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▶ ドナルドソン カンパニー，インコーポレイティドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-11-15
(54)【発明の名称】ナノ材料組成物およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
H01M 4/13 20100101AFI20241108BHJP
H01M 4/58 20100101ALI20241108BHJP
H01M 4/505 20100101ALI20241108BHJP
H01M 4/525 20100101ALI20241108BHJP
H01M 4/62 20060101ALI20241108BHJP
H01M 4/66 20060101ALI20241108BHJP
H01M 4/80 20060101ALI20241108BHJP
【ＦＩ】
H01M4/13
H01M4/58
H01M4/505
H01M4/525
H01M4/62 Z
H01M4/66 A
H01M4/80 C
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024533127
(86)(22)【出願日】2022-12-02
(85)【翻訳文提出日】2024-06-12
(86)【国際出願番号】 US2022051726
(87)【国際公開番号】W WO2023102234
(87)【国際公開日】2023-06-08
(31)【優先権主張番号】63/285,903
(32)【優先日】2021-12-03
(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】591163214
【氏名又は名称】ドナルドソン カンパニー，インコーポレイティド
(74)【代理人】
【識別番号】110003281
【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】パトリシア エイ イグナチオ デ レオン
(72)【発明者】
【氏名】ラデシュ ケー ヤダフ
(72)【発明者】
【氏名】ジャレッド アール ムーディ
【テーマコード（参考）】
5H017
5H050
【Ｆターム（参考）】
5H017AA03
5H017AS01
5H017CC01
5H017CC25
5H017EE01
5H017EE04
5H017EE05
5H017HH01
5H017HH03
5H050AA19
5H050BA17
5H050CA08
5H050CA09
5H050DA04
5H050DA06
5H050DA07
5H050DA08
5H050DA09
5H050DA11
5H050DA16
5H050EA02
5H050EA11
5H050EA23
5H050FA16
5H050FA17
5H050GA10
5H050GA11
5H050HA01
5H050HA02
5H050HA05
5H050HA08
5H050HA12
(57)【要約】
ナノ粒子組成物、電界紡糸した不織材料組成物、およびその製造方法を開示する。ナノ粒子は、犠牲ポリマー、並びに第１および第２のイオン種を含む組成物を繊維として電界紡糸し、犠牲ポリマーの少なくとも一部を分解することによって製造することができる。ナノ粒子は電気活性化合物を含んでもよい。ナノ粒子は、触媒活性化合物を含んでもよい。ナノ粒子はさらに、不織材料として調製された組成物に含まれてもよい。不織材料は、電池組成物を調製するために使用されてもよい。電池組成物は、ナノ粒子を含む電極を含んでもよい。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
平均直径が５μｍ未満の繊維を含み、電界紡糸した不織材料を備える組成物であって、前記繊維は、前記電界紡糸した不織層の総重量の４０重量％～６０重量％で存在する犠牲ポリマーと、並びに
前記犠牲ポリマー上に分散し、前記繊維に沿って分布する第１のイオン種および第２のイオン種と、
を含み、
前記第１のイオン種および前記第２のイオン種は、少なくとも１つの塩のイオン種であり、前記少なくとも１つの塩は、全塩の６０重量％以下で存在し、
前記犠牲ポリマーの重量％に対する前記全塩の重量％は、前記犠牲ポリマーの重量％６部に対して前記全塩の重量％１部以上である、
前記繊維を含む、組成物。
【請求項2】
請求項１に記載の組成物において、前記少なくとも１つの塩は、ＮｉＣｌ２、Ｎｉ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＺｎＳＯ４、Ｚｎ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＫＣｌ、ＫＡｕＣｌ４、ＣｏＣｌ２、Ｃｏ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＣｕＣｌ２、Ｃｕ（ＮＯ３）２、ＰｄＣｌ６、Ｋ２ＰｄＣｌ６、Ｎａ２ＰｔＣｌ４、Ｋ２ＰｔＢｒ４、Ｎｉ（ＮＯ３）２、Ｃｏ（ＮＯ３）２、Ｍｎ（ＮＯ３）２、Ａｌ（ＮＯ３）３、Ｆｅ（ＮＯ３）２、ＬｉＮＯ３、ＬｉＨ２ＰＯ４、Ｆｅ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＮｉＳＯ４、ＣｏＳＯ４、Ｌｉ２ＳＯ４、ＭｎＳＯ４、ＦｅＳＯ４、Ａｌ２（ＳＯ４）３、Ａｌ（ＯＣＨ３）３、Ａｌ（ＣＨ３ＣＯＯ）３、またはそれらの組み合わせを含む、組成物。
【請求項3】
請求項１に記載の組成物において、前記犠牲ポリマーは、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ナイロン、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート、ポリアクリロニトリル、ポリアクリレート、またはそれらの組み合わせである、組成物。
【請求項4】
基材、および電界紡糸によって前記基材上に堆積された繊維からなる第１の繊維層
を含み、前記電界紡糸した不織層を備える組成物であって、前記繊維は、
第１のポリマー、および
前記ポリマー上に分散し、前記繊維全体に分布する第１の複数のナノ粒子を含み、前記複数のナノ粒子は、０．０１μｍ～０．５μｍの粒径範囲を有し、各ナノ粒子は、複数の少なくとも１つの化合物種を含む、前記第１の複数のナノ粒子
を含む、組成物。
【請求項5】
請求項４に記載の組成物であって、さらに、前記電界紡糸によって前記第１の繊維上に堆積された第２の繊維からなる第２の繊維層を備え、前記第２の繊維は、
第２のポリマー、および
前記第２のポリマー上に分散し、前記繊維全体に分布する第２の複数のナノ粒子を含み、前記第２の複数のナノ粒子は、０．０１μｍ～０．５μｍの粒径範囲を有し、各ナノ粒子は、複数の少なくとも１つの化合物種を含む、前記第２の複数のナノ粒子
を含み、
前記第１の繊維層は、前記第２の繊維層の密実度の少なくとも１．１倍の密実度を有する、組成物。
【請求項6】
請求項４または５に記載の組成物において、前記第１のポリマーおよび前記第２のポリマーは、独立して、１つ以上のポリアミド、ポリスルホン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアミン、ポリアルコール、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアロマチック、感光性ポリマー、ポリイミド、ポリアクリレート、ポリフッ化ビニリデン、またはそれらの組み合わせを含む、組成物。
【請求項7】
請求項４～６のいずれか一項に記載の組成物において、前記基材が集電体であり、またＣｕフォイル、Ａｌフォイル、Ｐｔフォイル、Ｎｉフォイル、織成基材、不織基材、人工固体電解質界面、またはそれらの組み合わせを含む、組成物。
【請求項8】
請求項４～７のいずれか一項に記載の組成物において、前記少なくとも１つの化合物種は、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ（ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ）Ｏ２、Ｌｉ（ＮｉｘＡｌｙＣｏｚ）Ｏ２、またはそれらの組み合わせを含み、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である、組成物。
【請求項9】
請求項４～８のいずれか一項に記載の組成物において、前記基材は、触媒集合体の一部を形成し、二酸化ケイ素、二酸化アルミニウム、セラミック、またはそれらの組み合わせを含む、組成物。
【請求項10】
請求項９に記載の組成物において、前記少なくとも１つの化合物種は、ＰｂＳｅ、ＡｕＰｔ、ＡｕＰｄ、ＰｔＰｄ、ＰｔＲｕ、ＰｔＡｇ、ＰｔＣｕ、ＦｅＲｕ、ＦｅＣｕ、ＦｅＲｈ、ＣｕＣｅ、ＡｕＣｕ、ＰｔＩｒ、ＮｉＣｕ、ＮｉＳｎ、ＮｉＡｌ、ＰｔＡｌ２、ＰｔＭｇ、ＰｔＳｎ、ＰｔＣｏ、ＰｄＣｏ、ＰｄＴｉ、ＰｔＲｈ、ＮｉＡｕ、ＲｈＡｇ、ＴｉＯ２、ＮｉＯ、またはそれらの組み合わせからなる、組成物。
【請求項11】
請求項４に記載の組成物において、前記第１の複数のナノ粒子は第１の化合物種を含み、前記組成物は、さらに、各ナノ粒子が前記第１の化合物種とは異なる第２の化合物種を含む第２の複数のナノ粒子を備える、組成物。
【請求項12】
電池であって、請求項５～１１のいずれか一項に記載の前記組成物を含む電極を備える、電池。
【請求項13】
電池であって、複数のナノ粒子を含む電界紡糸した不織層を含む電極であって、各ナノ粒子は複数の少なくとも１つの電気活性化合物種を含み、前記複数のナノ粒子は、０．０１μｍ～０．５μｍの粒径範囲を有する電極を含み、
前記電界紡糸した不織層は、基材と、および電界紡糸によって前記基材上に堆積された繊維とを含み、前記繊維は、
バインダーポリマーと、および
前記バインダーポリマー上に分散し、前記繊維全体に分布した前記複数のナノ粒子
とを含むものである、電池。
【請求項14】
請求項１３に記載の電池において、前記少なくとも１つの電気活性化合物種は、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ（ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ）Ｏ２、およびＬｉ（ＮｉｘＡｌｙＣｏｚ）Ｏ２であって、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である、電池。
【請求項15】
請求項１３または１４に記載の電池において、前記基材は集電体であり、またＣｕフォイル、Ａｌフォイル、Ｐｔフォイル、Ｎｉフォイル、織成基材、不織基材、人工固体電解質界面、またはそれらの組み合わせからなる、電池。
【請求項16】
少なくとも１つの塩および犠牲ポリマーを溶媒に溶解して溶液を形成するステップであって、前記溶液は、前記犠牲ポリマー
第１のイオン種、
第２のイオン種、および
前記溶媒
を含むものである、前記溶液を形成するステップと、
繊維を含む犠牲不織層を形成するよう前記溶液を電界紡糸するステップであって、前記繊維は、
前記犠牲ポリマーおよび、
前記ポリマー上に分散し、前記繊維に沿って分布する前記第１のイオン種および前記第２のイオン種
を含むものである、前記電界紡糸するステップと、
を備える、方法。
【請求項17】
請求項１６に記載の方法であって、さらに、前記犠牲不織層の少なくとも一部を分解するステップであり、結果として複数のナノ粒子を形成し、各ナノ粒子は、複数の少なくとも１つの化合物種を含み、前記少なくとも１つの化合物種は、少なくとも前記第１のイオン種および前記第２のイオン種の反応生成物を含み、前記複数のナノ粒子は０．０２μｍ～０．５μｍの粒径範囲を有するものである、前記分解するステップを備える、方法。
【請求項18】
請求項１７に記載の方法であって、さらに、基材上に混合物を紡糸するステップであり、前記混合物は、
バインダーポリマーおよび、
前記複数のナノ粒子、
を含むものである、前記紡糸するステップを備え、
前記混合物の電界紡糸は、結果として第２の繊維を含む第２の不織層を生ずるものであり、前記第２の繊維は、
前記バインダーポリマー、および
前記バインダーポリマー内に分散し、前記繊維全体に分布する前記複数のナノ粒子からのナノ粒子
を含むものである、方法。
【請求項19】
請求項１６～１８のいずれか一項に記載の方法において、前記犠牲ポリマーは、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート、ポリアクリロニトリル、ポリアクリレート、ポリアミド、ポリスルホン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアミン、ポリアルコール、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアロマチック、感光性ポリマー、ポリイミド、またはそれらの組み合わせからなる、方法。
【請求項20】
請求項１８または１９に記載の方法において、前記バインダーポリマーは、ポリアミド、ポリスルホン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアミン、ポリアルコール、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアロマチック、感光性ポリマー、ポリイミド、ポリビニルアセテート、ポリアクリロニトリル、ポリアクリレート、ポリフッ化ビニリデン、またはそれらの組み合わせから選択される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［関連出願への相互参照］
本出願は、2021年12月03日に出願された米国仮出願第63/285,903号の利益を主張するものであり、その開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本出願は、2021年12月03日に出願された米国仮出願第63/285,903号の利益を主張するものであり、その開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【0002】
本開示は、ナノ材料組成物並びにその製造方法および使用方法に関する。特に、本開示は、不織材料組成物並びにその製造方法および使用方法に関する。本開示は、さらに、粒子組成物並びにその製造方法および使用方法に関する。
【背景技術】
【0003】
ナノ粒子などのナノ材料は、消費者製品および工業製品において至る所で見られるようになってきている。しかし、ナノ材料のナノおよび／またはメソ構造は、例えば電極集合体および触媒など、様々な用途におけるナノ材料の性能に直接影響を与える。例えば、比較的大きなナノ粒子と比較すると、小さなナノ粒子の方が、体積に対する表面積の比が大きいことに起因して、触媒効率が高くなる傾向がある。さらに、比較的小さなナノ粒子は、転位およびその他の結晶変形の傾向が少ないため、電極集合体での使用が望まれる。さらに、ナノ粒子を含む電極集合体のメソ構造は、集合体の電気化学的性能に大きく影響する可能性がある。例えば、高アスペクト比のナノ材料を含む電極は、高性能リチウムイオン電池での使用が有望視されている。
【0004】
ナノ材料の製造方法は、ナノ構造、メソ構造、およびナノ材料の形態分布に影響を与える。ナノ粒子は、マクロ構造をナノ構造に縮小するトップダウン法、または原子からナノ構造を構築するボトムアップ法によって製造することができる。トップダウン法では、サイズおよび形態が不均一に分布した比較的大きなナノ粒子が生成される一方、多くの廃棄物が発生する。一般的なボトムアップ法には、火炎リアクター工程、プラズマリアクター工程、レーザーリアクター工程、ホットウォールリアクター工程、化学的または気相堆積法、沈殿法、ゾル－ゲル工程などがある。これらの製造方法は、過酷な条件を必要としたり、サイズおよび形態が不均一な分布を持つナノ粒子を生成したり、反応速度論の最適化を必要としたり、ナノ粒子を単離するために大規模な後処理を必要としたりすることが多い。ナノ材料含有電極に関しては、従来の調製はスラリー鋳造で行われてきた。しかし、スラリー鋳造では不均一なメソ構造が形成され、その結果、電子輸送が遅くなる。
【0005】
ナノ粒子の製造プロセスのさらなる改善が必要である。さらに、改善された電気活性ナノ材料および、そのようなナノ材料の製造プロセスが必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本開示は、一態様において、電界紡糸（electrospun）不織材料を含む組成物について説明する。不織材料は、平均直径が５μｍ未満の繊維を含む。前記繊維は、前記電界紡糸不織材料の総重量の４０重量％～６０重量％で存在する犠牲ポリマーと、並びに前記犠牲ポリマー上に分散し、繊維に沿って分布する第１のイオン種および第２のイオン種とを含み、前記第１のイオン種および前記第２のイオン種は、少なくとも１つの塩のイオン種であり、前記少なくとも１つの塩は、全塩の６０重量％以下で存在し、前記犠牲ポリマーの重量％に対する前記全塩の重量％は、前記犠牲ポリマーの重量％６部に対して前記全塩の重量％１部以上である。
【0007】
前記少なくとも１つの塩は、ＮｉＣｌ２、Ｎｉ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＺｎＳＯ４、Ｚｎ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＫＣｌ、ＫＡｕＣｌ４、ＣｏＣｌ２、Ｃｏ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＣｕＣｌ２、Ｃｕ（ＮＯ３）２、ＰｄＣｌ６、Ｋ２ＰｄＣｌ６、Ｎａ２ＰｔＣｌ４、Ｋ２ＰｔＢｒ４、Ｎｉ（ＮＯ３）２、Ｃｏ（ＮＯ３）２、Ｍｎ（ＮＯ３）２、Ａｌ（ＮＯ３）３、Ｆｅ（ＮＯ３）２、ＬｉＮＯ３、ＬｉＨ２ＰＯ４、Ｆｅ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＮｉＳＯ４、ＣｏＳＯ４、Ｌｉ２ＳＯ４、ＭｎＳＯ４、ＦｅＳＯ４、Ａｌ２（ＳＯ４）３、Ａｌ（ＯＣＨ３）３、Ａｌ（ＣＨ３ＣＯＯ）３、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。
【0008】
前記犠牲ポリマーは、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ナイロン、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート、ポリアクリロニトリル、ポリアクリレート、またはそれらの組み合わせであってもよい。
【0009】
犠牲ポリマーの重量％に対する全塩量の重量％は、１：６～２：１、１：３～５：３、２：３～５：３、２：３～４：３、または１：３～４：３であってもよい。
【0010】
電界紡糸不織層を含む組成物は、基材、および電界紡糸（エレクトロスピニング）によって前記基材上に堆積された繊維を含む。繊維は、ポリマー、および前記ポリマー上に分散し、前記繊維全体に分布する複数のナノ粒子を含み、前記複数のナノ粒子は、０．０１μｍ～０．５μｍの粒径範囲を有し、各ナノ粒子は、複数の少なくとも１つの化合物種を含む。複数の繊維が前記第１の繊維層を形成してもよい。組成物は、さらに、前記電界紡糸によって前記第１の繊維層上に堆積された第２の繊維からなる第２の繊維層を含んでもよい。前記第２の繊維は、第２のポリマー、および前記第２のポリマー上に分散し、前記繊維全体に分布する第２の複数のナノ粒子を含み、前記第２の複数のナノ粒子は、０．０１μｍ～０．５μｍの粒径範囲を有し、各ナノ粒子は、複数の少なくとも１つの化合物種を含み、前記第１の繊維層は、前記第２の繊維層の密実度の少なくとも１．１倍の密実度を有する。
【0011】
複数のナノ粒子は、各ナノ粒子が第１の化合物種を含む第１の複数のナノ粒子であってもよく、前記組成物は、さらに、各ナノ粒子が前記第１の化合物種とは異なる第２の化合物種を含む第２の複数のナノ粒子を含んでもよい。
【0012】
繊維は、１μｍ未満の平均直径を有してもよい。ポリマーはバインダーポリマーであってもよい。ポリマーは、１つ以上のポリアミド、ポリスルホン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアミン、ポリアルコール、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアロマチック、感光性ポリマー、ポリイミド、ポリアクリレート、ポリフッ化ビニリデン、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。
【0013】
電界紡糸不織層は、さらに、導電性材料を含んでもよい。導電性材料は炭素粉末であってもよい。前記基材は集電体であってもよい。前記基材は、Ｃｕフォイル、Ａｌフォイル、Ｐｔフォイル、Ｎｉフォイル、織成基材、不織基材、人工固体電解質界面、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。
【0014】
少なくとも１つの化合物種は電気活性を有するものであってもよい。前記少なくとも１つの化合物種は、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ（ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ）Ｏ２、Ｌｉ（ＮｉｘＡｌｙＣｏｚ）Ｏ２、またはそれらの組み合わせを含んでもよく、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。少なくとも１つの化合物種は、触媒活性を有していてもよい。前記少なくとも１つの化合物種は、ＰｂＳｅ、ＡｕＰｔ、ＡｕＰｄ、ＰｔＰｄ、ＰｔＲｕ、ＰｔＡｇ、ＰｔＣｕ、ＦｅＲｕ、ＦｅＣｕ、ＦｅＲｈ、ＣｕＣｅ、ＡｕＣｕ、ＰｔＩｒ、ＮｉＣｕ、ＮｉＳｎ、ＮｉＡｌ、ＰｔＡｌ２、ＰｔＭｇ、ＰｔＳｎ、ＰｔＣｏ、ＰｄＣｏ、ＰｄＴｉ、ＰｔＲｈ、ＮｉＡｕ、ＲｈＡｇ、ＴｉＯ２、ＮｉＯ、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。
【0015】
電池は、上述の組成物のいずれかを含む電極を含んでもよい。
【0016】
電池は、複数のナノ粒子を含む電極を含んでもよく、各ナノ粒子は複数の少なくとも１つの電気活性化合物種を含み、前記複数のナノ粒子は、０．０１μｍ～０．５μｍの範囲の粒径を有する。電極は、基材と、および、電界紡糸によって前記基材上に堆積された繊維を含む電界紡糸不織層とを含んでもよく、前記繊維は、バインダーポリマーと、および、前記バインダーポリマー上に分散し、前記繊維全体に分布した前記複数のナノ粒子とを含む。複数のナノ粒子は、０．０２μｍ～０．４μｍの範囲の粒径を有することができる。
【0017】
前記バインダーポリマーは、１つ以上のポリアミド、ポリスルホン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアミン、ポリアルコール、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアロマチック、感光性ポリマー、ポリイミド、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。
【0018】
方法は、基材上に溶液を電界紡糸（エレクトロスピニング）するステップであって、溶液は、バインダーポリマー、溶媒、および複数のナノ粒子を含み、各ナノ粒子は複数の少なくとも１つの化合物種を含み、前記複数のナノ粒子は０．０１μｍ～０．５μｍの範囲の粒径を有するものである、前記電界紡糸するステップと、および、バインダーポリマーと、および前記バインダーポリマー内に分散し前記繊維全体に分布した前記複数のナノ粒子とを含む繊維からなる不織層を製造するステップと、を含む。繊維は、５μｍ未満の平均直径を有してもよい。前記少なくとも１つの化合物種は電気活性を有するものであってもよい。少なくとも１つの化合物種は、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ（ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ）Ｏ２、およびＬｉ（ＮｉｘＡｌｙＣｏｚ）Ｏ２を含んでもよく、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。少なくとも１つの化合物種は、触媒活性を有していてもよい。前記少なくとも１つの化合物種は、ＰｂＳｅ、ＡｕＰｔ、ＡｕＰｄ、ＰｔＰｄ、ＰｔＲｕ、ＰｔＡｇ、ＰｔＣｕ、ＦｅＲｕ、ＦｅＣｕ、ＦｅＲｈ、ＣｕＣｅ、ＡｕＣｕ、ＰｔＩｒ、ＮｉＣｕ、ＮｉＳｎ、ＮｉＡｌ、ＰｔＡｌ２、ＰｔＭｇ、ＰｔＳｎ、ＰｔＣｏ、ＰｄＣｏ、ＰｄＴｉ、ＰｔＲｈ、ＮｉＡｕ、ＲｈＡｇ、ＴｉＯ２、ＮｉＯ、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。
【0019】
方法は、少なくとも１つの塩および犠牲ポリマーを溶媒に溶解して溶液を形成するステップであって、前記溶液は、前記犠牲ポリマー、第１のイオン種、第２のイオン種、および前記溶媒を含むものである、前記溶液を形成するステップと、繊維を含む犠牲不織材料を形成するよう前記溶液を電界紡糸するステップであり、前記繊維は、前記犠牲ポリマーおよび、前記ポリマー上に分散し、また前記繊維に沿って分布する前記第１のイオン種および前記第２のイオン種を含むものである、前記犠牲不織材料を形成するステップと、並びに、前記犠牲不織材料の少なくとも一部を分解するステップであり、結果として複数のナノ粒子を形成し、各ナノ粒子は、複数の少なくとも１つの化合物種を含み、前記少なくとも１つの化合物種は、少なくとも前記第１のイオン種および前記第２のイオン種の反応生成物を含み、前記複数のナノ粒子は０．０２μ～０．５μｍの粒径範囲を有するものである、前記分解するステップと、を含む。
【0020】
本方法は、さらに、基材上にバインダーポリマーおよび、前記複数のナノ粒子を含む混合物を紡糸するステップであって、前記混合物の電界紡糸は、結果として前記バインダーポリマーおよび、前記バインダーポリマー内に分散し、前記繊維全体に分布する前記複数のナノ粒子からのナノ粒子を含む第２の繊維を含む、第２の不織層を生ずるものである、前記混合物を紡糸するステップを含む。
【0021】
少なくとも１つの塩は、ＬｉＮＯ３、ＬｉＨ２ＰＯ４、Ｃｏ（ＮＯ３）２、Ｎｉ（ＮＯ３）２、Ｆｅ（ＮＯ３）２、Ｍｎ（ＮＯ３）２、Ａｌ（ＮＯ３）３、Ｌｉ２ＳＯ４、ＣｏＳＯ４、ＮｉＳＯ４、ＦｅＳＯ４、ＭｎＳＯ４、Ａｌ２（ＳＯ４）３、Ｆｅ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、Ａｌ（ＯＣＨ３）３、Ａｌ（ＣＨ３ＣＯＯ）３、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。少なくとも１つの塩は、（ＮＨ４）ＡｕＣｌ４、ＮａＡｕＢｒ、ＨＡｕＣｌ４、ＫＣｌ、ＫＡｕＣｌ４、Ｎａ２ＰｄＣｌ４、Ｋ２ＰｄＢｒ４、ＰｄＣｌ６、Ｋ２ＰｄＣｌ６、（ＮＨ４）２ＰＤＣｌ４、Ｋ２ＰｄＣｌ４、Ｎａ２ＰｔＣｌ４、Ｋ２ＰｔＢｒ４、ＰｔＣｌ６、Ｋ２ＰｔＣｌ４、（ＮＨ４）２ＰｔＣｌ４、Ｋ２Ｐｔ（ＮＯ２）４、ＫＡｇ（ＣＮ）２、ＫＣｕ、Ｎｉ（ＮＯ３）２、Ｍｇ（ＮＯ３）２、ＮｉＣｌ２、ＰｄＣｌ２、Ｎｉ（Ａｃ）２、ＮｉＢｒ２、ＮｉＩ２、ＮｉＳＯ４、Ｐｂ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＳｅＣｌ２、Ｓｅ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＳｅＢｒ４、ＺｎＳＯ４、Ｚｎ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、Ｚｎ（ＮＯ３）２、ＺｎＣｌ２、ＦｅＣｌ２、ＦｅＳＯ４、Ｆｅ（ＮＯ３）２、ＲｕＣｌ３、Ｒｕ（ＮＯ３）３、ＲｈＣｌ３、Ｒｈ（ＮＯ３）３、ＩｒＣｌ４、Ｉｒ２（ＳＯ４）３、ＣｕＣｌ２、Ｃｕ（ＮＯ３）２、ＣｕＳＯ４、Ｃｕ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＳｎＣｌ４、Ｓｎ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＳｎＳＯ４、Ｓｎ（ＮＯ３）４、ＡｌＣｌ３、Ａｌ２（ＳＯ４）３、Ａｌ（ＮＯ３）３、ＭｇＣｌ２、ＭｇＳＯ４、ＣｏＣｌ２、Ｃｏ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＣｏＳＯ４、Ｃｏ（ＮＯ３）２、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。
【0022】
前記犠牲ポリマーは、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート、ポリアクリロニトリル、ポリアクリレート、ポリアミド、ポリスルホン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアミン、ポリアルコール、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアロマチック、感光性ポリマー、ポリイミド、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。
【0023】
分解ステップは、熱処理を含んでもよい。熱処理は、５００℃～１１００℃での熱分解を含んでもよい。
【0024】
本開示の上記の要約は、開示された各実施形態または本開示の全ての実施形態を説明することを意図するものではない。以下の説明では、より特に例示的な実施形態を説明する。本出願中のいくつかの箇所で、例示のリストを通じて指針が提供され、これらの例示は様々な組み合わせで使用され得る。各例において、引用されたリストは、代表的なグループとしてのみ機能し、排他的なリストとして解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【0025】
以下の詳述は以下の図を参照し、同じ参照番号は複数の図において類似／同一の構成要素を識別するために使用される場合がある。図面は必ずしも縮尺通りではない。
【0026】
【図11A】実施例２で調製した繊維サンプルのＳＥＭ画像である。
【図11B】実施例２で調製した繊維サンプルのＳＥＭ画像である。
【図12】実施例２で調製した繊維サンプルのＳＥＭ画像である。
【図13A】実施例２で調製した繊維サンプルのＳＥＭ画像である。
【図13B】実施例２で調製した繊維サンプルのＳＥＭ画像である。
【図13C】実施例２で調製した繊維サンプルのＳＥＭ画像である。
【図13D】実施例２で調製した繊維サンプルのＳＥＭ画像である。
【0027】
［定義］
本明細書で使用する全ての科学用語および技術用語は、特に断らない限り、当該技術分野で一般的に使用される意味を有する。本明細書において提供する定義は、本明細書において頻繁に使用する特定の用語の理解を容易にするためのものであり、本開示の範囲を限定するものではない。
本明細書で使用する全ての科学用語および技術用語は、特に断らない限り、当該技術分野で一般的に使用される意味を有する。本明細書において提供する定義は、本明細書において頻繁に使用する特定の用語の理解を容易にするためのものであり、本開示の範囲を限定するものではない。
【0028】
特に断らない限り、「ポリマー（polymer）」および「ポリマー材料（polymeric material）」という用語には、有機ホモポリマー、コポリマー、例えばブロック、グラフト、ランダムおよび交互コポリマー、ターポリマーなど、およびそれらのブレンドおよび改変体が含まれるが、これらに限定されるものではない。さらに、特に限定しない限り、「ポリマー（polymer）」という用語は、材料の全ての可能な幾何学的構成を含むものとする。これらの構成には、アイソタクチック対称性、シンジオタクチック対称性、およびアタクチック対称性が含まれるが、これらに限定されない。
【0029】
ここで「密実度（solidity）」という用語は、繊維状材料中の固形材料の相対的な量を意味するために使用し、次式で計算される。
ここで、ｃは密実度、ｍｆは繊維の質量、ρｆは繊維の密度、Ａは繊維状材料の面積、ｔは繊維状材料の層厚、ｂｗは繊維状材料の坪量である。密実度と空隙率の関係は、空隙率＋密実度＝１００％である。
【数1】
ここで、ｃは密実度、ｍｆは繊維の質量、ρｆは繊維の密度、Ａは繊維状材料の面積、ｔは繊維状材料の層厚、ｂｗは繊維状材料の坪量である。密実度と空隙率の関係は、空隙率＋密実度＝１００％である。
【0030】
「a」、「an」、および「the」などの冠詞は、単数の実体を指すことを意図しているのではなく、特定の例を説明のために使用することができる一般的なクラスを含む。
【0031】
冠詞「a」、「an」、および「the」は、用語「少なくとも１つ（at least one）」と互換的に使用する。リストの後に続く「少なくとも１つの～（at least one of）」および「少なくとも１つの～を備える／含む（comprises at least one of）」という語句は、リスト中の項目のいずれか１つ、およびリスト中の２つ以上の項目の任意の組み合わせを指す。
【0032】
ここで使用する場合、「または（or）」という用語は、内容が明確に指示しない限り、「および／または（and/or）」を含む通常の意味で一般的に使用する。用語「および／または（and/or）」は、リストアップされた要素の１つまたは全て、あるいはリストアップされた要素の２つ以上の組み合わせを意味する。
【0033】
端点による数値範囲の記載は、その範囲に包含される全ての数値を含む（例えば、１～５には１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、５など、または、１０以下には１０、９．４、７．６、５、４．３、２．９、１．６２、０．３など）。値の範囲が特定の値「まで（up to）」または「少なくとも（at least）」である場合、その値は範囲内に含まれる。
【0034】
ここで使用する場合、「有する（have）」、「有する（having）」、「含む（include）」、「含む（including）」、「備える／含む（comprise）」、「備えている／含んでいる（comprising）」等は、その開放的な意味で使用され、一般に、「含むが、これらに限定されない（including, but not limited to）」ことを意味する。「本質的に／ほぼ～からなる（consisting essentially of,）」、「からなる（consisting of）」等は、「からなる（comprising）」等に包含されることが理解されるであろう。本明細書で使用する場合、組成物、製品、方法などに関する「本質的に／ほぼ～からなる（consisting essentially of,）」とは、組成物、製品、方法などの成分が、列挙された成分および組成物、製品、方法などの基本的かつ新規な特性に重大な影響を及ぼさない他の成分に限定されることを意味する。
【0035】
「好ましい（preferred）」および「好ましくは（preferably）」という用語は、特定の状況下で、特定の利点をもたらす可能性のある実施形態を指す。しかしながら、他の実施形態も、同じ状況または他の状況下で、好ましい場合がある。さらに、１つ以上の好ましい実施形態の記載は、他の実施形態が有用でないことを意味するものではなく、特許請求の範囲を含む本開示の範囲から他の実施形態を除外することを意図するものではない。
【0036】
「上部／頂部（top）」、「下部／底部（bottom）」、「左（left）」、「右（right）」、「上側／上方（upper）」、「下側／下方（lower）」、および他の方向および向きなど、ここで言及する任意の方向は、図を参照して明確にするために本明細書で説明されるものであり、実際のデバイスもしくはシステムまたはデバイスもしくはシステムの使用を限定するものではない。本明細書に記載の装置またはシステムは、多数の方向および向きで使用することができる。
【0037】
「粒径／粒度（particle size）」という用語は、複数の粒子の代表サンプルにおける各粒子の最大寸法を指す。粒径は、透過型電子顕微鏡および／または走査型電子顕微鏡を用いて測定することができる。各粒子の測定サイズは、対象試料がふるい分けされている場合に、同じサイズのふるい開口部を通過する球体に対応する。粒径の範囲が与えられている場合、７０ｗｔ％以上、８０ｗｔ％以上、９０ｗｔ％以上、または９５ｗｔ％以上のナノ粒子は、その範囲内の粒径を有する。
【0038】
［発明の詳細な説明］
本開示は、様々な用途のナノ材料に関する。特に、本開示は、電気化学反応および化学反応に使用するためのナノ材料に関する。特に、本開示は、不織材料組成物並びにその製造方法および使用方法に関する。本開示はさらに、ナノ粒子組成物並びにその製造方法および使用方法に関する。
本開示は、様々な用途のナノ材料に関する。特に、本開示は、電気化学反応および化学反応に使用するためのナノ材料に関する。特に、本開示は、不織材料組成物並びにその製造方法および使用方法に関する。本開示はさらに、ナノ粒子組成物並びにその製造方法および使用方法に関する。
【0039】
本開示の実施形態によれば、ナノ粒子は、犠牲ポリマーを用いた電界紡糸（エレクトロスピニング）によって塩から調製することができる。本開示の方法によって作製されたナノ粒子は、ナノ粒子の平均直径によって測定されるように、ナノ粒子サイズの狭い分布を示すことがある。ナノ粒子は、転位または他の結晶変形をほとんどまたは全く有さないことがある。本開示に記載の方法は、拡張性が高く、多くの塩やポリマーマトリクス（母材）に適合する。ここに挙げられていない他の利点も存在する可能性がある。
【0040】
一実施形態によれば、犠牲不織材料は、犠牲ポリマー、少なくとも１つの塩の少なくとも２つのイオン種、および溶媒の溶液を電界紡糸（エレクトロスピニング）することによって合成する。犠牲ポリマーは、犠牲不織材料に含まれる繊維を形成するための繊維形成成分を提供する。繊維は、犠牲ポリマーと、および少なくとも２つのイオン種とを含む。少なくとも２つのイオン種はポリマーに付着する。少なくとも２つのイオン種は、繊維全体に分布している。いくつかの実施形態によれば、犠牲不織材料は分解処理に課する。分解処理は、犠牲不織材料の少なくとも一部を分解し、複数のナノ粒子をもたらす。各ナノ粒子は、複数の少なくとも１つの化合物種を含む。化合物種は、少なくとも２つのイオン種の反応生成物である。いくつかの実施形態では、化合物種は、少なくとも２つのイオン種と追加の化合物またはイオン種との反応生成物であってもよい。いくつかの実施形態では、化合物種および／またはナノ粒子は電気活性を有する。いくつかの実施形態では、化合物種および／またはナノ粒子は触媒活性を有する。
【0041】
いくつかの実施形態によれば、不織層は、バインダーポリマーとナノ粒子の溶液を基材上に紡糸（例えば、電界紡糸）することによって製造する。バインダーポリマーは、繊維を形成するための繊維形成成分を提供する。ナノ粒子はバインダーポリマーに付着する。ナノ粒子は繊維全体に分布する。いくつかの実施形態では、ナノ粒子は、犠牲ポリマー、少なくとも１つの塩の少なくとも２つのイオン、および溶媒の溶液を電界紡糸することによって、次いで分解処理によって得られる。
【0042】
本開示の実施形態によれば、ナノ粒子は不織層ナノ材料に組み込まれてもよい。いくつかの実施形態では、ナノ粒子含有ナノ材料は、電池などの電極集合体において使用し得る。本開示に記載の方法によって作製した電極集合体は、電気化学的酸化／還元反応速度論を強化するために、大きな電極／電解質界面領域を提供することができる。電極集合体は、電極への電解質の十分な浸透を可能にする制御可能な繊維間空隙容積を提供し得る。電極集合体は、高いナノ粒子含有量と短いリチウムイオン輸送経路を提供することができる。ここに列挙されていない他の利点も存在し得る。
【0043】
一実施形態によれば、不織層は複数のナノ粒子を含む。各ナノ粒子は、複数の少なくとも1つの電気活性化合物種を含む。いくつかの実施形態では、不織層は、集電体である基材上に紡糸（例えば、電界紡糸）され、これにより電極集合体が形成される。いくつかの実施形態では、電極集合体はカソード集合体である。いくつかの実施形態では、電極集合体はアノード集合体である。いくつかの実施形態では、カソード集合体は、リチウムイオン電池などの電池に使用することができる。いくつかの実施形態では、アノード集合体は、リチウムイオン電池などの電池において使用され得る。いくつかの実施形態では、カソード集合体およびアノード集合体は、リチウムイオン電池などの電池に使用することができる。
【0044】
本開示の実施形態によれば、ナノ粒子は、少なくとも１つの触媒活性化合物種を含み得る。いくつかの実施形態では、触媒集合体は、ナノ粒子およびバインダーポリマーを電界紡糸（エレクトロスピニング）して不織層を作製することによって製造する。いくつかの実施形態では、不織層は基材上に堆積する。いくつかの実施形態では、触媒集合体は基材を含まない。
【0045】
本開示の実施形態によれば、ナノ粒子は不織材料に組み込むことができる。いくつかの実施形態において、ナノ粒子含有材料は、触媒集合体において使用し得る。本開示に記載の方法によって作製した電極触媒集合体は、凝集を最小限に抑えてナノ粒子の分散を可能にする不織層を提供することができ、したがって、触媒活性化合物が反応を触媒するための各ナノ粒子の表面積を増大させる。触媒の表面積の増大は、所望の反応を行うために必要な触媒化合物の量が少なくて済むため、経済的かつ環境に優しい可能性がある。不織層はまた、触媒の支持体にもなる。ここに列挙されていない他の利点も存在する可能性がある。
【0046】
ここで図１を参照すると、本開示の一実施形態によるナノ粒子を製造するための一般的なプロセスが示されている。少なくとも１つの塩１２および犠牲ポリマー１６を溶解し（矢印１）、溶液２０を作製する。いくつかの実施形態では、１つの塩または複数の塩、例えば２つの塩、３つの塩、４つの塩、５つの塩、６つの塩、７つの塩、８つの塩、９つの塩、または１０以上の塩が、溶液２０に溶解されてもよい。図１に示す例示的な実施形態では、溶液２０中に任意の第２の塩１４が溶解されている。溶液２０は、少なくとも１つの塩の第１のイオン種および第２のイオン種を含む。例えば、図１に描かれているように、いくつかの実施形態では、溶液２０は、第１の塩１２からの第１のイオン種２２、第１の塩１２からの第２のイオン種２４、犠牲ポリマー１６、および溶媒２６を含む。１つ以上の追加の任意の塩が溶液２０に溶解されるいくつかの実施形態では、溶液２０は、１つ以上の追加のイオン種を含む。例えば、図１に描かれているようないくつかの実施形態では、溶液２０は、任意の第２の塩１４からの第３のイオン種２１と、第２の塩１４からの第４のイオン種２３とを含む。犠牲不織材料３０は、溶液２０を紡糸（例えば、電界紡糸）する工程（矢印２）を経て作製する。犠牲不織材料３０は繊維３６を含む。犠牲ポリマー１６は、繊維３６の繊維形成成分を提供する。したがって、繊維３６は、犠牲ポリマー１６、および第１のイオン種２２、および第２のイオン種２４を含む。第１のイオン種２２および第２のイオン種２４は、ポリマーに付着している。第１のイオン種２２および第２のイオン種２４は、繊維３６に沿って分布している。いくつかの実施形態では、１つ以上の任意の追加の塩が溶液中に溶解される場合、任意の塩からの１つ以上の追加のイオン種は、繊維３６に付着される。いくつかの実施形態において、１つ以上の任意の付加的な塩が溶液中に溶解される場合、１つ以上の任意の塩からの１つ以上の付加的なイオン種は、繊維３６を横切って分布される。例えば、いくつかの実施形態では、図１に描かれているように、第２の塩１４からの第３のイオン種２１、および第２の塩１４からの第４のイオン種２３がポリマーに付着している。第３のイオン種２１および第４のイオン種２３は繊維３６に沿って分布している。犠牲不織材料３０は分解処理３に曝され、ブレンド４０が得られる。ブレンド４０は、複数のナノ粒子４２を含む。ブレンド４０は、分解されたまたは部分的に分解された繊維４６を含んでもよい。複数のナノ粒子４２の各ナノ粒子は、複数の少なくとも１つの化合物種を含む。化合物種は、少なくとも第１のイオン種２２および第２のイオン種２４との間の反応生成物である。
【0047】
第１のイオン種２２および第２のイオン種２４は、溶液２０中の少なくとも１つの塩の溶解に起因する。いくつかの実施形態では、第１のイオン種２２および第２のイオン種２４は、溶液２０中の２つ以上の異なる塩の溶解に起因する。図１に示されるようないくつかの実施形態では、第１のイオン種２２および第２のイオン種２４は、第１の塩１２の溶解に起因する。いくつかの実施形態では、任意の追加の塩が溶液２０中に溶解される場合、追加のイオン種は、追加の塩の溶解から生じる。例えば、図１において、第３のイオン種２１および第４のイオン種２３は、溶液２０中の第２の塩１４の溶解から生じる。いくつかの実施形態では、第１の塩１２はＬｉＮＯ３である。いくつかの実施形態では、溶液２０は、第１の塩１２であるＬｉＮＯ３の溶解からの第１のイオン種２２、Ｌｉ＋および第２のイオン種２４、ＮＯ３
－を含む。いくつかの実施形態では、第３のイオン種２１および第４のイオン種２４は、図１に描かれている第２の塩１４のような、１つ以上の追加の塩の溶解に起因する。いくつかの実施形態では、第２の塩１４はＣｏ（ＮＯ３）２である。したがって、溶液２０は、第３のイオン種Ｃｏ２＋と、および随意的な第２の塩１４、Ｃｏ（ＮＯ３）２の溶解からの追加のＮＯ３
－イオンとを含む。随意的な追加イオン種が溶液２０中に存在してもよい。追加のイオン種は、溶媒２６中に存在する少なくとも１つの塩またはイオン、例えば、水中に存在するイオン種に加えて、溶液２０に添加される任意の塩からのものであってもよい。
【0048】
複数のナノ粒子の各ナノ粒子４２は、複数の少なくとも１つの化合物種を含む。化合物種は、少なくとも第１のイオン種２２および第２のイオン種２４との間の反応生成物である。いくつかの実施形態では、ナノ粒子４２が電気活性を有する少なくとも１つの化合物種を含む場合、少なくとも１つの塩および随意的な追加の塩は、電気活性化合物種を形成するために反応することができるイオン種に溶解する塩の任意の組み合わせであってよい。追加の反応性種が反応に関与してもよい。追加の反応性種は、反応生成物の一部であってもよい。追加の反応種の例には、酸素、硫黄、リン、窒素、およびそれらの任意の組み合わせが含まれる。
【0049】
一実施形態によれば、化合物種は電気活性である。いくつかの実施形態では、電気活性化合物種はカソード活性化合物である。いくつかの実施形態では、電気活性化合物種はリチウムを含む。いくつかの実施形態では、電気活性化合物種は、リチウムおよび１つ以上の金属を含む。カソード活性電気活性化合物種の例としては、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ（ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ）Ｏ２およびＬｉ（ＮｉｘＡｌｙＣｏｚ）Ｏ２が挙げられ、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。いくつかの実施形態において、カソード電気活性化合物種は、ＬｉＣｏＯ２である。いくつかの実施形態において、カソード活性電気活性化合物種は、ＬｉＮｉＯ２である。溶解して、反応してカソード活性電気活性化合物種を形成することができるイオン種を生成する可能性のある塩の例には、これらに限定されないが、ＬｉＮＯ３、Ｃｏ（ＮＯ３）２、Ｎｉ（ＮＯ３）２、Ｆｅ（ＮＯ３）２、Ｍｎ（ＮＯ３）２、Ａｌ（ＮＯ３）３、Ｌｉ２ＳＯ４、ＣｏＳＯ４、ＮｉＳＯ４、ＦｅＳＯ４、ＭｎＳＯ４、Ａｌ２（ＳＯ４）３、Ｌｉ（ＣＨ３ＣＯＯ）、Ｃｏ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、Ｎｉ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、Ｆｅ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、Ｆｅ３Ｏ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、Ｍｎ（ＣＨ３ＯＯ）２、ＡｌＯＨ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、Ａｌ３（ＣＨ３ＣＯＯ）３、ＬｉＨ２ＰＯ４、Ｃｏ３（ＰＯ４）２、Ｎｉ３（ＰＯ４）２、ＦｅＰＯ４、Ｍｎ３（ＰＯ４）２、ＡｌＰＯ４、Ｈ３ＰＯ４、トリエチルホスフェート（ＣＨ３ＣＨ２）３ＰＯ４、Ｎｉ（ＮＯ３）２、Ｃｏ（ＮＯ３）２、Ｍｎ（ＮＯ３）２、Ａｌ（ＮＯ３）３、Ｆｅ（ＮＯ３）２、ＬｉＮＯ３、ＬｉＨ２ＰＯ４、Ｆｅ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＮｉＳＯ４、ＣｏＳＯ４、Ｌｉ２ＳＯ４、ＭｎＳＯ４、ＦｅＳＯ４、Ａｌ２（ＳＯ４）３、Ａｌ（ＯＣＨ３）３、Ａｌ（ＣＨ３ＣＯＯ）３、およびそれらの水和物が含まれる。いくつかの実施形態では、第１の塩１２はＬｉＮＯ３であり、第２の塩１４はＣｏ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏである。いくつかの実施形態では、第１の塩１２はＬｉＮＯ３であり、第２の塩１４はＮｉ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏである。いくつかの実施形態では、複数のナノ粒子４２中の各ナノ粒子は、カソード活性化合物である２つ以上の電気活性化合物種を含み得る。例えば、いくつかの実施形態では、ナノ粒子は、ＬｉＣｏＯ２およびＬｉＮｉＯ２を含んでもよい。
【0050】
いくつかの実施形態では、電気活性化合物種はアノード活性化合物種である。アノード電気活性化合物種の例としては、Ｃｏ３Ｏ４、Ｃｕ２Ｏ、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２（チタン酸リチウム）、ＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、Ａｌ３Ｎｉ、ＣｕＣｏ２Ｏ４、ＰｄＮｉＢｉ、ＴｉＯ、Ｓｎ４Ｐ３、ＮｉＯ、それらの炭化物、およびそれらの任意の組み合わせが挙げられる。金属アノード材料の例としては、Ｌｉ金属、ＭｇやＣａなどのアルカリ土類金属、およびＳｉ系化合物が挙げられる。Ｓｉ系化合物は、Ｓｉ繊維の形態であってもよい。アノード電気活性種のさらなる例としては、ＬｉＡｌ合金、ＬｉＳｉ合金、ＬｉＢｉ合金、ＬｉＣｄ合金、ＡｌＭｇ合金、ＬｉＭｇ合金、ＬｉＳｎ合金、ＬｉＳｂ合金、ＦｅＳｎ合金、ＳｎＳｂ合金、ＳｎＣｕ合金、ＬｉＧｅ合金、ＬｉＰｂ合金、それらの酸化物、それらの硫化物、それらのリン化物、それらの炭化物、それらの窒化物、およびそれらの任意の組み合わせが挙げられる。アノード電気活性化合物種の分子式は、経験式を反映しない場合がある。アノード電気活性種の追加の例としては、Ｌｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｎ、およびそれらの組み合わせを含む金属元素または半金属元素の窒化物、酸化物、炭化物が挙げられる。いくつかの実施形態では、アノード電気活性化合物種はケイ素である。いくつかの実施形態では、電気活性化合物種はシリコンであり、シリコンはシリコンファイバー構成である。いくつかの実施形態では、アノード電気活性化合物種はＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２である。溶解して、アノード活性電気化合物種を形成するために反応することができるイオン種を生成することができる塩の例としては、これらに限定されないが、Ｋ２ＴｉＯ３、ＮａＫＴｉＯ３、Ｎａ４Ｔｉ５Ｏ１２、ＬｉＮＯ３、ＬｉＨ２ＰＯ４、Ｈ２ＴｉＯ３、Ｈ４Ｔｉ５Ｏ１２、Ｈ２ＴｉＯ５、Ｃｏ（ＮＯ３）２、Ｎｉ（ＮＯ３）２、Ｆｅ（ＮＯ３）２、Ｍｎ（ＮＯ３）２、Ａｌ（ＮＯ３）３、Ｌｉ２ＳＯ４、ＣｏＳＯ４、ＮｉＳＯ４、ＦｅＳＯ４、ＭｎＳＯ４、Ａｌ２（ＳＯ４）３、Ｌｉ（ＣＨ３ＣＯＯ）、Ｃｏ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、Ｎｉ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、Ｆｅ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、Ｆｅ３Ｏ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、Ｍｎ（ＣＨ３ＯＯ）２、ＡｌＯＨ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、Ａｌ３（ＣＨ３ＣＯＯ）３、Ｌｉ（ＰＯ４）、Ｃｏ３（ＰＯ４）２、Ｎｉ３（ＰＯ４）２、ＦｅＰＯ４、Ｍｎ３（ＰＯ４）２、ＡｌＰＯ４、ＰｄＳＯ４、Ｐｄ（ＮＯ３）２、Ｐｄ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＰｔＳＯ４、Ｐｔ（ＮＯ３）２、Ｐｔ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、Ｐｔ（ＳＯ４）３、Ｂｉ（ＮＯ３）３、Ｂｉ（ＣＨ３ＯＯ）３、Ｔｉ（ＳＯ４）２、Ｔｉ（ＮＯ３）４、Ｔｉ（ＣＨ３ＣＯＯ）４、ＳｎＳＯ４、Ｓｎ（ＮＯ３）２、Ｓｎ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＭｇＳＯ４、Ｍｇ（ＮＯ３）２、Ｍｇ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、Ｗ（ＳＯ４）５、Ｗ（ＮＯ３）６、Ｗ（ＣＨ３ＣＯＯ）４、Ｇｅ（ＳＯ４）２、Ｇｅ（ＮＯ３）４、Ｇｅ（ＣＨ３ＣＯＯ）４、ＰｂＳＯ４、Ｐｂ（ＮＯ３）２、Ｐｂ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、Ｚｒ（ＳＯ４）２、Ｚｒ（ＮＯ３）４、Ｚｒ（ＣＨ３ＣＯＯ）４、Ｍｏ（ＳＯ４）２、Ｍｏ（ＣＨ３ＣＯＯ）４、Ｍｇ（ＮＯ３）２、Ｍｇ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、Ｃａ（ＮＯ３）２、Ｃａ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、およびその水和物が含まれる。いくつかの実施形態において、第１の塩１２はＨ２ＴｉＯ３であり、第２の塩１４はＬｉ（ＣＨ３ＣＯＯ）である。いくつかの実施形態では、第１の塩１２はＨ２ＴｉＯ５であり、第２の塩１４はＬｉ２ＳＯ４である。いくつかの実施形態では、ナノ粒子４２は、アノード活性化合物種である２つ以上の電気活性化合物種を含み得る。例えば、いくつかの実施形態では、ナノ粒子は、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２およびＳｉベースの化合物を含んでもよい。
【0051】
いくつかの実施形態において、ナノ粒子４２が触媒活性を有する少なくとも１つの化合物を含む場合、少なくとも１つの塩および随意的な追加の塩は、反応して触媒活性化合物種を形成することができるイオン種に溶解する塩の任意の組み合わせであってよい。追加の反応性種は、触媒活性化合物を形成する反応に関与してもよい。追加の反応性種は、触媒活性化合物の反応生成物の一部であってもよい。反応生成物の一部であり得る追加の反応性種には、酸素、硫黄、リン、窒素、およびそれらの任意の組み合わせが含まれる。触媒活性化合物は多金属であってもよい。多金属触媒活性化合物は、２種類以上の金属を有する。多金属触媒は、その触媒活性の高さから注目されている。多金属触媒には貴金属と非貴金属がある。貴金属系触媒には、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕなどの元素が含まれる。貴金属は希少であるためコストが高いが、貴金属は触媒効率が高い。貴金属系触媒のコストを下げる手段としては、触媒活性化合物を含むナノ粒子の表面積／体積比を大きくする（例えば、ナノ粒子を小さくする）ことが挙げられる。非貴金属ベースの触媒は、例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、または貴金属ではない任意の遷移金属、ランタニド、またはアクチニドの元素の１つ以上を含むことができる。多金属触媒は、１種以上の貴金属、１種以上の非貴金属、または貴金属と非貴金属の混合物を含むことができる。いくつかの実施形態では、ナノ粒子４２は、貴金属および非貴金属ベースの触媒活性化合物のハイブリッドを含む。貴金属ベースと非貴金属ベースの触媒のハイブリッドは、コストを低減するために使用することができる。本開示の触媒活性化合物種は、多金属化合物であってもよい。触媒活性化合物種の分子式は、実験（経験）式を反映しない場合がある。触媒活性多金属化合物の例としては、ＰｂＳｅ、ＡｕＰｔ、ＡｕＰｄ、ＰｔＰｄ、ＰｔＲｕ、ＰｔＡｇ、ＰｔＣｕ、ＦｅＲｕ、ＦｅＣｕ、ＦｅＲｈ、ＣｕＣｅ、ＡｕＣｕ、ＰｔＩｒ、ＮｉＣｕ、ＮｉＳｎ、ＮｉＡｌ、ＰｔＡｌ２、ＰｔＭｇ、ＰｔＳｎ、ＰｔＣｏ、ＰｄＣｏ、ＰｄＴｉ、ＰｔＲｈ、ＮｉＡｕ、ＲｈＡｇ、ＰｄＣｕＣｅ、これらの酸化物、これらの硫化物、およびこれらのリン化物を含む。触媒活性化合物は、単一の金属のみを含んでもよい。本開示の触媒活性化合物種は、単一の金属のみを含んでもよい。単一の金属を含む触媒活性化合物の非限定的な例としては、ＺｎＯ、ＺｎＰ、Ｎｉ２Ｐ、ＮｉＳ、ＮｉＣｏ、ＮｉＣｕ、ＺｎＯ、ＮｉＯ、Ｃｕ、ＡｕＰｔ、ＡｕＰｄ、ＴｉＯ２、およびＮｉＯが挙げられる。いくつかの実施形態において、触媒活性化合物種は、ＴｉＯ２、ＮｉＣｏ、ＮｉＣｕ、ＺｎＯ、ＮｉＯ、Ｃｕ、ＡｕＰｔ、ＡｕＰｄである。反応して、触媒活性化合物種を形成することができるイオン種に溶解する可能性のある塩の例としては、これらに限定されるものではないが、ＴｉＣｌ３、Ｔｉ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＴｉＯＳＯ４、Ｔｉ（ＮＯ３）４、（ＮＨ４）ＡｕＣｌ４、ＮａＡｕＢｒ、ＨＡｕＣｌ４、ＫＣｌ、ＫＡｕＣｌ４、Ｎａ２ＰｄＣｌ４、Ｋ２ＰｄＢｒ４、ＰｄＣｌ６、Ｋ２ＰｄＣｌ６、（ＮＨ４）２ＰｄＣｌ４、Ｋ２ＰｄＣｌ４、Ｎａ２ＰｔＣｌ４、Ｋ２ＰｔＢｒ４、ＰｔＣｌ６、Ｋ２ＰｔＣｌ４、（ＮＨ４）２ＰｔＣｌ４、Ｋ２Ｐｔ（ＮＯ２）４、ＫＡｇ（ＣＮ）２、ＫＣｕ、Ｎｉ（ＮＯ３）２、Ｍｇ（ＮＯ３）２、ＮｉＣｌ２、ＰｄＣｌ２、Ｎｉ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＮｉＢｒ２、ＮｉＩ２、ＮｉＳＯ４、Ｐｂ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＳｅＣｌ２、Ｓｅ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＳｅＢｒ４、ＺｎＳＯ４、Ｚｎ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、Ｚｎ（ＮＯ３）２、ＺｎＣｌ２、ＦｅＣｌ２、ＦｅＳＯ４、Ｆｅ（ＮＯ３）２、ＲｕＣｌ３、Ｒｕ（ＮＯ３）３、ＲｈＣｌ３、Ｒｈ（ＮＯ３）３、ＩｒＣｌ４、Ｉｒ２（ＳＯ４）３、ＣｕＣｌ２、Ｃｕ（ＮＯ３）２、ＣｕＳＯ４、Ｃｕ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＳｎＣｌ４、Ｓｎ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＳｎＳＯ４、Ｓｎ（ＮＯ３）４、ＡｌＣｌ３、Ａｌ２（ＳＯ４）３、Ａｌ（ＮＯ３）３、ＭｇＣｌ２、ＭｇＳＯ４、ＣｏＣｌ２、Ｃｏ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＣｏＳＯ４、Ｃｏ（ＮＯ３）２、Ｍｎ（ＮＯ３）２、ＬｉＮＯ３、ＬｉＨ２ＰＯ４、Ｆｅ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、Ｌｉ２ＳＯ４、ＭｎＳＯ４、Ａｌ（ＯＣＨ３）３、Ａｌ（ＣＨ３ＣＯＯ）３、およびそれらの任意の組み合わせが挙げられる。いくつかの実施形態では、目的の金属を含む１つ以上の有機前駆体を使用することができる。例えば、チタンイソプロポキシド、Ｔｉ［ＯＣＨ（ＣＨ３）２］４を、触媒ＴｉＯ２から前駆体として使用してもよい。いくつかの実施形態では、第１の塩１２は、ＮｉＣｌ２、Ｎｉ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＺｎＳＯ４、Ｚｎ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＫＣｌ、またはＫＡｕＣｌ４である。いくつかの実施形態では、第２の塩１４は、ＣｏＣｌ２、Ｃｏ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＣｕＣｌ２、Ｃｕ（ＮＯ３）２、ＰｄＣｌ６、Ｋ２ＰｄＣｌ６、Ｎａ２ＰｔＣｌ４、またはＫ２ＰｔＢｒ４である。
【0052】
いくつかの実施形態では、溶液２０に追加の試薬を加えることができる。追加の試薬の例としては、ドーパント、安定化試薬、および還元試薬が挙げられる。還元試薬の例としては、テトラブチルアンモニウム水素化ホウ素、テトラエチルアンモニウム水素化ホウ素、テトラメチルアンモニウム水素化ホウ素、水素化ホウ素ナトリウム、トリアセトキシ水素化ホウ素ナトリウム、シアノ水素化ホウ素ナトリウム、ジヒドリド（２－メトキシエトキシ）アルミン酸二水素ナトリウム、水素化ホウ素カリウム、水素化ホウ素トリエチルカリウム、水素化ホウ素アルミニウム、水素化ホウ素亜鉛、水素化ホウ素アンモニウム、水素化アルミニウムリチウム、およびヒドラジンなどが挙げられるが、これらに限定されない。ドーパントの例としては、二元ヘテロ原子、三元ヘテロ原子、アルカリ金属、遷移金属、炭素粉末、およびそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。安定化試薬の例としては、ＳｉＯ２粒子、洗浄剤、および有機配位子が挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、有機配位子は、触媒活性化合物種中の金属に結合していてもよい。
【0053】
犠牲ポリマー１６は、一般に、少なくとも部分的に分解可能であるものとなるように選択される。適切な分解処理の例としては、例えば、熱分解、熱酸化、酵素消化、熱機械分解、化学分解、光分解、およびそれらの任意の組み合わせが挙げられる。犠牲ポリマーの例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアセチレン、およびこれらの組み合わせを含むポリ炭化水素；ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、およびこれらの組み合わせを含むハロポリ炭化水素；ナイロン－６、ナイロン－６，６、ナイロン－６，１０、ナイロン－１１、ナイロン－１２、パラ系アラミド、カルバミド－メタナール、メラミン－メタナール、およびこれらの組み合わせを含むポリアミド；ポリ（アリーレンスルホン）、ポリ（ビスフェノールＡスルホン）、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリスルホン、およびこれらの組み合わせを含むポリスルホン；ポリエチレングリコール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ（エチレン）オキシド、ポリビニルブチラール、ポリカプロラクトン、およびこれらの組み合わせを含むポリエーテル；ポリエチレンテレフタレートを含むポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリ（グリコール酸）、ポリ－Ｌ－乳酸、ポリジオキサノンおよびこれらの組み合わせを含むポリエステル；ポリアニリンを含むポリアミン；フルオロポリアルコールを含むポリアルコール；ポリウレタン；ポリ（メチルメタクリレート）およびポリメチルメタクリレートを含むポリアクリレート；ポリカーボネート；ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリイソチアナプテン、ポリピロール、およびそれらの組み合わせを含むポリアロマチック；感光性ポリマー；ポリビニルピロリドン、ポリビニルアセテート、セルロースアセテート、およびポリアクリロニトリルを含むその他のポリマー；それらのコポリマー；それらのブロックポリマー；およびそれらの組み合わせが挙げられる。いくつかの実施形態において、犠牲ポリマー１６は、スチレンブタジエンのコポリマーである、またはそれを含む。いくつかの実施形態では、犠牲ポリマー１６は、ポリビニルピロリドンである、またはポリビニルピロリドンを含む。いくつかの実施形態では、犠牲ポリマー１６は、ナイロン－６、ナイロン－６，６、およびナイロン－６，１０のターポリマーである、またはそれを含む。ターポリマーは、例えば、４０ｗｔ％～５０ｗｔ％（例えば、４５ｗｔ％）のナイロン－６、１５ｗｔ％～２５ｗｔ％（例えば、２０ｗｔ％）のナイロン－６，６、および２０ｗｔ％～３０ｗｔ％（例えば、２５ｗｔ％）のナイロン－６，１０を含み得る。いくつかの実施形態では、犠牲ポリマー１６は、ポリビニルアルコールであるか、またはポリビニルアルコールを含む。いくつかの実施形態では、犠牲ポリマー１６は、ポリエチレングリコールである、またはポリエチレングリコールを含む。犠牲ポリマー１６は、直鎖状および分枝状を含む種々のトポロジーを有してもよい。いくつかの実施形態では、複数の犠牲ポリマーを使用してもよい。
【0054】
犠牲ポリマー１６の分子量は、電界紡糸（エレクトロスピニング）プロセス２に適合するように選択することができる。一般に、高分子量ポリマーは、低分子量ポリマーを含む溶液２０よりも高い粘度を有する溶液２０をもたらす可能性のある、増加した鎖の絡み合いと関連する。電界紡糸に課される溶液２０の粘度は、繊維形成に影響を及ぼす。例えば、低粘度の溶液は、不連続な繊維形成または電界噴射（エレクトロスプレーイング）をもたらすおそれがある。高すぎる粘度を有する溶液は、エレクトロスピニング機械の目詰まり、および／またはビーディングおよび不連続な繊維形成をもたらすおそれがある。選択するポリマー（化学構造および分子量）に応じて、エレクトロスピニングに適した溶液は、室温で測定して２０ｃＰ～１０００ｃＰの粘度を有するものとすることができる。粘度は、粘度計（例えば、ＡＭＥＴＥＫ Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ社から入手可能なＢｒｏｏｋｆｉｅｌｄ ＬＶ ＤＶ－Ｉ Ｐｒｉｍｅ Ｖｉｓｃｏｍｅｔｅｒ、マサチューセッツ州ミドルボロ）を用いて、設定温度、例えば２５℃で測定することができる。いくつかの実施形態において、溶液２０は、２０ｃＰ以上、５０ｃＰ以上、１００ｃＰ以上、２００ｃＰ以上、または５００ｃＰ以上の粘度を有する。溶液は、１０００ｃＰ以下、８００ｃＰ以下、または６００ｃＰ以下の粘度を有してもよい。
【0055】
さらに、犠牲ポリマー１６の分子量は繊維の平均直径に影響を与える可能性がある。一般に、高分子量ポリマーは、低分子量ポリマーで形成された繊維よりも大きな平均直径を有する繊維をもたらす。
【0056】
いくつかの実施形態では、犠牲ポリマー１６の質量平均分子量は、１５，０００ｇ／ｍｏｌ以上、２５，０００ｇ／ｍｏｌ以上、５０，０００ｇ／ｍｏｌ以上、１００，０００ｇ／ｍｏｌ以上、２５０，０００ｇ／ｍｏｌ以上、５００，０００ｇ／ｍｏｌ以上、７５０，０００ｇ／ｍｏｌ以上、１，０００，０００ｇ／ｍｏｌ以上、または１，５００，０００ｇ／ｍｏｌ以上である。いくつかの実施形態では、犠牲ポリマー１６の質量平均分子量は、２５，０００ｇ／ｍｏｌ以下、５０，０００ｇ／ｍｏｌ以下、１００，０００ｇ／ｍｏｌ以下、２５０，０００ｇ／ｍｏｌ以下、５００，０００ｇ／ｍｏｌ以下、１，０００，０００ｇ／ｍｏｌ以下、または１，５００，０００ｇ／ｍｏｌ以下である。いくつかの実施形態では、犠牲ポリマー１６の質量平均分子量は、１５，０００ｇ／ｍｏｌ～１，５００，０００ｇ／ｍｏｌ、１５，０００ｇ／ｍｏｌ～１，０００，０００ｇ／ｍｏｌ、１５，０００ｇ／ｍｏｌ～５００，０００ｇ／ｍｏｌ、１５，０００ｇ／ｍｏｌ～２５０，０００ｇ／ｍｏｌ、１５，０００ｇ／ｍｏｌ～１００，０００ｇ／ｍｏｌ、１５，０００ｇ／ｍｏｌ～５０，０００ｇ／ｍｏｌ、または１５，０００ｇ／ｍｏｌ～２５，０００ｇ／ｍｏｌである。いくつかの実施形態では、犠牲ポリマー１６の質量平均分子量は、２５，０００ｇ／ｍｏｌ～１，５００，０００ｇ／ｍｏｌ、２５，０００ｇ／ｍｏｌ～１，０００，０００ｇ／ｍｏｌ、２５，０００ｇ／ｍｏｌ～５００，０００ｇ／ｍｏｌ、２５，０００ｇ／ｍｏｌ～２５０，０００ｇ／ｍｏｌ、２５，０００ｇ／ｍｏｌ～１００，０００ｇ／ｍｏｌ、または２５，０００ｇ／ｍｏｌ～５０，０００ｇ／ｍｏｌである。いくつかの実施形態では、犠牲ポリマー１６の質量平均分子量は、５０，０００ｇ／ｍｏｌ～１，５００，０００ｇ／ｍｏｌ、５０，０００ｇ／ｍｏｌ～１，０００，０００ｇ／ｍｏｌ、５０，０００ｇ／ｍｏｌ～５００，０００ｇ／ｍｏｌ、５０，０００ｇ／ｍｏｌ～２５０，０００ｇ／ｍｏｌ、または５０，０００ｇ／ｍｏｌ～１００，０００ｇ／ｍｏｌである。いくつかの実施形態では、犠牲ポリマー１６の質量平均分子量は、１００，０００ｇ／ｍｏｌ～１，５００，０００ｇ／ｍｏｌ、１００，０００ｇ／ｍｏｌ～１，０００，０００ｇ／ｍｏｌ、１００，０００ｇ／ｍｏｌ～５００，０００ｇ／ｍｏｌ、または１００，０００ｇ／ｍｏｌ～２５０，０００ｇ／ｍｏｌである。いくつかの実施形態では、犠牲ポリマー１６の質量平均分子量は、２５０，０００ｇ／ｍｏｌ～１，５００，０００ｇ／ｍｏｌ、２５０，０００ｇ／ｍｏｌ～１，０００，０００ｇ／ｍｏｌ、または２５０，０００ｇ／ｍｏｌ～５００，０００ｇ／ｍｏｌである。いくつかの実施形態では、犠牲ポリマー１６の質量平均分子量は、５００，０００ｇ／ｍｏｌ～１，５００，０００ｇ／ｍｏｌ、または５００，０００ｇ／ｍｏｌ～１，０００，０００ｇ／ｍｏｌである。いくつかの実施形態において、犠牲ポリマー１６の質量平均分子量は、１，０００，０００ｇ／ｍｏｌ～１，５００，０００ｇ／ｍｏｌである。いくつかの実施形態において、複数の犠牲ポリマーが使用されてもよく、異なる犠牲ポリマーは、異なる質量平均分子量を有してもよい。
【0057】
犠牲ポリマー１６の分子量の分散度は、繊維３６の特性に影響を与える可能性がある。分子量の分散性は、分散度（ＤＭ）として定量化することができる。ＤＭはポリマーの個々の分子量の分布である。ＤＭは、質量平均分子量（Ｍｗ）を数平均分子量（Ｍｎ）で割った商として計算される。ＭｗとＭｎは、粘度測定、サイズ排除クロマトグラフィー、質量分析など様々な方法を用いて決定することができる。一般に、小さいＤＭが好ましい。ＤＭが大きいポリマーを電界紡糸（エレクトロスピニング）すると、繊維平均径や液滴形成が安定しないことがある。望ましい下限はないが、実際には、犠牲ポリマー１６のＤＭは、１．０以上、１．１以上、１．２以上、１．３以上、１．４以上、または１．８以上であってもよい。いくつかの実施形態では、犠牲ポリマー１６のＤＭは、２．０以下、１．８以下、１．４以下、１．３以下、１．２以下、または１．１以下であり得る。いくつかの実施形態では、犠牲ポリマー１６のＤＭは、１．０～２．０、１．０～１．８、１．０～１．４、１．０～１．３、１．０～１．２、または１．０～１．１である。いくつかの実施形態では、犠牲ポリマー１６のＤＭは、１．１～２．０、１．１～１．８、１．１～１．４、１．１～１．３、または１．１～１．２である。いくつかの実施形態では、犠牲ポリマー１６のＤＭは、１．２～２．０、１．２～１．８、１．２～１．４、または１．２～１．３である。いくつかの実施形態では、犠牲ポリマー１６のＤＭは、１．３～２．０、１．３～１．８、または１．３～１．４である。いくつかの実施形態では、犠牲ポリマー１６のＤＭは、１．４～２．０、または１．４～１．８である。いくつかの実施形態では、犠牲ポリマー１６のＤＭは、１．８～２．０である。いくつかの実施形態において、複数の犠牲ポリマーが使用されてもよく、異なる犠牲ポリマーは異なるＤＭ値を有してもよい。
【0058】
溶液２０中に存在する全塩の量に対する犠牲ポリマー１６の量は、電界紡糸繊維３６およびナノ粒子４２の特性に影響を及ぼす可能性がある。「全塩（total salts）」という用語は、溶液２０中に存在し得る少なくとも１つの塩および任意の追加の塩の量を含む。いくつかの実施形態では、犠牲ポリマー１６の重量％に対する全塩の重量％は、犠牲ポリマー１部に対して、全塩の１部以上、２部以上、３部以上、４部以上、５部以上、６部以上、７部以上、８部以上、または９部以上である。いくつかの実施形態では、犠牲ポリマー１６の重量％に対する全塩の重量％は、犠牲ポリマー１部に対して全塩の１０部以下、９部以下、８部以下、７部以下、６部以下、５部以下、４部以下、３部以下、または２部以下である。いくつかの実施形態では、犠牲ポリマー１６の重量％に対する全塩の重量％は、１：６～２：１、１：３～５：３、２：３～５：３、２：３～４：３、または１：３～４：３である。
【0059】
溶媒２６は一般に、少なくとも１つの塩１２および任意の追加塩がそれぞれのイオン種に解離し、犠牲ポリマー１６を溶解できるように選択される。さらに、溶媒２６は、一般に、電界紡糸（エレクトロスピニング）に適合するように選択される。このように、溶媒２６は、犠牲ポリマーを溶解することにより、溶液２０を電界紡糸するのに適した粘度になるように選択することができる。溶媒は、１つ以上のプロトン性溶媒、非プロトン性溶媒、疎水性溶媒、親水性溶媒、およびそれらの任意の組み合わせを含み得る。適切な溶媒の例としては、ジメチルホルムアミド、イソプロパノール、エタノール、エーテル、アセトン、四塩化炭素、アニソール、酢酸、ベンゼン、ジオキサン、石油エーテル、アセトニトリル、ヘキサン、ピリジン、酢酸エチル、シクロヘキサン、ジメチルスルホキシド、１，２－ジクロロエタン、クロロホルム、キシレン、メタノール、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、アセトン、Ｎ－メチル－２－ピロリドン、水、ベンジルアルコール、トルエン、およびそれらの任意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。溶媒は水性であってもよい。塩およびポリマーの溶解度を高めるために、溶媒のｐＨを調整してもよい。ｐＨは、有機酸もしくは塩基、または無機酸もしくは塩基を用いて調整することができる。いくつかの実施形態では、溶媒は、イソプロパノールおよびジメチルホルムアミドの混合物であるか、またはイソプロパノールおよびジメチルホルムアミドの混合物を含む。いくつかの実施形態において、溶媒は、エタノールである、またはエタノールを含む。いくつかの実施形態において、溶媒は、アセトンである、またはアセトンを含む。
【0060】
この溶液２０に電界紡糸（エレクトロスピニング）を課し（図１の矢印２）、犠牲不織材料３０を作製する。電界紡糸は、微細繊維製造に使用される電気流体力学的プロセスである。一般に、電界紡糸は、溶液を帯電させてジェットを形成し、次いでジェットを延伸して繊維を形成するプロセスである。パラメータによって、電界紡糸のプロセスは、１本の長い繊維を形成することもあれば、多数の短い繊維を形成することもある。エレクトロスピニング法の溶液パラメータおよび処理パラメータは、繊維の適切な平均直径と組成になるように調整することができる。溶液パラメータには、溶液の粘度、ポリマー濃度、犠牲ポリマーの分子量が含まれる。加工パラメータには、導電率、表面張力、電圧、先端からコレクターまでの距離、供給速度、コレクターの種類、コレクターの動き、湿度、圧力、温度が含まれる。処理パラメータは、繊維形成ポリマーおよび溶液２０中の溶媒または溶媒に依存する。印加電圧は、繊維の特性に影響を与える可能性がある。エレクトロスピニングの条件には、通常４ｋＶ～３０ｋＶの電圧が含まれる。ターゲットからコレクターまでの距離は、繊維特性に影響を与える可能性がある。エレクトロスピニング条件は、典型的には、２ｃｍ～３９ｃｍのターゲットからコレクターまでの距離を有する。いくつかの実施形態では、犠牲不織材料は、回転シリンダーコレクター上に堆積される。いくつかの実施形態では、犠牲不織材料は、固定コレクター上に堆積される。いくつかの実施形態では、溶液２０は、従来のエレクトロスピニング、同軸エレクトロスピニング、エマルジョンエレクトロスピニング、またはモルトエレクトロスピニングを課すことができる。
【0061】
溶液２０中の全固形分の重量％は、犠牲不織材料３０の特性に影響を与える可能性がある。全固形分には、第１の塩、随意的な追加の塩、任意の追加成分、および犠牲ポリマーが含まれる。いくつかの実施形態では、溶液２０中の全固形分の重量％は、５％以上、１０％以上、１５％以上、２０％以上、３０％以上、または４０％以上である。いくつかの実施形態では、溶液中の全固形分の重量％は、５０％以下、４０％以下、３０％以下、２０％以下、１５％以下、１０％以下、または５％以下である。いくつかの実施形態では、全固形分の重量％は、５％～５０％、５％～４０％、５％～３０％、５％～２０％、５％～１５％、５％～１０％、１０％～５０％、１０％～４０％、１０％～３０％、１０％～２０％、１０％～１５％、１５％～５０％、１５％～４０％、１５％～３０％、１５％～２０％、２０％～５０％、２０％～４０％、２０％～３０％、３０％～５０％、３０％～４０％、４０％～５０％、１０％～２０％、２０％～３０％である。いくつかの実施形態では、犠牲ポリマーがナイロンである場合、固形分の全重量％は１０％～２５％である。いくつかの実施形態では、犠牲ポリマーが酢酸セルロースである場合、溶液中の全固形分の重量％は少なくとも２０％～３０％である。
【0062】
犠牲不織材料３０は、繊維３６を含む。繊維３６は、単一の繊維であってもよいし、複数の繊維であってもよい。犠牲ポリマー１６は、繊維３６の繊維形成成分である。したがって、繊維３６は、犠牲ポリマー１６、および第１のイオン種２２および第２のイオン種２４を含む。第１のイオン種２２および第２のイオン種２４は、ポリマー１６に付着し、繊維３６にわたって付着する。付着力の例には、金属－リガンド相互作用、静電引力、π-πスタッキング、およびそれらの組み合わせが含まれる。いくつかの実施形態では、第１のイオン種２２および第２のイオン種２４は、繊維３６にわたって均一に分散している。各繊維３６は平均直径を有する。平均直径は、走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡を含む様々な技術を用いて測定することができる。場合によっては、繊維をナノファイバーとして特徴付けることができる。しかしながら、本開示の繊維は、必ずしもサブミクロン直径の繊維に限定されない。いくつかの実施形態では、繊維３６は、５μｍ以下、４μｍ以下、３μｍ以下、２μｍ以下、１．５μｍ以下、１．２μｍ以下、１．０μｍ以下、０．８μｍ以下、０．６μｍ以下、０．４μｍ以下、または０．２μｍ以下の平均直径を有する。いくつかの実施形態では、繊維３６は、０．１μｍ以上、０．２μｍ以上、０．４μｍ以上、０．５μｍ以上、０．６μｍ以上、０．８μｍ以上、１．０μｍ以上、または１．２μｍ以上の平均直径を有する。いくつかの実施形態では、繊維３６は、０．１μｍ～５μ、０．１μｍ～４μｍ、０．１μｍ～３μｍ、０．１μｍ～２μｍ、０．５μｍ～５μｍ、０．５μｍ～４μｍ、０．５μｍ～３μｍ、０．５μｍ～２μｍ、０．８μｍ～５μｍ、０．８μｍ～４μｍ、０．８μｍ～３μ、０．８μｍ～２μｍ、１μｍ～５μｍ、１μｍ～４μｍ、１μｍ～３μｍ、０．１μｍ～１．５μｍ、０．２μｍ～１．５μｍ、０．４μｍ～１．５μｍ、０．６μｍ～１．５μｍ、０．８μｍ～１．５μｍ、１．０μｍ～１．５μｍ、または１．２μｍ～１．５μｍの平均直径を有する。いくつかの実施形態では、繊維３６は、０．１μｍ～１．２μｍ、０．２μｍ～１．２μｍ、０．４μｍ～１．２μｍ、０．６μｍ～１．２μｍ、０．８μｍ～１．２μｍ、または１．０μｍ～１．２μｍの平均直径を有する。いくつかの実施形態では、繊維３６は、０．１μｍ～１．０μｍ、０．２μｍ～１．０μｍ、０．４μｍ～１．０μｍ、０．６μｍ～１．０μｍ、または０．８μｍ～１．０μｍの平均直径を有する。いくつかの実施形態では、繊維３６は０．１μｍ～０．８μｍ、０．２μｍ～０．８μｍ、０．４μｍ～０．８μｍ、または０．６μｍ～０．８μｍの平均直径を有する。
【0063】
いくつかの実施形態では、繊維３６の平均直径が小さいほど、分解処理３の後に形成されるナノ粒子４２のサイズが小さくなる。一般に、平均直径がより小さい繊維は、より小さいナノ粒子４２の形成に関連する。一部の実施形態では、繊維の平均直径が小さいほど、分解処理３に必要なエネルギー（例えば、熱エネルギー）が少なくて済む。
【0064】
犠牲不織材料３０は分解処理（矢印３）を受け、ブレンド４０が得られる。ブレンド４０は複数のナノ粒子４２を含む。ブレンド４０は、分解された又は部分的に分解された繊維４６を含んでもよい。分解処理３は、少なくとも第１のイオン種２２と第２のイオン種２４との間の化学反応を促進し、少なくとも１つの化合物種をもたらす可能性がある。いくつかの実施形態では、追加の種が反応生成物の一部であってもよい。追加の反応種の例には、酸素、硫黄、リン、窒素、およびそれらの組み合わせが含まれる。ナノ粒子４２は、結晶構造で集合した複数の化合物種から形成される。いくつかの実施形態では、化合物種は電気活性である。適切な電気活性化合物種の例としては、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ（ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ）Ｏ２、およびＬｉ（ＮｉｘＡｌｙＣｏｚ）Ｏ２が挙げられ、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。いくつかの実施形態では、化合物種は触媒活性である。好適な触媒活性化合物の例としては、ＰｂＳｅ、ＡｕＰｔ、ＡｕＰｄ、ＰｔＰｄ、ＰｔＲｕ、ＰｔＡｇ、ＰｔＣｕ、ＦｅＲｕ、ＦｅＣｕ、ＦｅＲｈ、ＣｕＣｅ、ＡｕＣｕ、ＰｔＩｒ、ＮｉＣｕ、ＮｉＳｎ、ＮｉＡｌ、ＰｔＡｌ２、ＰｔＭｇ、ＰｔＳｎ、ＰｔＣｏ、ＰｄＣｏ、ＰｄＴｉ、ＰｔＲｈ、ＮｉＡｕ、ＲｈＡｇ、ＰｄＣｕＣｅ、およびそれらの酸化物、硫化物、リン化物が挙げられる。
【0065】
いくつかの実施形態では、ナノ粒子４２は狭い粒度分布を有する。いくつかの実施形態では、ナノ粒子４２は、０．００５μｍ～０．５μｍ、０．００５μｍ～０．４μｍ、０．００５μｍ～０．３μｍ、０．００５μｍ～０．２μｍ、０．００５μｍ～０．１μｍ、０．００５μｍ～０．０５μｍ、０．００５μｍ～０．０５μｍ、０．００５μｍ～０．０４μｍ、０．００５μｍ～０．０３μｍ、０．００５μｍ～０．０２μｍ、または０．００５μｍ～０．０１μｍの粒径範囲を有する。いくつかの実施形態では、ナノ粒子４２は、０．０１μｍ～０．５μｍ、０．０１μｍ～０．４μｍ、０．０１μｍ～０．３μｍ、０．０１μｍ～０．２μｍ、０．０１μｍ～０．１μｍ、０．０１μｍ～０．０５μｍ、０．０１μｍ～０．０４μｍ、０．０１μｍ～０．０３μｍ、または０．０１μｍ～０．０２μｍの粒径範囲を有する。いくつかの実施形態では、ナノ粒子４２は、０．０２μｍ～０．５μｍ、０．０２μｍ～０．４μｍ、０．０２μｍ～０．３μｍ、０．０２μｍ～０．２μｍ、０．０２μｍ～０．１μｍ、０．０２μｍ～０．０５μｍ、０．０２μｍ～０．０４μｍ、または０．０２μｍ～０．０３μｍの粒径範囲を有する。いくつかの実施形態では、ナノ粒子４２は、０．０３μｍ～０．５μｍ、０．０３μｍ～０．４μｍ、０．０３μｍ～０．３μｍ、０．０３μｍ～０．２μｍ、０．０３μｍ～０．１μｍ、０．０３μｍ～０．０５μｍ、または０．０３μｍ～０．０４μｍの粒径範囲を有する。いくつかの実施形態では、ナノ粒子４２は、０．０４μｍ～０．５μｍ、０．０４μｍ～０．４μｍ、０．０４μｍ～０．３μｍ、０．０４μｍ～０．２μｍ、０．０４μｍ～０．１μｍ、または０．０４μｍ～０．０５μｍの粒径範囲を有する。いくつかの実施形態では、ナノ粒子４２は、０．０５μｍ～０．５μｍ、０．０５μｍ～０．４μｍ、０．０５μｍ～０．３μｍ、０．０５μｍ～０．２μｍ、または０．０５μｍ～０．１μｍの粒径範囲を有する。いくつかの実施形態において、ナノ粒子４２は、０．１μｍ～０．５μｍ、０．１μｍ～０．４μｍ、０．１μｍ～０．３μｍ、または０．１μｍ～０．２μｍの粒径範囲を有する。いくつかの実施形態では、ナノ粒子４２は、０．２μｍ～０．５μｍ、０．２μｍ～０．４μｍ、または０．２μｍ～０．３μｍの粒径範囲を有する。いくつかの実施形態では、ナノ粒子４２は、０．３μｍ～０．５μｍまたは０．３μｍ～０．４μｍの粒径範囲を有する。いくつかの実施形態では、ナノ粒子４２は０．４μｍ～０．５μｍの粒径範囲を有する。
【0066】
分解処理３は、一般に、犠牲不織材料３０の少なくとも一部を分解するように選択される。犠牲不織材料３０は、繊維３６を含む。繊維は、第１イオン種２２および第２イオン種２４を含む。分解処理により、犠牲不織材料３０とブレンド４０との間に質量差が生じる。ブレンド４０は、複数のナノ粒子を含む。ブレンド４０は、分解された又は部分的に分解された繊維３６を含んでもよい。分解の程度は、犠牲不織材料３０とブレンド４０との間の質量の差として特徴付けることができる。犠牲ポリマーの分解は、質量変化に寄与し得る。第１の塩および第２の塩の分解が質量変化に寄与する場合がある。分解の程度は、溶液２０に添加された犠牲ポリマーおよび塩の初期総質量とブレンド４０の質量との商として測定することができる。いくつかの実施形態では、分解処理３は、犠牲不織材料３０の２５％以上、５０％以上、または７５％以上を分解する。いくつかの実施形態では、分解処理３は、不織材料３０の９９％以下、９５％以下、９０％以下、７５％以下、５０％以下、または２５％以下を分解する。いくつかの実施形態では、分解処理３は、犠牲不織材料３０の２５％～９９％、２５％～９５％、２５％～９０％、２５％～７５％、２５％～５０％、または２５％～５０％を分解し得る。いくつかの実施形態では、分解処理３は、犠牲不織材料３０の５０％～９９％、５０％～９５％、５０％～９０％、または５０％を分解し得る。いくつかの実施形態では、分解処理３は、犠牲不織材料３０の７５％～９９％、７５％～９５％、または７５％～９０％を分解してもよい。いくつかの実施形態では、分解処理３は、犠牲不織材料３０の９０％～９９％、または９０％～９５％を分解してもよい。いくつかの実施形態では、分解処理３は、犠牲不織材料３０の９５％～９９％を分解してもよい。
【0067】
分解処理３は、一般に、犠牲ポリマー１６の少なくとも一部を分解することによって繊維３６の少なくとも一部を分解し、分解繊維４６をもたらすように選択される。適切な分解処理の例としては、熱分解、熱酸化、酵素消化、熱機械分解、化学分解、光分解、およびそれらの任意の組み合わせが挙げられる。いくつかの実施形態では、ブレンド４０は分解後処理に供される。分解後処理の一例は、ブレンド４０をふるい分けして、分解された繊維３６からナノ粒子の少なくとも一部を分離することである。いくつかの実施形態では、特定のサイズ範囲のナノ粒子を、フィルタリングを介してブレンド４０から分離することができる。
【0068】
いくつかの実施形態では、分解処理３は、熱分解の形態での熱分解を含む。熱分解は、不活性雰囲気（例えば、酸素がほとんどない）中における高温での材料の熱分解である。いくつかの実施形態では、繊維３６の燃焼を促進するために、熱分解中に酸素などのガスを添加してもよい。いくつかの実施形態では、分解処理３は、４００℃以上、５００℃以上、少なくとも６００℃以上、少なくとも７００℃以上、または８００℃以上の温度での熱分解を含む。いくつかの実施形態では、分解処理３は、５００℃以下、６００℃以下、７００℃以下、８００℃以下、９００℃以下、１０００℃以下、または１１００℃以下の温度での熱分解を含む。いくつかの実施形態では、分解処理３は、４００℃～１１００℃、４００℃～１０００℃、４００℃～９００℃、４００℃～８００℃、４００℃～７００℃、４００℃～６００℃、４００℃～７００℃、５００℃～１１００℃、５００℃～１０００℃、５００℃～９００℃、５００℃～８００℃、５００℃～７００℃、または５００℃～６００℃など、犠牲ポリマーを所望の程度まで分解するのに有効な温度での熱分解を含む。いくつかの実施形態では、熱分解の温度は、熱分解プロセス全体を通して変更することができる。
【0069】
一部の実施形態では、熱分解処理により、個々のナノ粒子の周囲に炭素質層の形で人工的な固体電解質界面が形成される。透過型電子顕微鏡を使用して、炭素質層の厚さを測定することができる。いくつかの実施形態では、炭素質層の厚さは、１０ｎｍ以下、５ｎｍ以下、２ｎｍ以下、または１ｎｍ以下である。いくつかの実施形態では、炭素質層の厚さは、１ｎｍ以上、２ｎｍ以上、または５ｎｍ以上である。いくつかの実施形態では、炭素質層の厚さは、１ｎｍ～１０ｎｍ、１ｎｍ～５ｎｍ、または１ｎｍ～２ｎｍである。いくつかの実施形態では、炭素質層は、２ｎｍ～１０ｎｍ、または２ｎｍ～５ｎｍの厚さである。いくつかの実施形態において、炭素質層は５ｎｍ～１０ｎｍの厚さである。炭素質層は、電気活性ナノ粒子の結晶格子内外へのリチウムイオンの拡散を妨げないことがある。いくつかの実施形態では、人工固体電解質界面は、容量減退を減少させることによって電池寿命を改善することができる。
【0070】
一部の実施形態では、熱分解は繊維３６の炭化を含み、元素炭素である分解繊維４６をもたらす。いくつかの実施形態では、繊維３６は部分的に熱分解され、炭素、犠牲ポリマー１６、および熱分解プロセス中に犠牲ポリマー１６中の様々な結合を切断することによって形成された低分子量ポリマーを含む分解繊維４６を生じる。不完全な熱分解は、残ったポリマーと低分子量ポリマーが電極集合体の受動層として機能する可能性があるため、有益な場合がある。繊維３６の不完全な熱分解は、残りのポリマーおよび低分子量ポリマーが触媒集合体の支持体として機能する可能性があるため、有益な場合がある。
【0071】
理論に束縛されることを望むものではないが、本開示の方法により製造された繊維のナノスケール異方性により、５５０℃という低い熱分解温度でイオン種を電気活性ナノ粒子に変換し、結晶性の高いナノ粒子を製造することができると考えられる（例えば、図７参照）。対照的に、電気活性物質を製造するための他の多くのプロトコルでは、７００℃より高い温度を必要とする。他のプロトコルと比較して熱分解温度が低下することで、エネルギーおよび経済的な節約につながる可能性がある。一実施形態によれば、本開示の電気活性ナノ粒子は高度に安定である。例えば、いくつかの実施形態において、本開示のカソード電気活性ナノ粒子は、１００サイクル以上の充放電後に安定である。ナノ粒子を作製するための本開示の方法はまた、ナノ粒子に人工固体電解質界面を適用するために使用される工程数の減少を可能にし得る。例えば、多くのプロトコルは、原子層堆積法、分子層堆積法、化学気相成長法、またはゾル－ゲル法を用いて、独立した後処理段階として人工固体電解質界面を適用する。対照的に、本開示のいくつかの実施形態では、熱分解処理によって、ナノ粒子上の炭素薄層から人工固体電解質界面をその場で形成することができる。
【0072】
本開示のプロセスは、組成物を調製するために使用され得る。一実施形態によれば、組成物は、電界紡糸した不織層を含む。前記電界紡糸した不織層は、基材、および電界紡糸によって基材上に堆積された繊維を含み得る。繊維は、ポリマー、および、ポリマー上に分散し前記繊維全体に分布する複数のナノ粒子から構成されてもよい。前記複数のナノ粒子は、０．０１μｍ～０．５μｍの粒径範囲を有する。各ナノ粒子は、複数の少なくとも１つの化合物種を含んでもよい。いくつかの実施形態では、組成物は電極集合体を製造するために使用する。
【0073】
一実施形態によれば、組成物は、基材、および、電界紡糸によって基材上に堆積された２つの繊維層を含む。繊維層は、ポリマーからなる繊維および、ポリマー上に分散し前記繊維全体に分布する複数のナノ粒子を含み得る。各繊維層は異なる密実度を有することができ、一方の層は他方の層よりも少なくとも１．１倍高い密実度を有する。いくつかの実施形態では、より高い密実度を有する層が基材に隣接して最初に堆積し、より低い密実度を有する層が最初の層上に後に堆積する。複数のナノ粒子は、０．０１μｍ～０．５μｍの粒径範囲を有することができる。各ナノ粒子は、複数の少なくとも１種の化合物を含んでもよい。いくつかの実施形態では、組成物は電極集合体を作製するために使用する。
【0074】
一実施形態によれば、組成物は、基材および、電界紡糸（エレクトロスピニング）によって前記基材上に堆積された繊維層を含む電界紡糸不織層を含む。前記繊維層は前記繊維を含んでもよく、各繊維は０．１μｍ～５μｍの繊維径を有する。前記繊維は、ポリマーおよび、前記ポリマー上に分散し、前記繊維全体に分布する複数のナノ粒子を含むことができる。前記複数のナノ粒子は、０．０１μｍ～０．５μｍの粒径範囲を有することができる。各ナノ粒子は、複数の少なくとも１つの化合物を含んでもよい。いくつかの実施形態では、組成物は電極集合体を作製するために使用する。
【0075】
図２は、電極集合体６０の製造に使用されるプロセスの概略図である。いくつかの実施形態では、電極集合体６０はカソード集合体である。いくつかの実施形態では、電極集合体６０はアノード集合体である。溶液５０は、不織層６２を製造する基材６４上に紡糸（例えば、電界紡糸）４する。溶液５０は、電気活性を有する化合物種を含むナノ粒子４２、導電性材料５４、およびバインダーポリマー５６を含み、これらは全て溶媒５２に溶解している。電気活性化合物は、任意の電気活性化合物種または電気活性化合物種の組み合わせを含むことができる。カソード電気活性化合物種の例としては、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ（ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ）Ｏ２、およびＬｉ（ＮｉｘＡｌｙＣｏｚ）Ｏ２が挙げられ、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。アノード活性電気活性化合物種の例としては、Ｃｏ３Ｏ４、Ｃｕ２Ｏ、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２（チタン酸リチウム）、ＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、Ａｌ３Ｎｉ、ＣｕＣｏ２Ｏ４、ＰｄＮｉＢｉ、ＴｉＯ、Ｓｎ４Ｐ３、ＮｉＯおよびそれ故の炭化物、並びにそれらの組み合わせが挙げられる。アノード電気活性種のさらなる例としては、ＬｉＡｌ合金、ＬｉＳｉ合金、ＬｉＢｉ合金、ＬｉＣｄ合金、ＡｌＭｇ合金、ＬｉＭｇ合金、ＬｉＳｎ合金、ＬｉＳｂ合金、ＦｅＳｎ合金、ＳｎＳｂ合金、ＳｎＣｕ合金、ＬｉＧｅ合金、ＬｉＰｂ合金、それらの酸化物、それらの硫化物、それらのリン化物、それらの炭化物、それらの窒化物、およびそれらの組み合わせが挙げられる。アノード活性電気活性種のさらなる例としては、Ｌｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｎ、およびそれらの組み合わせを含む金属元素または半金属元素の窒化物、酸化物、炭化物が挙げられる。いくつかの実施形態では、ナノ粒子４２は、図１を参照して説明したプロセスを使用して調製した可能性がある。
【0076】
溶液５０にエレクトロスピニング４を課して、不織層６２を作製する。不織層６２は繊維６６を含む。バインダーポリマー５６は、繊維６６の繊維形成成分である。したがって、繊維６６はバインダーポリマー５６を含む。導電性材料５４およびナノ粒子４２は、バインダーポリマー５６に結合し、繊維６６に沿って分布する。いくつかの実施形態では、導電性材料５４およびナノ粒子４２は、繊維６６に沿って均一に分布している。いくつかの実施形態では、繊維６６は単繊維である。いくつかの実施形態では、繊維６６は複数の繊維である。図１に記載したプロセスを参照して議論された任意のエレクトロスピニング法を使用し得る。
【0077】
いくつかの実施形態では、ナノ粒子４２は狭い粒度分布を有する。ナノ粒子は、本明細書の他の箇所に開示した任意の粒径範囲を有してよい。溶媒５２は、ナノ粒子４２および導電性材料５４の分散、好ましくは均一な分散、およびバインダーポリマー５６の溶解を可能にするように選択することができる。溶媒５２は、ナノ粒子４２の成分イオンへの溶解を最小限にするように選択することができる。溶媒５２は、好ましくは、エレクトロスピニングプロセスに適合するように選択される。適切な溶媒には、プロトン性溶媒、非プロトン性溶媒、疎水性溶媒、親水性溶媒、およびそれらの任意の組み合わせが含まれる。適切な溶媒の例には、ジメチルホルムアミド、イソプロパノール、エタノール、エーテル、アセトン、四塩化炭素、アニソール、酢酸、ベンゼン、ジオキサン、石油、エーテル、アセトニトリル、ヘキサン、ピリジン、酢酸エチル、シクロヘキサン、ジメチルスルホキシド、１，２－ジクロロエタン、クロロホルム、キシレン、メタノール、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、アセトン、Ｎ－メチル－２－ピロリドン、水、ベンジルアルコール、トルエン、およびこれらの任意の組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。溶媒は水性であってもよい。ナノ粒子の溶解度を低下させるために、溶媒のｐＨを調整してもよい。バインダーポリマーの溶解性を高めるために、ｐＨを調整してもよい。ｐＨは、有機酸もしくは塩基、または無機酸もしくは塩基を用いて調整することができる。
【0078】
バインダーポリマー５６は一般に、ナノ粒子４２および導電性材料５４を結合するように選択される。バインダーポリマー自体が導電性であってもよい。バインダーポリマーの例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアセチレンなどを含むポリ炭化水素；ポリ塩化（ビニル）、ポリフッ化ビニリデン、ポリ（テトラフルオロエチレン）などを含むハロポリ炭化水素；ナイロン－６、ナイロン－６，６、ナイロン－６，１０、ナイロン－１１、ナイロン－１２、パラ－アラミド、カルバミド－メタナール、メラミン－メタナールなどのポリアミド；ポリ（アリーレンスルホン）、ポリ（ビスフェノールＡスルホン）、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリスルホンなどのポリスルホン；ポリエチレングリコール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ（エチレン）オキシド、ポリエーテルスルホンなどのポリエーテル類；ポリエチレンテレフタレート、ポリ（グリコール酸）、ポリ－Ｌ－乳酸、ポリジオキサノンなどのポリエステル類；ポリアニリンなどのポリアミン類；フッ素ポリアルコールなどのポリアルコール類；ポリウレタン類；ポリカーボネート類；ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリイソチアナプテン、ポリピロール、ポリ（３－ヘキシルチオフェン）などのポリアロマチック類；ポリイミド；感光性ポリマー；ポリアクリレート、ポリビニルピロリドンを含む他のポリマー；およびブロックポリマー、例えばスチレンブタジエンなどのコポリマー；それらのコポリマー；それらのブロックポリマー；およびそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、バインダーポリマー５６は、スチレンブタジエンコポリマーである。いくつかの実施形態において、バインダーポリマー５６は、ポリフッ化ビニリデンである。
【0079】
電極集合体６０では、基材６４を集電体に選択することができる。電極集合体は、当該技術分野で知られている集電体の材料および種類に適合することができる。例えば、基材６４は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｔ、ステンレス鋼、炭素、またはそれらの任意の組み合わせなど、電流を収集することができる１つまたは複数の材料を含むことができる。集電体材料は、フォイル、メッシュ、発泡体、織成層、または不織層の形態であってもよい。いくつかの実施形態では、前記基材は、Ｃｕフォイル、Ａｌフォイル、Ｐｔフォイル、またはＮｉフォイルを含む。集電体材料は、追加の基材の表面を被覆してもよい。集電体は、人工的な二重固体－電解質界面であってもよい。いくつかの実施形態では、不織層６２を基材６４に接着させるために、公知の機械的および／または化学的処理などのエレクトロスピニング後の処理を使用してもよい。
【0080】
導電性材料５４は、電極集合体６０の電子伝導性およびイオン伝導性を高めるように選択することができる。当該技術分野で知られている任意の適切な導電性材料を使用することができる。適切な導電性材料の例としては、炭素粉末、炭素繊維、グラファイト、カーボンナノチューブ、グラフェン、グラファイン、ブロンズ、銅、タングステン、炭素鋼、銀、金、アルミニウム、亜鉛、ＩＮＣＯＮＥＬ（American Special Metals、Corpから入手可能、フロリダ州マイアミ）、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（Hastelloy International Corporationから入手可能、インディアナ州ティプトン）、ＫＯＶＡＲ（CRS Holdings Inc.から入手可能、オクラホマ州オクラホマシティ）、およびこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
【0081】
理論に束縛されることを望むものではないが、本開示の方法によって作製された電極集合体は、従来のスラリーキャスト電極と比較して、電気化学的酸化および還元反応速度論の向上を可能にする、大きな電極／電解質界面領域を有する不織層６２をもたらすと考えられる。さらに、不織層６２を製造するために電界紡糸（エレクトロスピニング）を使用することにより、電極への電解液の良好な浸透を可能にする繊維間空隙容積の調整が可能になる可能性がある。さらに、サブマイクロメートル繊維６６は、凝集を最小限に抑えたナノ粒子４２の分散を可能にする可能性がある。また、サブマイクロメートル繊維６６は、短いリチウムイオン輸送経路を可能にし得る高いナノ粒子含有量を有し得る。さらに、本開示の方法は、幅広いナノ粒子種およびポリマーの組み合わせの選択に広く適応可能であり得る。
【0082】
電極集合体は電池に使用することができる。バッテリーの種類には、アルカリ、アルミニウム－空気、原子、ブンゼン、木立、水銀、溶融塩、オキシ水酸化ニッケル、有機ラジカル、酸化銀、酸化亜鉛、亜鉛－炭素、亜鉛－塩化物、アルミニウム－イオン、カルシウム、バナジウム酸化還元、亜鉛－臭素、亜鉛－セリウム、鉛－酸、リチウムイオン、リチウム金属、マグネシウムイオン、金属－空気、ニッケル－カドミウム、ニッケル水素、ニッケル鉄、ニッケル水素、ポリマーベース、多硫化物－臭化物、カリウムイオン、亜鉛イオンが含まれるが、これらに限定されるものではない。いくつかの実施形態において、カソード集合体は、リチウムイオン電池に使用される。リチウムイオン電池には、リチウム－コバルト酸化物、リチウム－シリコン、リチウム－マンガン酸化物、リチウム－ポリマー、リチウム－ニッケル－マンガン－コバルト酸化物、リチウム－ニッケル－コバルト－アルミニウム酸化物、リチウム－硫黄、リチウム－チタネート、およびリチウム－セラミック電池が含まれるが、これらに限定されない。
【0083】
いくつかの実施形態では、電池はリチウムイオン電池である。リチウムイオン電池のカソード集合体において使用され得るカソード電気活性化合物種の例は、本明細書の他の箇所で議論される。リチウムイオン電池アノード集合体において使用され得るアノード電気活性化合物種の例は、本明細書の他の箇所で議論される。いくつかの実施形態では、カソード集合体および／またはアノード集合体の少なくとも一部は、図２を参照するプロセスで説明するようにして得られる。
【0084】
図４Ａは、一般的なリチウムイオン電池１００を示している。電池１００は、カソード１２０、アノード１２２、電解質１０４、およびセパレータ１０６を有する。電解質１０４は、例えばポリマー電解質、液体電解質など、任意の適切なものを使用することができる。電解質の例としては、ＬｉＰＦ６（六フッ化リン酸リチウム）、ＬｉＢＦ４（四フッ化ホウ酸リチウム）、ＬｉＣｌＯ４（過塩素酸リチウム）、およびそれらの任意の組み合わせの溶液が挙げられる。電解質溶液は、１つ以上の有機溶媒中で調製することができる。有機溶媒の例には、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、プロピレンカーボネートを含むカーボネート有機溶媒；およびアセトニトリルを含む他の有機溶媒；およびそれらの任意の組み合わせが含まれる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン（ＣＥＬＧＡＲＤ）のような高分子多孔質膜；チタニア（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、シリカ（ＳｉＯ２）の薄い酸化物コーティングを有する改質高分子膜；およびポリウレタン、ポリアクリレート、ポリエチレングリコールのような高分子ネットワーク内に共有結合されたＳｉＯ２ナノ粒子を含むもののようなハイブリッド有機-有機集合体を含む、任意の適切なセパレータ１０６を使用することができる。いくつかの実施形態では、複数のセパレータを使用することができる。
【0085】
いくつかの実施形態では、カソード１２０および／またはアノード１２２は、電極集合体６０を含む。電極集合体６０は、基材６４の上に堆積される不織層６２を含む（図４Ｂ）。いくつかの実施形態では、電極集合体６０はカソード１２０に含まれる。いくつかの実施形態では、電極集合体６０はアノード１２２に含まれる。いくつかの実施形態では、電極集合体６０は、カソード１２０およびアノード１２２に含まれる。
【0086】
図３は、触媒集合体６００の製造に使用するプロセスの概略図である。溶液５００は、不織層６２０を生成する基材６４０上に紡糸（例えば、電界紡糸；矢印５）される。溶液５００は、溶媒５２０に溶解したナノ粒子４２およびバインダーポリマー５６０を含む。ナノ粒子４２は、任意の触媒活性化合物種を含むことができる。触媒活性化合物種の例は、本明細書の他の箇所で説明する。例示的な実施形態において、ナノ粒子４２は、図１に関して説明したプロセスを使用して調製されたものであってもよい。
【0087】
いくつかの実施形態では、ナノ粒子４２は狭い粒度分布を有する。ナノ粒子４２は、本明細書の他の箇所に開示するように、任意の粒径範囲を有してよい。
【0088】
バインダーポリマー５６０は、一般に、ナノ粒子４２を結合するように選択される。バインダーポリマー５６０は、バインダーポリマー５６を参照して説明した任意のバインダーポリマーであってよい。
【0089】
溶媒５２０は、バインダーポリマー５６０を溶解すると同時に、ナノ粒子４２の分散、好ましくは均一な分散を可能にするように選択され得る。溶媒５２０は、成分イオンへのナノ粒子４２の溶解を低減または最小化するように選択することができる。溶媒５２０は、溶媒５２を参照して説明した任意の溶媒であってよい。
【0090】
溶液５００に電界紡糸（エレクトロスピニング）５を課して、不織層６２０を作製する。不織層６２０は繊維４２を含む。バインダーポリマー５６０は、繊維６６０の繊維形成成分である。したがって、繊維６６０はバインダーポリマー５６０を含む。ナノ粒子４２は、バインダーポリマー５６０に結合し、繊維６６０に沿って分布する。いくつかの実施形態では、ナノ粒子４２は繊維６６０に沿って均一に分布している。いくつかの実施形態では、繊維６６０は単一繊維である。いくつかの実施形態では、繊維６６０は複数の繊維である。図１に記載されたプロセスを参照して議論された任意のエレクトロスピニング法を使用することができる。
【0091】
理論に束縛されることを望むものではないが、本開示の方法を介して作製した触媒集合体は、凝集を最小限に抑えてナノ粒子４２の分散を可能にするサブマイクロメートルファイバーを可能にすると考えられる。ナノ粒子の凝集が最小限に抑えられることにより、ナノ粒子の表面積が増大し、触媒活性化合物種が反応を触媒する能力が向上する可能性がある。さらに、触媒の表面積の増大は、所望の反応を行うために必要な触媒の量が少なくて済むため、経済的および環境に優しい可能性がある。さらに、いくつかの実施形態では、繊維６６０は、より大きな触媒ターンオーバーおよび安定性を可能にし得る触媒の支持体を提供し得る。
【0092】
触媒集合体６００では、基材６４０は一般に不織層６２０を支持するように選択される。基材６４０は、不織層６２０に物理的支持を与えることができる。物理的支持を提供する基材としては、金属、紙、プラスチックなどが挙げられるが、これらに限定されない。基材は、ナノ粒子中の化合物の触媒活性を変化させないように選択することができる。触媒の反応性に影響を与えない前記基材の例としては、二酸化ケイ素、二酸化アルミニウム、セラミック含有材料などが挙げられる。基材は、ナノ粒子中の化合物の触媒活性を促進するように選択することができる。ナノ粒子中の化合物の触媒活性を促進し得る基材の例としては、カーボンナノチューブおよび他の炭素構造体が挙げられるが、これらに限定されない。基材６４０は、単層であってもよいし、多層であってもよい。多層基材の各層は、異なる材料で作られてもよい。例えば、２層基材の場合、不織層６２０と接触している層は二酸化ケイ素を含み、不織層と接触していない層は金属であってもよい。いくつかの実施形態では、不織層は、公知の機械的および／又は化学的方法を用いて基材６４０に接着されてもよい。
【0093】
触媒集合体６００は、反応を触媒するために使用することができる。適切な量の触媒集合体を試薬に曝露して、１つ以上の試薬の化学変換を触媒することができる。例えば、ＰｔＰｄＯからなるナノ粒子を含む触媒集合体６００は、メタンの燃焼を触媒するために使用することができる。別の例では、ＮｉＯ製のナノ粒子を含む触媒集合体６００は、アルデヒド、アミン、およびアルキンのカップリング反応を触媒してプロパルギルアミンを生成するために使用することができる。さらに別の例では、ＣｕＮｉ、ＣｕＣｏ、またはＣｕＦｅからなるナノ粒子、またはそれらの組み合わせを含む触媒集合体６００を使用して、プロピレンのアクロレインへの部分酸化を触媒することができる。
【0094】
いくつかの実施形態では、不織層６２０は、基材６４０から除去され、触媒として使用し得る。この実施形態では、バインダーポリマーがナノ粒子の支持体を提供する。
【発明を実施するための形態】
【0095】
非網羅的な例示的側面のリストを以下に提供する。これらの態様の特徴のいずれか１つまたは複数を、本明細書に記載される別の例、実施形態、または態様のいずれか１つ、または複数の特徴と組み合わせることができる。
【0096】
［実施形態Ａ．組成物］
実施形態１Ａによれば、組成物は、平均直径が５μｍ未満の繊維からなる電界紡糸した不織材料を含み、前記電界紡糸した不織材料の総重量の４０重量％～６０重量％で存在する犠牲ポリマーと、並びに犠牲ポリマー上に分散し、前記繊維に沿って分布する第１のイオン種および第２のイオン種であって、前記第１のイオン種および前記第２のイオン種は、少なくとも１つの塩のイオン種であり、前記少なくとも１つの塩は、全塩の６０重量％以下で存在し、前記犠牲ポリマーの重量％に対する全塩の重量％は、前記犠牲ポリマーの重量％６部に対して前記全塩の重量％１部以上である。
実施形態１Ａによれば、組成物は、平均直径が５μｍ未満の繊維からなる電界紡糸した不織材料を含み、前記電界紡糸した不織材料の総重量の４０重量％～６０重量％で存在する犠牲ポリマーと、並びに犠牲ポリマー上に分散し、前記繊維に沿って分布する第１のイオン種および第２のイオン種であって、前記第１のイオン種および前記第２のイオン種は、少なくとも１つの塩のイオン種であり、前記少なくとも１つの塩は、全塩の６０重量％以下で存在し、前記犠牲ポリマーの重量％に対する全塩の重量％は、前記犠牲ポリマーの重量％６部に対して前記全塩の重量％１部以上である。
【0097】
実施形態２Ａは、実施形態１Ａに記載の組成物であって、少なくとも１つの塩が、ＮｉＣｌ２、Ｎｉ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＺｎＳＯ４、Ｚｎ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＫＣｌ、ＫＡｕＣｌ４、ＣｏＣｌ２、Ｃｏ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＣｕＣｌ２、Ｃｕ（ＮＯ３）２、ＰｄＣｌ６、Ｋ２ＰｄＣｌ６、Ｎａ２ＰｔＣｌ４、Ｋ２ＰｔＢｒ４、Ｎｉ（ＮＯ３）２、Ｃｏ（ＮＯ３）２、Ｍｎ（ＮＯ３）２、Ａｌ（ＮＯ３）３、Ｆｅ（ＮＯ３）２、ＬｉＮＯ３、ＬｉＨ２ＰＯ４、Ｆｅ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＮｉＳＯ４、ＣｏＳＯ４、Ｌｉ２ＳＯ４、ＭｎＳＯ４、ＦｅＳＯ４、Ａｌ２（ＳＯ４）３、Ａｌ（ＯＣＨ３）３、Ａｌ（ＣＨ３ＣＯＯ）３、またはそれらの組み合わせを含む。
【0098】
実施形態３Ａは、犠牲ポリマーが、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ナイロン、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート、ポリアクリロニトリル、ポリアクリレート、またはそれらの組み合わせである、先行する実施形態のいずれか１つの組成物である。いくつかの実施形態では、犠牲ポリマーは、１つ以上のポリアミド、ポリスルホン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアミン、ポリアルコール、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアロマチック、感光性ポリマー、ポリイミド、またはそれらの組み合わせからなる。
【0099】
実施形態４Ａは、犠牲ポリマーの重量％に対する全塩の重量％が、１：６～２：１、１：３～５：３、２：３～５：３、２：３～４：３、または１：３～４：３である、先の実施形態のいずれか１つの組成物である。
【0100】
実施形態５Ａは、繊維が、４μｍ以下、３μｍ以下、２μｍ以下、１．５μｍ以下、または１μｍ以下の平均直径を有する、先の実施形態のいずれか１つの組成物である。
【0101】
実施形態６Ａは、少なくとも１つの化合物種が電気活性である、先行する実施形態のいずれか１つの組成物である。
【0102】
実施形態７Ａは、実施形態６Ａに記載の組成物であって、少なくとも１つの化合物種が、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ（ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ）Ｏ２、Ｌｉ（ＮｉｘＡｌｙＣｏｚ）Ｏ２、またはそれらの組み合わせであって、ｘ＋ｙ＋ ｚ＝１である。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの化合物種は、Ｃｏ３Ｏ４、Ｃｕ２Ｏ、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、ＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、Ａｌ３Ｎｉ、ＣｕＣｏ２Ｏ４、ＰｄＮｉＢｉ、ＴｉＯ、Ｓｎ４Ｐ３、ＮｉＯ、およびその炭化物；ＬｉＡｌ合金、ＬｉＳｉ合金、ＬｉＢｉ合金、ＬｉＣｄ合金、ＡｌＭｇ合金、ＬｉＭｇ合金、ＬｉＳｎ合金、ＬｉＳｂ合金、ＦｅＳｎ合金、ＳｎＳｂ合金、ＳｎＣｕ合金、ＬｉＧｅ合金、ＬｉＰｂ合金、これらの酸化物、これらの硫化物、これらのリン化物、これらの炭化物、これらの窒化物；Ｌｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｎの窒化物、酸化物、炭化物；シリコン；またはそれらの組み合わせを含む。
【0103】
実施形態８Ａは、少なくとも１つの化合物種が触媒活性を有する、先行する実施形態のいずれか１つに記載の組成物である。
【0104】
実施形態９Ａは、実施形態８Ａに記載の組成物であって、少なくとも１つの化合物種が、ＰｂＳｅ、ＡｕＰｔ、ＡｕＰｄ、ＰｔＰｄ、ＰｔＲｕ、ＰｔＡｇ、ＰｔＣｕ、ＦｅＲｕ、ＦｅＣｕ、ＦｅＲｈ、ＣｕＣｅ、ＡｕＣｕ、ＰｔＩｒ、ＮｉＣｕ、ＮｉＳｎ、ＮｉＡｌ、ＰｔＡｌ２、ＰｔＭｇ、ＰｔＳｎ、ＰｔＣｏ、ＰｄＣｏ、ＰｄＴｉ、ＰｔＲｈ、ＮｉＡｕ、ＲｈＡｇ、ＴｉＯ２，ＮｉＯ、またはその組み合わせを含む。
【0105】
実施形態１０Ａは、各ナノ粒子が第１の化合物種を含む第１の複数のナノ粒子および、各ナノ粒子が第１の化合物種とは異なる第２の化合物種を含む第２の複数のナノ粒子を含む組成物であって、第１および第２の複数のナノ粒子は、０．０１μｍ～０．５μｍの粒径範囲を有する、組成物である。
【0106】
［実施形態Ｂ．組成物］
実施形態１Ｂによれば、組成物は、基材、および、電界紡糸によって前記基材上に堆積された繊維からなる電界紡糸不織層を含み、前記繊維は、ポリマー、および、ポリマー上に分散し、前記繊維全体に分布する複数のナノ粒子を含み、前記複数のナノ粒子は、０．０１μｍ～０．５μｍの粒径範囲を有し、各ナノ粒子は、複数の少なくとも１つの化合物種を含む。
実施形態１Ｂによれば、組成物は、基材、および、電界紡糸によって前記基材上に堆積された繊維からなる電界紡糸不織層を含み、前記繊維は、ポリマー、および、ポリマー上に分散し、前記繊維全体に分布する複数のナノ粒子を含み、前記複数のナノ粒子は、０．０１μｍ～０．５μｍの粒径範囲を有し、各ナノ粒子は、複数の少なくとも１つの化合物種を含む。
【0107】
実施形態２Ｂは、第１の繊維層を形成する複数の繊維を含む実施形態１Ｂの組成物である。
【0108】
実施形態３Ｂは、実施形態１Ｂ～２Ｂのいずれか一方に記載の組成物であって、電界紡糸（エレクトロスピニング）によって第１の繊維上に堆積された第２の繊維を含む第２の繊維層をさらに含み、第２の繊維は、第２のポリマーおよび、第２のポリマー上に分散され繊維全体に分布する第２の複数のナノ粒子を含み、第２の複数のナノ粒子は、０．１μｍ～０．５μｍであり、各ナノ粒子は複数の少なくとも１つの化合物種を含み、第１の繊維層は、第２の繊維層の密実度の少なくとも１．１倍である密実度を有する。
【0109】
実施形態４Ｂは、繊維が、５μｍ以下、４μｍ以下、３μｍ以下、２μｍ以下、１．５μｍ以下、１．０μｍ以下、０．８μｍ以下、０．６μｍ以下、０．４μｍ以下、または０．２μｍ以下の平均直径を有する、実施形態１Ｂ～３Ｂのいずれか１つに記載の組成物である。いくつかの実施形態では、繊維は少なくとも０．１μｍ、少なくとも０．２μｍ、少なくとも０．４μｍ、少なくとも０．５μｍ、少なくとも０．６μｍ、少なくとも０．８μｍ、少なくとも１．０μｍ、少なくとも１．２μｍの平均直径を有する。いくつかの実施形態では、繊維３６は、０．１μｍ～５μｍ、０．１μｍ～４μｍ、０．１μｍ～３μｍ、０．１μｍ～２μｍ、０．５μｍ～５μｍ、０．５μｍ～４μｍ、０．５μｍ～３μｍ、０．５μｍ～２μｍ、０．８μｍ～５μｍ、０．８μｍ～４μｍ、０．８μｍ～３μｍ、０．８μｍ～２μｍ、１μｍ～５μｍ、１μｍ～４μｍ、１μｍ～３μｍ、０．１μｍ～１．５μｍ、０．２μｍ～１．５μｍ、０．４μｍ～１．５μｍ、０．６μｍ～１．５μｍ、０．８μｍ～１．５μｍ、１．０μｍ～１．５μｍ、または１．２μｍ～１．５μｍの平均直径を有する。
【0110】
実施形態５Ｂは、ポリマーがバインダーポリマーである、実施形態１Ｂ～４Ｂのいずれか１つに記載の組成物である。
【0111】
実施形態６Ｂは、ポリマーが、１つ以上のポリアミド、ポリスルホン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアミン、ポリアルコール、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアロマチック、感光性ポリマー、ポリイミド、ポリアクリレート、ポリフッ化ビニリデン、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態１Ｂ～５Ｂのいずれか１つの組成物である。
【0112】
実施形態７Ｂは、エレクトロスパン不織層が導電性材料をさらに含む、実施形態１Ｂ～６Ｂのいずれか１つの組成物である。
【0113】
実施形態８Ｂは、実施形態７Ｂの組成物であり、導電性材料は炭素粉末である。
【0114】
実施形態９Ｂは、実施形態１Ｂ～７Ｂのいずれか１つの組成物であり、基材は集電体である。
【0115】
実施形態１０Ｂは、基材が、Ｃｕフォイル、Ａｌフォイル、Ｐｔフォイル、Ｎｉフォイル、織成基材、不織基材、人工固体電解質界面、またはそれらの組み合わせからなる、実施形態９Ｂの組成物である。
【0116】
実施形態１１Ｂは、実施形態１Ｂ～１０Ｂのいずれか１つの組成物であり、基材は、二酸化ケイ素、二酸化アルミニウム、セラミック、またはそれらの組み合わせからなる。
【0117】
実施形態１２Ｂは、少なくとも１つの化合物種が電気活性である、実施形態１Ｂ～１１Ｂのいずれか１つの組成物である。
【0118】
実施形態１３Ｂは、実施形態１２Ｂの組成物であって、少なくとも１つの化合物種が、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ（ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ）Ｏ２、Ｌｉ（ＮｉｘＡｌｙＣｏｚ）Ｏ２、またはそれらの組み合わせを含み、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの化合物種は、Ｃｏ３Ｏ４、Ｃｕ２Ｏ、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、ＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、Ａｌ３Ｎｉ、ＣｕＣｏ２Ｏ４、ＰｄＮｉＢｉ、ＴｉＯ、Ｓｎ４Ｐ３、ＮｉＯ、およびその炭化物、ＬｉＡｌ合金、ＬｉＳｉ合金、ＬｉＢｉ合金、ＬｉＣｄ合金、ＡｌＭｇ合金、ＬｉＭｇ合金、ＬｉＳｎ合金、ＬｉＳｂ合金、ＦｅＳｎ合金、ＳｎＳｂ合金、ＳｎＣｕ合金、ＬｉＧｅ合金、ＬｉＰｂ合金、これらの酸化物、これらの硫化物、これらのリン化物、これらの炭化物、これらの窒化物；Ｌｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｎの窒化物、酸化物、炭化物；シリコン；またはそれらの組み合わせを含む。
【0119】
実施形態１４Ｂは、実施形態１Ｂ～１３Ｂのいずれか１つに記載の組成物であって、少なくとも１つの化合物種が触媒活性を有する。
【0120】
実施形態１５Ｂは、実施形態１４Ｂに記載の組成物であり、ここで、少なくとも１つの化合物種は、ＰｂＳｅ、ＡｕＰｔ、ＡｕＰｄ、ＰｔＰｄ、ＰｔＲｕ、ＰｔＡｇ、ＰｔＣｕ、ＦｅＲｕ、ＦｅＣｕ、ＦｅＲｈ、ＣｕＣｅ、ＡｕＣｕ、ＰｔＩｒ、ＮｉＣｕ、ＮｉＳｎ、ＮｉＡｌ、ＰｔＡｌ２、ＰｔＭｇ、ＰｔＳｎ、ＰｔＣｏ、ＰｄＣｏ、ＰｄＴｉ、ＰｔＲｈ、ＮｉＡｕ、ＲｈＡｇ、ＴｉＯ２、ＮｉＯ、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの化合物種は、ＺｎＯ、ＺｎＰ、Ｎｉ２Ｐ、ＮｉＳ、ＮｉＣｏ、ＮｉＣｕ、ＺｎＯ、ＮｉＯ、Ｃｕ、ＡｕＰｔ、ＡｕＰｄ、ＴｉＯ２、ＮｉＯ、またはそれらの組み合わせを含む。
【0121】
実施形態１６Ｂは、複数のナノ粒子が、各ナノ粒子が第１の化合物種を含む第１の複数のナノ粒子であり、組成物が、各ナノ粒子が第１の化合物種とは異なる第２の化合物種を含む第２の複数のナノ粒子をさらに含む、実施形態１Ｂの組成物である。
【0122】
［実施形態Ｃ．電池］
実施形態Ｃ１は、実施形態ＡまたはＢのいずれか１つの組成物を含む電極を備える電池である。
実施形態Ｃ１は、実施形態ＡまたはＢのいずれか１つの組成物を含む電極を備える電池である。
【0123】
実施形態Ｃ２は、複数のナノ粒子を含む電極であって、各ナノ粒子は複数の少なくとも１つの電気活性化合物種を含み、前記複数のナノ粒子は、０．０１μｍ～０．５μｍの粒径範囲を有する、電極を含む電池である。
【0124】
実施形態Ｃ３は、実施形態Ｃ１またはＣ２に記載の電池であって、電極が、基材および、電界紡糸（エレクトロスピニング）によって基材上に堆積された繊維を含む電界紡糸不織層であって、繊維が、バインダーポリマーおよび、バインダーポリマー上に分散され繊維全体に分散された複数のナノ粒子を含む、電池である。
【0125】
実施形態Ｃ４は、複数のナノ粒子が、０．０２μｍ～０．４μｍの範囲の粒径を有する、実施形態Ｃ１～Ｃ３のいずれか１つの電池である。
【0126】
実施形態Ｃ５は、実施形態Ｃ１～Ｃ４のいずれか１つに記載の電池であって、前記少なくとも１つの電気活性化合物種は、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ（ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ）Ｏ２、およびＬｉ（ＮｉｘＡｌｙＣｏｚ）Ｏ２を含み、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの化合物種は、Ｃｏ３Ｏ４、Ｃｕ２Ｏ、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、ＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、Ａｌ３Ｎｉ、ＣｕＣｏ２Ｏ４、ＰｄＮｉＢｉ、ＴｉＯ、Ｓｎ４Ｐ３、ＮｉＯ、およびその炭化物、ＬｉＡｌ合金、ＬｉＳｉ合金、ＬｉＢｉ合金、ＬｉＣｄ合金、ＡｌＭｇ合金、ＬｉＭｇ合金、ＬｉＳｎ合金、ＬｉＳｂ合金、ＦｅＳｎ合金、ＳｎＳｂ合金、ＳｎＣｕ合金、ＬｉＧｅ合金、ＬｉＰｂ合金、これらの酸化物、これらの硫化物、これらのリン化物、これらの炭化物、これらの窒化物；Ｌｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｎの窒化物、酸化物、炭化物；シリコン；またはそれらの組み合わせを含む。
【0127】
実施形態Ｃ６は、繊維が１．５μｍ未満の平均直径を有する、実施形態Ｃ１～Ｃ５の１つの電池である。
【0128】
実施形態Ｃ７は、バインダーポリマーが、１つまたは複数のポリアミド、ポリスルホン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアミン、ポリアルコール、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアロマチック、感光性ポリマー、ポリイミド、またはこれらの組み合わせを含む、実施形態Ｃ１～Ｃ６の１つの電池である。
【0129】
実施形態Ｃ８は、基材が集電体である、実施形態Ｃ１～Ｃ７のいずれか１つの電池である。
【0130】
実施形態Ｃ９は、実施形態Ｃ８の電池であって、基材は、Ｃｕフォイル、Ａｌフォイル、Ｐｔフォイル、Ｎｉフォイル、織成基材、不織基材、人工固体電解質界面、またはそれらの組み合わせからなる。
【0131】
［実施形態Ｄ．方法］
実施形態Ｄ１は、基材上に溶液を電界紡糸するステップであって、溶液は、バインダーポリマー、溶媒、および複数のナノ粒子を含み、各ナノ粒子は、複数の少なくとも１つの化合物種を含み、複数のナノ粒子は、０．０１μｍ～０．５μｍの粒径範囲を有する、複数のナノ粒子を含むものである、該電界紡糸するステップと、並びにバインダーポリマー、バインダーポリマー内に分散し、また繊維全体に分布する複数のナノ粒子を含む繊維からなる不織層を製造するステップと、を備える方法である。
実施形態Ｄ１は、基材上に溶液を電界紡糸するステップであって、溶液は、バインダーポリマー、溶媒、および複数のナノ粒子を含み、各ナノ粒子は、複数の少なくとも１つの化合物種を含み、複数のナノ粒子は、０．０１μｍ～０．５μｍの粒径範囲を有する、複数のナノ粒子を含むものである、該電界紡糸するステップと、並びにバインダーポリマー、バインダーポリマー内に分散し、また繊維全体に分布する複数のナノ粒子を含む繊維からなる不織層を製造するステップと、を備える方法である。
【0132】
実施形態Ｄ２は、実施形態Ｄ１の方法であって、繊維は、５μｍ未満の平均直径を有する。
【0133】
実施形態Ｄ３は、実施形態Ｄ１またはＤ２の方法であって、少なくとも１つの化合物種が電気活性である。
【0134】
実施形態Ｄ４は、実施形態Ｄ１～Ｄ３のいずれか１つに記載の方法であって、少なくとも１つの化合物種は、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ（ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ）Ｏ２、および、Ｌｉ（ＮｉｘＡｌｙＣｏｚ）Ｏ２であリ、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの化合物種は、Ｃｏ３Ｏ４、Ｃｕ２Ｏ、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、ＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、Ａｌ３Ｎｉ、ＣｕＣｏ２Ｏ４、ＰｄＮｉＢｉ、ＴｉＯ、Ｓｎ４Ｐ３、ＮｉＯ、およびその炭化物、ＬｉＡｌ合金、ＬｉＳｉ合金、ＬｉＢｉ合金、ＬｉＣｄ合金、ＡｌＭｇ合金、ＬｉＭｇ合金、ＬｉＳｎ合金、ＬｉＳｂ合金、ＦｅＳｎ合金、ＳｎＳｂ合金、ＳｎＣｕ合金、ＬｉＧｅ合金、ＬｉＰｂ合金、その酸化物、その硫化物、そのリン化物、その炭化物、その窒化物；Ｌｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｎの窒化物、酸化物、炭化物；シリコン；またはそれらの組み合わせを含む。
【0135】
実施形態Ｄ５は、実施形態Ｄ１～Ｄ４のいずれか１つに記載の方法であって、少なくとも１つの化合物種が触媒活性を有する。
【0136】
実施形態Ｄ６は、実施形態Ｄ５の方法であって、少なくとも１つの化合物種が、ＰｂＳｅ、ＡｕＰｔ、ＡｕＰｄ、ＰｔＰｄ、ＰｔＲｕ、ＰｔＡｇ、ＰｔＣｕ、ＦｅＲｕ、ＦｅＣｕ、ＦｅＲｈ、ＣｕＣｅ、ＡｕＣｕ、ＰｔＩｒ、ＮｉＣｕ、ＮｉＳｎ、ＮｉＡｌ、ＰｔＡｌ２、ＰｔＭｇ、ＰｔＳｎ、ＰｔＣｏ、ＰｄＣｏ、ＰｄＴｉ、ＰｔＲｈ、ＮｉＡｕ、ＲｈＡｇ、ＴｉＯ２、ＮｉＯ、またはそれらの組み合わせを含む。
【0137】
実施形態Ｄ７は、少なくとも１つの塩および犠牲ポリマーを溶媒に溶解して溶液を生成するステップであって、前記溶液は、前記犠牲ポリマー、第１のイオン種、第２のイオン種、および前記溶媒を含むものである、前記溶液を形成するステップと、繊維を含む犠牲不織材料を形成するよう前記溶液を電界紡糸するステップであって、前記繊維は、前記犠牲ポリマーおよび、前記ポリマー上に分散し、また前記繊維に沿って分布する第１のイオン種および第２のイオン種を含むものである、前記犠牲不織材料を形成するステップと、並びに前記犠牲不織材料の少なくとも一部を分解するステップであり、結果として複数のナノ粒子を形成し、各ナノ粒子は、複数の少なくとも１つの化合物種を含み、前記少なくとも１つの化合物種は、少なくとも前記第１のイオン種および前記第２のイオン種の反応生成物を含み、前記複数のナノ粒子は、０．０２μｍ～０．５μｍの粒径範囲を有するものである、前記分解するステップと、を備える方法である。
【0138】
実施形態Ｄ８は、実施形態Ｄ７の方法であって、さらに、基材上にバインダーポリマーおよび複数のナノ粒子を含む混合物を紡糸するステップであって、混合物は、混合物の電界紡糸（エレクトロスピニング）が、結果としてバインダーポリマーおよび、バインダーポリマー内に分散し、また繊維全体に分布する複数のナノ粒子からのナノ粒子を含む第２の繊維を含む第２の不織層をもたらすものである、該混合物を紡糸するステップを備える。
【0139】
実施形態Ｄ９は、実施形態Ｄ７またはＤ８の方法であって、少なくとも１つの塩が、ＬｉＮＯ３、ＬｉＨ２ＰＯ４、Ｃｏ（ＮＯ３）２、Ｎｉ（ＮＯ３）２、Ｆｅ（ＮＯ３）２、Ｍｎ（ＮＯ３）２、Ａｌ（ＮＯ３）３、Ｌｉ２ＳＯ４、ＣｏＳＯ４、ＮｉＳＯ４、ＦｅＳＯ４、ＭｎＳＯ４、Ａｌ２（ＳＯ４）３、Ｆｅ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、Ａｌ（ＯＣＨ３）３、Ａｌ（ＣＨ３ＣＯＯ）３、またはそれらの組み合わせである。
【0140】
実施形態Ｄ１０は、実施形態Ｄ１～Ｄ９のいずれか１つに記載の方法であって、少なくとも１つの塩が、（ＮＨ４）ＡｕＣｌ４、ＮａＡｕＢｒ、ＨＡｕＣｌ４、ＫＣｌ、ＫＡｕＣｌ４、Ｎａ２ＰｄＣｌ４、Ｋ２ＰｄＢｒ４、ＰｄＣｌ６、Ｋ２ＰｄＣｌ６、（ＮＨ４）２ＰＤＣｌ４、Ｋ２ＰｄＣｌ４、Ｎａ２ＰｔＣｌ４、Ｋ２ＰｔＢｒ４、ＰｔＣｌ６、Ｋ２ＰｔＣｌ４、（ＮＨ４）２ＰｔＣｌ４、Ｋ２Ｐｔ（ＮＯ２）４、ＫＡｇ（ＣＮ）２、ＫＣｕ、Ｎｉ（ＮＯ３）２、Ｍｇ（ＮＯ３）２、ＮｉＣｌ２、ＰｄＣｌ２、Ｎｉ（Ａｃ）２、ＮｉＢｒ２、ＮｉＩ２、ＮｉＳＯ４、Ｐｂ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＳｅＣｌ２、Ｓｅ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＳｅＢｒ４、ＺｎＳＯ４、Ｚｎ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、Ｚｎ（ＮＯ３）２、ＺｎＣｌ２、ＦｅＣｌ２、ＦｅＳＯ４、Ｆｅ（ＮＯ３）２、ＲｕＣｌ３、Ｒｕ（ＮＯ３）３、ＲｈＣｌ３、Ｒｈ（ＮＯ３）３、ＩｒＣｌ４、Ｉｒ２（ＳＯ４）３、ＣｕＣｌ２、Ｃｕ（ＮＯ３）２、ＣｕＳＯ４、Ｃｕ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＳｎＣｌ４、Ｓｎ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＳｎＳＯ４、Ｓｎ（ＮＯ３）４、ＡｌＣｌ３、Ａｌ２（ＳＯ４）３、Ａｌ（ＮＯ３）３、ＭｇＣｌ２、ＭｇＳＯ４、ＣｏＣｌ２、Ｃｏ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＣｏＳＯ４、Ｃｏ（ＮＯ３）２、またはその組み合わせを含む。
【0141】
実施形態Ｄ１１は、実施形態Ｄ１～Ｄ１０のいずれか１つの方法であって、犠牲ポリマーが、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート、ポリアクリロニトリル、ポリアクリレート、ポリアミド、ポリスルホン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアミン、ポリアルコール、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアロマチック、感光性ポリマー、ポリイミド、またはこれらの組み合わせを含む。
【0142】
実施形態Ｄ１２は、実施形態Ｄ１～Ｄ１１のいずれか１つの方法であって、少なくとも１つの化合物種が電気活性である。
【0143】
実施形態Ｄ１３は、実施形態Ｄ１２の方法であって、少なくとも１つの化合物種が、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ（ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ）Ｏ２、Ｌｉ（ＮｉｘＡｌｙＣｏｚ）Ｏ２、またはそれらの組み合わせからなり、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの化合物種は、Ｃｏ３Ｏ４、Ｃｕ２Ｏ、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、ＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、Ａｌ３Ｎｉ、ＣｕＣｏ２Ｏ４、ＰｄＮｉＢｉ、ＴｉＯ、Ｓｎ４Ｐ３、ＮｉＯ、およびこれらの炭化物からなり、ＬｉＡｌ合金、ＬｉＳｉ合金、ＬｉＢｉ合金、ＬｉＣｄ合金、ＡｌＭｇ合金、ＬｉＭｇ合金、ＬｉＳｎ合金、ＬｉＳｂ合金、ＦｅＳｎ合金、ＳｎＳｂ合金、ＳｎＣｕ合金、ＬｉＧｅ合金、ＬｉＰｂ合金、これらの酸化物、これらの硫化物、これらのリン化物、これらの炭化物、これらの窒化物；Ｌｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｎの窒化物、酸化物、炭化物；シリコン；またはそれらの組み合わせを含む。
【0144】
実施形態Ｄ１４は、実施形態Ｄ１～Ｄ１３のいずれか１つの方法であって、少なくとも１つの化合物種が触媒活性を有する。
【0145】
実施形態Ｄ１５は、実施形態Ｄ１４の方法であって、少なくとも１つの化合物種が、ＰｂＳｅ、ＡｕＰｔ、ＡｕＰｄ、ＰｔＰｄ、ＰｔＲｕ、ＰｔＡｇ、ＰｔＣｕ、ＦｅＲｕ、ＦｅＣｕ、ＦｅＲｈ、ＣｕＣｅ、ＡｕＣｕ、ＰｔＩｒ、ＮｉＣｕ、ＮｉＳｎ、ＮｉＡｌ、ＰｔＡｌ２、ＰｔＭｇ、ＰｔＳｎ、ＰｔＣｏ、ＰｄＣｏ、ＰｄＴｉ、ＰｔＲｈ、ＮｉＡｕ、ＲｈＡｇ、ＴｉＯ２、ＮｉＯ、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１種の化合物種は、ＺｎＯ、ＺｎＰ、Ｎｉ２Ｐ、ＮｉＳ、ＮｉＣｏ、ＮｉＣｕ、ＺｎＯ、ＮｉＯ、Ｃｕ、ＡｕＰｔ、ＡｕＰｄ、ＴｉＯ２、ＮｉＯ、またはそれらの組み合わせを含む。
【0146】
実施形態Ｄ１６は、実施形態Ｄ１～Ｄ１５のいずれか１つの方法であって、分解することが熱処理を含む。
【0147】
実施形態Ｄ１７は、実施形態Ｄ１６の方法であって、熱処理が５００℃～１１００℃での熱分解を含む。いくつかの実施形態では、分解処理３は、犠牲ポリマーを所望の程度まで分解するのに有効な温度、例えば、４００℃～１１００℃、４００℃～１０００℃、４００℃～９００℃、４００℃～８００℃、４００℃～７００℃、４００℃～６００℃、４００℃～７００℃、５００℃～１１００℃、５００℃～１０００℃、５００℃～９００℃、５００℃～８００℃、５００℃～７００℃、または５００℃～６００℃での熱分解を含む。
【0148】
実施形態Ｄ１８は、実施形態Ｄ１～Ｄ１７のいずれか１つの方法であって、溶媒が、イソプロパノール、エタノール、メタノール、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、アセトン、Ｎ－メチル－２－ピロリドン、水、ベンジルアルコール、トルエン、Ｎ，Ｎ’－ジメチルホルムアミド、酢酸、ギ酸、またはこれらの組み合わせから選択される。
【0149】
実施形態Ｄ１９は、実施形態Ｄ１８の方法であって、第１の溶媒および第２の溶媒が、それぞれ独立して、イソプロパノール、エタノール、メタノール、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、アセトン、Ｎ－メチル－２－ピロリドン、水、ベンジルアルコール、トルエン、Ｎ，Ｎ’－ジメチルホルムアミド、酢酸、ギ酸、またはそれらの組み合わせから選択される。
【0150】
実施形態Ｄ２０は、実施形態Ｄ１～Ｄ１９のいずれか１つの方法であって、バインダーポリマーが、ポリアミド、ポリスルホン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアミン、ポリアルコール、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアロマチック、感光性ポリマー、ポリイミド、ポリビニルアセテート、ポリアクリロニトリル、ポリアクリレート、ポリフッ化ビニリデン、またはそれらの組み合わせから選択される。
【0151】
実施形態Ｄ２１は、実施形態Ｄ１～Ｄ２０のいずれか１つの方法であって、複数のナノ粒子が、０．０２μｍ～０．４μｍの範囲の粒径を有する。
【0152】
実施形態Ｄ２２は、実施形態Ｄ２１の方法であって、第１の繊維および第２の繊維はそれぞれ独立して、５μｍ以下、４μｍ以下、３μｍ以下、２μｍ以下、１．５μｍ以下、１．２μｍ以下、１．０μｍ以下、０．８μｍ以下、０．６μｍ以下、０．４μｍ以下、または０．２μｍ以下の平均直径を有する。いくつかの実施形態では、第１の繊維および第２の繊維はそれぞれ独立して、少なくとも０．１μｍ、少なくとも０．２μｍ、少なくとも０．４μｍ、少なくとも０．５μｍ、少なくとも０．６μｍ、少なくとも０．８μｍ、少なくとも１．０μｍ、少なくとも１．２μｍの平均直径を有する。いくつかの実施形態では、第１の繊維および第２の繊維はそれぞれ独立して、０．１μｍ～５μｍ、０．１μｍ～４μｍ、０．１μｍ～３μｍ、０．１μｍ～２μｍ、０．５μｍ～５μｍ、０．５μｍ～４μｍ、０．５μｍ～３μｍ、０．５μｍ～２μｍ、０．８μｍ～５μｍ、０．８μｍ～４μｍ、０．８μｍ～３μｍ、０．８μｍ～２μｍ、１μｍ～５μｍ、１μｍ～４μｍ、１μｍ～３μｍ、０．１μｍ～１．５μｍ、０．２μｍ～１．５μｍ、０．４μｍ～１．５μｍ、０．６μｍ～１．５μｍ、０．８μｍ～１．５μｍ、１．０μｍ～１．５μｍ、または１．２μｍ～１．５μｍの平均直径を有する。
【0153】
［実施形態Ｅ．組成物］
実施形態Ｅ１は、実施形態Ｄのいずれか１つの方法によって調製される組成物である。
実施形態Ｅ１は、実施形態Ｄのいずれか１つの方法によって調製される組成物である。
【0154】
＜実施例＞
例示的なナノ粒子を調製する方法およびそのようなナノ粒子の可能な用途は、以下の実施例によって例示される。特定の実施例、材料、量、および手順は、本開示の範囲および精神に従って広く解釈されることを理解されたい。
例示的なナノ粒子を調製する方法およびそのようなナノ粒子の可能な用途は、以下の実施例によって例示される。特定の実施例、材料、量、および手順は、本開示の範囲および精神に従って広く解釈されることを理解されたい。
【0155】
＜実施例１＞
実施例１では、複数のナノ粒子を生成するプロセスを説明し、各ナノ粒子はカソード電気活性を有する電気活性化合物種を含む。エレクトロスピニングとその後の熱処理のために７つの溶液を調製した。
実施例１では、複数のナノ粒子を生成するプロセスを説明し、各ナノ粒子はカソード電気活性を有する電気活性化合物種を含む。エレクトロスピニングとその後の熱処理のために７つの溶液を調製した。
【表1】
【0156】
＜溶液１＞
イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）およびＮ，Ｎ－ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）１：１（ｖ／ｖ）の混合溶媒中で、５％（ｗ／ｖ）のポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）および５％（ｗ／ｖ）の全硝酸リチウムおよびコバルト（Ｌｉ：Ｃｏモル比１：１）の溶液を、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２、ＬＣＯ）繊維の電界紡糸（エレクトロスピニング）前駆体として使用した。前駆体溶液は、０．９５７７ｇの硝酸リチウム（ＬｉＮＯ３）および４．０７４ｇの硝酸コバルト（ＩＩ）六水和物（Ｃｏ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ）を１００ｍＬの混合溶媒（５０ｍＬのＩＰＡおよび５０ｍＬのＤＭＦ）に溶解して調製した。５．０ｇのＰＶＰを、塊にならないように磁気撹拌しながら溶液にゆっくりと加えた。前駆体溶液を室温で一晩撹拌し、ＰＶＰと金属塩を完全に溶解させた。
イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）およびＮ，Ｎ－ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）１：１（ｖ／ｖ）の混合溶媒中で、５％（ｗ／ｖ）のポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）および５％（ｗ／ｖ）の全硝酸リチウムおよびコバルト（Ｌｉ：Ｃｏモル比１：１）の溶液を、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２、ＬＣＯ）繊維の電界紡糸（エレクトロスピニング）前駆体として使用した。前駆体溶液は、０．９５７７ｇの硝酸リチウム（ＬｉＮＯ３）および４．０７４ｇの硝酸コバルト（ＩＩ）六水和物（Ｃｏ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ）を１００ｍＬの混合溶媒（５０ｍＬのＩＰＡおよび５０ｍＬのＤＭＦ）に溶解して調製した。５．０ｇのＰＶＰを、塊にならないように磁気撹拌しながら溶液にゆっくりと加えた。前駆体溶液を室温で一晩撹拌し、ＰＶＰと金属塩を完全に溶解させた。
【0157】
＜溶液２＞
ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）５％（ｗ／ｖ）および硝酸リチウムおよび硝酸ニッケル合計５％（ｗ／ｖ）（Ｌｉ：Ｎｉモル比１：１）をＩＰＡおよびＤＭＦの１：１（ｖ／ｖ）混合溶媒に溶解した溶液を、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＮｉＯ２、ＬＮＯ）繊維のエレクトロスピニング前駆体として使用した。前駆体溶液は、０．９５８０ｇの硝酸リチウム（ＬｉＮＯ３）と４．０５０ｇの硝酸ニッケル（ＩＩ）六水和物（Ｎｉ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ）を１００ｍＬの混合溶媒（５０ｍＬのＩＰＡおよび５０ｍＬのＤＭＦ）に溶解することにより調製した。５．０ｇのＰＶＰを、塊にならないように磁気撹拌しながら溶液にゆっくりと加えた。前駆体溶液を室温で一晩撹拌し、ＰＶＰと金属塩を完全に溶解させた。
ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）５％（ｗ／ｖ）および硝酸リチウムおよび硝酸ニッケル合計５％（ｗ／ｖ）（Ｌｉ：Ｎｉモル比１：１）をＩＰＡおよびＤＭＦの１：１（ｖ／ｖ）混合溶媒に溶解した溶液を、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＮｉＯ２、ＬＮＯ）繊維のエレクトロスピニング前駆体として使用した。前駆体溶液は、０．９５８０ｇの硝酸リチウム（ＬｉＮＯ３）と４．０５０ｇの硝酸ニッケル（ＩＩ）六水和物（Ｎｉ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ）を１００ｍＬの混合溶媒（５０ｍＬのＩＰＡおよび５０ｍＬのＤＭＦ）に溶解することにより調製した。５．０ｇのＰＶＰを、塊にならないように磁気撹拌しながら溶液にゆっくりと加えた。前駆体溶液を室温で一晩撹拌し、ＰＶＰと金属塩を完全に溶解させた。
【0158】
＜溶液３＞
リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２、ＬＣＯ）繊維のエレクトロスピニング前駆体として、エタノール（ＥｔＯＨ、１９０プルーフ）中の５％（ｗ／ｖ）ナイロンＳＶＰ ６５１および５％（ｗ／ｖ）全硝酸リチウムおよびコバルト（Ｌｉ：Ｃｏモル比１：１）の溶液を使用した。前駆体溶液は、０．９５７７ｇの硝酸リチウム（ＬｉＮＯ３）および４．０７４ｇの硝酸コバルト（ＩＩ）六水和物（Ｃｏ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ）を１００ｍＬのＥｔＯＨに溶解することにより調製した。５．０ｇのＳＶＰ ６５１を、凝集を防ぐために磁気撹拌しながら溶液にゆっくりと添加した。前駆体溶液を還流条件下で６０℃に加熱しながら一晩撹拌し、全ての固体を完全に溶解させた。
リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２、ＬＣＯ）繊維のエレクトロスピニング前駆体として、エタノール（ＥｔＯＨ、１９０プルーフ）中の５％（ｗ／ｖ）ナイロンＳＶＰ ６５１および５％（ｗ／ｖ）全硝酸リチウムおよびコバルト（Ｌｉ：Ｃｏモル比１：１）の溶液を使用した。前駆体溶液は、０．９５７７ｇの硝酸リチウム（ＬｉＮＯ３）および４．０７４ｇの硝酸コバルト（ＩＩ）六水和物（Ｃｏ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ）を１００ｍＬのＥｔＯＨに溶解することにより調製した。５．０ｇのＳＶＰ ６５１を、凝集を防ぐために磁気撹拌しながら溶液にゆっくりと添加した。前駆体溶液を還流条件下で６０℃に加熱しながら一晩撹拌し、全ての固体を完全に溶解させた。
【0159】
＜溶液４＞
リチウムコバルト酸化物（ＬｉＮｉＯ２、ＬＮＯ）繊維のエレクトロスピニング前駆体として、エタノール（ＥｔＯＨ、１９０プルーフ）中の５％（ｗ／ｖ）ナイロンＳＶＰ ６５１および５％（ｗ／ｖ）全リチウムおよびニッケル硝酸塩（Ｌｉ：Ｎｉモル比１：１）の溶液を使用した。前駆体溶液は、０．９５８０ｇの硝酸リチウム（ＬｉＮＯ３）および４．０５０ｇの硝酸ニッケル（ＩＩ）六水和物（Ｎｉ（ＮＯ３））２・６Ｈ２Ｏ）を１００ｍＬのＥｔＯＨに溶解することによって調製した。５．０ｇのＳＶＰ ６５１を、凝集を防ぐために磁気撹拌しながら溶液にゆっくりと添加した。前駆体溶液を還流条件下で６０℃に加熱しながら一晩撹拌し、全ての固体を完全に溶解させた。
リチウムコバルト酸化物（ＬｉＮｉＯ２、ＬＮＯ）繊維のエレクトロスピニング前駆体として、エタノール（ＥｔＯＨ、１９０プルーフ）中の５％（ｗ／ｖ）ナイロンＳＶＰ ６５１および５％（ｗ／ｖ）全リチウムおよびニッケル硝酸塩（Ｌｉ：Ｎｉモル比１：１）の溶液を使用した。前駆体溶液は、０．９５８０ｇの硝酸リチウム（ＬｉＮＯ３）および４．０５０ｇの硝酸ニッケル（ＩＩ）六水和物（Ｎｉ（ＮＯ３））２・６Ｈ２Ｏ）を１００ｍＬのＥｔＯＨに溶解することによって調製した。５．０ｇのＳＶＰ ６５１を、凝集を防ぐために磁気撹拌しながら溶液にゆっくりと添加した。前駆体溶液を還流条件下で６０℃に加熱しながら一晩撹拌し、全ての固体を完全に溶解させた。
【0160】
＜溶液５＞
７．５％（ｗ／ｖ）のナイロンＳＶＰ ６５１および１０％（ｗ／ｖ）の全リチウム、ニッケル、マンガンおよびコバルト硝酸塩（Ｌｉ：Ｎｉ：Ｍｎ：Ｃｏモル比１：０．８：０．１：０．１）をエタノール（ＥｔＯＨ、１９０プルーフ）に溶解した溶液を、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物（ＮＭＣ ８１１）繊維のエレクトロスピニング前駆体として使用した。前駆体溶液は、１．９４１ｇの硝酸リチウム（ＬｉＮＯ３）、６．５４０ｇの硝酸ニッケル（ＩＩ）六水和物（Ｎｉ（ＮＯ３））２・６Ｈ２Ｏ）、０．７０５４ｇの硝酸マンガン（ＩＩ）四水和物（Ｍｎ（ＮＯ３））２・４Ｈ２Ｏ）および０．８１０３ｇの硝酸コバルト（ＩＩ）六水和物（Ｃｏ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ）を１００ｍＬのＥｔＯＨに溶解することにより調製した。７．５ｇのＳＶＰ ６５１を、凝集を防ぐために磁気撹拌しながら溶液にゆっくりと添加した。前駆体溶液を還流条件下で６０℃に加熱しながら一晩撹拌し、全ての固体を完全に溶解させた。
７．５％（ｗ／ｖ）のナイロンＳＶＰ ６５１および１０％（ｗ／ｖ）の全リチウム、ニッケル、マンガンおよびコバルト硝酸塩（Ｌｉ：Ｎｉ：Ｍｎ：Ｃｏモル比１：０．８：０．１：０．１）をエタノール（ＥｔＯＨ、１９０プルーフ）に溶解した溶液を、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物（ＮＭＣ ８１１）繊維のエレクトロスピニング前駆体として使用した。前駆体溶液は、１．９４１ｇの硝酸リチウム（ＬｉＮＯ３）、６．５４０ｇの硝酸ニッケル（ＩＩ）六水和物（Ｎｉ（ＮＯ３））２・６Ｈ２Ｏ）、０．７０５４ｇの硝酸マンガン（ＩＩ）四水和物（Ｍｎ（ＮＯ３））２・４Ｈ２Ｏ）および０．８１０３ｇの硝酸コバルト（ＩＩ）六水和物（Ｃｏ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ）を１００ｍＬのＥｔＯＨに溶解することにより調製した。７．５ｇのＳＶＰ ６５１を、凝集を防ぐために磁気撹拌しながら溶液にゆっくりと添加した。前駆体溶液を還流条件下で６０℃に加熱しながら一晩撹拌し、全ての固体を完全に溶解させた。
【0161】
＜溶液６＞
７．５％（ｗ／ｖ）のナイロンＳＶＰ ６５１および１０％（ｗ／ｖ）の全リチウム、ニッケル、コバルトおよびアルミニウム硝酸塩（Ｌｉ：Ｎｉ：Ｃｏ：Ａｌモル比１：０．８：０．１５：０．０５）をエタノール（ＥｔＯＨ，１９０プルーフ）に溶解した溶液を、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物（ＮＣＡ）繊維のエレクトロスピニング前駆体として使用した。前駆体溶液は、１．８９４４ｇの硝酸リチウム（ＬｉＮＯ３）、６．３９０９ｇの硝酸ニッケル（ＩＩ）六水和物（Ｎｉ（ＮＯ３））２・６Ｈ２Ｏ）、１．２０１ｇの硝酸コバルト（ＩＩ）六水和物（Ｃｏ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ）、および０．５１５２ｇの硝酸アルミニウム（ＩＩＩ）非水和物（Ａｌ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏ）を１００ｍＬのＥｔＯＨに溶解することにより調製した。７．５ｇのＳＶＰ ６５１を、凝集を防ぐために磁気撹拌しながら溶液にゆっくりと添加した。前駆体溶液を還流条件下で６０℃に加熱しながら一晩撹拌し、全ての固体を完全に溶解させた。
７．５％（ｗ／ｖ）のナイロンＳＶＰ ６５１および１０％（ｗ／ｖ）の全リチウム、ニッケル、コバルトおよびアルミニウム硝酸塩（Ｌｉ：Ｎｉ：Ｃｏ：Ａｌモル比１：０．８：０．１５：０．０５）をエタノール（ＥｔＯＨ，１９０プルーフ）に溶解した溶液を、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物（ＮＣＡ）繊維のエレクトロスピニング前駆体として使用した。前駆体溶液は、１．８９４４ｇの硝酸リチウム（ＬｉＮＯ３）、６．３９０９ｇの硝酸ニッケル（ＩＩ）六水和物（Ｎｉ（ＮＯ３））２・６Ｈ２Ｏ）、１．２０１ｇの硝酸コバルト（ＩＩ）六水和物（Ｃｏ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ）、および０．５１５２ｇの硝酸アルミニウム（ＩＩＩ）非水和物（Ａｌ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏ）を１００ｍＬのＥｔＯＨに溶解することにより調製した。７．５ｇのＳＶＰ ６５１を、凝集を防ぐために磁気撹拌しながら溶液にゆっくりと添加した。前駆体溶液を還流条件下で６０℃に加熱しながら一晩撹拌し、全ての固体を完全に溶解させた。
【0162】
＜溶液７＞
７．５％（ｗ／ｖ）のナイロンＳＶＰ ６５１および１０％（ｗ／ｖ）の全リチウム、ニッケル、マンガン、およびコバルト硝酸塩（Ｌｉ：Ｎｉ：Ｍｎ：Ｃｏモル比１：０．６：０．２：０．２）をエタノール（ＥｔＯＨ、１９０プルーフ）に溶解した溶液を、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物（ＮＭＣ ６２２）繊維のエレクトロスピニング前駆体として使用した。前駆体溶液は、１．９４１ｇの硝酸リチウム（ＬｉＮＯ３）、４．９０５０ｇの硝酸ニッケル（ＩＩ）六水和物（Ｎｉ（ＮＯ３））２・６Ｈ２Ｏ）、１．４１０８ｇの硝酸マンガン（ＩＩ）四水和物（Ｍｎ（ＮＯ３））２・４Ｈ２Ｏ）および１．６２０６ｇの硝酸コバルト（ＩＩ）六水和物（Ｃｏ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ）を１００ｍＬのＥｔＯＨに溶解することにより調製した。７．５ｇのＳＶＰ ６５１を、凝集を防ぐために磁気撹拌しながら溶液にゆっくりと添加した。前駆体溶液を還流条件下で６０℃に加熱しながら一晩撹拌し、全ての固形分を完全に溶解させた。
７．５％（ｗ／ｖ）のナイロンＳＶＰ ６５１および１０％（ｗ／ｖ）の全リチウム、ニッケル、マンガン、およびコバルト硝酸塩（Ｌｉ：Ｎｉ：Ｍｎ：Ｃｏモル比１：０．６：０．２：０．２）をエタノール（ＥｔＯＨ、１９０プルーフ）に溶解した溶液を、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物（ＮＭＣ ６２２）繊維のエレクトロスピニング前駆体として使用した。前駆体溶液は、１．９４１ｇの硝酸リチウム（ＬｉＮＯ３）、４．９０５０ｇの硝酸ニッケル（ＩＩ）六水和物（Ｎｉ（ＮＯ３））２・６Ｈ２Ｏ）、１．４１０８ｇの硝酸マンガン（ＩＩ）四水和物（Ｍｎ（ＮＯ３））２・４Ｈ２Ｏ）および１．６２０６ｇの硝酸コバルト（ＩＩ）六水和物（Ｃｏ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ）を１００ｍＬのＥｔＯＨに溶解することにより調製した。７．５ｇのＳＶＰ ６５１を、凝集を防ぐために磁気撹拌しながら溶液にゆっくりと添加した。前駆体溶液を還流条件下で６０℃に加熱しながら一晩撹拌し、全ての固形分を完全に溶解させた。
【0163】
＜エレクトロスピニング（電界紡糸）＞
溶液１～６のサンプルは、ペンダント式滴下装置、すなわちシリンジにポリマー溶液を充填して調製した。注射器に取り付けた針に高電圧をかけ、ポリマー溶液を所定のポンプ速度で送液する。ポリマー溶液の液滴が針から出ると、静電界（場）の影響を受けてテイラーコーンを形成する。十分に高い電圧では、テイラーコーンからジェットが放出され、それが伸長して微細繊維が形成され、コレクターとして機能する回転マンドレルに取り付けられたメディア上に堆積する。
溶液１～６のサンプルは、ペンダント式滴下装置、すなわちシリンジにポリマー溶液を充填して調製した。注射器に取り付けた針に高電圧をかけ、ポリマー溶液を所定のポンプ速度で送液する。ポリマー溶液の液滴が針から出ると、静電界（場）の影響を受けてテイラーコーンを形成する。十分に高い電圧では、テイラーコーンからジェットが放出され、それが伸長して微細繊維が形成され、コレクターとして機能する回転マンドレルに取り付けられたメディア上に堆積する。
【0164】
繊維は、シリンダー（直径１０．１６ｃｍ、３００ｒｐｍで回転）に巻き付けた支持層上に、２４ｋＶの電圧で、ポリマー溶液または溶液を供給するシリンジまたはシリンジから１０．１６ｃｍの距離で、０．０２ｍＬ／分のポンプ速度でエレクトロスピニングして形成した。エレクトロスピニング後、形成された微細繊維は、その後の５５０℃で１時間の熱処理の前に、デシケーター中に保存した。
【0165】
溶液１～６から調製したサンプルからの６つの不織繊維層を、溶液１～６を別々に４回電界紡糸することにより、坪量７０ｇ／ｍ２、固形分２８％の厚さ０．２ｍｍのスパンボンド ナイロン スクリム（Ｍｅｄｉａ Ｇｒａｄｅ ２３２００）上に別々に堆積させた。溶液は同じポンプ速度（０．０２ｍＬ／分）で同じ時間（５分間）供給した。
【0166】
図５は、実施例１のエレクトロスピニング溶液３から形成された繊維の走査型電子顕微鏡像を示す。
【0167】
図６は、実施例１のエレクトロスピニング溶液５から形成された繊維の走査型電子顕微鏡画像を示す。
【0168】
図７は、実施例１のエレクトロスピニング溶液６から形成された繊維の走査型電子顕微鏡画像を示す。
【0169】
＜熱処理＞
全てのサンプルは、紡糸したままの不織物を正極活物質に変換するために、エレクトロスピニング後の処理を施した。エレクトロスピニング後、形成された繊維を基材から剥がし、アルミニウム箔を敷いたセラミックボートに入れた。石英管炉に試料を投入する前に、炉を１００℃に予熱し、炉壁から水分を除去するためのパージガスとして乾燥圧縮空気を用いて、高温で２０分間維持した。次に、電気紡糸した繊維を管状炉に入れ、同じ乾燥圧縮空気を用いて５５０℃で１時間熱処理した。加熱ランプには２０℃／分の加熱速度を使用した。
全てのサンプルは、紡糸したままの不織物を正極活物質に変換するために、エレクトロスピニング後の処理を施した。エレクトロスピニング後、形成された繊維を基材から剥がし、アルミニウム箔を敷いたセラミックボートに入れた。石英管炉に試料を投入する前に、炉を１００℃に予熱し、炉壁から水分を除去するためのパージガスとして乾燥圧縮空気を用いて、高温で２０分間維持した。次に、電気紡糸した繊維を管状炉に入れ、同じ乾燥圧縮空気を用いて５５０℃で１時間熱処理した。加熱ランプには２０℃／分の加熱速度を使用した。
【0170】
図８および図９は、溶液３から作成した犠牲不織材料に分解処理を施した後に形成されたＬｉＣｏＯ２ナノ粒子の透過型電子顕微鏡像である。図９は、個々の高結晶性ナノ粒子の周囲に、その場で形成された均一な薄いアモルファスカーボンコーティングを示している。
【0171】
熱処理した試料は、反射モードの回折計を用いたＸ線散乱分光法によって結晶化度を測定した。Ｄ８ ＤＩＳＣＯＶＥＲ ２次元Ｘ線マイクロ回折計（Bruker Corporationから入手可能、マサチューセッツ州ビレリカ）は、２次元ＶＡＮＴＥＣ検出器、ビデオカメラ／レーザーアライメントシステム、およびグラファイトモノクロメーターで調整されたＣｏ ＫαＸ線放射点光源（１＝１．７９オングストローム）を備えている。また、様々なサイズの点コリメータおよびｘ、ｙ、ｚ試料ステージも装備されている。試料は、結晶が微粉末に破壊されることなく、受け取ったままのペーストを用いてＳｉウェハーに固定された。試料はｘ、ｙ、ｚ方向に別々にアライメントされた。８００μｍのコリメータを使用し、試料から検出器までの距離は２０ｃｍに保った。２０／１０、４０／２０、６０／３０、
でそれぞれ２０フレームを６００秒間スキャンした。エリア検出器画像は、平均化積分アルゴリズムを用いて、一次元強度対２θデータセットに変換した。ＧＡＤＤＳの使用によりパターンを極座標に変換した。
【0172】
図１０は、溶液３から作成した犠牲不織材料に分解処理を施した後に形成されたＬｉＣｏＯ２ナノ粒子のＸ線スペクトルである。ナノ粒子は高い結晶性を示し、アモルファスは含まれていない。
【0173】
［実施例２Ａ］
実施例２Ａは、カソード集合体の製造プロセスを説明する。実施例１に従って生成されたナノ粒子が単離される。単離されたナノ粒子とバインダーポリマーは、電界紡糸により集電体基材上に不織層を形成する。
実施例２Ａは、カソード集合体の製造プロセスを説明する。実施例１に従って生成されたナノ粒子が単離される。単離されたナノ粒子とバインダーポリマーは、電界紡糸により集電体基材上に不織層を形成する。
【0174】
実施例１の熱処理ステップの後、ナノ粒子は、濾過およびふるい分けなどの従来の技術を用いてサンプルから単離することができる。さらに、所望のサイズのナノ粒子は、追加のフィルター技術を用いて隔離することができる。
【0175】
単離されたナノ粒子、導体材料、およびバインダーポリマーは、均一な混合物を生成する溶媒に溶解させることができる。溶媒は、ナノ粒子の構成イオン種への解離を抑制するように選択することができる。この溶液は、回転マンドレルに取り付けられた媒体が集電体として好適な材料であることを除いて、実施例１で提供された条件に従って電界紡糸してもよい。回転マンドレルに取り付けられた媒体が集電体として適切な材料でない場合、不織層は、マンドレル媒体から除去され、電界紡糸プロセスの後に集電体として適切な材料に付着され得る。
【0176】
不織層は、電界紡糸後の処理を施してもよい。例えば、不織層をデシケーターに入れたり、公知の機械的および化学的処理によって不織層を集電体に付着させたりすることができる。
【0177】
［実施例２Ｂ］
サンプルは、ポリマー、カーボンブラック粒子、溶媒を含む３つの混合物から調製された。カーボンブラック粒子は、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２、ＬＣＯ）粒子の代わりに使用した。
サンプルは、ポリマー、カーボンブラック粒子、溶媒を含む３つの混合物から調製された。カーボンブラック粒子は、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２、ＬＣＯ）粒子の代わりに使用した。
【0178】
＜混合物１＞
ＰＶｄＦ１０％（ｗ／ｖ）とティムカル・スーパーＣ６５導電性カーボンブラック３０％（ｗ／ｗ）をＤＭＦとアセトン６：４（ｖ／ｖ）の混合溶媒中で混合した。この混合物をＦｌａｃｋＴｅｋ ３３０－１００スピードミキサーを用いて２０００ｒｐｍで１０分間混合した後、試験用エレクトロスピニング溶液として使用した。
ＰＶｄＦ１０％（ｗ／ｖ）とティムカル・スーパーＣ６５導電性カーボンブラック３０％（ｗ／ｗ）をＤＭＦとアセトン６：４（ｖ／ｖ）の混合溶媒中で混合した。この混合物をＦｌａｃｋＴｅｋ ３３０－１００スピードミキサーを用いて２０００ｒｐｍで１０分間混合した後、試験用エレクトロスピニング溶液として使用した。
【0179】
＜混合物２＞
１０％（ｗ／ｖ）のＰＶｄＦと５０％（ｗ／ｗ）のティムカル・スーパーＣ６５導電性カーボンブラックを、６：４（ｖ／ｖ）のＤＭＦとアセトンの混合溶媒中で混合した。この混合物をＦｌａｃｋＴｅｋ ３３０－１００スピードミキサーを用いて２０００ｒｐｍで２０分間混合した後、試験用エレクトロスピニング溶液として使用した。
１０％（ｗ／ｖ）のＰＶｄＦと５０％（ｗ／ｗ）のティムカル・スーパーＣ６５導電性カーボンブラックを、６：４（ｖ／ｖ）のＤＭＦとアセトンの混合溶媒中で混合した。この混合物をＦｌａｃｋＴｅｋ ３３０－１００スピードミキサーを用いて２０００ｒｐｍで２０分間混合した後、試験用エレクトロスピニング溶液として使用した。
【0180】
＜混合物３＞
１５％（ｗ／ｖ）のＰＶｄＦと３．８％（ｗ／ｗ）のティムカル・スーパーＣ６５導電性カーボンブラックを、６：４（ｖ／ｖ）のＤＭＦとアセトンの混合溶媒中で混合した。この混合物をＦｌａｃｋＴｅｋ ３３０－１００スピードミキサーを用いて２０００ｒｐｍで２０分間混合した後、試験用エレクトロスピニング溶液として使用した。このＣ６５固形分の割合は、現在の商業用途で使用されている導電性材料の数と一致しており、通常３％（ｗ／ｗ）である。
１５％（ｗ／ｖ）のＰＶｄＦと３．８％（ｗ／ｗ）のティムカル・スーパーＣ６５導電性カーボンブラックを、６：４（ｖ／ｖ）のＤＭＦとアセトンの混合溶媒中で混合した。この混合物をＦｌａｃｋＴｅｋ ３３０－１００スピードミキサーを用いて２０００ｒｐｍで２０分間混合した後、試験用エレクトロスピニング溶液として使用した。このＣ６５固形分の割合は、現在の商業用途で使用されている導電性材料の数と一致しており、通常３％（ｗ／ｗ）である。
【0181】
＜エレクトロスピニング＞
混合物１～３のサンプルは、実施例１に関して上述したように、ペンダントドロップ装置を用いて調製した。
混合物１～３のサンプルは、実施例１に関して上述したように、ペンダントドロップ装置を用いて調製した。
【0182】
円筒に巻いた支持層（Ｒｅｙｎｏｌｄｓ Ｗｒａｐ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｆｏｉｌ Ｗｒａｐ）（直径１０．１６ｃｍ、３００ｒｐｍで回転する）上に、様々な電圧とポンプ速度で、設定運転時間５分のエレクトロスピニングにより繊維を形成した。
【0183】
混合物１を用いて２つの試料を調製し、実施した。両試料とも、シリンジからコレクターまでの距離は８ｃｍ、流速は０．７５ｍＬ／時で行った。サンプル１Ａは２０ｋＶの電圧で、サンプル１Ｂは１５ｋＶの電圧で採取した。その後、両試料を切断してＳＥＭスタブに接着し、視認性を高めるために銀を使用してスパッタコーティングし、ＳＥＭ（ＪＥＯＬ ＪＳＭ－５９００ＬＶ）を使用して分析し、プログラムのスカラー測定ツールを使用して繊維径などの特性を記録した。ＳＥＭ画像を図１１Ａ（試料１Ａ）および図１１Ｂ（試料１Ｂ）に示す。
【0184】
試料サンプル２は、混合物２を用い、シリンジからコレクターまでの距離１０ｃｍ、電圧８ｋＶ、ポンプ速度１ｍＬ／時で行った。その後、試料を切断してＳＥＭスタブに接着し、視認性を高めるために銀を使用してスパッタコーティングし、ＳＥＭ（ＪＥＯＬ ＪＳＭ－５９００ＬＶ）を使用して分析した。ＳＥＭ像を図１２に示す。
【0185】
混合物３を用いて４つの試料（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ）を実施した。各試料は、シリンジからコレクターまでの距離を１０ｃｍとして調製した。最初の２つ（３Ａおよび３Ｂ）はいずれも７．５ｍＬ／時の速度で運転し、１つの試料（３Ａ）は２０ｋＶの電圧で、もう１つ（３Ｂ）は３０ｋＶの電圧で実施した。最後の２つ（３Ｃおよび３Ｄ）はいずれも２５ｋＶの電圧で、ポンプ速度は１０ｍＬ／時（３Ｃ）および５ｍＬ／ｈ（３Ｄ）であった。その後、試料を切断してＳＥＭスタブに接着し、視認性を高めるために銀をスパッタコーティングし、ＳＥＭ（ＪＥＯＬ ＪＳＭ－５９００ＬＶ）を用いて分析した。ＳＥＭ画像を図１３Ａ（試料３Ａ）、１３Ｂ（試料３Ｂ）、１３Ｃ（試料３Ｃ）、１３Ｄ（試料３Ｄ）に示す。
【0186】
［実施例３］
実施例２の正極集合体は、リチウムイオン電池に使用することができる。
実施例２の正極集合体は、リチウムイオン電池に使用することができる。
【0187】
電池設定における実施例２のカソード集合体の有効性は、リチウムイオンコインセルにカソード集合体を採用することによって試験することができる。実施例２のカソード集合体を含むリチウムイオンコインセルは、Ｃ－レート、高速および低速の充放電速度における面容量および体積容量、容量保持、エネルギー密度、および使用過程におけるカソードの安定性を含む、カソード集合体の様々な特性を評価するために使用され得る。
【0188】
［実施例４］
触媒集合体は、実施例１および実施例２に記載されたプロセスを用いて製造することができるが、いくつかの相違点がある。第一に、カソード活性化合物を含むナノ粒子の代わりに、触媒集合体のナノ粒子は触媒活性化合物を含む。そのため、電界紡糸する溶液を作るために使用する塩は、反応して触媒活性化合物を形成することができるイオン種に溶解する可能性のある塩である。第二に、集電基材の代わりに、触媒反応を助けるか、または妨げない材料で基材を作る。第三に、触媒集合体には導電性部材が不要な場合がある。
触媒集合体は、実施例１および実施例２に記載されたプロセスを用いて製造することができるが、いくつかの相違点がある。第一に、カソード活性化合物を含むナノ粒子の代わりに、触媒集合体のナノ粒子は触媒活性化合物を含む。そのため、電界紡糸する溶液を作るために使用する塩は、反応して触媒活性化合物を形成することができるイオン種に溶解する可能性のある塩である。第二に、集電基材の代わりに、触媒反応を助けるか、または妨げない材料で基材を作る。第三に、触媒集合体には導電性部材が不要な場合がある。
【0189】
［実施例５］
実施例１の活物質を使用した正極集合体は、従来のスラリーキャスティング法により作製し、リチウムイオン電池に使用することができる。
実施例１の活物質を使用した正極集合体は、従来のスラリーキャスティング法により作製し、リチウムイオン電池に使用することができる。
【0190】
電池環境におけるカソード集合体の有効性は、カソード集合体をリチウムイオンコインセルに採用して試験することができる。カソード集合体を含むリチウムイオンコインセルは、Ｃレート、高速および低速の充放電速度における面容量および体積容量、容量保持、エネルギー密度、および使用過程におけるカソードの安定性を含む、カソード集合体の様々な特性を評価するために使用され得る。
【0191】
＜混合物４＞
ａ）実施例１の溶液７から記載したように製造されたＬｉＮｉ０．６Ｍｎ０．２Ｃｏ０．２Ｏ２（ＮＭＣ ６２２）ナノ粒子、ｂ）Ｎ－メチル－２ピロリドン中の８ｗｔ％のポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ、分子量＝６３０，０００ｇ／ｍｏｌ）、およびｃ）ティムカル・スーパーＣ６５導電性カーボンブラックの混合物を、ＦｌａｃｋＴｅｋ ３３０－１００スピードミキサーを用いて９４：３：３の質量比で、２０００ｒｐｍで１０分間混合した。
ａ）実施例１の溶液７から記載したように製造されたＬｉＮｉ０．６Ｍｎ０．２Ｃｏ０．２Ｏ２（ＮＭＣ ６２２）ナノ粒子、ｂ）Ｎ－メチル－２ピロリドン中の８ｗｔ％のポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ、分子量＝６３０，０００ｇ／ｍｏｌ）、およびｃ）ティムカル・スーパーＣ６５導電性カーボンブラックの混合物を、ＦｌａｃｋＴｅｋ ３３０－１００スピードミキサーを用いて９４：３：３の質量比で、２０００ｒｐｍで１０分間混合した。
【0192】
＜スラリー鋳造によるカソード集合体＞
混合物４を、ＡＦＡ－ＩＩＩ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｈｉｃｋ Ｆｉｌｍ Ｃｏａｔｅｒ（ＭＴＩ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能）を用いたスラリーキャストにより、アルミニウム箔集電体（厚さ１４～１５μｍ）上に湿潤フィルム（厚さ１５０～１８０μｍ）として塗布した。その後、フィルムを１５ｍｍＨｇで１１０℃に加熱した真空オーブン（Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製Ｉｓｏｔｅｍｐ Ｖａｃｕｕｍ Ｏｖｅｎ Ｍｏｄｅｌ ２８２Ａ）に移し、少なくとも１時間乾燥させた。その後、乾燥したカソード集合体を、ＭＳＫ－ＨＲＰ－０１（ＭＴＩ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製）などの卓上熱間圧延プレスを用いて、周囲温度で最終厚さ６０μｍにカレンダー処理した。乾燥ベースの総質量負荷は約１０ｍｇ／ｃｍ２である。
混合物４を、ＡＦＡ－ＩＩＩ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｈｉｃｋ Ｆｉｌｍ Ｃｏａｔｅｒ（ＭＴＩ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能）を用いたスラリーキャストにより、アルミニウム箔集電体（厚さ１４～１５μｍ）上に湿潤フィルム（厚さ１５０～１８０μｍ）として塗布した。その後、フィルムを１５ｍｍＨｇで１１０℃に加熱した真空オーブン（Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製Ｉｓｏｔｅｍｐ Ｖａｃｕｕｍ Ｏｖｅｎ Ｍｏｄｅｌ ２８２Ａ）に移し、少なくとも１時間乾燥させた。その後、乾燥したカソード集合体を、ＭＳＫ－ＨＲＰ－０１（ＭＴＩ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製）などの卓上熱間圧延プレスを用いて、周囲温度で最終厚さ６０μｍにカレンダー処理した。乾燥ベースの総質量負荷は約１０ｍｇ／ｃｍ２である。
【0193】
実施例１のＮＭＣ６２２を用いた正極集合体のＳＥＭ画像を図１４Ａに示す。
【0194】
＜コインセル集合体および試験＞
カソード集合体をアルゴングローブボックスに移し、セルガードセパレーターで分離されたリチウム金属箔に対してハーフセル構成で、電解液として３／７炭酸エチル／炭酸エチルメチル溶媒混合物中の１Ｍ ＬｉＰＦ６を使用したＣＲ２０３２コインセルの正極として使用した。ａ）０．１Ｃレートでの初期充電、ｂ）０．１Ｃレートでの３回の充放電サイクル、ｃ）総放電容量が初期放電容量の少なくとも１０％に低下するまで１Ｃレートでの充放電サイクル（サイクル１から測定）。
カソード集合体をアルゴングローブボックスに移し、セルガードセパレーターで分離されたリチウム金属箔に対してハーフセル構成で、電解液として３／７炭酸エチル／炭酸エチルメチル溶媒混合物中の１Ｍ ＬｉＰＦ６を使用したＣＲ２０３２コインセルの正極として使用した。ａ）０．１Ｃレートでの初期充電、ｂ）０．１Ｃレートでの３回の充放電サイクル、ｃ）総放電容量が初期放電容量の少なくとも１０％に低下するまで１Ｃレートでの充放電サイクル（サイクル１から測定）。
【0195】
【0196】
本明細書で引用する全ての参考文献および刊行物は、本開示と直接矛盾する可能性がある範囲を除き、参照によりその全体が本開示に明示的に組み込まれる。特定の実施形態が本明細書において図示および説明されているが、当業者であれば、本開示の範囲から逸脱することなく、様々な代替実施形態および／または同等の実施形態を図示および説明された特定の実施形態に代えることができることが理解されるであろう。本開示は、本明細書に記載された例示的な実施形態および実施例によって不当に限定されることを意図しておらず、そのような実施例および実施形態は、本開示の範囲がここに記載された特許請求の範囲によってのみ限定されることを意図した例示としてのみ提示される。
【0197】
全ての見出しは、読者の便宜のためのものであり、特に指定しない限り、見出しに続く本文の意味を限定するために使用されるべきではない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図13D】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【国際調査報告】