であってよい。さらにより好ましくは、電極活物質の粒子間に分配される追加の電子伝導性成分の量は、電極活物質の粒子の総体積に対して１体積％未満であってよい。

【0048】

追加の電子伝導性成分が存在する場合、典型的には、２５℃でのＤＣ減衰測定によって測定される少なくとも１０^-４Ｓｃｍ^-１の電子伝導性を有する。特定の実施形態では、追加の電子伝導性成分の電子伝導度は、少なくとも１０^-３Ｓｃｍ^-１であってよい。特定の実施形態では、追加の電子伝導性成分の電子伝導度は、少なくとも１０^-２Ｓｃｍ^-１であってよい。特定の実施形態では、追加の電子伝導性成分の電子伝導度は、少なくとも１０^-１Ｓｃｍ^-１であってよい。特定の実施形態では、追加の電子伝導性成分の電子伝導率は、少なくとも１Ｓｃｍ^-１であってよい。特定の実施形態では、追加の電子伝導性成分の電子伝導率は、少なくとも１０Ｓｃｍ^-１であってよい。

【0049】

電子伝導性成分が存在する場合、典型的には、カーボンブラック、アセチレンブラック、活性炭、カーボンナノチューブ、カーボンファイバー、およびそれらの混合物からなる群から選択できるカーボン材料によって提供されてよい。あるいは、電子伝導性成分は、金属材料によって提供されてよい。

【0050】

一般に、構成要素が電池セルの電極であり、セラミック材料が電極活物質である場合、
電極活物質の粒子は、第１の部分の体積に対して少なくとも５０ｖоｌ％の量で第１の部分中に存在する。一般に、電池セルの容量を増加させるために、第１の部分が多量の電極活物質を含むことが好ましい。したがって、場合によっては、電極活物質の粒子は、第１の部分の体積に対して少なくとも６０ｖоｌ％の量で第１の部分に存在する。場合によっては、電極活物質の粒子は、第１の部分の体積に対して少なくとも７０ｖоｌ％の量で第１の部分に存在する。場合によっては、電極活物質の粒子は、第１の部分の体積に対して少なくとも８０ｖоｌ％の量で第１の部分に存在する。したがって、例えば、電極活物質の粒子は、第１の部分の体積に対して５０～８０ｖоｌ％の量で第１の部分に存在してよい。

【0051】

誤解を避けるために言うと、第１の部分の材料の体積百分率は、第２の部分が埋め込まれていない第１の部分の一部について引用されている。

【0052】

一般に、構成要素は、シートより厚い。通常、構成要素の厚さは、シートの厚さより少なくとも３０％厚くなる。場合によっては、構成要素の厚さは、シートの厚さより少なくとも、５０％大きい。さらに別の場合には、構成要素の厚さは、シートの厚さより少なくとも、８０％大きい。誤解を避けるために言うと、構成要素の厚さは、シートの厚さと同じ方向に測定される。

【0053】

第２の態様では、本発明は、本発明の第１の態様に係る構成要素を製造する方法を提供することができ、この方法は、以下のステップを含む。複数の厚さ方向の開口部を有するシートを提供するステップと、セラミック材料の粒子を液相と組み合わせてスラリーを形成するステップと、複数の厚さ方向の開口部を有するシート上にスラリーを堆積させるステップと、シート上にスラリーを堆積させた後、セラミック材料を部分的に可溶化するように構成された溶媒でセラミック材料の粒子を湿らせるステップと、溶媒を蒸発させ、セラミック材料を圧縮するために、粒子に、圧力および熱を加えることによって、湿ったセラミック材料の粒子を焼結するステップと、を含む。焼結温度は、溶媒の沸点より上の２００℃以下である。

【0054】

誤解を避けるために言うと、湿らせた粒子に圧力および熱を同時に加えて溶媒を蒸発させ、セラミック材料を圧縮する。さらに、セラミック材料を部分的に可溶化するように構成された溶媒でセラミック材料の粒子を湿らせるステップは、セラミック材料を部分的に可溶化する溶媒でセラミック材料の粒子を湿らせるステップに効果的に対応してよい。

【0055】

一般に、セラミック材料の粒子を溶媒で湿らせるステップは、溶媒を、溶媒の蒸気の形態で粒子に適用し、または、噴霧プロセスによって溶媒を粒子に適用するステップを含む。

【0056】

一般に、液相はポリマー結合剤相を含み、この方法はさらに、スラリーをシート上に堆積させるステップの後であり、セラミック材料の粒子を溶媒で濡らすステップの前に、
スラリー中のポリマー結合剤相の濃度を低減させるためにスラリーを加熱するステップを含む。このステップは、典型的には、１８０～２６０℃の範囲の温度で約２０分以下の時間、スラリーを保持することを含む。

【0057】

典型的には、液相は、ポリカーボネートなどの有機媒体に溶解するポリマー結合剤相を含む。一般に、有機媒体は、非水性である。

【0058】

通常、焼結温度は、溶媒の沸点より上の１５０℃以下である。場合によっては、焼結温度は、溶媒の沸点より上の１００℃以下である。溶媒の沸点は、大気圧における沸点を指す。

【0059】

通常、焼結温度は、３００℃以下である。場合によっては、焼結温度は、２５０℃以下である。場合によっては、焼結温度は、２２５℃以下である。場合によっては、焼結温度は、２００℃以下である。場合によっては、焼結温度は、１７５℃以下である。場合によっては、焼結温度は、１５０℃以下である。

【0060】

一般に、焼結温度は、少なくとも５０℃である。場合によっては、焼結温度は、少なくとも１００℃である。したがって、焼結温度は、５０～３００℃の範囲、例えば、５０～２５０℃、５０～２２５℃、５０～２００℃、５０～１７５℃、または５０～１５０℃の範囲であってよい。あるいは、焼結温度は、１００～２５０℃の範囲、例えば、１００～２２５℃、１００～２００℃、１００～１７５℃、または１００～１５０℃の範囲であってよい。誤解を避けるために言うと、焼結温度は、焼結ステップ中に到達する最高温度である。

【0061】

通常、加えられる圧力は、３００ＭＰａ以下である。場合によっては、加えられる圧力は、２００ＭＰａ以下である。場合によっては、加えられる圧力は、１５０ＭＰａ以下である。場合によっては、加えられる圧力は、１００ＭＰａ以下である。場合によっては、加えられる圧力は、５０ＭＰａ以下である。

【0062】

一般に、加えられる圧力は、少なくとも１０ＭＰａである。場合によっては、加えられる圧力は、少なくとも２０ＭＰａである。したがって、加えられる圧力は、１０～３００ＭＰａの範囲、例えば、１０～２００ＭＰａ、１０～１５０ＭＰａ、１０～１００ＭＰａ、または１０～５０ＭＰａの範囲であってよい。あるいは、加えられる圧力は、２０～３００ＭＰａの範囲、例えば、２０～２００ＭＰａ、２０～１５０ＭＰａ、２０～１００ＭＰａ、または２０～５０ＭＰａの範囲であってよい。

【0063】

一般に、セラミック材料の粒子に、圧力および熱を加えて溶媒を蒸発させ、セラミック材料を圧縮することによって、セラミック材料の粒子を焼結するステップは、６０分より長くはかからない。場合によっては、このステップに、３０分もかからない場合がある。場合によっては、このステップに、２０分もかからない場合がある。

【0064】

通常、この手順には、少なくとも５分かかる。したがって、このステップに必要とされる時間は、５～６０分の範囲、例えば、５～３０分または５～２０分の範囲であってよい。

【0065】

典型的には、スラリーは、マスクを通して複数の厚さ方向の開口部を有するシート上に堆積される。

【0066】

場合によっては、スラリーは、シート間プロセスによって複数の厚さ方向の開口部を有するシート上に堆積される。シート間プロセスは、通常、断続的なプロセスであり、テープキャスティング法、スクリーン印刷法などのプロセスを含む場合がある。他の場合には、堆積プロセスは、ロール間プロセスであってよい。ロール間プロセスは、典型的には、連続プロセスであり、コンマバー法、Ｋバー法、ドクターブレード法、スロットダイ法、フレキソ印刷法、グラビア印刷法、凹版印刷法、および平版印刷コーティング法などのプロセスを含んでよい。これらのプロセスの詳細な説明および要件は、「The Printing Ink Manual」R.H. Leach and R.J. Pierce eds. 5thed 1993 (ISBN 0 9448905 81 6)に開示されており、参照により本明細書に組み込まれる。

【0067】

場合によっては、複数の厚さ方向の開口部を有するシートは、導電性材料のシートである。

【0068】

場合によっては、溶媒は、水性溶媒であってよい。場合によっては、溶媒は、有機溶媒であってよい。一般に、溶媒は、水、酢酸、ポリカーボネート、ジメチルホルムアミドおよびベンジルアルコールからなる群から選択される。

【0069】

場合によっては、構成要素は、電池セルの電極であり、セラミック材料は、電極活物質である。このような場合、スラリーは、ＬＡＧＰ（Ｌｉ_１．５Ａｌ_０．５Ｇｅ_１．５（ＰＯ_４）_３）；ＬＡＴＰ（Ｌｉ_１．３Ａｌ_０．３Ｔｉ_１．７（ＰＯ_４）_３）；ＮＡＳＩＣＯＮ（Ｎａ_１＋ｘＺｒ_２Ｓｉ_ｘＰ_３-ｘＯ_１２、０＜ｘ＜３）；ＬＩＳＩＣＯＮ（Ｌｉ_２＋２ｘＺｎ_１-ｘＧｅＯ_４、０＜ｘ＜１）；リチウムイオン伝導性ガラスセラミックス（株式会社オハラ）（ＬＩＣＧＣ^ＴＭ）；リチウムを詰めたガーネットなどのイオン伝導性材料の粒子をさらに含んでよい。式Ｌｉ_ＡＬａ_ＢＭ_ＣＺｒ_ＤＯ_Ｅを有する化合物を含み、式中、４＜Ａ＜８．５、１．５＜Ｂ＜４、０≦Ｃ≦２、０≦Ｄ＜２、１０＜Ｅ＜１３およびＭ＝Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃｅ、Ｈｆ、Ｒｂ、またはＴａである。一般に、イオン伝導性材料は、リチウム含有材料、ナトリウム含有材料、またはマグネシウム含有材料であってよい。典型的には、イオン伝導性材料は、リチウム含有材料である。

【0070】

場合によっては（特に、構成要素が電池セル用の電極であり、セラミック材料が電極活物質である場合）、スラリーは、１つ以上の電解質塩、例えば、ＬｉＴＦＳＩ(リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)、ＬｉＦＳＩ（リチウムビス（フルオロスルホニル）イミド）および過塩素酸リチウム、およびそれらの混合物からなる群から選択される１つ以上の塩を含んでよい。あるいは、１つ以上の電解質塩は、セラミック材料の粒子を湿らせるために使用される溶媒に溶解されてよい。

【0071】

場合によっては（特に、構成要素が電池セル用の電極であり、セラミック材料が電極活物質である場合）、スラリーは固体電子伝導性成分を含んでよい。しかしながら、スラリーが堆積されるシートが導電性材料のシートである場合には、スラリー中の固体導電性成分の量が減少する可能性があると考えられる。例えば、固体電子伝導性成分の量は、セラミック材料（電極活物質であってよい）の粒子の総体積に対して１０ｖоｌ％未満であってよい。好ましくは、固体電子伝導性成分の量は、セラミック材料（電極活物質であってよい）の粒子の総体積に対して５ｖоｌ％未満であってよい。好ましくは、固体電子伝導性成分の量は、セラミック材料（電極活物質であってよい）の粒子の総体積に対して２ｖоｌ％未満であってよい。好ましくは、固体電子伝導性成分の量は、セラミック材料（電極活物質であってよい）の粒子の総体積に対して１ｖоｌ％未満であってよい。

【0072】

スラリーがその上に堆積されるシートは、本発明の第１の態様に係る構成要素の第２の部分の特徴のうちの１つ以上を有してよい。

【0073】

セラミック材料の粒子は、本発明の第１の態様に係る電極中に存在するセラミック材料の粒子の特徴の１つまたは複数を有し得る。誤解を避けるために言うと、他の材料、例えば、さらなるセラミック材料の粒子が、スラリー中に存在してもよい。

【0074】

通常、セラミック材料の粒子は、ＩＳＯ １３３２０：２０２０に従って、粒子の分散液のレーザー回折を使用して測定した場合、２～５０μｍの範囲のｄ５０サイズを有する。例えば、セラミック材料の粒子は、２～４０μｍの範囲のｄ５０サイズを有してよい。場合によっては、セラミック材料の粒子は、５～４０μｍの範囲のｄ５０サイズを有してよい。場合によっては、セラミック材料の粒子は、５～２０μｍの範囲のｄ５０サイズを有してよい。

【0075】

第３の態様では、本発明は、本発明の第１の態様に係る構成要素を製造する方法を提供することができ、この方法は、以下のステップを含む。複数の厚さ方向の開口部を有するシートを提供するステップと、溶媒がセラミック材料を可溶化するように構成されており、セラミック材料の粒子を溶媒と組み合わせてスラリーを形成するステップと、複数の厚さ方向の開口部を有するシート上にスラリーを堆積させるステップと、溶媒を蒸発させ、セラミック材料を圧縮するために、スラリーに、圧力および熱を加えることによって、セラミック材料の粒子を焼結するステップと、を含む。焼結温度は、溶媒の沸点より上の２００℃以下である。

【0076】

誤解を避けるために言うと、セラミック材料の粒子とスラリー中に存在する溶媒との混合物に、圧力および熱を同時に加える。

【0077】

一般に、スラリーはポリマー結合剤をさらに含み、方法は、セラミック材料を圧縮するために、スラリーを焼結するステップの後、圧縮した材料を、焼結温度より高い温度に加熱して、圧縮した材料中のポリマー結合剤相の濃度を低減するステップと、をさらに含む。このステップは、典型的には、１８０～２６０℃の範囲の温度で約２０分以下の時間、圧縮した材料を保持することを含む。

【0078】

本発明の第３の態様に係る方法は、本発明の第２の態様に係る方法と比較して、１つの溶媒のみが必要であるという利点を有し得るのに対して、第２の態様による方法は、別々のステップで提供される液相および溶媒が必要である。しかしながら、存在するポリマー結合相の濃度を低下させるために熱を加える任意のステップは、このステップがセラミック材料の圧縮化後に実行される場合には、より注意が必要になる可能性があると考えられる。

【0079】

本発明の第３の態様による方法は、本発明の第２の態様に係る方法の任意の特徴のうちの１つ以上、例えば、焼結温度、加えられる圧力、焼結時間、シート上にスラリーを堆積させる方法、および使用される材料の量および種類に関連する特徴を含んでよい。

【0080】

第４の態様では、本発明は、本発明の第１の態様に係る構成要素を製造する方法を提供することができ、この方法は、以下のステップを含む。複数の厚さ方向の開口部を有するシートを提供するステップと、溶媒がセラミック材料を部分的に可溶化するように、セラミック材料の粒子を溶媒と組み合わせてスラリーを形成するステップと、複数の厚さ方向の開口部を有するシート上にスラリーを堆積させるステップと、溶媒を蒸発させ、セラミック材料を圧縮するために、スラリーに、圧力および熱を同時に加えることによって、セラミック材料の粒子を焼結するステップと、を含む。焼結温度は、溶媒の沸点より上の２００℃以下である。

【0081】

誤解を避けるために言うと、セラミック材料の粒子とスラリー中に存在する溶媒との混合物に、圧力および熱を同時に加える。

【0082】

一般に、スラリーは、ポリマー結合剤をさらに含み、方法は、セラミック材料を圧縮するために、スラリーを焼結するステップの後、圧縮した材料を、焼結温度より高い温度に加熱して、圧縮した材料中のポリマー結合剤相の濃度を低減するステップをさらに含む。このステップは、典型的には、１８０～２６０℃の範囲の温度で約２０分以下の時間、圧縮した材料を保持することを含む。

【0083】

本発明の第４の態様に係る方法は、本発明の第２の態様に係る方法の任意の特徴のうちの１つ以上、例えば、焼結温度、加えられる圧力、焼結時間、シート上にスラリーを堆積させる方法、および使用される材料の量および種類に関連する特徴を含んでよい。

【0084】

第５の態様では、本発明は、エネルギー貯蔵装置またはエネルギー変換装置で使用するための構成要素を提供することができ、この構成要素は、本発明の第２、第３、または第４の態様による方法を通じて取得される、または取得可能である。

【0085】

構成要素は、電池セルの電極であってよい。

【0086】

第６の態様では、本発明は、本発明の第１または第５の態様に係る構成要素を含むエネルギー貯蔵装置またはエネルギー変換装置を提供してよい。装置は、電池、キャパシタ、燃料電池（固体酸化物燃料電池および高分子電解質燃料電池を含む）、光起電力装置、圧電装置、および熱電変換器からなる群から選択されてよい。

【0087】

場合によっては、装置は、本発明の第１または第５の態様に係る構成要素によって提供される電極を含む電池セルであってよく、電池セルは、電極の面上に配置された電解質層をさらに含んでよい。

【0088】

典型的には、電解質層は、第２の部分から遠位側の電極の面上に配置される。

【図面の簡単な説明】

【0089】

次に、以下の図を参照して本発明を例として説明する。

【図1】図１a～図１ｆは、それぞれ、実施例１、実施例２、実施例３、実施例８、実施例４、および実施例５の断面図を示す走査型電子顕微鏡写真である。

【図2】実施例３のカソードを含む電池セルのサイクル数に対する正規化された容量を示すグラフである。

【図3】実施例３のカソードを含む電池セルの時間と圧力との関係を示すグラフである。

【図4】メッシュサイズに対する単位面積あたりのメッシュ重量を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0090】

［陰極の準備］
表１に記載の成分からスラリーを調製した。まず、バインダーおよび電解質塩を溶媒に溶解し、次に溶媒を残りの成分と混合した。混合プロセスは、遊星ボールミキサー内で、最初は１０００ｒｐｍで１０分間、続いて８００ｒｐｍで５分間実施した。

【表1】

【0091】

２つのＮＭＣグレードを使用し、それらの特性を表２に示す。粒子サイズの分析は、ＩＳＯ １３３２０：２０２０に従って、粒子の分散液のレーザー回折を使用して実行された。

【表2】

【0092】

実施例１～１２は、厚さ５００μｍおよび直径３０～３５ｍｍの開口部を有するマスクを通して金属の織られたメッシュ上に、スラリーをスクリーン印刷することによって調製した。

【0093】

比較例１～４は、厚さ５００μｍおよび直径３０～３５ｍｍの開口部を有するマスクを通して金属箔上に、スラリーをスクリーン印刷することによって調製した。

【0094】

次に、マスクを取り外し、サンプルを０．５℃／分の速度で２５０℃まで加熱し、この温度で６分間保持して、有機結合剤相を除去した。

【0095】

次に、電極活物質の粒子を湿らせて、部分的に可溶化するために、スクリーン印刷されたサンプルの表面に水を噴霧した。

【0096】

次に、サンプルを、加熱した一軸プレスに置き、３０．５９ＭＰａの圧力で１３０℃で１０分間保持して焼結した。

【0097】

焼結ステップが完了したら、サンプルをプレスから取り出し、焼結材料のメッシュまたはフォイル基板への接着の品質を評価するために検査した。接着の品質は、次のカテゴリに従って定義された。
・弱い接着性：焼結材料は、基板に全く接着しなかった。
・適度な接着性:焼結材料は、最初は基板に接着したが、例えば、サンプルを厚さ方向に切断しようとすると、簡単に剥がれてしまった。
・良好な接着性:サンプルを切断しようとした場合でも、焼結材料は、基板に接着したままだった。

【表3】

【表4】

【0098】

実施例１、実施例２、実施例３、実施例８、実施例４、および実施例５の断面図をそれぞれ図１ａ～図１ｆに示す。

【0099】

［電池セル］
実施例３の電極、ＬＡＧＰ／ポリマー電解質、リチウムアノードおよび銅集電体を使用して電池セルを製造した。電池を形成した後、次の手順を使用して、電気化学テストを実行した。
・充電＝電圧４．２Ｖまでの定電流で充電し、その後、電池をこの電圧で６０分間維持
・放電＝電圧２．７Ｖまでの定電流で放電
結果を、図２および図３に示す。これは、成形段階後に高効率でサイクルが成功裏に達成されたことを示している。

【0100】

［メッシュの重量］
図４は、ステンレス鋼、アルミニウム、およびニッケルメッシュのメッシュサイズに対する単位面積あたりのメッシュ重量のグラフであり、さらに、典型的な厚さ５０μｍのステンレス鋼箔の単位面積あたりの重量を示すバンドを含む。このことから、細かいメッシュ（例えば、メッシュサイズ１２０のアルミニウムメッシュ、メッシュサイズ２００および５００のステンレスメッシュ）は、厚さ５０μｍのステンレス鋼箔よりも単位面積あたりの重量が小さいことがわかる。これは、本発明に係る電極を含む電池の単位重量当たりのエネルギー密度を増加させるのに役立つ可能性がある。

【図1a】

【図1b】

【図1c】

【図1d】

【図1e】

【図1f】

【図2】

【図3】

【図4】

【国際調査報告】