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(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】2024-11-08
(54)【発明の名称】固体電池用カソライト
(51)【国際特許分類】
H01M 10/0567 20100101AFI20241031BHJP
H01M 10/0569 20100101ALI20241031BHJP
H01M 10/056 20100101ALI20241031BHJP
H01M 10/0568 20100101ALI20241031BHJP
H01M 4/38 20060101ALI20241031BHJP
H01M 4/134 20100101ALI20241031BHJP
【ＦＩ】
H01M10/0567
H01M10/0569
H01M10/056
H01M10/0568
H01M4/38 Z
H01M4/134
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024521111
(86)(22)【出願日】2022-11-30
(85)【翻訳文提出日】2024-05-28
(86)【国際出願番号】 US2022051433
(87)【国際公開番号】W WO2023121838
(87)【国際公開日】2023-06-29
(31)【優先権主張番号】63/264,693
(32)【優先日】2021-11-30
(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】520474211
【氏名又は名称】クアンタムスケープ バッテリー，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】ヤン，アラム
(72)【発明者】
【氏名】チャン，ジャン
【テーマコード（参考）】
5H029
5H050
【Ｆターム（参考）】
5H029AJ02
5H029AK01
5H029AK03
5H029AK04
5H029AL12
5H029AM02
5H029AM03
5H029AM05
5H029AM07
5H029AM12
5H029HJ02
5H029HJ07
5H029HJ10
5H050AA02
5H050BA16
5H050CA01
5H050CA07
5H050CA08
5H050CA09
5H050CB12
5H050HA02
5H050HA07
5H050HA10
(57)【要約】
固体セパレーターとリチウム金属アノードとを含む電気化学セル中の電解質及び／又はカソライトとして有用な組成物が本明細書に提供される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
リチウム塩と；それぞれ独立して、それぞれの場合で、少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された少なくとも２つの非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子と、
を含む、カソライト溶液。
【請求項2】
リチウム塩と；少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子と、
を含む、カソライト溶液。
【請求項3】
有機カーボネート溶媒をさらに含む、請求項１又は２に記載のカソライト溶液。
【請求項4】
前記有機カーボネート溶媒がエチレンカーボネートである、請求項１～３のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項5】
前記有機カーボネート溶媒が、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、又はそれらの組み合わせである、請求項１～４のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項6】
前記有機カーボネート溶媒が酢酸メチルである、請求項１～５のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項7】
少なくとも１つの非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子が、亜硫酸エチレン；４－メチル－１，３，２－ジオキサチオラン２－オキシド；１，３－プロパンスルトン；スルホラン；チオフェン、チアゾール、１，２－オキサチオラン、チエピン、１，４－チアゼピン、６－Ｈ－１，２，５－チアジアジン、２Ｈ，６Ｈ－１，５，２－ジチアジン；メチレンメタンジスルホネート；硫酸エチレン；チオピラン、チエピン、チオシン、それらの誘導体、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１～６のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項8】
少なくとも１つの非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子が、亜硫酸エチレン及び亜硫酸プロピレングリコール（propylene glycol sulfite）からなる群から選択される、請求項１～７のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項9】
少なくとも１つの非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子が、亜硫酸エチレン及びスルホランからなる群から選択される、請求項１～８のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項10】
さらに、前記溶液が、リチウム充填ガーネットを含む固体電解質に接触し、前記固体電解質が薄膜である、請求項１～９のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項11】
リチウム充填ガーネットを含む前記固体電解質が焼結薄膜である、請求項１０に記載のカソライト溶液。
【請求項12】
前記リチウム塩が、ＬｉＰＦ６、ビス（オキサラト）ホウ酸リチウム（ＬｉＢＯＢ）、リチウムビス（パーフルオロエタンスルホニル）イミド（ＬＩＢＥＴＩ）、ビス（トリフルオロメタン）スルホンイミド（ＬｉＴＦＳＩ）、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ビス（フルオロスルホニル）イミドリチウム（ＬｉＦＳＩ）、ＬｉＩ、ＬｉＢｒ、ＬｉＣｌ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１～１１のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項13】
前記リチウム塩が約０．５Ｍ～約５．０Ｍの濃度で存在する、請求項１～１２のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項14】
前記リチウム塩が、ＬｉＰＦ６；ＬｉＢＦ４；又はＬｉＢＦ４である、請求項１～１３のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項15】
前記リチウム塩が、１．４ＭのＬｉＰＦ６；１．４ＭのＬｉＢＦ４；又は１．６ＭのＬｉＢＦ４である、請求項１～１４のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項16】
前記リチウム塩がＬｉＢＦ４である、請求項１～１５のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項17】
前記リチウム塩が、１．４ＭのＬｉＢＦ４又は１．６ＭのＬｉＢＦ４である、請求項１～１６のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項18】
７０：３０ｖ／ｖ％の亜硫酸エチレン：スルホランを含む、請求項１～１７のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項19】
少なくとも１つの非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子がスルホランである、請求項１～１８のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項20】
少なくとも１つの非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子が１，３－プロパンスルトンである、請求項１～１９のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項21】
少なくとも１つの非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子がスルホレンである、請求項１～２０のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項22】
少なくとも１つの非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子がチオフェンである、請求項１～２１のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項23】
少なくとも１つの非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子が亜硫酸エチレンである、請求項１～２２のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項24】
亜硫酸エチレン及びスルホランを含む、請求項１～２３のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項25】
亜硫酸エチレン及びスルホランから本質的になる、請求項１～２４のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項26】
２つのＣ３－１０複素環式分子を含み、一方のＣ３－１０複素環式分子の、他方のＣ３－１０複素環式分子に対する比が、１０：９０ｖｏｌ／ｖｏｌ（ｖ／ｖ）～９０：１０ｖ／ｖである、請求項１～２５のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項27】
２つのＣ３－１０複素環式分子を含み、一方のＣ３－１０複素環式分子の、他方のＣ３－１０複素環式分子に対する比が、２０：８０ｖｏｌ／ｖｏｌ（ｖ／ｖ）～８０：２０ｖ／ｖである、請求項１～２６のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項28】
前記比が３０：７０ｖｏｌ／ｖｏｌ（ｖ／ｖ）である、請求項２６又は２７に記載のカソライト溶液。
【請求項29】
３０：７０ｖ／ｖのスルホラン：亜硫酸エチレンを含む、請求項２８に記載のカソライト溶液。
【請求項30】
スルホラン及び亜硫酸エチレンを含みスルホラン：（亜硫酸エチレン）の前記比が３０：７０ｖ／ｖ～５０：５０ｖ／ｖである、請求項２６又は２７に記載のカソライト溶液。
【請求項31】
スルホラン及び亜硫酸エチレンを含み、スルホラン：（亜硫酸エチレン）の前記比が３０：７０ｖ／ｖである、請求項２６、２７、又は３０に記載のカソライト溶液。
【請求項32】
スルホラン及び亜硫酸エチレンを含み、スルホラン：（亜硫酸エチレン）の前記比が５０：５０ｖ／ｖである、請求項２６、２７、又は３０に記載のカソライト溶液。
【請求項33】
スルホラン及び亜硫酸エチレンを含み、リチウム塩の濃度が０．５モーラー（Ｍ）～５Ｍである、請求項２６、２７、又は３０に記載のカソライト溶液。
【請求項34】
スルホラン及び亜硫酸エチレンを含み、ＬｉＢＦ４の濃度が０．５モーラー（Ｍ）～５Ｍである、請求項２６、２７、又は３０に記載のカソライト溶液。
【請求項35】
亜リン酸トリス（トリメチシリル）（ＴＴＳＰｉ）；リン酸トリス（トリメチシリル）（ＴＴＳＰａ）；トリメトキシボロキシン（Ｃ３Ｈ９Ｂ３Ｏ６、ＴＭＯＢＸ）；ビニレンカーボネート（ＶＣ）；ビニルエチレンカーボネート（ＶＥＣ）；メチレンメタンジスルホネート（ＭＭＤＳ）；プロパ－１－エン－１，３スルトン（ＰＥＳ）；１，３－プロパンスルトン；フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）；ＬｉＴＦＳｉ；ＬｉＢＯＢ；スクシノニトリル；硫酸トリメチレン（ＴＭＳ）；リン酸トリアリル（triallyl phosphate）（ＴＡＰ）；ホウ酸トリス（トリメチルシリル）（ＴＭＳＢ）；トリス（ペンタフルオロフェニル）ボラン（ＴＰＦＰＢ）；ホウ酸トリス（トリメチルシリル）（ＴＭＳＢ）；トリス（ペンタフルオロフェニル）ボラン（ＴＰＦＰＢ）；酢酸メチル（ＭＡ）；酢酸トリス（トリメチルシリル）（ＴＭＳＡ）；トリス（トリメチルシリル）ピリジン；メタクリル酸トリス（トリメチルシリル）（ＴＭＳＭＡ）；亜リン酸トリス（２，２，２－トリフルオロエチル）（ＴＴＦＥＰ）；ホウ酸トリス（２，２，２－トリフルオロエチル）（ＴＴＦＥＢ）及びそれらの組み合わせからなる群から選択される添加剤をさらに含む、請求項１～３４のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項36】
前記添加剤がＴＴＳＰｉである、請求項３５に記載のカソライト溶液。
【請求項37】
前記添加剤がＴＴＳＰａである、請求項３５に記載のカソライト溶液。
【請求項38】
前記添加剤がＴＴＳＰｉとＴＴＳＰａとの組み合わせである、請求項３５～３７のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項39】
前記固体電解質が、ＬｉＡＬａＢＭ’ＣＭ”ＤＺｒＥＯＦ、ＬｉＡＬａＢＭ’ＣＭ’’ＤＴａＥＯＦ、及びＬｉＡＬａＢＭ’ＣＭ”ＤＮｂＥＯＦ（式中、４＜Ａ＜８．５、１．５＜Ｂ＜４、０≦Ｃ＜２．５、０≦Ｄ＜２．５；０＜Ｅ＜２．５、１０＜Ｆ＜１４であり、Ｍ’及びＭ”は、それぞれ独立して、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｇａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃｅ、Ｈｆ、Ｒｂ、及びＴａからなる群から選択される）からなる群から選択される式を特徴とするリチウム充填ガーネットである、請求項１０～３８のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項40】
前記リチウム充填ガーネットが、ＬｉａＬａｂＺｒｃＡｌｄＭｅ”ｅＯｆ（式中、５＜ａ＜７．７；２＜ｂ＜４；０＜ｃ＜２．５；０＜ｄ＜２．５；０≦ｅ＜２．５、１０＜ｆ＜１４であり、Ｍｅ”は、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ、及びＳｂからなる群から選択される金属である）からなる群から選択される式を特徴とする、請求項１０～３８のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項41】
前記リチウム充填ガーネットが、ＬｉａＬａｂＺｒｃＡｌｄＯｆ（ここで、５＜ａ＜７．７；２＜ｂ＜４；０＜ｃ＜２．５；０＜ｄ＜２．５；１０＜ｆ＜１４である）からなる群から選択される式を特徴とする、請求項１０～３８のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項42】
正極と、リチウム金属負極と、リチウム充填ガーネットを含む固体電解質とを含む電気化学セル中に前記カソライト溶液が配置される、請求項１～４１のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項43】
少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子ではない第３の成分をさらに含む、請求項１～４２のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項44】
前記第３の成分が、ガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトン、ガンマオクタラクトン、シアノ酢酸エチル、リン酸トリメチル、アジポニトリル、グルタロニトリル、マロノニトリル、酢酸メチル、シアノアクリル酸エチル、マロノニトリル、シアノ酢酸メチル、シアノアクリル酸エチル、シアノアクリル酸メチル、メトキシアセトニトリル、アセトニトリル、スクシノニトリル、マロノニトリル、シアノ酢酸メチル、シアノアクリル酸エチル、シアノアクリル酸メチル、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項４３に記載のカソライト溶液。
【請求項45】
前記第３の成分が酢酸メチルである、請求項４３に記載のカソライト溶液。
【請求項46】
カソライト溶液の製造方法であって：それぞれ独立して、それぞれの場合で、少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された少なくとも２つのＣ３－１０複素環式分子と；
リチウム塩とを混合し；それによってカソライト溶液が得られる、製造方法。
【請求項47】
リチウム充填ガーネットを含む固体電解質を前記カソライト溶液に接触させることをさらに含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項48】
電気化学セルの製造方法であって：正極中にカソライトを提供することであって、前記カソライトが：
リチウム塩と；
それぞれ独立して、それぞれの場合で、少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された少なくとも２つのＣ３－１０複素環式分子と、
を含む、提供することと；
リチウム充填ガーネットを含む固体電解質を前記正極に接触させることと、
を含む、製造方法。
【請求項49】
請求項４６～４８のいずれか一項に記載の方法によって製造される電気化学セル。
【請求項50】
請求項４９に記載の電気化学セルを含む蓄電池。
【請求項51】
請求項５０に記載の蓄電池を含む電気車両。
【請求項52】
カソライト溶液であって：リチウム塩と；
それぞれ独立して、それぞれの場合で、少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された少なくとも２つの非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子と、
を含み；
少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子が、亜硫酸エチレン；４－メチル－１，３，２－ジオキサチオラン２－オキシド；１，３－プロパンスルトン；スルホラン；チオフェン；チアゾール；１，２－オキサチオラン；チエピン；１，４－チアゼピン；６－Ｈ－１，２，５－チアジアジン；２Ｈ，６Ｈ－１，５，２－ジチアジン；メチレンメタンジスルホネート；硫酸エチレン；チオピラン；チオシン、それらの誘導体、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、カソライト溶液。
【請求項53】
少なくとも１つの非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子が、亜硫酸エチレン及び亜硫酸プロピレングリコールからなる群から選択される、請求項５２に記載のカソライト溶液。
【請求項54】
さらに、前記溶液がリチウム充填ガーネットを含む固体電解質に接触し、前記固体電解質が薄膜である、請求項５２又は５３に記載のカソライト溶液。
【請求項55】
リチウム充填ガーネットを含む前記固体電解質が焼結薄膜である、請求項５４に記載のカソライト溶液。
【請求項56】
前記リチウム塩が、ＬｉＰＦ６、ビス（オキサラト）ホウ酸リチウム（ＬｉＢＯＢ）、リチウムビス（パーフルオロエタンスルホニル）イミド（ＬＩＢＥＴＩ）、ビス（トリフルオロメタン）スルホンイミド（ＬｉＴＦＳＩ）、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ビス（フルオロスルホニル）イミドリチウム（ＬｉＦＳＩ）、ＬｉＦ、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項５２～５５のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項57】
前記リチウム塩がＬｉＢＦ４である、請求項５２～５６のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項58】
前記リチウム塩が約０．５Ｍ～約２．０Ｍの濃度である、請求項５２～５７のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項59】
少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子がスルホランである、請求項５２～５８のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項60】
少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子が１，３－プロパンスルトンである、請求項５２～５８のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項61】
少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子がスルホレンである、請求項５２～５８のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項62】
少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子がチオフェンである、請求項５２～５８のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項63】
少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子が亜硫酸エチレンである、請求項５２～５８のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項64】
２つのＣ３－１０複素環式分子を含み、一方のＣ３－１０複素環式分子の、他方のＣ３－１０複素環式分子に対する比が、１０：９０ｖｏｌ／ｖｏｌ（ｖ／ｖ）～９０：１０ｖ／ｖである、請求項５２～６３のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項65】
２つのＣ３－１０複素環式分子を含み、一方のＣ３－１０複素環式分子の、他方のＣ３－１０複素環式分子に対する比が、２０：８０ｖｏｌ／ｖｏｌ（ｖ／ｖ）～８０：２０ｖ／ｖである、請求項５２～６４のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項66】
スルホラン及び亜硫酸エチレンを含み、スルホラン：（亜硫酸エチレン）の前記比が３０：７０ｖ／ｖ～５０：５０ｖ／ｖである、請求項５２～６５のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項67】
スルホラン及び亜硫酸エチレンを含み、スルホラン：（亜硫酸エチレン）の前記比が３０：７０ｖ／ｖである、請求項５２～６６のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項68】
スルホラン及び亜硫酸エチレンを含み、スルホラン：（亜硫酸エチレン）の前記比が５０：５０ｖ／ｖである、請求項５２～６７のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項69】
亜リン酸トリス（トリメチシリル）（ＴＴＳＰｉ）；リン酸トリス（トリメチシリル）（ＴＴＳＰａ）；トリメトキシボロキシン（Ｃ３Ｈ９Ｂ３Ｏ６、ＴＭＯＢＸ）；ビニレンカーボネート（ＶＣ）；ビニルエチレンカーボネート（ＶＥＣ）；メチレンメタンジスルホネート（ＭＭＤＳ）；プロパ－１－エン－１，３スルトン（ＰＥＳ）；１，３－プロパンスルトン；フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）；ＬｉＴＦＳｉ；ＬｉＢＯＢ；スクシノニトリル、硫酸トリメチレン（ＴＭＳ）；リン酸トリアリル（ＴＡＰ）；ホウ酸トリス（トリメチルシリル）（ＴＭＳＢ）；トリス（ペンタフルオロフェニル）ボラン（ＴＰＦＰＢ）；トリス（ペンタフルオロフェニル）ボラン（ＴＰＦＰＢ）；酢酸メチル（ＭＡ）；酢酸トリス（トリメチルシリル）（ＴＭＳＡ）；トリス（トリメチルシリル）ピリジン；メタクリル酸トリス（トリメチルシリル）（ＴＭＳＭＡ）；亜リン酸トリス（２，２，２－トリフルオロエチル）（ＴＴＦＥＰ）；ホウ酸トリス（２，２，２－トリフルオロエチル）（ＴＴＦＥＢ）；及びそれらの組み合わせからなる群から選択される添加剤をさらに含む、請求項５２～６８のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項70】
前記添加剤がＴＴＳＰｉである、請求項６９に記載のカソライト溶液。
【請求項71】
前記添加剤がＴＴＳＰａである、請求項６９に記載のカソライト溶液。
【請求項72】
前記添加剤がＴＴＳＰｉとＴＴＳＰａとの組み合わせである、請求項６９～７１のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項73】
固体電解質が、ＬｉＡＬａＢＭ’ＣＭ”ＤＺｒＥＯＦ、ＬｉＡＬａＢＭ’ＣＭ’’ＤＴａＥＯＦ、及びＬｉＡＬａＢＭ’ＣＭ”ＤＮｂＥＯＦ（式中、４＜Ａ＜８．５、１．５＜Ｂ＜４、０≦Ｃ＜２．５、０≦Ｄ＜２．５；０＜Ｅ＜２．５、１０＜Ｆ＜１４であり、Ｍ’及びＭ”は、それぞれ独立して、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｇａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃｅ、Ｈｆ、Ｒｂ、及びＴａからなる群から選択される）からなる群から選択される式を特徴とするリチウム充填ガーネットである、請求項５２～７２のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項74】
前記カソライト溶液が６０℃～１００℃の範囲内の沸点を有する、請求項５２～７３のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項75】
前記カソライト溶液が－６０℃～－４０℃の範囲内の融点を有する、請求項５２～７４のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項76】
前記カソライト溶液が、２０００μＳ／ｃｍ～３２００μＳ／ｃｍの範囲内のリチウムイオン伝導率を有する、請求項５２～７５のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項77】
前記カソライト溶液が１ｃＰ～１０ｃＰの範囲内の粘度を有する、請求項５２～７６のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項78】
前記リチウム塩が、１．４ＭのＬｉＰＦ６；１．４ＭのＬｉＢＦ４；又は１．６ＭのＬｉＢＦ４である、請求項５２～７７のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項79】
７０：３０ｖ／ｖ％の亜硫酸エチレン：スルホランを含む、請求項５２～７８のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項80】
前記リチウム塩が１．４ＭのＬｉＰＦ６である、請求項５２～７９のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項81】
前記リチウム塩が１．４ＭのＬｉＢＦ４である、請求項５２～７９のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【請求項82】
前記リチウム塩が１．６ＭのＬｉＢＦ４である、請求項５２～７９のいずれか一項に記載のカソライト溶液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
[0001] 本出願は、２０２１年１１月３０日に出願され、CATHOLYTES FOR A SOLID-STATE BATTERYと題される米国仮特許出願第６３／２６４，６９３号の優先権及び利益を主張し、その内容全体があらゆる目的で参照により本明細書に援用される。
[0001] 本出願は、２０２１年１１月３０日に出願され、CATHOLYTES FOR A SOLID-STATE BATTERYと題される米国仮特許出願第６３／２６４，６９３号の優先権及び利益を主張し、その内容全体があらゆる目的で参照により本明細書に援用される。
【0002】
分野
[0002] 本開示は、固体蓄電池、並びに固体蓄電池中に使用される電解質及びカソライトに関する。
[0002] 本開示は、固体蓄電池、並びに固体蓄電池中に使用される電解質及びカソライトに関する。
【背景技術】
【0003】
背景
[0003] リチウム金属アノードを含む固体蓄電池は、カソードとアノードとの間に配置される特殊な固体電解質セパレーターを必要とする。固体電解質セパレーターは、固体であり、リチウム金属と接触して安定でもあり、Ｌｉ＋イオンを伝導できるが、測定可能な速度では電子を伝導することができないことが必要である。炭素ベースの（例えば、黒鉛）アノード（すなわち負極）を含む液体ベースの蓄電池では、このような固体電解質は使用されない。その代わりに、これらの液体ベースの蓄電池中のカソードとアノードとの間には液体電解質が存在する。これらの液体電解質は、典型的には、リチウム塩、例えばＬｉＰＦ６を溶解させるためにそれらがカーボネート溶媒、例えばジエチルカーボネート又はジメチルカーボネートが使用されるという点でカーボネートベースである。
[0003] リチウム金属アノードを含む固体蓄電池は、カソードとアノードとの間に配置される特殊な固体電解質セパレーターを必要とする。固体電解質セパレーターは、固体であり、リチウム金属と接触して安定でもあり、Ｌｉ＋イオンを伝導できるが、測定可能な速度では電子を伝導することができないことが必要である。炭素ベースの（例えば、黒鉛）アノード（すなわち負極）を含む液体ベースの蓄電池では、このような固体電解質は使用されない。その代わりに、これらの液体ベースの蓄電池中のカソードとアノードとの間には液体電解質が存在する。これらの液体電解質は、典型的には、リチウム塩、例えばＬｉＰＦ６を溶解させるためにそれらがカーボネート溶媒、例えばジエチルカーボネート又はジメチルカーボネートが使用されるという点でカーボネートベースである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
[0004] 幾つかの刊行物では、カーボネートベース溶媒の電解質への添加剤として亜硫酸エチレンが使用されていた。これらの組成物は、黒鉛ベースのアノード用に最適化された。例えば、https://doi.org/10.1149/1.1391630；https://doi.org/10.1021/la015553h；https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.08.092；https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2005.02.007；及びhttps://doi.org/10.1039/C5CP04221Fを参照されたい。固体電池電解質セパレーターに適合する新規な電解質及びカソライトが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
[0005] 一実施形態では、リチウム塩と；それぞれ独立して、それぞれの場合で、少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された少なくとも２つの非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子とを含むカソライト溶液が本明細書に提供される。
【0006】
[0006] 第２の実施形態では、リチウム塩と；少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子とを含むカソライト溶液が本明細書に提供される。
【0007】
[0007] 第３の実施形態では、正極と、リチウム金属負極と、固体電解質であって、リチウム充填ガーネット、及びカソライトを含み、上記カソライトが：リチウム塩と；それぞれ独立して、それぞれの場合で、少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された少なくとも２つのＣ３－１０複素環式分子とを含む、固体電解質とを含む電気化学セルが本明細書に提供される。
【0008】
[0008] 第４の実施形態では、正極と、リチウム金属負極と、固体電解質であって、リチウム充填ガーネット、及びカソライトを含み、上記カソライトが：リチウム塩と；少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子とを含む、固体電解質とを含む電気化学セルが本明細書に提供される。
【0009】
[0009] 第５の実施形態では、カソライト溶液の製造方法であって、リチウム塩と、それぞれ独立して、それぞれの場合で、少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された少なくとも２つのＣ３－１０複素環式分子とを混合することを含む製造方法が本明細書に提供される。
【0010】
[0010] 第６の実施形態では、カソライト溶液の製造方法であって、リチウム塩と、少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子とを混合することを含む製造方法が本明細書に提供される。
【0011】
[0011] 第７の実施形態では、電気化学セルの製造方法であって：正極中にカソライトを提供することであって、上記カソライトが、リチウム塩と；それぞれ独立して、それぞれの場合で、少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された少なくとも２つのＣ３－１０複素環式分子とを含むことと；リチウム充填ガーネットを含む固体電解質セパレーターを上記正極に接触させることとを含む製造方法が本明細書に提供される。
【0012】
[0012] 第８の実施形態では、電気化学セルの製造方法であって：正極中にカソライトを提供することであって、上記カソライトが、リチウム塩と；少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子とを含むことと；リチウム充填ガーネットを含む固体電解質セパレーターを上記正極に接触させることとが含む製造方法が本明細書に提供される。
【0013】
[0013] 第９の実施形態では、カソライト溶液であって：リチウム塩と；それぞれ独立して、それぞれの場合で、少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された少なくとも２つの非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子とを含み、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子が、亜硫酸エチレン；４－メチル－１，３，２－ジオキサチオラン２－オキシド；１，３－プロパンスルトン；スルホラン；チオフェン；チアゾール；１，２－オキサチオラン；チエピン；１，４－チアゼピン；６－Ｈ－１，２，５－チアジアジン；２Ｈ，６Ｈ－１，５，２－ジチアジン；メチレンメタンジスルホネート；硫酸エチレン；チオピラン；チオシン、それらの誘導体、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、カソライト溶液が本明細書に提供される。
【0014】
[0014] 第１０の実施形態では、本明細書に開示されるカソライトを含む蓄電池が本明細書に提供される。
【0015】
[0015] 第１１の実施形態では、本明細書に開示される蓄電池を含む電気車両が本明細書に提供される。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図面の簡単な説明
【図1】[0016]サイクル時間の関数としてのＣレートのプロットである。
【図2】[0017]サイクル時間（秒）の関数としての充電状態（ＳＯＣ）のプロットである。
【図3】[0018]亜硫酸エチレン（ＥＳＩ）及びスルホラン（ＳＬＦ）の体積比７０：３０（ｖ／ｖ）の混合物及び１．４ＭのＬｉＰＦ６（７０：３０ ＥＳＩ：ＳＬＦと記載される）と；エチレンカーボネート及びスルホランの体積比４５：５５（ｖ／ｖ）の混合物及び１．４ＭのＬｉＰＦ６（ＥＣＳ４５．４と表示される）との２つのカソライトに関する、中央値充電（Median charge）面積比直流抵抗（area-specific direct current resistance:ＡＳＲＤＣ）（Ω－ｃｍ２）のプロットである。ここで、「ＥＣＳ４５．４」中の「．４」は、１．４Ｍ濃度のＬｉ＋イオンを意味する。「ＥＣＳ４５」は、４５：５５ｖ／ｖの比を意味する。
【図4】[0019]実行時間（秒）の関数としてのＳＯＣ（％）のプロットである。
【図5】[0020]（ａ）０．５重量％の亜硫酸エチレン；（ｂ）１重量％の亜硫酸エチレン；（ｃ）２重量％の亜硫酸エチレン；（ｄ）４重量％の亜硫酸エチレン；及び（ｅ）８重量％の亜硫酸エチレンの５つのカソライト混合物に関する活動量比放電容量（active mass-specific discharge capacity）（ｍＡｈ／ｇ）のプロットである。
【図6】[0021]（ａ）０．５重量％の亜硫酸エチレン；（ｂ）１重量％の亜硫酸エチレン；（ｃ）２重量％の亜硫酸エチレン；（ｄ）４重量％の亜硫酸エチレン；及び（ｅ）８重量％の亜硫酸エチレンの５つのカソライト混合物に関する中央値充電面積比抵抗（median charge area-specific resistance）（ＡＳＲ、Ωｃｍ２）直流のプロットである。
【図7】[0022]（ａ）１．４ＭのＬｉＰＦ６／ＥＳＳと；（ｂ）ＥＣＳ４５．４との２つのカソライト混合物に関する直流で測定された中央値充電面積比抵抗（ＡＳＲ、Ωｃｍ２）のプロットである。ここで、ＥＳＳは、亜硫酸エチレンとスルホランとの組み合わせを意味する。ここで、ＥＣＳは、エチレンカーボネートとスルホランとの組み合わせを意味する。
【図8】[0023]（ａ）１．４ＭのＬｉＰＦ６／ＥＳＳと；（ｂ）ＥＣＳ４５．４との２つのカソライト混合物に関する累積サイクル指数の関数としての活動量比放電容量（ｍＡｈ／ｇ）のプロット（上部）である。図８は、（ａ）１．４ＭのＬｉＰＦ６／ＥＳＳと；（ｂ）ＥＣＳ４５．４との２つのカソライト混合物に関する累積サイクル指数の関数としての中央値充電面積比抵抗（ＡＳＲ、Ωｃｍ２）直流のプロット（下部）でもある。
【図9】[0024]２５℃での４Ｃ急速充電試験における、異なる比率で亜硫酸エチレン及びスルホランを有するカソライトを使用した２つの電気化学セルに関する８０％ＳＯＣまでの時間（分）を示している。これらの結果は、本明細書における実施例２に関連する。これらの結果は、本明細書における実施例２に記載される。
【図10】[0025]２５℃での４Ｃ急速充電試験における、一方が第３の共溶媒の酢酸メチル（ＭＡと記載される）を含むカソライトを使用する２つの電気化学セルに関する８０％ＳＯＣまでの時間（分）を示している。これらの結果は、本明細書における実施例２に記載される。
【図11】[0026]２５℃での４Ｃ急速充電試験における、一方が、７０：３０の体積比の亜硫酸エチレン対スルホラン及び１．４ＭのＬｉＢＦ４含み；他方が１．２Ｍの１０％ＬｉＦＳｉを含む２つのカソライトに関する、８０％ＳＯＣまでの時間（分）を示している。これらの結果は、本明細書における実施例２に記載される。
【図12】[0027]０．５Ｍ～５Ｍカソライトモル濃度スキューでの１か月のＡＳＲ測定の結果を示している。これらの結果は、本明細書における実施例３に記載される。
【発明を実施するための形態】
【0017】
詳細な説明
[0028] 以下の説明は、当業者による本開示の製造及び使用、並びにその特定の用途の状況への採用を可能にするために提供される。種々の修正、及び異なる用途への種々の使用は、当業者には容易に明らかになるであろうし、本明細書において規定される一般的原理は、広範囲の実施形態に適用可能である。したがって、本開示は、提供される実施形態への限定を意図するものではなく、本明細書に開示される原理及び新規な特徴に一致する最も広い範囲が得られる。
[0028] 以下の説明は、当業者による本開示の製造及び使用、並びにその特定の用途の状況への採用を可能にするために提供される。種々の修正、及び異なる用途への種々の使用は、当業者には容易に明らかになるであろうし、本明細書において規定される一般的原理は、広範囲の実施形態に適用可能である。したがって、本開示は、提供される実施形態への限定を意図するものではなく、本明細書に開示される原理及び新規な特徴に一致する最も広い範囲が得られる。
【0018】
[0029] 以下の詳細な説明において、本開示のより十分な理解を得るために、多数の具体的な詳細が記載される。しかしながら、本明細書における開示は、これらの具体的な詳細に必ずしも限定されることなく実施できることは当業者には明らかとなるであろう。
【0019】
[0030] 明記されないのであれば、本明細書（あらゆる添付の請求項、要約書、及び図面を含む）に開示される全ての特徴は、同一、同等、又は類似の目的を果たす別の特徴によって置き換えることができる。したがって、明記されないのであれば、開示されるそれぞれの特徴は、一般的な一連の同等又は類似の特徴の単なる一例である。
【0020】
[0031] 亜硫酸エチレン及びスルホランなどの溶媒又は添加剤を含むカソライトが本明細書に記載される。幾つかの実施形態では、亜硫酸エチレン、スルホラン、又はその両方が添加剤として使用される。添加剤として、亜硫酸エチレン、スルホラン、又はその両方は、１０％ｗ／ｗ未満、幾つかの実施形態では、９％ｗ／ｗ未満、８％ｗ／ｗ未満、７％ｗ／ｗ未満、６％ｗ／ｗ未満、５％ｗ／ｗ未満、４％ｗ／ｗ未満、３％ｗ／ｗ未満、２％ｗ／ｗ未満、１％ｗ／ｗ未満、又は０．５％ｗ／ｗ未満で存在する。溶媒として、亜硫酸エチレン、スルホラン、又はその両方は、１０％ｗ／ｗを超えて存在する。
【0021】
[0032] 幾つかの実施形態では、上記％ｗ／ｗは、カソードの重量を基準として計算される。幾つかの別の実施形態では、特に明記さなければ、上記％ｗ／ｗは、カソード中に導入されるカソライトの重量を基準として計算される。特に明記されなければ、％ｗ／ｗは、カソード中に導入されるカソライトの重量を基準として計算される。
【0022】
[0033] 本明細書におけるカソライトによって、リチウム充填ガーネットの固体電解質セパレーターを有するリチウム蓄電池中に使用される場合に、高電圧安定性が改善され、リチウム充填ガーネット界面における電荷移動が減少する。リチウム充填ガーネット界面のおける電荷移動によって、面積比抵抗（ＡＳＲ）が増加することがある。前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、これらのカソライトによって、高エネルギー密度を有するカソード中で８０％容量まで１５分以内の急速充電が可能となる。前述のいずれかを含むある実施形態では、高エネルギー密度を有するカソードは、２０００Ｗｈ／Ｌの体積エネルギー密度を有するカソードである。前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、これらのカソライトは、高い連続放電容量及びパルス電力を－３０℃において示す。前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、これらのカソライトによって、カレンダー寿命（例えば、４．４Ｖ及び６０℃におけるカレンダー寿命性能）が改善される。前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、本明細書におけるカソライトは、４．４Ｖ及び６０℃において改善された加速貯蔵試験を有する。
【0023】
[0034] 幾つかの実施形態では、溶液であって、亜硫酸エチレン、スルホラン、及びリチウム塩を含む電解質である溶液が本明細書に記載される。ここで、亜硫酸エチレンは、１，３，２－ジオキサチオラン－２－オキシド、環状亜硫酸エチレン、ＥＳ、及びグリコールスルフィットと同義である。
【0024】
[0035] 幾つかの実施形態では、亜硫酸エチレンをスルホランと混合して深共晶溶液が得られる。幾つかの実施形態では、深共晶溶液は、その凝固点が－５０℃までも低下する。
【0025】
[0036] 幾つかの実施形態では、上記溶液は、エチレンカーボネート及びスルホラン（ＥＣＳ）を含む。ＥＣＳの幾つかの周知の組み合わせは、低温で十分機能するためには不十分な低温伝導性を有する。エチレンカーボネートを亜硫酸エチレンに置き換え、場合により被覆されたカソード活物質を使用することによって、改善され、カレンダー寿命を２桁の大きさで改善することができる。エチレンカーボネートを亜硫酸エチレンに置き換え、場合により被覆されたカソード活物質を使用することによって、低温性能（例えば、低温出力）を改善することができる。
【0026】
定義
[0037] 本明細書において使用される場合、例えば約１５％ｗ／ｗのように数を修飾する場合の「約」という用語は、修飾される数と、場合により、その数の±１０％を含むその修飾される数に関する範囲内に含まれる数とを意味する。例えば、約１５％ｗ／ｗは、１５％ｗ／ｗと、１３．５％ｗ／ｗ、１４％ｗ／ｗ、１４．５％ｗ／ｗ、１５．５％ｗ／ｗ、１６％ｗ／ｗ、又は１６．５％ｗ／ｗとを含む。例えば、「約７５℃」は、７５℃と、６８℃、６９℃、７０℃、７１℃、７２℃、７３℃、７４℃、７５℃、７６℃、７７℃、７８℃、７９℃、８０℃、８１℃、８２℃、又は８３℃とを含む。
[0037] 本明細書において使用される場合、例えば約１５％ｗ／ｗのように数を修飾する場合の「約」という用語は、修飾される数と、場合により、その数の±１０％を含むその修飾される数に関する範囲内に含まれる数とを意味する。例えば、約１５％ｗ／ｗは、１５％ｗ／ｗと、１３．５％ｗ／ｗ、１４％ｗ／ｗ、１４．５％ｗ／ｗ、１５．５％ｗ／ｗ、１６％ｗ／ｗ、又は１６．５％ｗ／ｗとを含む。例えば、「約７５℃」は、７５℃と、６８℃、６９℃、７０℃、７１℃、７２℃、７３℃、７４℃、７５℃、７６℃、７７℃、７８℃、７９℃、８０℃、８１℃、８２℃、又は８３℃とを含む。
【0027】
[0038] 本明細書において使用される場合、「からなる群から選択される」は、その群からの１つの構成要素、その群からの２つ以上の構成要素、又はその群からの構成要素の組み合わせを意味する。例えば、Ａ、Ｂ、及びＣからなる群から選択される構成要素は、Ａのみ、Ｂのみ、又はＣのみ、並びにＡ及びＢ、Ａ及びＣ、Ｂ及びＣ、並びにＡ、Ｂ、及びＣを含む。
【0028】
[0039] 本明細書において使用される場合、「ＥＣＳ」という用語は、エチレンカーボネート及びスルホランの混合物又は溶液の頭字語である。
【0029】
[0040] 本明細書において使用される場合、「固体セパレーター」という語句は、電子に対しては実質的に絶縁性であるＬｉ＋イオン伝導性材料であって（例えば、チウムイオン伝導率は、電子伝導率の少なくとも１０３倍であり、多くの場合１０６倍である）、電気化学セル中の正極と負極との間の物理的バリア又はスペーサーとして機能するＬｉ＋イオン伝導性材料を意味する。
【0030】
[0041] 本明細書において使用される場合、面積比抵抗（ＡＳＲ）は、逆のことが明記されるのでなければ、Arbin、Maccor、又はBiologicの装置を用いた電気化学的サイクリングによって測定される。
【0031】
[0042] 本明細書において使用される場合、イオン伝導率は、当技術分野において周知の電気インピーダンス分光法によって測定される。
【0032】
[0043] 本明細書において使用される場合、「深共晶溶液」という語句は、深共晶溶液の最低凝固点成分よりも少なくとも３０℃低い凝固点を有する２つ以上の化学物質溶液又は混合物である。例えば、一方の化学物質の凝固点が－３０℃であり、他方の化学物質の凝固点が－６０℃であり、これらの化学物質の５０：５０ｖ／ｖ混合物の凝固点が－９０℃である場合、その混合物は深共晶溶液と見なされる。
【0033】
[0044] 本明細書において使用される場合、「膜」又は「薄膜」という語句は、０．５ｍｍ未満の厚さ及び１０ｎｍを超える厚さの薄い膜を意味する。薄膜は、横寸法が５ｍｍを超えることもある。「膜」又は「薄膜」は、テープキャスティング、スリップキャスティング、又はスクリーン印刷などの連続プロセスによって製造することができる。
【0034】
[0045] 本明細書において使用される場合、「膜厚」という語句は、膜の上面と底面との間の距離、又はメジアン測定距離を意味する。本明細書において使用される場合、上面及び底面は、最大幾何学的表面積を有する膜の面を意味し、ここで、最大幾何学的表面積は、面の長さにその幅を掛けることによって計算される。本明細書において使用される場合、厚さは、断面走査型電子顕微鏡法によって測定される。
【0035】
[0046] 本明細書において使用される場合、「バインダー」は、グリーンテープ中の固体などの材料の接着及び／又は凝集を増加させる能力を有するポリマーを意味する。適切なバインダーとしては、ＰＶＤＦ、ＰＶＤＦ－ＨＦＰ、ＳＢＲ、及びエチレンアルファ－オレフィンコポリマーを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。「バインダー」は、別の材料の接着を促進する材料を意味する。例えば、本明細書において使用される場合、ガーネット材料の接着に有用であるので、ポリビニルブチラールがバインダーとなる。別のバインダーとしてはポリカーボネートを挙げることができる。別のバインダーとしては、ポリアクリレート及びポリメタクリレートを挙げることができる。これらのバインダーの例は、本明細書で考慮されるバインダー全体の範囲に関する限定ではなく、単に例としての役割を果たす。本開示において有用なバインダーとしては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン、アタクチックポリプロピレン（ａＰＰ）、アイソタクチックポリプロピレン（ｉＰＰ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＲ）、エチレンペンテンコポリマー（ＥＰＣ）、ポリイソブチレン（ＰＩＢ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリオレフィン、ポリエチレン－コ－ポリ－１－オクテン（ＰＥ－コ－ＰＯ）、ポリエチレン－コ－ポリ（メチレンシクロペンタン）（ＰＥ－コ－ＰＭＣＰ）、ポリ（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）、アクリル、ポリビニルアセトアセタール（polyvinylacetacetal）樹脂、
ポリビニルブチラール樹脂、ＰＶＢ、ステレオブロックポリプロピレン、ポリプロピレンポリメチルペンテンコポリマー、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ＰＥＯブロックコポリマー、シリコーン、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリエチレンオキシドポリ（アリルグリシジルエーテル）ＰＥＯ－ＡＧＥ、ポリエチレンオキシド２－メトキシエトキシエチルグリシジルエーテル（ＰＥＯ－ＭＥＥＧＥ）、
ポリエチレンオキシド２－メトキシエトキシエチルグリシジルポリ（アリルグリシジルエーテル）（ＰＥＯ－ＭＥＥＧＥ－ＡＧＥ）、ポリシロキサン、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニリデンヘキサフルオロプロピレン（ＰＶＤＦ－ＨＦＰ）、ニトリルゴム（ＮＰＲ）、ポリブタジエンポリマー、ポリブタジエンゴム（ＰＢ）、ポリイソブタジエンゴム（ＰＩＢ）、ポリオレフィン、アルファ－ポリオレフィン、エチレンアルファ－ポリオレフィン、ポリイソプレンゴム（ＰＩ）、ポリクロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリロニトリル－ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、及びポリアクリル酸エチル（ＰＥＡ）などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
ポリビニルブチラール樹脂、ＰＶＢ、ステレオブロックポリプロピレン、ポリプロピレンポリメチルペンテンコポリマー、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ＰＥＯブロックコポリマー、シリコーン、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリエチレンオキシドポリ（アリルグリシジルエーテル）ＰＥＯ－ＡＧＥ、ポリエチレンオキシド２－メトキシエトキシエチルグリシジルエーテル（ＰＥＯ－ＭＥＥＧＥ）、
ポリエチレンオキシド２－メトキシエトキシエチルグリシジルポリ（アリルグリシジルエーテル）（ＰＥＯ－ＭＥＥＧＥ－ＡＧＥ）、ポリシロキサン、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニリデンヘキサフルオロプロピレン（ＰＶＤＦ－ＨＦＰ）、ニトリルゴム（ＮＰＲ）、ポリブタジエンポリマー、ポリブタジエンゴム（ＰＢ）、ポリイソブタジエンゴム（ＰＩＢ）、ポリオレフィン、アルファ－ポリオレフィン、エチレンアルファ－ポリオレフィン、ポリイソプレンゴム（ＰＩ）、ポリクロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリロニトリル－ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、及びポリアクリル酸エチル（ＰＥＡ）などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0036】
[0047] 本明細書において使用される場合、「ルイス酸」という語句は、塩基性分子から電子（又は電子密度）を吸引する傾向を有する分子又は官能基を意味する。ルイス酸の例としては、亜リン酸トリス（トリメチシリル）（ＴＴＳＰｉ）、リン酸トリス（トリメチシリル）（ＴＴＳＰａ）、亜リン酸トリス（２，２，２－トリフルオロエチル）、リン酸トリス（２，２，２－トリフルオロエチル）（ＴＴＦＥＰ）、ホウ酸トリス（２，２，２－トリフルオロエチル）（ＴＴＦＥＢ）、トリメトキシボロキシン（Ｃ３Ｈ９Ｂ３Ｏ６、ＴＭＯＢＸ）、リン酸トリアリル（ＴＡＰ）、ホウ酸トリス（トリメチルシリル）（ＴＭＳＢ）、トリス（ペンタフルオロフェニル）ボラン（ＴＰＦＰＢ）、及びそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0037】
[0048] 本明細書において使用される非ルイス酸の例としては、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、ビニルエチレンカーボネート（ＶＥＣ）、メチレンメタンジスルホネート（ＭＭＤＳ）、硫酸エチレン、硫酸１，３プロピレン、プロパ－１－エン－１，３スルトン（ＰＥＳ）、亜硫酸プロピレン、１，４ブタンスルトン、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）、ＬｉＴＦＳｉ、ＬｉＢＯＢ、３－スルホレン、スクシノニトリル、グルタロニトリル、硫酸トリメチレン（ＴＭＳ）、及びそれらの組み合わせが挙げられる。
【0038】
[0049] 本明細書において使用される場合、それ自体、又は別の置換基の一部としての「アルキル」という用語は、飽和分岐又は直鎖の一価の末端基、又は二価の架橋基、親アルカンの１つの炭素原子から少なくとも１つの水素原子を除去することによって誘導される炭化水素基を意味する。対象のアルキル基としては、メチル、エチル、
ｎ－プロピル、ｉ－プロピル、ｎ－ブチル、ｉ－ブチル、ｔ－ブチルが挙げられるが、これらに限定されるものではない。幾つかの実施形態では、アルキル基は、１～２０個の炭素原子を含む。幾つかの実施形態では、アルキル基は、１～１０個の炭素原子を含む。ある実施形態では、アルキル基は、１～６個の炭素原子、例えば１～４個の炭素原子を含む。この用語は、例として、直鎖及び分岐のヒドロカルビル基、例えば、メチル（ＣＨ３－）、エチル（ＣＨ３ＣＨ２－）、ｎ－プロピル（ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２－）、イソプロピル（（ＣＨ３）２ＣＨ－）、
ｎ－ブチル（ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２－）、イソブチル（（ＣＨ３）２ＣＨＣＨ２－）、ｓｅｃ－ブチル（（ＣＨ３）（ＣＨ３ＣＨ２）ＣＨ－）、ｔ－ブチル（（ＣＨ３）３Ｃ－）、ｎ－ペンチル（ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２－）、及びネオペンチル（（ＣＨ３）３ＣＣＨ２－）を含む。アルキル置換基は、さらには置換されていない１～６個の置換基で置換されてよい。
ｎ－プロピル、ｉ－プロピル、ｎ－ブチル、ｉ－ブチル、ｔ－ブチルが挙げられるが、これらに限定されるものではない。幾つかの実施形態では、アルキル基は、１～２０個の炭素原子を含む。幾つかの実施形態では、アルキル基は、１～１０個の炭素原子を含む。ある実施形態では、アルキル基は、１～６個の炭素原子、例えば１～４個の炭素原子を含む。この用語は、例として、直鎖及び分岐のヒドロカルビル基、例えば、メチル（ＣＨ３－）、エチル（ＣＨ３ＣＨ２－）、ｎ－プロピル（ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２－）、イソプロピル（（ＣＨ３）２ＣＨ－）、
ｎ－ブチル（ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２－）、イソブチル（（ＣＨ３）２ＣＨＣＨ２－）、ｓｅｃ－ブチル（（ＣＨ３）（ＣＨ３ＣＨ２）ＣＨ－）、ｔ－ブチル（（ＣＨ３）３Ｃ－）、ｎ－ペンチル（ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２－）、及びネオペンチル（（ＣＨ３）３ＣＣＨ２－）を含む。アルキル置換基は、さらには置換されていない１～６個の置換基で置換されてよい。
【0039】
[0050] 「ヘテロアルキル」は、好ましくは２～１４個の炭素、より好ましくは２～１０個の炭素を鎖中に有し、その１つ以上がＳ、Ｏ、Ｐ、及びＮから選択されるヘテロ原子で置換されている直鎖又は分岐鎖のアルキル基を意味する。代表的なヘテロアルキルとしては、アルキルエーテル（すなわち、アルコキシル）、第２級及び第３級アルキルアミン、アミド、アルキルスルフィド（すなわち、チオール）などが挙げられる。ヘテロアルキル置換基は、さらには置換されていない１～６個の置換基で置換されてよい。この基は、一価の末端基又は二価の架橋基であってよい。
【0040】
[0051] 本明細書において使用される場合、「少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含むＣ３－１０複素環式分子」という語句は、少なくとも１つの炭素原子が硫黄（Ｓ）原子で置換されている環状のアルキル環、アルケニル環、又はアルキニル環を意味する。Ｃ３－１０複素環式分子、連続環構造中に３、４、５、６、７、８、９、又は１０個の炭素原子を含む分子である。
【0041】
[0052] 本明細書において使用される場合、「１～６個の置換基で場合により置換される」という語句は、ある基が置換基を有する場合も有しない場合もある条件を意味する。置換基が存在する場合、わずか１、２、３、４、５、又は６個の置換基が存在する。置換基としては、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、＝Ｏ、ＳＯ２、－ＣＦ３、－ＣＨ２Ｆ、ＣＨＦ２、－ＮＯ２、－ＮＯ３、－ＮＨ３、－ＣＨ３、ＰＯ４、ＰＯ３、ＢＯ３、－ＣＮ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、及びそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。ここで、そのように明記されないのであれば、これらの置換基はさらには置換されない。ここで、そのように明記されないのであれば、これらの置換基はプロトン性ではない。
【0042】
[0053] 本明細書において使用される場合、「少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子及び１つの酸素（Ｏ）環原子を含むＣ３－１０複素環式分子」という語句は、少なくとも１つの炭素原子が硫黄（Ｓ）原子で置換され、少なくとも１つの炭素原子が酸素（Ｏ）原子で置換される環状のアルキル環、アルケニル環、又はアルキニル環を意味する。Ｃ３－１０複素環式分子は、連続環構造中に３、４、５、６、７、８、９、又は１０個の炭素原子を含む分子である。
【0043】
[0054] 本明細書において使用される場合、「電気化学セル」又は「電池セル」という語句は、正極及び負極を含み、電解質を用いてそれら２つのイオン連絡が行われる１つのセルを意味するものとする。幾つかの実施形態では、同じ電池セルは、１つの容器中に密閉された複数の正極及び／又は複数の負極を含む。
【0044】
[0055] 本明細書において使用される場合、「電気化学スタック」という語句は、少なくとも負極（例えば、Ｌｉ、ＬｉＣ６）と、正極（例えば、ＦｅＦ３、ＮｉＦｘ（式中、ｘは２又は３である）、ニッケルコバルトアルミニウム酸化物ＮＣＡ、リン酸鉄リチウム（ＬＦＰ）、ＬｉＮｉｘＭｎｙＣｏｚＯ２、［ＮＭＣ］、又はＬｉＮｉｘＡｌｙＣｏｚＯ２［ＮＣＡ］（式中、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１であり；０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１；及び０≦ｚ≦１である）であり、場合により固体電解質又はゲル電解質と組み合わされる）と、正極と負極との間にありそれらに接触する固体電解質（例えば、リチウム充填ガーネット（Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２）などの本明細書に記載の酸化物電解質）とをそれぞれが含む１つ以上のユニットを意味する。前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、固体電解質と正極との間に、規格に準拠した材料（例えば、ゲル電解質）を含む追加の層が存在する。電気化学スタックは、これらの前述のユニットの１つを含むことができる。電気化学スタックは、電気的に連絡して配列される（例えば、直列又は並列の電気的接続）これらの前述のユニットを数個含むことができる。前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、電気化学スタックが数個のユニットを含む場合、ユニットは、一列に、互いに層状になるか又は積層される。前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、電気化学スタックが数個のユニットを含む場合、ユニットは、ある配列で、互いに層状になるか又は積層される。前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、電気化学スタックが数個のユニットを含む場合、１つの負極が２つ以上の正極で共有されるようにスタックが配列される。或いは、前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、電気化学スタックが数個のユニットを含む場合、１つの正極が２つ以上の負極で共有されるようにスタックが配列される。特に明記されなければ、電気化学スタックは、１つの正極、１つの固体電解質、及び１つの負極を含み、場合により正極と固体電解質との間に接合層を含む。
【0045】
[0056] 本明細書で使用される場合、「正極」という語句は、電池の放電中に、それに向かって陽イオン、例えばＬｉ＋が伝導、流動、又は移動する二次電池中の電極を意味する。
【0046】
[0057] 本明細書において使用される場合、「負極」という語句は、電池の放電中に、そこから陽イオン、例えばＬｉ＋が、流動、又は移動する二次電池中の電極を意味する。リチウム金属を含む負極は、本明細書においてリチウム金属負極と呼ばれる。
【0047】
[0058] Ｌｉ金属電極と、変換化学、インターカレーション化学、又は変換／インターカレーション化学の組み合わせを含む電極（すなわち、カソード活物質）とで構成される電池において、変換化学、インターカレーション化学、又は変換／インターカレーション化学の組み合わせの材料を有する電極が、正極と呼ばれる。幾つかの用法では、正極の代わりにカソードが使用され、負極の代わりにアノードが使用される。Ｌｉ二次電池が充電される場合、Ｌｉイオンは正極（例えば、ＮｉＦｘ、ＮＭＣ、ＮＣＡ）から負極（例えば、Ｌｉ金属）に向かって移動する。Ｌｉ二次電池が放電される場合、Ｌｉイオンは負極から正極に向かって移動する。Ｌｉ二次電池が放電される場合、Ｌｉイオンは負極から正極に向かって移動する。
【0048】
[0059] 本明細書において使用される場合、「正極端子」という語句は、正極への電気的接続を意味する。正極端子は、正極集電体と呼ばれる場合もある。
【0049】
[0060] 本明細書において使用される場合、「負極端子」という語句は、負極への電気的接続を意味する。負極端子は、負極集電体と呼ばれる場合もある。
【0050】
[0061] 本明細書において使用される場合、「カソード活物質」という語句は、可逆的な方法で、リチウムイオンのインターカレーション、又はリチウムイオンとの反応が可能な材料を意味する。例としては、ＬｉＭＰＯ４（Ｍ＝Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ）；ＬｉｘＴｉｙＯｚ（式中、ｘは０～８であり、ｙは１～１２であり、ｚは１～２４である）；ＬｉＭｎ２ａＮｉａＯ４（式中、ａは０～２である）；ニッケルコバルトアルミニウム酸化物；ＬｉＮｉｘＭｎｙＣｏｚＯ２（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、及び０≦ｚ≦１である）；及びＬｉＮｉｘＣｏｙＡｌｚＯ２（式中、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、及び０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、及び０≦ｚ≦１である）が挙げられる。これらの式中、式が電荷的に中性となるようにｘ、ｙ、及びｚが選択される。
【0051】
[0062] 本明細書において使用される場合、「固体カソード」という語句は、液相電解質を含まないカソードを意味する。本明細書において使用される場合、「カソード」及び「アノード」という用語は、電池の電極を意味する。カソード及びアノードは、関連分野においてそれぞれ正極及び負極と呼ばれることが多い。
【0052】
[0063] 本明細書において使用される場合、「電解質」という用語は、イオン、例えばＬｉ＋はそれを通って移動することができるが、電子はそれを通って伝導することができない材料を意味する。電解質は、イオン伝導性で電気絶縁性の材料であり、電解質は、二次電池のカソード及びアノードの電気絶縁に有用であり、同時に、イオン、例えばＬｉ＋が電解質の中を伝達することができる。
【0053】
[0064] 本明細書において使用される場合、特に明記されなければ、「ゲル電解質」という用語は、適切なＬｉ＋イオン伝導性のゲル又は液体をベースとする電解質を意味し、例えば、RECHARGEABLE LITHIUM INTERCALATION BATTERY WITH HYBRID POLYMERIC ELECTROLYTEと題される米国特許第５，２９６，３１８号（その全体があらゆる目的で参照により本明細書に援用される）に記載のものを意味する。ゲル電解質は、室温において１０－５Ｓ／ｃｍを超えるリチウムイオン伝導率、０．０５～０．９５の間のリチウム輸率、及びある温度において損失弾性率を超える貯蔵弾性率を有する。ゲルは、ポリマーマトリックスと、ポリマーをゲル化する溶媒と、少なくとも部分的に解離してＬｉ＋イオン及びアニオンになるリチウム含有塩とを含むことができる。ここで、幾つかの例では、ゲル電解質は接合層として使用される。
【0054】
[0065] 本明細書において使用される場合、「カソライト」という用語は、カソード（すなわち正極）活物質と密接に混合される、又はそれによって取り囲まれる液体又はゲルのリチウムイオン伝導体を意味する。液体電解質は、カソードと混合される場合に、カソライトとなる。
【0055】
[0066] 本明細書で使用される場合、「固体電解質セパレーター」又は「固体セパレーター」又は「固体セパレーター」という語句は、語句「固体セパレーター」という語句と同義で使用され、炭素を含まず、原子イオン（例えば、Ｌｉ＋）は伝導するが、電子は伝導しない材料を意味する。固体電解質セパレーターは、リチウム二次電池の正極及び負極の電気絶縁に適しており、同時に、リチウムイオンの伝導経路も提供する固体材料である。無機固体電解質の例としては、酸化物電解質及び硫化物電解質が挙げられ、これらは以下でさらに規定される。硫化物電解質の非限定的な例は、例えば、２０１５年１０月２７日に発行された米国特許第９，１７２，１１４号に見られ、２０１７年６月８日に公開された米国特許出願公開第２０１７－０１６２９０１ Ａ１号にも見られ、これらの内容全体が、あらゆる目的で参照により本明細書に援用される。非限定的な例の酸化物電解質は、例えば、２０１５年７月１６日に公開された米国特許出願公開第２０１５－０２００４２０ Ａ１に見られ、その内容全体が、あらゆる目的で参照により本明細書に援用される。幾つかの例では、無機固体電解質は、ポリマーも含み、複合電解質と呼ばれる。複合電解質は、例えば米国特許第９，６６６，８７０号に見られ、その内容全体が、あらゆる目的で参照により本明細書に援用される。
【0056】
[0067] 本明細書において使用される場合、「セパレーター」及び「Ｌｉ＋イオン伝導性セパレーター」という用語は、同義で使用され、明らかに別のことが明記されるのでなければ、セパレーターは、Ｌｉ＋イオン伝導性セパレーターの省略表現である。本明細書において使用される場合、「固体電解質セパレーター」という語句は、電子に対して実質的に絶縁性であり（例えば、リチウムイオン伝導率は、電子伝導率の少なくとも１０３倍、多くの場合１０６倍である）、電気化学セル中の正極と負極との間の物理的バリア又はスペーサーとして機能するＬｉ＋伝導性材料を意味する。
【0057】
[0068] 逆のことが明記されるのでなければ、本明細書において使用されるセパレーターは、リチウム金属に接触する場合に安定である。
【0058】
[0069] 本明細書において使用される場合、「厚さ」又は「膜厚」という語句は、上部及び底部の面又は表面の間の距離、又はメジアン測定距離を意味する。本明細書において使用される場合、上面及び底面は、最大幾何学的表面積を有する面を意味する。
【0059】
[0070] 本明細書において使用される場合、「薄い」は、固体電解質を修飾する場合、２００μｍ未満、場合により１００μｍ未満、幾つかの場合では０．１～６０μｍの間、別の場合では約１０ｎｍ～約１００μｍの間の厚さ寸法、別の場合では、約１μｍ、１０μｍ、又は５０μｍの厚さを意味する。
【0060】
[0071] 本明細書において使用される場合、「焼結薄膜」は、その化学組成物を変化させることなくその構造を緻密化するために、焼結されている、例えば１０００℃よりも高温に加熱されている薄膜を意味する。
【0061】
[0072] 本明細書において使用される場合、「リチウム充填ガーネット」という語句は、ガーネット結晶構造に関連する結晶構造を特徴とする酸化物を意味する。リチウム充填ガーネット電解質の例としては、２０１４年１０月７日に出願され、GARNET MATERIALS FOR LI SECONDARY BATTERIES AND METHODS OF MAKING AND USING GARNET MATERIALSと題され、２０１５年４月９日に公開された米国特許出願公開第２０１５／００９９１９０号（この内容全体が参照により援用される）に記載の電解質が挙げられる。ＬｉＡＬａＢＭ’ＣＭ’’ＤＺｒＥＯＦ、ＬｉＡＬａＢＭ’ＣＭ’’ＤＴａＥＯＦ、若しくはＬｉＡＬａＢＭ’ＣＭ’’ＤＮｂＥＯＦ（式中、４＜Ａ＜８．５、１．５＜Ｂ＜４、０≦Ｃ≦２．５、０≦Ｄ≦２．５；０≦Ｅ＜２．３、１０＜Ｆ＜１３であり、Ｍ’及びＭ’は、それぞれ独立して、それぞれの場合で、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｇａ、Ｇｄ、Ｙ、Ｎｂ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃｅ、Ｈｆ、Ｒｂ、又はＴａから選択される）、又はＬｉａＬａｂＺｒｃＡｌｄＭｅ’’ｅＯｆ（式中、５＜ａ＜８．５；２＜ｂ＜４；０＜ｃ≦２．５；０≦ｄ＜２；０≦ｅ＜２、及び１０＜ｆ＜１３であり、Ｍｅ’’は、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ、又はＳｂから選択される金属である）、及び別のものとして米国特許出願公開第２０１５／００９９１９０号明細書に記載のものによる組成を一般に有するＬｉ充填ガーネット。幾つかの実施形態では、Ａは、約６．０又は約６．１又は約６．２又は約６．３又は約６．４又は約６．５又は約６．６又は約６．７又は約６．８又は約６．９又は約７．０又は約７．１又は約７．２又は約７．３又は約７．４であってよい。幾つかの実施形態では、Ｂは、約２．８又は約２．９又は約３．０又は約３．１又は約３．２であってよい。幾つかの実施形態では、Ｃは、約０又は約０．１又は約０．２又は約０．３又は約０．４又は約０．５又は約０．６又は約０．７又は約０．８又は約０．９又は約１．０又は約１．１又は約１．２又は約１．３又は約１．４又は約１．５又は約１．６又は約１．７又は約１．８又は約１．９又は約２．０であってよい。幾つかの実施形態では、Ｄは、約０又は約０．１又は約０．２又は約０．３又は約０．４又は約０．５又は約０．６又は約０．７又は約０．８又は約０．９又は約１．０又は約１．１又は約１．２又は約１．３又は約１．４又は約１．５又は約１．６又は約１．７又は約１．８又は約１．９又は約２．０であってよい。幾つかの実施形態では、Ｅは、約１．４又は約１．５又は約１．６又は約１．７又は約１．８又は約１．９又は約２．０又は約２．１又は約２．２であってよい。幾つかの実施形態では、Ｆは、約１１．０又は約１１．１又は約１１．２又は約１１．３又は約１１．４又は約１１．５又は約１１．６又は約１１．７又は約１１．８又は約１１．９又は約１２．０又は約１２．１又は約１２．２又は約１２．３又は約１２．４又は約１２．５又は約１２．６又は約１２．７又は約１２．８又は約１２．９又は約１３．０であってよい。ここで、下付文字の値及び係数の値は、逆のことが記載されるのでなければ、化合物が電荷中性となるように選択される。本明細書において使用される場合、リチウム充填ガーネット、及びガーネットとしては、一般に、限定するものではないが、Ｌｉ７．０Ｌａ３（Ｚｒｔ１＋Ｎｂｔ２＋Ｔａｔ３）Ｏ１２＋０．３５Ａｌ２Ｏ３が挙げられ；ここで（下付文字ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＝下付文字２）であり、そのためＬａ：（Ｚｒ／Ｎｂ／Ｔａ）の比は３：２である。また、本明細書において使用されるガーネットとしては、限定するものではないが、ＬｉｘＬａ３Ｚｒ２ＯＦ＋ｙＡｌ２Ｏ３が挙げられ、式中、ｘは５．５～９の範囲であり；ｙは０～１の範囲である。これらの実施形態では、下付文字ｘ、ｙ、及びＦは、ガーネットが電荷中性となるように選択される。幾つかの実施形態ではｘは７であり、ｙは１．０である。幾つかの実施形態では、ｘは５であり、ｙは１．０である。幾つかの実施形態では、ｘは６であり、ｙは１．０である。幾つかの実施形態では、ｘは８であり、ｙは１．０である。幾つかの実施形態では、ｘは９であり、ｙは１．０である。幾つかの実施形態ではｘは７であり、ｙは０．３５である。幾つかの実施形態では、ｘは５であり、ｙは０．３５である。幾つかの実施形態では、ｘは６であり、ｙは０．３５である。幾つかの実施形態では、ｘは８であり、ｙは０．３５である。幾つかの実施形態では、ｘは９であり、ｙは０．３５である。幾つかの実施形態ではｘは７であり、ｙは０．７である。幾つかの実施形態では、ｘは５であり、ｙは０．７である。幾つかの実施形態では、ｘは６であり、ｙは０．７である。幾つかの実施形態では、ｘは８であり、ｙは０．７である。幾つかの実施形態では、ｘは９であり、ｙは０．７である。幾つかの実施形態ではｘは７であり、ｙは０．７５である。幾つかの実施形態では、ｘは５であり、ｙは０．７５である。幾つかの実施形態では、ｘは６であり、ｙは０．７５である。幾つかの実施形態では、ｘは８であり、ｙは０．７５である。幾つかの実施形態では、ｘは９であり、ｙは０．７５である。幾つかの実施形態ではｘは７であり、ｙは０．８である。幾つかの実施形態では、ｘは５であり、ｙは０．８である。幾つかの実施形態では、ｘは６であり、ｙは０．８である。幾つかの実施形態では、ｘは８であり、ｙは０．８である。幾つかの実施形態では、ｘは９であり、ｙは０．８である。幾つかの実施形態ではｘは７であり、ｙは０．５である。幾つかの実施形態では、ｘは５であり、ｙは０．５である。幾つかの実施形態では、ｘは６であり、ｙは０．５である。幾つかの実施形態では、ｘは８であり、ｙは０．５である。幾つかの実施形態では、ｘは９であり、ｙは０．５である。幾つかの実施形態ではｘは７であり、ｙは０．４である。幾つかの実施形態では、ｘは５であり、ｙは０．４である。幾つかの実施形態では、ｘは６であり、ｙは０．４である。幾つかの実施形態では、ｘは８であり、ｙは０．４である。幾つかの実施形態では、ｘは９であり、ｙは０．４である。幾つかの実施形態ではｘは７であり、ｙは０．３である。幾つかの実施形態では、ｘは５であり、ｙは０．３である。幾つかの実施形態では、ｘは６であり、ｙは０．３である。幾つかの実施形態では、ｘは８であり、ｙは０．３である。幾つかの実施形態では、ｘは９であり、ｙは０．３である。幾つかの実施形態ではｘは７であり、ｙは０．２２である。幾つかの実施形態では、ｘは５であり、ｙは０．２２である。幾つかの実施形態では、ｘは６であり、ｙは０．２２である。幾つかの実施形態では、ｘは８であり、ｙは０．２２である。幾つかの実施形態では、ｘは９であり、ｙは０．２２である。また、本明細書において使用されるガーネットとしては、ＬｉｘＬａ３Ｚｒ２Ｏ１２＋ｙＡｌ２Ｏ３が挙げられるが、これに限定されるものではない。一実施形態では、本明細書におけるＬｉ充填ガーネットは、Ｌｉ７Ｌｉ３Ｚｒ２Ｏ１２の組成を有する。別の一実施形態では、本明細書におけるＬｉ充填ガーネットは、Ｌｉ７Ｌｉ３Ｚｒ２Ｏ１２・Ａｌ２Ｏ３の組成を有する。さらに別の一実施形態では、本明細書におけるＬｉ充填ガーネットは、Ｌｉ７Ｌｉ３Ｚｒ２Ｏ１２・０．２２Ａｌ２Ｏ３の組成を有する。さらに別の一実施形態では、本明細書におけるＬｉ充填ガーネットは、Ｌｉ７Ｌｉ３Ｚｒ２Ｏ１２・０．３５Ａｌ２Ｏ３の組成を有する。ある別の実施形態では、本明細書におけるＬｉ充填ガーネットは、Ｌｉ７Ｌｉ３Ｚｒ２Ｏ１２・０．５Ａｌ２Ｏ３の組成を有する。別の一実施形態では、本明細書におけるＬｉ充填ガーネットは、Ｌｉ７Ｌｉ３Ｚｒ２Ｏ１２・０．７５Ａｌ２Ｏ３の組成を有する。
【0062】
[0073] 本明細書において使用される場合、リチウム充填ガーネット及び／又はガーネットには、ＹＡＧガーネット（すなわち、イットリウムアルミニウムガーネット、すなわち例えば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）を含まれない。本明細書において使用される場合、ガーネットには、パイロープ、アルマンディン、スペサルティン、グロッシュラー、ヘソナイト、若しくは肉桂石、ツァボライト、ウバロバイト、及びアンドラダイト、並びに固溶体のパイロープ－アルマンディン－スペサライト（spessarite）及びウバロバイト－グロッシュラー－アンドラダイトなどのシリケート系のガーネットは含まれない。本明細書におけるガーネットには、一般式Ｘ３Ｙ２（ＳｉＯ４）３（式中、Ｘは、Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ、及び、又は、Ｍｎであり；Ｙは、Ａｌ、Ｆｅ、及び、又はＣｒである）を有するネソシリケートは含まれない。
【0063】
[0074] 本明細書において使用される場合、「ガーネット前駆体化学物質」、「ガーネット型電解質の化学前駆体」、「ガーネットの前駆体」、及び「ガーネット前駆体材料」という語句は、反応して本明細書に記載のリチウム充填ガーネット材料を形成する化学物質を意味する。これらの化学前駆体としては、水酸化リチウム（例えば、ＬｉＯＨ）、酸化リチウム（例えば、Ｌｉ２Ｏ）、炭酸リチウム（例えば、ＬｉＣＯ３）、酸化ジルコニウム（例えば、ＺｒＯ２）、水酸化ジルコニウム、酢酸ジルコニウム、硝酸ジルコニウム、ジルコニウムアセチルアセトネート、硝酸ジルコニウムｘ水和物、酸化ランタン（例えば、Ｌａ２Ｏ３）、水酸化ランタン（例えば、Ｌａ（ＯＨ）３）、硝酸ランタン、酢酸ランタン、ランタンアセチルアセトネート、酸化アルミニウム（例えば、Ａｌ２Ｏ３）、水酸化アルミニウム（例えば、Ａｌ（ＯＨ）３）、アルミニウム（例えば、Ａｌ）、硝酸アルミニウム（例えば、Ａｌ（ＮＯ３）３）、硝酸アルミニウム九水和物、ベーマイト、ギブサイト、コランダム、オキシ水酸化アルミニウム、酸化ニオブ（例えば、Ｎｂ２Ｏ５）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）、及び酸化タンタル（例えば、Ｔａ２Ｏ５）が挙げられるが、これらに限定されるものではない。ガーネット材料の別の前駆体が、本明細書に記載の方法への使用に適切となる場合がある。
【0064】
[0075] 本明細書において使用される場合、「ガーネット型電解質」という語句は、Ｌｉ＋イオン伝導体として本明細書に記載されるリチウム充填ガーネット材料を含む電解質を意味する。
【0065】
[0076] 本明細書において使用される場合、「アルミナでドープされる」という語句は、別の材料、例えばガーネットのある成分を置き換えるためにＡｌ２Ｏ３が使用されることを意味する。リＡｌ２Ｏ３でドープされるリチウム充填ガーネットは、アルミニウム（Ａｌ）が、例えばＬｉ又はＺｒであってよいリチウム充填ガーネットの化学式中の元素と置き換えられるガーネットを意味する。
【0066】
[0077] 本明細書において使用される場合、面積比抵抗（ＡＳＲ）は、逆のことが明記されるのでなければ、Arbin又はBiologicの装置を用いた電気化学的サイクリングによって測定される。
【0067】
電気化学セル
[0078] 一実施形態では、正極と、リチウム金属負極と、リチウム充填ガーネットを含む固体電解質と、カソライトとを含む電気化学セルであって、カソライトが：リチウム塩と；それぞれ独立して、それぞれの場合で、少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された少なくとも２つのＣ３－１０複素環式分子とを含む、電気化学セルが本明細書に提供される。
[0078] 一実施形態では、正極と、リチウム金属負極と、リチウム充填ガーネットを含む固体電解質と、カソライトとを含む電気化学セルであって、カソライトが：リチウム塩と；それぞれ独立して、それぞれの場合で、少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された少なくとも２つのＣ３－１０複素環式分子とを含む、電気化学セルが本明細書に提供される。
【0068】
[0079] 別の一実施形態では、正極と、リチウム金属負極と、リチウム充填ガーネットを含む固体電解質と、カソライトとを含む電気化学セルであって、カソライトが：リチウム塩と；少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み、それぞれ独立して、それぞれの場合で、少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された少なくとも２つのＣ３－１０複素環式分子とを含む、電気化学セルが本明細書に提供される。
【0069】
[0080] 別の一実施形態では、正極と、リチウム金属負極と、リチウム充填ガーネットを含む固体電解質と、カソライトとを含む電気化学セルであって、カソライトが：リチウム塩と；少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子及び１つの酸素（Ｏ）環原子を含み、それぞれ独立して、それぞれの場合で、少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された少なくとも２つのＣ３－１０複素環式分子とを含む、電気化学セルが本明細書に提供される。
【0070】
[0081] 前述のいずれかを含むある実施形態では、置換は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、＝Ｏ、ＳＯ２、－ＣＦ３、－ＣＨ２Ｆ、ＣＨＦ２、－ＮＯ２、－ＮＯ３、－ＮＨ３、－ＣＨ３、ＰＯ４、ＰＯ３、ＢＯ３、及び－ＣＮから選択される。
【0071】
カソライト溶液
[0082] 前述のいずれかを含む一実施形態では、リチウム塩と；それぞれ独立して、それぞれの場合で、少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された少なくとも２つのＣ３－１０複素環式分子とを含む、カソライト溶液が本明細書に提供される。
[0082] 前述のいずれかを含む一実施形態では、リチウム塩と；それぞれ独立して、それぞれの場合で、少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された少なくとも２つのＣ３－１０複素環式分子とを含む、カソライト溶液が本明細書に提供される。
【0072】
[0083] 前述のいずれかを含む別の一実施形態では、リチウム塩と；少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み、それぞれ独立して、それぞれの場合で、少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された少なくとも２つのＣ３－１０複素環式分子とを含む、カソライト溶液が本明細書に提供される。
【0073】
[0084] 前述のいずれかを含むある実施形態では、置換は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、＝Ｏ、ＳＯ２、－ＣＦ３、－ＣＨ２Ｆ、ＣＨＦ２、－ＮＯ２、－ＮＯ３、－ＮＨ３、－ＣＨ３、ＰＯ４、ＰＯ３、ＢＯ３、及び－ＣＮから選択される。
【0074】
[0085] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、Ｃ３－１０複素環式分子は、式（Ｉ）：
（式中、Ｒ１は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、＝Ｏ、ＳＯ２、－ＣＦ３、－ＣＨ２Ｆ、ＣＨＦ２、－ＮＯ２、－ＮＯ３、－ＮＨ３、－ＣＨ３、ＰＯ４、ＰＯ３、ＢＯ３、－ＣＮ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される；Ｒ２は＝Ｏであるか、又は存在しないかであり；Ｒ３は＝Ｏであるか、又は存在しないかであり；下付文字ｎは０～８の整数である）
の分子である。
【化1】
の分子である。
【0075】
[0086] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、Ｃ３－１０複素環式分子は、式（ＩＩ）：
（式中、Ｒ１は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、＝Ｏ、ＳＯ２、－ＣＦ３、－ＣＨ２Ｆ、ＣＨＦ２、－ＮＯ２、－ＮＯ３、－ＮＨ３、－ＣＨ３、ＰＯ４、ＰＯ３、ＢＯ３、－ＣＮ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択され；Ｒ２は＝Ｏであるか、又は存在しないかであり；Ｒ３は＝Ｏであるか、又は存在しないかであり；下付文字ｎは０～８の整数である）
の分子である。
【化2】
の分子である。
【0076】
[0087] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、Ｃ３－１０複素環式分子は、式
（式中、Ｒ１は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、＝Ｏ、ＳＯ２、－ＣＦ３、－ＣＨ２Ｆ、ＣＨＦ２、－ＮＯ２、－ＮＯ３、－ＮＨ３、－ＣＨ３、ＰＯ４、ＰＯ３、ＢＯ３、－ＣＮ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択され；下付文字ｎは０～８の整数である）
の分子である。
【化3】
の分子である。
【0077】
[0088] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、Ｃ３－１０複素環式分子は、式（ＩＩｂ）：
（式中、Ｒ１は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、＝Ｏ、ＳＯ２、－ＣＦ３、－ＣＨ２Ｆ、ＣＨＦ２、－ＮＯ２、－ＮＯ３、－ＮＨ３、－ＣＨ３、ＰＯ４、ＰＯ３、ＢＯ３、－ＣＮ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択され；下付文字ｎは０～８の整数である）
の分子である。
【化4】
の分子である。
【0078】
[0089] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、Ｃ３－１０複素環式分子は、式（ＩＩＩ）：
の分子である。
【化5】
【0079】
[0090] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、Ｃ３－１０複素環式分子は、式（ＶＩＩ）：
の分子である。
【化6】
【0080】
[0091] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、Ｃ３－１０複素環式分子は、式（ＩＶ）：
（式中、Ｒ１は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、＝Ｏ、ＳＯ２、－ＣＦ３、－ＣＨ２Ｆ、ＣＨＦ２、－ＮＯ２、－ＮＯ３、－ＮＨ３、－ＣＨ３、ＰＯ４、ＰＯ３、ＢＯ３、－ＣＮ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択され；下付文字ｎは０～８の整数である）
の分子である。
【化7】
の分子である。
【0081】
[0092] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、Ｃ３－１０複素環式分子は、少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含む。
【0082】
[0093] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、Ｃ３－１０複素環式分子は、少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子及び１つの酸素（Ｏ）環原子を含む。
【0083】
[0094] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、Ｃ３－１０複素環式分子は、式（Ｖ）：
（式中、Ｒ１は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、＝Ｏ、ＳＯ２、－ＣＦ３、－ＣＨ２Ｆ、ＣＨＦ２、－ＮＯ２、－ＮＯ３、－ＮＨ３、－ＣＨ３、ＰＯ４、ＰＯ３、ＢＯ３、－ＣＮ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。上付文字ｎは０～８の整数である）
の分子である。
【化8】
の分子である。
【0084】
[0095] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、Ｃ３－１０複素環式分子は、式（ＶＩ）：
の分子である。
【化9】
【0085】
[0096] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、Ｒ１はＰＥＧであり。前述のいずれかを含むある実施形態では、下付文字ｎは１である。前述のいずれかを含むある別の実施形態では、下付文字ｎは２である。前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、下付文字ｎは３である。前述のいずれかを含む幾つかの別の実施形態では、下付文字ｎは４である。前述のいずれかを含むある実施形態では、下付文字ｎは５である。前述のいずれかを含むさらに別の実施形態では、下付文字ｎは６である。前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、下付文字ｎは７である。前述のいずれかを含む幾つかの別の実施形態では、下付文字ｎは８である。
【0086】
[0097] 前述のいずれかを含むある実施形態では、下付文字ｎは０である。前述のいずれかを含むある実施形態では、下付文字ｎは１である。前述のいずれかを含むある別の実施形態では、下付文字ｎは２である。前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、下付文字ｎは３である。前述のいずれかを含む幾つかの別の実施形態では、下付文字ｎは４である。前述のいずれかを含むある実施形態では、下付文字ｎは５である。前述のいずれかを含むさらに別の実施形態では、下付文字ｎは６である。前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、下付文字ｎは７である。前述のいずれかを含む幾つかの別の実施形態では、下付文字ｎは８である。
【0087】
[0098] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、Ｒ１は＝Ｏである。ある実施形態では、下付文字ｎは１である。ある別の実施形態では、下付文字ｎは２である。幾つかの実施形態では、下付文字ｎは３である。幾つかの別の実施形態では、下付文字ｎは４である。ある実施形態では、下付文字ｎは５である。さらに別の実施形態では、下付文字ｎは６である。幾つかの実施形態では、下付文字ｎは７である。幾つかの別の実施形態では、下付文字ｎは８である。
【0088】
[0099] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、Ｒ１はＳＯ２である。ある実施形態では、下付文字ｎは１である。ある別の実施形態では、下付文字ｎは２である。幾つかの実施形態では、下付文字ｎは３である。幾つかの別の実施形態では、下付文字ｎは４である。ある実施形態では、下付文字ｎは５である。さらに別の実施形態では、下付文字ｎは６である。幾つかの実施形態では、下付文字ｎは７である。幾つかの別の実施形態では、下付文字ｎは８である。
【0089】
[0100] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、Ｒ１は－ＣＦ３である。ある実施形態では、下付文字ｎは１である。ある別の実施形態では、下付文字ｎは２である。幾つかの実施形態では、下付文字ｎは３である。幾つかの別の実施形態では、下付文字ｎは４である。ある実施形態では、下付文字ｎは５である。さらに別の実施形態では、下付文字ｎは６である。幾つかの実施形態では、下付文字ｎは７である。幾つかの別の実施形態では、下付文字ｎは８である。
【0090】
[0101] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、Ｒ１は－ＣＨ２Ｆである。ある実施形態では、下付文字ｎは１である。ある別の実施形態では、下付文字ｎは２である。幾つかの実施形態では、下付文字ｎは３である。幾つかの別の実施形態では、下付文字ｎは４である。ある実施形態では、下付文字ｎは５である。さらに別の実施形態では、下付文字ｎは６である。幾つかの実施形態では、下付文字ｎは７である。幾つかの別の実施形態では、下付文字ｎは８である。
【0091】
[0102] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、Ｒ１はＣＨＦ２である。ある実施形態では、下付文字ｎは１である。ある別の実施形態では、下付文字ｎは２である。幾つかの実施形態では、下付文字ｎは３である。幾つかの別の実施形態では、下付文字ｎは４である。ある実施形態では、下付文字ｎは５である。さらに別の実施形態では、下付文字ｎは６である。幾つかの実施形態では、下付文字ｎは７である。幾つかの別の実施形態では、下付文字ｎは８である。前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、Ｒ１は－ＮＯ２である。
【0092】
[0103] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、Ｒ１は－ＮＯ３である。ある実施形態では、下付文字ｎは１である。ある別の実施形態では、下付文字ｎは２である。幾つかの実施形態では、下付文字ｎは３である。幾つかの別の実施形態では、下付文字ｎは４である。ある実施形態では、下付文字ｎは５である。さらに別の実施形態では、下付文字ｎは６である。幾つかの実施形態では、下付文字ｎは７である。幾つかの別の実施形態では、下付文字ｎは８である。前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、Ｒ１は－ＮＨ３である。
【0093】
[0104] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、Ｒ１は－ＣＨ３である。ある実施形態では、下付文字ｎは１である。ある別の実施形態では、下付文字ｎは２である。幾つかの実施形態では、下付文字ｎは３である。幾つかの別の実施形態では、下付文字ｎは４である。ある実施形態では、下付文字ｎは５である。さらに別の実施形態では、下付文字ｎは６である。幾つかの実施形態では、下付文字ｎは７である。幾つかの別の実施形態では、下付文字ｎは８である。
【0094】
[0105] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、Ｒ１はＰＯ４である。ある実施形態では、下付文字ｎは１である。ある別の実施形態では、下付文字ｎは２である。幾つかの実施形態では、下付文字ｎは３である。幾つかの別の実施形態では、下付文字ｎは４である。ある実施形態では、下付文字ｎは５である。さらに別の実施形態では、下付文字ｎは６である。幾つかの実施形態では、下付文字ｎは７である。幾つかの別の実施形態では、下付文字ｎは８である。
【0095】
[0106] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、Ｒ１はＰＯ３である。ある実施形態では、下付文字ｎは１である。ある別の実施形態では、下付文字ｎは２である。幾つかの実施形態では、下付文字ｎは３である。幾つかの別の実施形態では、下付文字ｎは４である。ある実施形態では、下付文字ｎは５である。さらに別の実施形態では、下付文字ｎは６である。幾つかの実施形態では、下付文字ｎは７である。幾つかの別の実施形態では、下付文字ｎは８である。
【0096】
[0107] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、Ｒ１はＢＯ３である。ある実施形態では、下付文字ｎは１である。ある別の実施形態では、下付文字ｎは２である。幾つかの実施形態では、下付文字ｎは３である。幾つかの別の実施形態では、下付文字ｎは４である。ある実施形態では、下付文字ｎは５である。さらに別の実施形態では、下付文字ｎは６である。幾つかの実施形態では、下付文字ｎは７である。幾つかの別の実施形態では、下付文字ｎは８である。
【0097】
[0108] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、Ｒ１は－ＣＮである。ある実施形態では、下付文字ｎは１である。ある別の実施形態では、下付文字ｎは２である。幾つかの実施形態では、下付文字ｎは３である。幾つかの別の実施形態では、下付文字ｎは４である。ある実施形態では、下付文字ｎは５である。さらに別の実施形態では、下付文字ｎは６である。幾つかの実施形態では、下付文字ｎは７である。幾つかの別の実施形態では、下付文字ｎは８である。
【0098】
[0109] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子は、亜硫酸エチレン、亜硫酸プロピレングリコ―ル（propylene glycol sulfite）、スルホラン；１，３－プロパンスルトン；スルホラン；チオフェン、チアゾール、１，２－オキサチオラン、チエピン、１，４－チアゼピン、６－Ｈ－１，２，５－チアジアジン、２Ｈ，６Ｈ－１，５，２－ジチアジン、チオピラン、チエピン、チオシン、それらの誘導体、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。
【0099】
[0110] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子は亜硫酸エチレンから選択される。
【0100】
[0111] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子は亜硫酸プロピレングリコ―ルから選択される。
【0101】
[0112] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子はスルホランから選択される。
【0102】
[0113] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子は１，３－プロパンスルトンから選択される。
【0103】
[0114] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子はスルホランから選択される。
【0104】
[0115] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子はチオフェンから選択される。
【0105】
[0116] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子はチアゾールから選択される。
【0106】
[0117] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子は１，２－オキサチオランから選択される。
【0107】
[0118] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子はチエピンから選択される。
【0108】
[0119] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子は１，４－チアゼピンから選択される。
【0109】
[0120] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子は６－Ｈ－１，２，５－チアジアジンから選択される。
【0110】
[0121] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子は２Ｈ，６Ｈ－１，５，２－ジチアジンから選択される。
【0111】
[0122] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子はチオピランから選択される。
【0112】
[0123] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子はチエピンから選択される。
【0113】
[0124] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子はチオシンから選択される。
【0114】
[0125] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子は、亜硫酸エチレン及び亜硫酸プロピレングリコ―ルからなる群から選択される。
【0115】
[0126] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子の誘導体としては、－ＣＨ３、－ＣＦ３、又はＦの置換基を含む誘導体が挙げられる。
【0116】
[0127] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、固体電解質は薄膜である。
【0117】
[0128] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、固体電解質は焼結薄膜である。
【0118】
[0129] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、固体電解質は、リチウム充填ガーネットを含む焼結薄膜である。
【0119】
[0130] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、リチウム塩は、ＬｉＰＦ６、ビス（オキサラト）ホウ酸リチウム（ＬｉＢＯＢ）、リチウムビス（パーフルオロエタンスルホニル）イミド（ＬＩＢＥＴＩ）、ビス（トリフルオロメタン）スルホンイミド（ＬｉＴＦＳＩ）、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ビス（フルオロスルホニル）イミドリチウム（ＬｉＦＳＩ）、ＬｉＩ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。
【0120】
[0131] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、ＬＩＰＦ６配合物は、３０：７０のスルホラン：亜硫酸エチレンｖ／ｖ＋１．４ＭのＬｉＰＦ６を含む。
【0121】
[0132] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、ＬｉＢＦ４配合物は、３０：７０のスルホラン：亜硫酸エチレンｖ／ｖ＋１．４ＭのＬｉＢＦ４を含む。
【0122】
[0133] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトは、３０：７０のスルホラン：亜硫酸エチレンｖ／ｖ＋１．４ＭのＬｉＰＦ６を含む。
【0123】
[0134] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトは、３０：７０のスルホラン：亜硫酸エチレンｖ／ｖ＋１．４ＭのＬｉＰＦ６を含む。
【0124】
[0135] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトは、３０：７０のスルホラン：亜硫酸エチレンｖ／ｖ＋１．４ＭのＬｉＢＦ４を含む。
【0125】
[0136] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトは、３０：７０のスルホラン：亜硫酸エチレンｖ／ｖ＋１．４ＭのＬｉＰＦ６を含む。
【0126】
[0137] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、リチウム塩は約０．５Ｍ～約２．５Ｍの濃度で存在する。前述のいずれかを含む幾つかの別の実施形態では、リチウム塩は約０．５Ｍ～約２．０Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約０．５Ｍの濃度で存在する。ある別の実施形態では、リチウム塩は約０．６Ｍの濃度で存在する。幾つかの実施形態では、リチウム塩は約０．７Ｍの濃度で存在する。幾つかの別の実施形態では、リチウム塩は約０．８Ｍの濃度で存在する。別の実施形態では、リチウム塩は約０．９Ｍの濃度で存在する。さらに別の実施形態では、リチウム塩は約１．０Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約１．１Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約１．２Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約１．３Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約１．４Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約１．５Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約１．６Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約１．７Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約１．８Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約１．９Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約２．０Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約２．１Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約２．２Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約２．３Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約２．４Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約２．５Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約２．６Ｍの濃度で存在する。
【0127】
[0138] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、リチウム塩は約０．５Ｍ～約５Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約０．５Ｍの濃度で存在する。ある別の実施形態では、リチウム塩は約０．６Ｍの濃度で存在する。幾つかの実施形態では、リチウム塩は約０．７Ｍの濃度で存在する。幾つかの別の実施形態では、リチウム塩は約０．８Ｍの濃度で存在する。別の実施形態では、リチウム塩は約０．９Ｍの濃度で存在する。さらに別の実施形態では、リチウム塩は約１．０Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約１．１Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約１．２Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約１．３Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約１．４Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約１．５Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約１．６Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約１．７Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約１．８Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約１．９Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約２．０Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約２．１Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約２．２Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約２．３Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約２．４Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約２．５Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約２．６Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約２．７Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約２．８Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約２．９Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約３．０Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約３．１Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約３．２Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約３．３Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約３．４Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約３．５Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約３．６Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約３．７Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約３．８Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約３．９Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約４．０Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約４．１Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約４．２Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約４．３Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約４．４Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約４．５Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約４．６Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約４．７Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約４．８Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約４．９Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は約５．０Ｍの濃度で存在する。
【0128】
[0139] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、リチウム塩は０．５Ｍ～２．５Ｍの濃度で存在する。前述のいずれかを含む幾つかの別の実施形態では、リチウム塩は０．５Ｍ～２．０Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は０．５Ｍの濃度で存在する。ある別の実施形態では、リチウム塩は０．６Ｍの濃度で存在する。幾つかの実施形態では、リチウム塩は０．７Ｍの濃度で存在する。幾つかの別の実施形態では、リチウム塩は０．８Ｍの濃度で存在する。別の実施形態では、リチウム塩は０．９Ｍの濃度で存在する。さらに別の実施形態では、リチウム塩は１．０Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は１．１Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は１．２Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は１．３Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は１．４Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は１．５Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は１．６Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は１．７Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は１．８Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は１．９Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は２．０Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は２．１Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は２．２Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は２．３Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は２．４Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は２．５Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は２．６Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は２．７Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は２．８Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は２．９Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は３．０Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は３．１Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は３．２Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は３．３Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は３．４Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は３．５Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は３．６Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は３．７Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は３．８Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は３．９Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は４．０Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は４．１Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は４．２Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は４．３Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は４．４Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は４．５Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は４．６Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は４．７Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は４．８Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は４．９Ｍの濃度で存在する。ある実施形態では、リチウム塩は５．０Ｍの濃度で存在する。
【0129】
[0140] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子はスルホランである。
【0130】
[0141] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子は１，３－プロパンスルトンである。
【0131】
[0142] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子はスルホレンである。
【0132】
[0143] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子はチオフェンである。
【0133】
[0144] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子は亜硫酸エチレンである。
【0134】
[0145] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトは、亜硫酸エチレン及びスルホランを含む。
【0135】
[0146] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトは、亜硫酸エチレン及びスルホランから本質的になる。
【0136】
[0147] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトは、７０：３０の体積比の亜硫酸エチレン及びスルホランから本質的になる。
【0137】
[0148] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトは、亜硫酸エチレン及びスルホランからなる。
【0138】
[0149] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトは、７０：３０の体積比の亜硫酸エチレン及びスルホランからなる。
【0139】
[0150] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトは２つのＣ３－１０複素環式分子を含み、一方のＣ３－１０複素環式分子の、他方のＣ３－１０複素環式分子に対する比は、２０：８０ｖｏｌ／ｖｏｌ（ｖ／ｖ）～８０：２０ｖ／ｖである。
【0140】
[0151] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、一方のＣ３－１０複素環式分子の、他方のＣ３－１０複素環式分子に対する比は、１５：８５ｖｏｌ／ｖｏｌ（ｖ／ｖ）～８５：１５ｖ／ｖである。
【0141】
[0152] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、一方のＣ３－１０複素環式分子の、他方のＣ３－１０複素環式分子に対する比は、２０：８０ｖｏｌ／ｖｏｌ（ｖ／ｖ）～８０：２０ｖ／ｖである。
【0142】
[0153] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、一方のＣ３－１０複素環式分子の、他方のＣ３－１０複素環式分子に対する比は、２５：７５ｖｏｌ／ｖｏｌ（ｖ／ｖ）～７５：２５ｖ／ｖである。
【0143】
[0154] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、一方のＣ３－１０複素環式分子の、他方のＣ３－１０複素環式分子に対する比は、３０：７０ｖｏｌ／ｖｏｌ（ｖ／ｖ）～７０：３０ｖ／ｖである。
【0144】
[0155] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、一方のＣ３－１０複素環式分子の、他方のＣ３－１０複素環式分子に対する比は、３５：６５ｖｏｌ／ｖｏｌ（ｖ／ｖ）～６５：３５ｖ／ｖである。
【0145】
[0156] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、一方のＣ３－１０複素環式分子の、他方のＣ３－１０複素環式分子に対する比は、４０：６０ｖｏｌ／ｖｏｌ（ｖ／ｖ）～６０：４０ｖ／ｖである。
【0146】
[0157] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、一方のＣ３－１０複素環式分子の、他方のＣ３－１０複素環式分子に対する比は、４５：５５ｖｏｌ／ｖｏｌ（ｖ／ｖ）～５５：４５ｖ／ｖである。
【0147】
[0158] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、一方のＣ３－１０複素環式分子の、他方のＣ３－１０複素環式分子に対する比は５０：５０ｖｏｌ／ｖｏｌ（ｖ／ｖ）である。
【0148】
[0159] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、スルホラン：（亜硫酸エチレン）の比は３０：７０ｖ／ｖ～５０：５０ｖ／ｖである。
【0149】
[0160] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、スルホラン：（亜硫酸エチレン）の比は３０：７０ｖ／ｖである。
【0150】
[0161] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、スルホラン：（亜硫酸エチレン）の比は５０：５０ｖ／ｖである。
【0151】
[0162] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトは、亜リン酸トリス（トリメチシリル）（ＴＴＳＰｉ）、リン酸トリス（トリメチシリル）（ＴＴＳＰａ）、トリメトキシボロキシン（Ｃ３Ｈ９Ｂ３Ｏ６、ＴＭＯＢＸ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、ビニルエチレンカーボネート（ＶＥＣ）、メチレンメタンジスルホネート（ＭＭＤＳ）、プロパ－１－エン－１，３スルトン（ＰＥＳ）、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）、ＬｉＴＦＳｉ、ＬｉＢＯＢ、スクシノニトリル、硫酸トリメチレン（ＴＭＳ）、リン酸トリアリル（ＴＡＰ）、ホウ酸トリス（トリメチルシリル）（ＴＭＳＢ）、トリス（ペンタフルオロフェニル）ボラン（ＴＰＦＰＢ）、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される添加剤も含む。
【0152】
[0163] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、添加剤はＴＴＳＰｉである。
【0153】
[0164] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、添加剤はＴＴＳＰａである。
【0154】
[0165] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、添加剤はＴＴＳＰｉとＴＴＳＰａとの組み合わせである。
【0155】
[0166] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、リチウム充填ガーネットは、ＬｉＡＬａＢＭ’ＣＭ”ＤＺｒＥＯＦ、ＬｉＡＬａＢＭ’ＣＭ’’ＤＴａＥＯＦ、及びＬｉＡＬａＢＭ’ＣＭ”ＤＮｂＥＯＦ（式中、４＜Ａ＜８．５、１．５＜Ｂ＜４、０≦Ｃ＜２、０≦Ｄ＜２；０＜Ｅ＜２、１０＜Ｆ＜１４であり、Ｍ’及びＭ”は、それぞれ独立して、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｇａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃｅ、Ｈｆ、Ｒｂ、及びＴａからなる群から選択される）からなる群から選択される式を特徴とする。
【0156】
[0167] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、ＬｉＡＬａＢＭ’ＣＭ”ＤＺｒＥＯＦ、ＬｉＡＬａＢＭ’ＣＭ’’ＤＴａＥＯＦ、及びＬｉＡＬａＢＭ’ＣＭ”ＤＮｂＥＯＦ（式中、４＜Ａ＜８．５、１．５＜Ｂ＜４、０≦Ｃ＜２．５、０≦Ｄ＜２．５；０＜Ｅ＜２．５、１０＜Ｆ＜１４であり、Ｍ’及びＭ”は、それぞれ独立して、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｇａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃｅ、Ｈｆ、Ｒｂ、及びＴａからなる群から選択される）からなる群から選択される式を特徴とするリチウム充填ガーネット
【0157】
[0168] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、リチウム充填ガーネットは、ＬｉａＬａｂＺｒｃＡｌｄＭｅ”ｅＯｆ（式中、５＜ａ＜７．７；２＜ｂ＜４；０＜ｃ＜２．５；０＜ｄ＜２．５；０≦ｅ＜２．５、１０＜ｆ＜１４であり、Ｍｅ”は、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ、及びＳｂからなる群から選択される金属である）からなる群から選択される式を特徴とする。
【0158】
[0169] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、リチウム充填ガーネットは、ＬｉａＬａｂＺｒｃＡｌｄＯｆ（式中、５＜ａ＜７．７；２＜ｂ＜４；０＜ｃ＜２．５；０＜ｄ＜２．５；１０＜ｆ＜１４である）からなる群から選択される式を特徴とする。
【0159】
[0170] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、本明細書に記載のカソライトを含む電気化学セルが本明細書に記載される。
【0160】
[0171] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、本明細書に記載される電気化学セルを含む蓄電池が本明細書に記載される。
【0161】
[0172] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、本明細書に記載される蓄電池を含む電気車両が本明細書に記載される。
【0162】
[0173] 前述のいずれかを含むある実施形態では、置換は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、＝Ｏ、ＳＯ２、－ＣＦ３、－ＣＨ２Ｆ、ＣＨＦ２、－ＮＯ２、－ＮＯ３、－ＮＨ３、－ＣＨ３、ＰＯ４、ＰＯ３、ＢＯ３、及び－ＣＮから選択される。
【0163】
製造方法
[0174] 別の一例では、電気化学セルの製造方法であって、：正極中にカソライトを提供することであって、カソライトが、リチウム塩と；それぞれ独立して、それぞれの場合で、少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された少なくとも２つのＣ３－１０複素環式分子とを含むことと；リチウム充填ガーネットを含む固体電解質を上記正極に接触させることとを含む、製造方法が本明細書に提供される。
[0174] 別の一例では、電気化学セルの製造方法であって、：正極中にカソライトを提供することであって、カソライトが、リチウム塩と；それぞれ独立して、それぞれの場合で、少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された少なくとも２つのＣ３－１０複素環式分子とを含むことと；リチウム充填ガーネットを含む固体電解質を上記正極に接触させることとを含む、製造方法が本明細書に提供される。
【0164】
[0175] 別の一例では、カソライト溶液の製造方法であって、それぞれ独立して、それぞれの場合で、少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された少なくとも２つのＣ３－１０複素環式分子と、リチウム塩とを混合し、それによってカソライト溶液を得ることを含む、製造方法が本明細書に提供される。
【0165】
[0176] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、上記方法は、リチウム充填ガーネットを含む固体電解質を上記カソライト溶液接触させることをさらに含む。
【0166】
[0177] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、本明細書に記載の方法によって製造された電気化学セルが本明細書に記載される。
【0167】
[0178] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、本明細書に記載の電気化学セルを含む蓄電池が本明細書に記載される。
【0168】
[0179] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、本明細書に記載の蓄電池を含む電気車両が本明細書に記載される。
【0169】
[0180] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトの製造方法が本明細書に記載される。幾つかの実施形態では、体積基準で５０：５０の亜硫酸エチレン：スルホランから７０：３０のＥＳ：Ｓの混合物が調製される。幾つかの実施形態では、体積基準で４０：６０の亜硫酸エチレン：スルホランの混合物が調製される。幾つかの実施形態では、体積基準で６０：４０の亜硫酸エチレン：スルホラン ＥＳ：Ｓの混合物が調製される。幾つかの実施形態では、体積基準で８０：２０の亜硫酸エチレン：スルホランが調製される。幾つかの実施形態では、体積基準で２０：８０の亜硫酸エチレン：スルホランの混合物が調製される。
【0170】
[0181] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、亜硫酸エチレンの代わりに亜硫酸プロピレングリコ―ルが使用される。
【0171】
[0182] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、別の添加剤、例えばＴＴＳＰｉ（亜リン酸トリストリメチルシリル）が使用される。
【0172】
[0183] 乾燥後、リチウム塩が０．８Ｍ～２Ｍの塩濃度で加えられる。
【0173】
[0184] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、塩は、ＬｉＰＦ６、ビス（オキサラト）ホウ酸リチウム（ＬｉＢＯＢ）、リチウムビス（パーフルオロエタンスルホニル）イミド（ＬＩＢＥＴＩ）、ビス（トリフルオロメタン）スルホンイミド（ＬｉＴＦＳＩ）、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ビス（フルオロスルホニル）イミドリチウム（ＬｉＦＳＩ）、ＬｉＩ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。
【0174】
[0185] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、塩はＬｉＰＦ６又はＬｉＢＦ４である。
【0175】
[0186] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、塩はＬｉＰＦ６である。
【0176】
[0187] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、塩はＬｉＢＦ４である。
【0177】
[0188] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、限定するものではないがＬｉＦＳｉ、ＬｉＴＦＳｉ、例えば、１．４ＭのＬｉ＋及び８０：２０のＬｉＢＦ４対ＬｉＦＳｉなどの別のアニオン混合物が使用される。
【0178】
[0189] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、１，２－亜硫酸プロピレングリコ―ル（CAS 1469-73-4）が、ＥＳＳとともに添加剤として使用される。
【0179】
[0190] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、１，３，２－ジオキサチオラン２，２－ジオキシド（CAS 1072-53-3）が、ＥＳＳとともに添加剤として使用される。
【0180】
[0191] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、Ｃ３－１０複素環式分子は、少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含む。
【0181】
[0192] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、Ｃ３－１０複素環式分子は、少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子及び１つの酸素（Ｏ）環原子を含む。
【0182】
[0193] ある実施形態では、リチウム塩と；それぞれ独立して、それぞれの場合で、少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された少なくとも２つの非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子とを含むカソライト溶液であって；少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子が、亜硫酸エチレン；４－メチル－１，３，２－ジオキサチオラン２－オキシド；１，３－プロパンスルトン；スルホラン；チオフェン；チアゾール；１，２－オキサチオラン；チエピン；１，４－チアゼピン；６－Ｈ－１，２，５－チアジアジン；２Ｈ，６Ｈ－１，５，２－ジチアジン；メチレンメタンジスルホネート；硫酸エチレン；チオピラン；チオシン、それらの誘導体、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、カソライト溶液が本明細書に記載される。
【0183】
[0194] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つの非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子が、亜硫酸エチレン及び亜硫酸プロピレングリコ―ルからなる群から選択される。
【0184】
[0195] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライト溶液は、リチウム充填ガーネットを含む固体電解質に接触し、上記固体電解質は薄膜である。
【0185】
[0196] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、リチウム充填ガーネットを含む固体電解質は焼結薄膜である。
【0186】
[0197] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、リチウム塩は、ＬｉＰＦ６、ビス（オキサラト）ホウ酸リチウム（ＬｉＢＯＢ）、リチウムビス（パーフルオロエタンスルホニル）イミド（ＬＩＢＥＴＩ）、ビス（トリフルオロメタン）スルホンイミド（ＬｉＴＦＳＩ）、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ビス（フルオロスルホニル）イミドリチウム（ＬｉＦＳＩ）、ＬｉＩ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。
【0187】
[0198] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、リチウム塩は約０．５Ｍ～約２．０Ｍの濃度で存在する。
【0188】
[0199] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子はスルホランである。
【0189】
[0200] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子は１，３－プロパンスルトンである。
【0190】
[0201] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子はスルホレンである。
【0191】
[0202] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子はチオフェンである。
【0192】
[0203] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子は亜硫酸エチレンである。
【0193】
[0204] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライト溶液は２つのＣ３－１０複素環式分子を含み、一方のＣ３－１０複素環式分子の、他方のＣ３－１０複素環式分子に対する比は、１０：９０ｖｏｌ／ｖｏｌ（ｖ／ｖ）～９０：１０ｖ／ｖである。
【0194】
[0205] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライト溶液は２つのＣ３－１０複素環式分子を含み、一方のＣ３－１０複素環式分子の、他方のＣ３－１０複素環式分子に対する比は、２０：８０ｖｏｌ／ｖｏｌ（ｖ／ｖ）～８０：２０ｖ／ｖである。
【0195】
[0206] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライト溶液はスルホラン及び亜硫酸エチレンを含み、スルホラン：（亜硫酸エチレン）の比は３０：７０ｖ／ｖ～５０：５０ｖ／ｖである。
【0196】
[0207] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライト溶液はスルホラン及び亜硫酸エチレンを含み、スルホラン：（亜硫酸エチレン）の比は３０：７０ｖ／ｖである。
【0197】
[0208] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライト溶液はスルホラン及び亜硫酸エチレンを含み、スルホラン：（亜硫酸エチレン）の比は５０：５０ｖ／ｖである。
【0198】
[0209] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライト溶液は、亜リン酸トリス（トリメチシリル）（ＴＴＳＰｉ）；リン酸トリス（トリメチシリル）（ＴＴＳＰａ）；トリメトキシボロキシン（Ｃ３Ｈ９Ｂ３Ｏ６、ＴＭＯＢＸ）；ビニレンカーボネート（ＶＣ）；ビニルエチレンカーボネート（ＶＥＣ）；メチレンメタンジスルホネート（ＭＭＤＳ）；プロパ－１－エン－１，３スルトン（ＰＥＳ）；１，３－プロパンスルトン；フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）；ＬｉＴＦＳｉ；ＬｉＢＯＢ；スクシノニトリル、硫酸トリメチレン（ＴＭＳ）；リン酸トリアリル（ＴＡＰ）；ホウ酸トリス（トリメチルシリル）（ＴＭＳＢ）；トリス（ペンタフルオロフェニル）ボラン（ＴＰＦＰＢ）；トリス（ペンタフルオロフェニル）ボラン（ＴＰＦＰＢ）；酢酸メチル（ＭＡ）；酢酸トリス（トリメチルシリル）（ＴＭＳＡ）；トリス（トリメチルシリル）ピリジン；メタクリル酸トリス（トリメチルシリル）（ＴＭＳＭＡ）；亜リン酸トリス（２，２，２－トリフルオロエチル）（ＴＴＦＥＰ）；ホウ酸トリス（２，２，２－トリフルオロエチル）（ＴＴＦＥＢ）；及びそれらの組み合わせからなる群から選択されるルイス酸を含む。
【0199】
[0210] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、添加剤はＴＴＳＰｉである。
【0200】
[0211] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、添加剤はＴＴＳＰａである。
【0201】
[0212] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、添加剤はＴＴＳＰｉとＴＴＳＰａとの組み合わせである。
【0202】
[0213] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、固体電解質は、ＬｉＡＬａＢＭ’ＣＭ”ＤＺｒＥＯＦ、ＬｉＡＬａＢＭ’ＣＭ’’ＤＴａＥＯＦ、及びＬｉＡＬａＢＭ’ＣＭ”ＤＮｂＥＯＦ（式中、４＜Ａ＜８．５、１．５＜Ｂ＜４、０≦Ｃ＜２．５、０≦Ｄ＜２．５；０＜Ｅ＜２．５、１０＜Ｆ＜１４であり、Ｍ’及びＭ”は、それぞれ独立して、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｇａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃｅ、Ｈｆ、Ｒｂ、及びＴａからなる群から選択される）からなる群から選択される式を特徴とするリチウム充填ガーネットである。
【0203】
[0214] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライト溶液は、６０℃～１００℃の範囲内の沸点を有する。
【0204】
[0215] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライト溶液は、－６０℃～－４０℃の範囲内の融点を有する。
【0205】
[0216] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライト溶液は、２０００μＳ／ｃｍ～３２００μＳ／ｃｍの範囲内のリチウムイオン伝導率を有する。
【0206】
[0217] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライト溶液は、１センチポアズ（ｃＰ）～１０ｃＰの範囲内の粘度を有する。
【0207】
[0218] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、リチウム塩は、１．４ＭのＬｉＰＦ６；１．４ＭのＬｉＢＦ４；又は１．６ＭのＬｉＢＦ４である。
【0208】
[0219] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライト溶液は、７０：３０ｖ／ｖ％の亜硫酸エチレン：スルホランを含む。
【0209】
さらなる実施形態
[0220] 幾つかの実施形態では、リチウム塩と；それぞれ独立して、それぞれの場合で、少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された少なくとも２つの非プロトン性のＣ３－１０複素環式分子とを含むカソライト溶液が本明細書に記載される。
[0220] 幾つかの実施形態では、リチウム塩と；それぞれ独立して、それぞれの場合で、少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された少なくとも２つの非プロトン性のＣ３－１０複素環式分子とを含むカソライト溶液が本明細書に記載される。
【0210】
[0221] 幾つかの実施形態では、リチウム塩と；少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子とを含むカソライト溶液が本明細書に記載される。
【0211】
[0222] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトは有機カーボネート溶媒を含む。
【0212】
[0223] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトはエチレンカーボネートを含む。
【0213】
[0224] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトは、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、又はそれらの組み合わせを含む。
【0214】
[0225] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトは酢酸メチルを含む。
【0215】
[0226] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトは、少なくとも１つの非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子を含み、亜硫酸エチレン；４－メチル－１，３，２－ジオキサチオラン２－オキシド；１，３－プロパンスルトン；スルホラン；チオフェン、チアゾール、１，２－オキサチオラン、チエピン、１，４－チアゼピン、６－Ｈ－１，２，５－チアジアジン、２Ｈ，６Ｈ－１，５，２－ジチアジン；メチレンメタンジスルホネート；硫酸エチレン；チオピラン、チエピン、チオシン、それらの誘導体、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。
【0216】
[0227] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトは、少なくとも１つの非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子を含み、亜硫酸エチレン及び亜硫酸プロピレングリコ―ルからなる群から選択される。
【0217】
[0228] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトは、少なくとも１つの非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子を含み、亜硫酸エチレン及びスルホランからなる群から選択される。
【0218】
[0229] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトは、リチウム充填ガーネットを含む固体電解質に接触し、上記固体電解質は薄膜である。
【0219】
[0230] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、リチウム充填ガーネットを含む固体電解質は焼結薄膜である。
【0220】
[0231] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、リチウム塩は、ＬｉＰＦ６、ビス（オキサラト）ホウ酸リチウム（ＬｉＢＯＢ）、リチウムビス（パーフルオロエタンスルホニル）イミド（ＬＩＢＥＴＩ）、ビス（トリフルオロメタン）スルホンイミド（ＬｉＴＦＳＩ）、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ビス（フルオロスルホニル）イミドリチウム（ＬｉＦＳＩ）、ＬｉＩ、ＬｉＢｒ、ＬｉＣｌ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。
【0221】
[0232] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、リチウム塩約０．５Ｍ～約５．０Ｍの濃度で存在する。
【0222】
[0233] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、リチウム塩は、ＬｉＰＦ６；ＬｉＢＦ４；又はＬｉＢＦ４である。
【0223】
[0234] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、リチウム塩は、１．４ＭのＬｉＰＦ６；１．４ＭのＬｉＢＦ４；又は１．６ＭのＬｉＢＦ４である。
【0224】
[0235] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、リチウム塩はＬｉＢＦ４である。
【0225】
[0236] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、リチウム塩は１．４ＭのＬｉＢＦ４又は１．６ＭのＬｉＢＦ４である。
【0226】
[0237] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトは、７０：３０ｖ／ｖ％の亜硫酸エチレン：スルホランを含む。
【0227】
[0238] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つの非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子はスルホランである。
【0228】
[0239] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つの非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子は１，３－プロパンスルトンである。
【0229】
[0240] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つの非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子はスルホレンである。
【0230】
[0241] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つの非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子はチオフェンである。
【0231】
[0242] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つの非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子は亜硫酸エチレンである。
【0232】
[0243] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトは亜硫酸エチレン及びスルホランを含む。
【0233】
[0244] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトは亜硫酸エチレン及びスルホランから本質的になる。
【0234】
[0245] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトは２つのＣ３－１０複素環式分子を含み、一方のＣ３－１０複素環式分子の、他方のＣ３－１０複素環式分子に対する比は、１０：９０ｖｏｌ／ｖｏｌ（ｖ／ｖ）～９０：１０ｖ／ｖである。
【0235】
[0246] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトは２つのＣ３－１０複素環式分子を含み、一方のＣ３－１０複素環式分子の、他方のＣ３－１０複素環式分子に対する比は、２０：８０ｖｏｌ／ｖｏｌ（ｖ／ｖ）～８０：２０ｖ／ｖである。
【0236】
[0247] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトは含み、比は３０：７０ｖｏｌ／ｖｏｌ（ｖ／ｖ）である。
【0237】
[0248] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトは、３０：７０ｖ／ｖでスルホラン：亜硫酸エチレンを含む。
【0238】
[0249] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトはスルホラン及び亜硫酸エチレンを含み、スルホラン：（亜硫酸エチレン）の比は、３０：７０ｖ／ｖ～５０：５０ｖ／ｖである。
【0239】
[0250] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトはスルホラン及び亜硫酸エチレンを含み、スルホラン：（亜硫酸エチレン）の比は３０：７０ｖ／ｖである。
【0240】
[0251] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトはスルホラン及び亜硫酸エチレンを含み、スルホラン：（亜硫酸エチレン）の比は５０：５０ｖ／ｖである。
【0241】
[0252] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトはスルホラン及び亜硫酸エチレンを含み、リチウム塩の濃度は０．５モーラー（Ｍ）～５Ｍである。
【0242】
[0253] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトはスルホラン及び亜硫酸エチレンを含み、ＬｉＢＦ４の濃度は０．５モーラー（Ｍ）～５Ｍである。
【0243】
[0254] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトは、亜リン酸トリス（トリメチシリル）（ＴＴＳＰｉ）；リン酸トリス（トリメチシリル）；トリメトキシボロキシン（Ｃ３Ｈ９Ｂ３Ｏ６、ＴＭＯＢＸ）；ビニレンカーボネート（ＶＣ）；ビニルエチレンカーボネート（ＶＥＣ）；メチレンメタンジスルホネート（ＭＭＤＳ）；プロパ－１－エン－１，３スルトン（ＰＥＳ）；１，３－プロパンスルトン；フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）；ＬｉＴＦＳｉ；ＬｉＢＯＢ；スクシノニトリル；硫酸トリメチレン（ＴＭＳ）；リン酸トリアリル（ＴＡＰ）；ホウ酸トリス（トリメチルシリル）（ＴＭＳＢ）；トリス（ペンタフルオロフェニル）ボラン（ＴＰＦＰＢ）；ホウ酸トリス（トリメチルシリル）（ＴＭＳＢ）；トリス（ペンタフルオロフェニル）ボラン（ＴＰＦＰＢ）；酢酸メチル（ＭＡ）；酢酸トリス（トリメチルシリル）（ＴＭＳＡ）；トリス（トリメチルシリル）ピリジン；メタクリル酸トリス（トリメチルシリル）（ＴＭＳＭＡ）；亜リン酸トリス（２，２，２－トリフルオロエチル）（ＴＴＦＥＰ）；ホウ酸トリス（２，２，２－トリフルオロエチル）（ＴＴＦＥＢ）及びそれらの組み合わせからなる群から選択される添加剤を含む。
【0244】
[0255] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、添加剤はＴＴＳＰｉである。
【0245】
[0256] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、添加剤はＴＴＳＰａである。
【0246】
[0257] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、添加剤はＴＴＳＰｉとＴＴＳＰａとの組み合わせである。
【0247】
[0258] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、固体電解質は、ＬｉＡＬａＢＭ’ＣＭ”ＤＺｒＥＯＦ、ＬｉＡＬａＢＭ’ＣＭ’’ＤＴａＥＯＦ、及びＬｉＡＬａＢＭ’ＣＭ”ＤＮｂＥＯＦ（式中、４＜Ａ＜８．５、１．５＜Ｂ＜４、０≦Ｃ＜２．５、０≦Ｄ＜２．５；０＜Ｅ＜２．５、１０＜Ｆ＜１４であり、Ｍ’及びＭ”は、それぞれ独立して、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｇａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃｅ、Ｈｆ、Ｒｂ、及びＴａからなる群から選択される）からなる群から選択される式を特徴とするリチウム充填ガーネットである。
【0248】
[0259] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、リチウム充填ガーネットは、ＬｉａＬａｂＺｒｃＡｌｄＭｅ”ｅＯｆ（５＜ａ＜７．７；２＜ｂ＜４；０＜ｃ＜２．５；０＜ｄ＜２．５；０≦ｅ＜２．５、１０＜ｆ＜１４であり、Ｍｅ”は、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ、及びＳｂからなる群から選択される金属である）からなる群から選択される式を特徴とする。
【0249】
[0260] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、リチウム充填ガーネットは、ＬｉａＬａｂＺｒｃＡｌｄＯｆ（式中、５＜ａ＜７．７；２＜ｂ＜４；０＜ｃ＜２．５；０＜ｄ＜２．５；１０＜ｆ＜１４である）からなる群から選択される式を特徴とする。
【0250】
[0261] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライト溶液は、正極と、リチウム金属負極と、リチウム充填ガーネットを含む固体電解質とを含む電気化学セルの中に配置される。
【0251】
[0262] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトは、少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子ではない第３の成分を含む。
【0252】
[0263] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、第３の成分は、ガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトン、ガンマオクタラクトン、シアノ酢酸エチル、リン酸トリメチル、アジポニトリル、グルタロニトリル、マロノニトリル、酢酸メチル、シアノアクリル酸エチル、マロノニトリル、シアノ酢酸メチル、シアノアクリル酸エチル、シアノアクリル酸メチル、メトキシアセトニトリル、アセトニトリル、スクシノニトリル、マロノニトリル、シアノ酢酸メチル、シアノアクリル酸エチル、シアノアクリル酸メチル、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。
【0253】
[0264] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、第３の成分は酢酸メチルである。
【0254】
[0265] 幾つかの実施形態では、カソライト溶液の製造方法であって、それぞれ独立して、それぞれの場合で、少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された少なくとも２つの Ｃ３－１０ 複素環式分子と、リチウム塩とを混合し、それによってカソライト溶液を得ることを含む、製造方法が本明細書に記載される。
【0255】
[0266] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、上記方法は、リチウム充填ガーネットを含む固体電解質をカソライト溶液に接触させることを含む。
【0256】
[0267] 幾つかの実施形態では、電気化学セルの製造方法であって：正極中にカソライトを提供することであって、カソライトが：リチウム塩と；それぞれ独立して、それぞれの場合で、少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された少なくとも２つのＣ３－１０複素環式分子とを含むことと；リチウム充填ガーネットを含む固体電解質を上記正極に接触させることとを含む、製造方法が本明細書に記載される。
【0257】
[0268] 幾つかの実施形態では、本明細書に開示される方法によって製造された電気化学セルが本明細書に記載される。
【0258】
[0269] 幾つかの実施形態では、本明細書に開示される電気化学セルを含む蓄電池が本明細書に記載される。
【0259】
[0270] 幾つかの実施形態では、本明細書に開示される蓄電池を含む電気車両が本明細書に記載される。
【0260】
[0271] 幾つかの実施形態では、リチウム塩と；それぞれ独立して、それぞれの場合で、少なくとも１つの硫黄（Ｓ）環原子を含み１～６個の置換基で場合により置換された少なくとも２つの非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子とを含むカソライト溶液であって；少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子が、亜硫酸エチレン；４－メチル－１，３，２－ジオキサチオラン２－オキシド；１，３－プロパンスルトン；スルホラン；チオフェン；チアゾール；１，２－オキサチオラン；チエピン；１，４－チアゼピン；６－Ｈ－１，２，５－チアジアジン；２Ｈ，６Ｈ－１，５，２－ジチアジン；メチレンメタンジスルホネート；硫酸エチレン；チオピラン；チオシン、それらの誘導体、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、カソライト溶液が本明細書に記載される。
【0261】
[0272] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つの非プロトン性Ｃ３－１０複素環式分子は、亜硫酸エチレン及び亜硫酸プロピレングリコ―ルからなる群から選択される。
【0262】
[0273] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライト溶液は、リチウム充填ガーネット含む固体電解質に接触し、固体電解質は薄膜である。
【0263】
[0274] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、リチウム充填ガーネットを含む固体電解質は焼結薄膜である。
【0264】
[0275] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、リチウム塩は、ＬｉＰＦ６、ビス（オキサラト）ホウ酸リチウム（ＬｉＢＯＢ）、リチウムビス（パーフルオロエタンスルホニル）イミド（ＬＩＢＥＴＩ）、ビス（トリフルオロメタン）スルホンイミド（ＬｉＴＦＳＩ）、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ビス（フルオロスルホニル）イミドリチウム（ＬｉＦＳＩ）、ＬｉＦ、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。
【0265】
[0276] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、リチウム塩はＬｉＢＦ４である。
【0266】
[0277] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、リチウム塩は約０．５Ｍ～約２．０Ｍの濃度で存在する。
【0267】
[0278] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子はスルホランである。
【0268】
[0279] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子は１，３－プロパンスルトンである。
【0269】
[0280] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子はスルホレンである。
【0270】
[0281] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子はチオフェンである。
【0271】
[0282] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、少なくとも１つのＣ３－１０複素環式分子は亜硫酸エチレンである。
【0272】
[0283] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、一方のＣ３－１０複素環式分子の、他方のＣ３－１０複素環式分子に対する比は、１０：９０ｖｏｌ／ｖｏｌ（ｖ／ｖ）～９０：１０ｖ／ｖである。
【0273】
[0284] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、一方のＣ３－１０複素環式分子の、他方のＣ３－１０複素環式分子に対する比は、２０：８０ｖｏｌ／ｖｏｌ（ｖ／ｖ）～８０：２０ｖ／ｖである。
【0274】
[0285] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトはスルホラン及び亜硫酸エチレンを含み、スルホラン：（亜硫酸エチレン）の比は、３０：７０ｖ／ｖ～５０：５０ｖ／ｖである。
【0275】
[0286] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトはスルホラン及び亜硫酸エチレンを含み、スルホラン：（亜硫酸エチレン）の比は３０：７０ｖ／ｖである。
【0276】
[0287] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトはスルホラン及び亜硫酸エチレンを含み、スルホラン：（亜硫酸エチレン）の比は５０：５０ｖ／ｖである。
【0277】
[0288] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトは、亜リン酸トリス（トリメチシリル）（ＴＴＳＰｉ）；リン酸トリス（トリメチシリル）（ＴＴＳＰａ）；トリメトキシボロキシン（Ｃ３Ｈ９Ｂ３Ｏ６、ＴＭＯＢＸ）；ビニレンカーボネート（ＶＣ）；ビニルエチレンカーボネート（ＶＥＣ）；メチレンメタンジスルホネート（ＭＭＤＳ）；プロパ－１－エン－１，３スルトン（ＰＥＳ）；１，３－プロパンスルトン；フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）；ＬｉＴＦＳｉ；ＬｉＢＯＢ；スクシノニトリル、硫酸トリメチレン（ＴＭＳ）；リン酸トリアリル（ＴＡＰ）；ホウ酸トリス（トリメチルシリル）（ＴＭＳＢ）；トリス（ペンタフルオロフェニル）ボラン（ＴＰＦＰＢ）；トリス（ペンタフルオロフェニル）ボラン（ＴＰＦＰＢ）；酢酸メチル（ＭＡ）；酢酸トリス（トリメチルシリル）（ＴＭＳＡ）；トリス（トリメチルシリル）ピリジン；メタクリル酸トリス（トリメチルシリル）（ＴＭＳＭＡ）；亜リン酸トリス（２，２，２－トリフルオロエチル）（ＴＴＦＥＰ）；ホウ酸トリス（２，２，２－トリフルオロエチル）（ＴＴＦＥＢ）；及びそれらの組み合わせからなる群から選択される添加剤を含む。
【0278】
[0289] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、添加剤はＴＴＳＰｉである。
【0279】
[0290] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、添加剤はＴＴＳＰａである。
【0280】
[0291] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、添加剤はＴＴＳＰｉとＴＴＳＰａとの組み合わせである。
【0281】
[0292] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、固体電解質は、ＬｉＡＬａＢＭ’ＣＭ”ＤＺｒＥＯＦ、ＬｉＡＬａＢＭ’ＣＭ’’ＤＴａＥＯＦ、及びＬｉＡＬａＢＭ’ＣＭ”ＤＮｂＥＯＦ（式中、４＜Ａ＜８．５、１．５＜Ｂ＜４、０≦Ｃ＜２．５、０≦Ｄ＜２．５；０＜Ｅ＜２．５、１０＜Ｆ＜１４であり、Ｍ’及びＭ”は、それぞれ独立して、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｇａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃｅ、Ｈｆ、Ｒｂ、及びＴａからなる群から選択される）からなる群から選択される式を特徴とするリチウム充填ガーネットである。
【0282】
[0293] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライト溶液は、６０℃～１００℃の範囲内の沸点を有する。
【0283】
[0294] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライト溶液は、－６０℃～－４０℃の範囲内の融点を有する。
【0284】
[0295] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライト溶液は、２０００μＳ／ｃｍ～３２００μＳ／ｃｍの範囲内のリチウムイオン伝導率を有する。
【0285】
[0296] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライト溶液は、１ｃＰ～１０ｃＰの範囲内の粘度を有する。
【0286】
[0297] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、リチウム塩は、１．４ＭのＬｉＰＦ６；１．４ＭのＬｉＢＦ４；又は１．６ＭのＬｉＢＦ４である。
【0287】
[0298] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、カソライトは、７０：３０ｖ／ｖ％の亜硫酸エチレン：スルホランを含む。
【0288】
[0299] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、リチウム塩は１．４ＭのＬｉＰＦ６である。
【0289】
[0300] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、リチウム塩は１．４ＭのＬｉＢＦ４である。
【0290】
[0301] 前述のいずれかを含む幾つかの実施形態では、リチウム塩は１．６ＭのＬｉＢＦ４である。
【実施例】
【0291】
実施例
[0302] 電気化学的測定に使用した装置は、Bio-Logic社製のポテンショスタット、Arbin Instruments社製の電池サイクラー、及びMaccor社製の電池サイクラーであった。
[0302] 電気化学的測定に使用した装置は、Bio-Logic社製のポテンショスタット、Arbin Instruments社製の電池サイクラー、及びMaccor社製の電池サイクラーであった。
【0292】
[0303] 逆のことが明記されるのでなければ、試薬、化学物質、及び材料は、商業的に購入した。
【0293】
[0304] Showa Denko社からパウチセル容器を購入した。
【0294】
[0305] 使用した電気化学ポテンショスタットはArbinポテンショスタットであった。
【0295】
[0306] Biologic社のVMP3、VSP、VSP-300、SP-150、又はSP-200を用いて電気インピーダンス分光法（ＥＩＳ）を行った。
【0296】
[0307] Fischer Scientific社製のボルテックスミキサー、Flaktek社製のスピードミキサー、又はPrimix社製のフィルミックスホモジナイザー（filmix homogenizer）を用いて混合を行った。
【0297】
[0308] TQCドローダウンテーブル（drawdown table）上でキャスティングを行った。IMCカレンダー上でカレンダー加工を行った。
【0298】
[0309] レーザー散乱粒度分布分析装置であるHoriba、モデル：Partica、モデル番号：LA-950V2上で光散乱を行った。
【0299】
[0310] 特に明記しない限り、実施例で使用したリチウムニッケルコバルトマンガン酸化物（ＮＭＣ）はＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１Ｍｎ０．１Ｏ２であった。
【0300】
実施例１：低温出力
[0311] ３％のSuper C65、１％のケッチェンブラック、５％のKynar HSV、及び９１重量％のＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１Ｍｎ０．１Ｏ２（NMC811としても知られる）をＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）中で混合することによって、カソード電極スラリーを調製した。混合及び脱気の後、２８ｍｇ／ｃｍ２の乾燥材料が得られる厚さに、ドクターブレードを用いて上記スラリーをアルミニウム箔上にキャストした。１２０℃で８時間、上記電極のＮＭＰを乾燥させた。走査型電子顕微鏡法で測定して多孔度が３５体積％となる厚さまで、電極のカレンダー加工を行った。このカソード電極シートから直径８ｍｍのカソード電極ディスクを打ち抜いた。
[0311] ３％のSuper C65、１％のケッチェンブラック、５％のKynar HSV、及び９１重量％のＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１Ｍｎ０．１Ｏ２（NMC811としても知られる）をＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）中で混合することによって、カソード電極スラリーを調製した。混合及び脱気の後、２８ｍｇ／ｃｍ２の乾燥材料が得られる厚さに、ドクターブレードを用いて上記スラリーをアルミニウム箔上にキャストした。１２０℃で８時間、上記電極のＮＭＰを乾燥させた。走査型電子顕微鏡法で測定して多孔度が３５体積％となる厚さまで、電極のカレンダー加工を行った。このカソード電極シートから直径８ｍｍのカソード電極ディスクを打ち抜いた。
【0301】
[0312] リチウム充填ガーネットセパレーター、リチウムフリーのリチウム金属アノード、及び上記カソード電極を用いて、電気化学セルを組み立てた。リチウムフリーは、放電状態でセルを組み立てたことを意味する。セルを組み立てる前に、カソード電極をＥＳＳのカソライト混合物（７０：３０ｖ／ｖ％の亜硫酸エチレン：スルホラン＋１．４ＭのＬｉＢＦ４）中に浸漬した。ここで、「ＥＳＳ」は、亜硫酸エチレンとスルホランとの組み合わせを意味する。浸漬後、布を当てることによって過剰の電解質を除去し、次に０．５～３μＬの過剰のカソライト混合物をカソード－セパレーター界面にピペットで加えた。セパレーターのアノード側に接触させてタブを有するアノード集電体箔を配置し、カソード電極の裏側上のＡｌ箔に接触させてタブを有するカソード集電体箔を配置した。各電極への電気的接続を形成するためにタブがセルから突出するようにセルの周囲でパウチを封止した。
【0302】
[0313] ２５℃において３．４Ｖから４．４Ｖまで１０時間で電池を充電（又は放電）する電流であるＣ／１０のレートで電気化学セルの充電及び放電を行った。図１は低温出力試験の結果を示している。２５℃においてセルを４．４Ｖまで充電し、次に－３０℃にする。このセルを、２Ｖの一定電圧を印加することによって３０秒間放電させ、その３０秒の間の電流を監視した。３０秒後、開回路で１０分間休止し、次にＣ／１０の放電電流を６分間印加した。Ｃ／１０放電ステップ中にセル電圧が２Ｖ未満に低下するまで、２Ｖの放電、休止、及びＣ／１０の放電を繰り返した。図１は、充電状態の関数として２Ｖ急速放電中に得られたＣレートを示している。セルは、充電状態が約６０％を超えるときに、－３０℃で１Ｃを超える電流を３０秒間送出することができ、充電状態が約１０％を超えるときに、０．５Ｃを超える電流を３０秒間送出することができた。１Ｃは、１時間で電池を放電（又は充電）する電流である。０．５Ｃは、２時間で電池を放電（又は充電）する電流である。
【0303】
実施例２：急速充電
[0314] 実施例１に記載されるように、電気化学セルの組み立て及び形成を行った。セルを２５℃まで加熱し、セルが４．４Ｖに到達するまで、４Ｃ充電電流を印加し、到達した時点で、電流がＣ／２０未満になるまで又は１５分経過するまでのいずれかの速い方で、４．４Ｖの一定電圧を印加した。図２は、時間に対してプロットした充電状態を示しており、セルは０から８０％の充電状態（ＳＯＣ）に１２．５分で充電された。図２中、「ＥＳＳ７．４」は、１．４ＭのＬｉ＋濃度を有する亜硫酸エチレン及びスルホランの７０：３０ｖ／ｖ混合物と同義である。「ＥＳＳ＋１．６Ｍ ＬｉＢＦ４」は、１．６ＭのＬｉ＋濃度を有する亜硫酸エチレン及びスルホランの７０：３０ｖ／ｖ混合物である。
[0314] 実施例１に記載されるように、電気化学セルの組み立て及び形成を行った。セルを２５℃まで加熱し、セルが４．４Ｖに到達するまで、４Ｃ充電電流を印加し、到達した時点で、電流がＣ／２０未満になるまで又は１５分経過するまでのいずれかの速い方で、４．４Ｖの一定電圧を印加した。図２は、時間に対してプロットした充電状態を示しており、セルは０から８０％の充電状態（ＳＯＣ）に１２．５分で充電された。図２中、「ＥＳＳ７．４」は、１．４ＭのＬｉ＋濃度を有する亜硫酸エチレン及びスルホランの７０：３０ｖ／ｖ混合物と同義である。「ＥＳＳ＋１．６Ｍ ＬｉＢＦ４」は、１．６ＭのＬｉ＋濃度を有する亜硫酸エチレン及びスルホランの７０：３０ｖ／ｖ混合物である。
【0304】
[0315] 図４は、ＥＣＳ４５．４と表示される１．４ＭのＬｉＰＦ６を有するエチレンカーボネート：スルホランの４５：５５混合物（ＥＣＳ）と、１．６ＭのＬｉＢＦ４を有する亜硫酸エチレン：スルホランの７０：３０混合物（ＥＳＳ１）と、１．４ＭのＬｉＰＦ６を有する亜硫酸エチレン：スルホランの７０：３０混合物（ＥＳＳ２）との３つの異なるカソライトを有するセルの充電率の比較を示している。ＥＳＳ１及びＥＳＳ２のカソライトを有するセルは１２～１５分で０から８０％の充電状態に充電することができ、一方、ＥＣＳを有するセルは１５～２０分で充電された。
【0305】
[0316] 実施例１に記載されるように、さらなる電気化学セルの組み立て及び形成を行った。セルを２５℃にして、セルが４．４Ｖに到達するまで４Ｃ充電電流を印加し、到達した時点で、電流がＣ／２０未満になるまで又は１５分経過するまでのいずれかの速い方で、４．４Ｖの一定電圧を印加した。
【0306】
[0317] 図９は、体積基準で７０：３０の混合物の亜硫酸エチレン：スルホラン及び１．４ＭのＬｉＢＦ４と、体積基準で５０：５０の混合物の亜硫酸エチレン：スルホラン及び１．４ＭのＬｉＢＦ４との２つのカソライトを有するセルの充電率の比較を示している。体積基準で７０：３０の混合物の亜硫酸エチレン：スルホランのカソライト及び１．４ＭのＬｉＢＦ４を有するセルは、１５～２２分で０から８０％の充電状態に充電され、一方、体積基準で５０：５０の混合物の亜硫酸エチレン：スルホラン及び１．４Ｍ ＬｉＢＦ４を有するセルは、２３～３０分で充電された。亜硫酸エチレン対スルホランの比率は、ｘ軸上の表示に示され、例えば、７０－３０ ＥＳＳ中の「７０－３０」は７０：３０の体積比の亜硫酸エチレン対スルホランを意味する。５０－５０ ＥＳＳ中の「５０－５０」は、５０：５０の体積比の亜硫酸エチレン対スルホランを意味する。
【0307】
[0318] 図１０は、ｘ軸上に示される異なるカソライトを有するセルの充電率の比較を示している。これらの結果は、本明細書の実施例２に記載される。亜硫酸エチレン対スルホランの比率は、ｘ軸上の表示に示され、例えば、７０－３０ ＥＳＳ中の「７０－３０」は、７０：３０の体積比の亜硫酸エチレン対スルホランを意味する。７０－３０ＭＡ－Ｓ中の「７０－３０」は、７０：３０の体積比の酢酸メチル対スルホランを意味する。
【0308】
[0319] 図１１は、ｘ軸上に示される異なるカソライトを有するセルの充電率の比較を示している。「７０－３０ ＥＳＳ ＋ １．２Ｍ １０％ ＬｉＦＳｉ」中、「１．２Ｍ」は、ＬｉＦＳｉの溶液中のＬｉ＋濃度を示している。「１０％」は、カソライトが１０体積％のＬｉＦＳｉ溶液及び９０体積％の前述の７０－３０ ＥＳＳ １．４ＭのＬｉＢＦ４溶液を含んだことを意味する。「７０－３０ ＥＳＳ ＋ １．２Ｍ １０％ ＬｉＦＳｉ」は、９０体積％の亜硫酸エチレン及びスルホランの７０－３０ｖ／ｖ溶液を含んだ混合物である。「７０－３０ ＥＳＳ ＋ １．２Ｍ １０％ ＬｉＦＳｉ」は、１０体積％の１．２ＭのＬｉＦＳｉ溶液を含む混合物である。
【0309】
実施例３：カレンダー寿命
[0320] 実施例１により、セルの作製及び形成を行った。Ｃ／３のレートで３．４～４．４Ｖの間でセルの充電及び放電を行い、初期ＡＳＲ（面積比抵抗）を測定し，次にＣ／３で４．４Ｖまで充電した。Ｃ／３は、３時間で電池の充電又は放電が行われる電流である。これらのセルを６０℃のチャンバー中、開回路電圧で７日間維持し、次に２５℃においてＣ／３のレートで３．４Ｖまで放電させた。次に、２５℃においてＣ／３のレートで３．４～４．４Ｖでセルの充電及び放電を行って、最終ＡＳＲを測定した。セルのカレンダー寿命の指標として初期ＡＳＲ及び最終ＡＳＲを使用した。セルは好ましくは、低いＡＳＲを有し、最終ＡＳＲ値までのＡＳＲの増加はわずかである。
[0320] 実施例１により、セルの作製及び形成を行った。Ｃ／３のレートで３．４～４．４Ｖの間でセルの充電及び放電を行い、初期ＡＳＲ（面積比抵抗）を測定し，次にＣ／３で４．４Ｖまで充電した。Ｃ／３は、３時間で電池の充電又は放電が行われる電流である。これらのセルを６０℃のチャンバー中、開回路電圧で７日間維持し、次に２５℃においてＣ／３のレートで３．４Ｖまで放電させた。次に、２５℃においてＣ／３のレートで３．４～４．４Ｖでセルの充電及び放電を行って、最終ＡＳＲを測定した。セルのカレンダー寿命の指標として初期ＡＳＲ及び最終ＡＳＲを使用した。セルは好ましくは、低いＡＳＲを有し、最終ＡＳＲ値までのＡＳＲの増加はわずかである。
【0310】
[0321] Ωｃｍ２の単位の面積比抵抗（ＡＳＲ）は、充電サイクル中の５０％付近の充電状態での電流遮断技術によってセルの内部抵抗を求め、オームの単位のこの抵抗にｃｍ２の単位のセル面積を掛けることによって計算した。この測定では、セルは、電流を切った後（すなわち、緩和時）に観察される。図３は、亜硫酸エチレン：スルホランの７０：３０ｖ／ｖ混合物（ＥＳＳ、これは７０：３０ ＥＳＩ：ＳＬＦと表示される）、及びエチレンカーボネート：スルホランの４５：５５ｖ／ｖ混合物（ＥＣＳ、これはＥＣＳ ４５．４と表示される）との２つの異なるカソライトを有するセルの最終ＡＳＲを示している。図３中に示されるように、ＥＳＳを有するセルがより低い最終ＡＳＲを有する場合、最終ＡＳＲに統計的な有意差が存在する。
【0311】
[0322] 図５は、ＥＣＳ中に０．５％、１％、２％、４％、及び８重量％の亜硫酸エチレン添加剤の異なる添加剤量を有するセルの、６０℃で１週間の保管後の放電容量を示している。最大８％の亜硫酸エチレンを有するセルは、貯蔵後に高い放電容量を示している。
【0312】
[0323] 以下の表１中の以下のデータを得るために実験を行った。実施例１によりセルの作製及び形成を行った。次にＣ／３のレートで３．４～４．３５Ｖの間でセルの充電及び放電を行い、初期ＡＳＲ（面積比抵抗）を測定し、次にＣ／３で４．３５Ｖまで充電した。Ｃ／３は、３時間で電池の充電又は放電が行われる電流である。これらのセルを６０℃のチャンバー中、開回路電圧で７日間維持し、次に２５℃においてＣ／３のレートで３．４Ｖまで放電させた。次に、２５℃においてＣ／３のレートで３．４～４．３５Ｖでセルの充電及び放電を行って、１週間ＡＳＲを測定した。６０℃でさらに３週間の保管を行った。最終ＡＳＲのチェックを２５℃で測定した。全てのＡＳＲは２５℃で測定した。保管条件は、４．３５Ｖ及び６０℃を含んだ。
【0313】
【表1】
【0314】
【表2】
【0315】
【表3】
【0316】
【表4】
【0317】
[0324] 表１中、Ａは０Ω－ｃｍ２～５９Ω－ｃｍ２であり；Ｂは６０Ω－ｃｍ２～１００Ω－ｃｍ２であり；Ｃは６０Ω－ｃｍ２～１００Ω－ｃｍ２である。
【0318】
[0325] ０．５Ｍ～５Ｍのカソライトモル濃度スキューに関する１か月ＡＳＲの研究は図１２が参照され、ここで、モル濃度スキューは、７０：３０ｖ／ｖの亜硫酸エチレン及びスルホランのカソライト中のＬｉＢＦ４塩の濃度を意味する。
【0319】
[0326] 図６は、ＥＣＳ中０．５％、１％、２％、４％、及び８重量％の異なる量の亜硫酸エチレン添加剤を用いて、６０℃で１週間の保管後の充電ＡＳＲを示している。最大８％の亜硫酸エチレンを有するセルは、保管後により低い充電ＡＳＲを示している。
【0320】
[0327] 図７は、亜硫酸エチレン：スルホランの７０：３０混合物及び１．４ＭのＬｉＰＦ６（ＥＳＳ、１．４Ｍ ＬｉＰＦ６／ＥＳＳと表示される）対エチレンカーボネート：スルホランの４５：５５混合物及び１．４ＭのＬｉＰＦ６（ＥＣＳ、ＥＣＳ４５．４と表示される）の２つの異なるカソライトを用いて、６０℃で１週間の保管後の充電ＡＳＲを示している。充電ＡＳＲは、保管後、ＥＣＳを有するセルよりもＥＳＳを有するセルの方が低い。
【0321】
[0328] 図１２は、０．５ＭのＬｉＢＦ４、１．４ＭのＬｉＢＦ４、又は５ＭのＬｉＢＦ４を有する亜硫酸エチレン：スルホランの７０：３０混合物の３つの異なる混合物を用いて、６０℃で１か月保管した後の充電ＡＳＲを示している。次にＣ／３のレートで３．４～４．３５Ｖの間でセルの充電及び放電を行い、初期ＡＳＲ（面積比抵抗）を測定し、次にＣ／３で４．３５Ｖまで充電した。Ｃ／３は、３時間で電池の充電又は放電が行われる電流である。これらのセルを６０℃のチャンバー中、開回路電圧で７日間維持し、次に２５℃においてＣ／３のレートで３．４Ｖまで放電させた。次に、２５℃においてＣ／３のレートで３．４～４．３５Ｖでセルの充電及び放電を行って、１週間ＡＳＲを測定した。６０℃でさらに３週間の保管を行った。最終ＡＳＲのチェックを２５℃で測定した。全てのＡＳＲは２５℃で測定した。保管条件は、４．３５Ｖ及び６０℃を含んだ。
【0322】
実施例４
[0329] 実施例１によりセルを作製した。ＥＳＳ（７０：３０亜硫酸エチレン：スルホラン及び１．４Ｍ及びＬｉＰＦ６）及びＥＣＳ（４５：５５エチレンカーボネート：スルホラン及び１．４ＭのＬｉＰＦ６）を用いて作製したセルのサイクル寿命について、Ｃ／３のレートにおいて４５℃で３～４．４Ｖの間のセルのサイクリングによって試験を行った。図８は、ＥＳＳカソライトを有するセルのサイクル寿命が、ＥＣＳカソライトを有するセルのサイクル寿命よりも優れていることを示している。
[0329] 実施例１によりセルを作製した。ＥＳＳ（７０：３０亜硫酸エチレン：スルホラン及び１．４Ｍ及びＬｉＰＦ６）及びＥＣＳ（４５：５５エチレンカーボネート：スルホラン及び１．４ＭのＬｉＰＦ６）を用いて作製したセルのサイクル寿命について、Ｃ／３のレートにおいて４５℃で３～４．４Ｖの間のセルのサイクリングによって試験を行った。図８は、ＥＳＳカソライトを有するセルのサイクル寿命が、ＥＣＳカソライトを有するセルのサイクル寿命よりも優れていることを示している。
【0323】
実施例５
[0330] 亜硫酸エチレン（Sigma Aldrich 774251）及びスルホラン（Sigma Aldrich T22209）をそれぞれ体積基準で４：６～８：２の種々の比率で、例えば１：１及び７：３の比率で混合することによって、カソライト溶液を調製した。
[0330] 亜硫酸エチレン（Sigma Aldrich 774251）及びスルホラン（Sigma Aldrich T22209）をそれぞれ体積基準で４：６～８：２の種々の比率で、例えば１：１及び７：３の比率で混合することによって、カソライト溶液を調製した。
【0324】
[0331] 亜硫酸エチレン及びスルホランの混合後、溶液が百万部当たり１０部（ｐｐｍ）未満のＨ２Ｏを含むまで、得られた混合物をモレキュラーシーブ上で乾燥させた。混合物のデカンテーションによりモレキュラーシーブを除去した。
【0325】
[0332] リチウム塩（ＬｉＰＦ６又はＬｉＢＦ４）を０．８Ｍ～２Ｍの範囲の濃度で加えた。温度上昇を軽減するために、塩はゆっくりと加えた。
【0326】
[0333] 上記の実施形態及び実施例は、単に説明的で非限定的であることが意図される。日常的な実験以上のことを行わずに、特定の化合物、材料、及び手順の多数の均等物を当業者は認識するであろうし、又は確認可能となるであろう。このような全ての均等物は、範囲内であると見なされ、添付の請求項に含まれる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【国際調査報告】