JP2014529876A - 多孔質電流コレクタを有する半固体電極セル及び製造方法 - Google Patents

Abstract

電気化学セルは、陽極と、半固体陰極と、それらの間に配置されるセパレータと、を含む。この半固体陰極は、多孔質電流コレクタと、非水性液体電解質内に配置される活性物質及び伝導性物質の懸濁液と、を含む。この多孔質電流コレクタは、懸濁液が多孔質電流コレクタを実質的にカプセル化するように少なくとも部分的に懸濁液内に配置される。【選択図】図６

Description

関連出願の相互参照
[1001] 本願は、２０１１年９月７日に出願された発明の名称「電池製造方法」の米国仮出願第６１／５３１，９２７号の優先権及び利益を主張し、その全体が参照により本出願に組み込まれる。

[1002] 本出願で記述される実施形態は、一般的には電気化学的装置において使用される電極セルの製造に関し、より具体的には、電池モジュール内に多孔質電流コレクタを有する半固体電極セルを使用するシステム及び方法に関する。

[1003] 従来の電池システムは、相異なるイオン電気化学的ポテンシャルにあるイオン源及びイオンシンクを分離することによって電気化学的エネルギーを蓄える。電気化学的ポテンシャルの相違により陽極と陰極との間に電圧差が生じ、それにより、これらの電極が導電素子によって接続された場合に、電流を生成する。従来の電池システムでは、陰極及び陽極は、２つの導電素子の並列配置経由で接続される。外部素子は電子のみを伝えるが、セパレータ及び電解液によって隔離されている内部素子はイオンのみを伝える。陰極と陽極との間の電荷不平衡は維持され得ないので、外部及び内部のフローストリームはイオンと電子とを同時に供給する。生成された電流は、外部装置を駆動するために使用され得る。再充電可能な電池は、放電電池の方向とは反対方向に電流及びイオンの流れを駆動する反対の電圧差の印加によって再充電され得る。従って、再充電可能な電池の活性物質は、イオンを受け入れてイオンを供給する能力を必要とする。増大した電気化学的ポテンシャルは、電池の陰極と陽極との間により大きな電圧差を生成し、電圧差は、電池の単位質量あたりの電気化学的蓄積エネルギーを増大させる。高出力電池の場合、イオン源とイオンシンクとは、高いイオン伝導率を有する素子によってセパレータに接続され、かつ、高い導電性を有する素子によって電流コレクタに接続される。

[1004] 一般的な電池製造は、連続的に行われる多数の複雑かつ高価な工程を含むが、これらの工程のそれぞれが、歩留まり損失を被り、装置の資本コストを生じ、かつ、エネルギー消費及び消耗材料に関する操業費用を生じさせる。製造工程は、まず、別々の陽極混合物及び陰極混合物の製造を含む。これらは、一般的に電気化学的活性を有するイオン貯蔵化合物、導電性添加物、及び高分子結合材の混合物である。これらの混合物を柔らかい金属箔の表面上に被覆し、次に高圧下で圧縮して密度を上げるとともに厚さを調整する。次に、これらの圧縮された電極／箔の合成物を、細長く切断して、製造される電池の特定形状因子に適するサイズ及び／又は形状にする。切断された電極合成物は、一般的に、介在するイオン伝導性／電子的絶縁性隔離膜とともに巻かれるか又は積み重ねられて電池巻線、すなわち、「ゼリーロール」又は「スタック」を形成する。これは、次に金属缶、弾力的な高分子パウチ等の中に実装される。その結果のセルに液体電解質を浸透させることができるが、その導入は、注意深く制御された環境で行う必要がある。

[1005] 製造された電池の蓄えられたエネルギー又は電荷の容量は、活性物質の固有電荷容量（ｍＡｈ／ｇ）、電極の体積（ｃｍ^３）、層の厚さと面積と数との積、並びに、電極媒体中の活性物質の充填量（例えば、活性物質のグラム／電極媒体の立方センチ）に関係する。従って、商業的魅力（例えば、増大したエネルギー密度及び低減した価格）を高めるためには、電極の面電荷容量（ｍＡｈ／ｃｍ^２）を増大させることが一般的に望ましいが、電極は、所定の電池の形状因子内に配置されており、その形状因子は、電極の厚さ及び活性物質の充填量に依存する。さらに、電流コレクタと電極物質との間の電気伝導を高めることが望ましい。例えば、半固体電極物質に物理的及び／又は電気的に接続されている電流コレクタの表面積を増大させることが望ましい。

[1006] 従って、多孔質コレクタを有する半固体電極が必要である。多孔質電流コレクタを有する半固体電極セルを製造する方法も必要である。

[1007] 本出願において記述される装置、システム及び方法は、多孔質電流コレクタを有する半固体電極セルの製造及び使用に関する。一部の実施形態では、電気化学セルは、陽極と、半固体陰極と、それらの間に配置されるセパレータ（例えば、イオン透過膜）と、を含む。半固体陰極は、多孔質電流コレクタ及び非水液体電解質内に配置された活性物質及び伝導性物質の懸濁液を含む。多孔質電流コレクタは、懸濁液が多孔質電流コレクタを実質的にカプセル化するように少なくとも部分的に懸濁液内に配置される。

電気化学セルにおいて使用される一実施形態に係る多孔質電流コレクタの概略図を示す。 電気化学セルにおいて使用される一実施形態に係る多孔質電流コレクタの概略図を示す。 電気化学セルにおいて使用される一実施形態に係る多孔質電流コレクタの概略図を示す。 多孔質電流コレクタ上に配置される特定の実施形態に係る電極の概略図を示す。 多孔質電流コレクタ上に配置される特定の実施形態に係る電極の概略図を示す。 多孔質電流コレクタ上に配置される特定の実施形態に係る電極の概略図を示す。 多孔質電流コレクタ上に配置される特定の実施形態に係る電極の概略図を示す。 多孔質電流コレクタ上に配置される特定の実施形態に係る電極の概略図を示す。 多孔質電流コレクタ上に又はその内部に少なくともとも部分的に半固体電極物質を堆積させるための一実施形態に係るシステムを示す。 多孔質電流コレクタ上に又はその内部に少なくともとも部分的に半固体電極物質を堆積させるための一実施形態に係るシステムを示す。 多孔質電流コレクタ上に又はその内部に少なくともとも部分的に半固体電極物質を堆積させるための一実施形態に係るシステムを示す。 多孔質電流コレクタ上に又はその内部に少なくともとも部分的に半固体電極物質を堆積させるための一実施形態に係るシステムを示す。 多孔質電流コレクタ上に又はその内部に少なくともとも部分的に半固体電極物質を堆積させるための一実施形態に係るシステムを示す。 多孔質電流コレクタ上に又はその内部に少なくともとも部分的に半固体電極物質を堆積させるための一実施形態に係るシステムを示す。 一実施形態に係る、多孔質電流コレクタを有する電極を製造する方法を示す。 一実施形態に係る、多孔質電流コレクタを有する電極を製造する方法を示す。 一実施形態に係る、多孔質電流コレクタを有する電極を製造する方法を示す。 一実施形態に係る、多孔質電流コレクタを有する電極を備える電気化学セルを製造する方法を示す。 一実施形態に係る、多孔質電流コレクタを有する電極を備える電気化学セルを製造する方法を示す。 一実施形態に係る、多孔質電流コレクタを有する電極を備える電気化学セルを製造する方法を示す。 一実施形態に係る、多孔質電流コレクタを有する電極を備える電気化学セルを製造する方法を示す。 一実施形態に係る、多孔質電流コレクタを有する電極を備える電気化学セルを製造する方法を示す。 一実施形態に係る、多孔質電流コレクタを有する電極を備える電気化学セルを製造する方法を示す。 一実施形態に係る、多孔質電流コレクタを有する電極を備える電気化学セルを製造する方法を示す。 一実施形態に係る、電気化学セルの少なくとも一部を形成する多数の電極の概略図を示す。 一実施形態に係る、電気化学セルの少なくとも一部を形成する多数の電極の概略図を示す。

[1017] 本出願で記述される実施形態は、一般的には電気化学的装置において使用される電極の製造に関し、より具体的には、電池モジュール内に多孔質電流コレクタを有する半固体電極を使用するシステム及び方法に関する。一部の実施形態では、半固体懸濁液によって直接製造される電気化学的装置（例えば、電池）は、従来の結合剤の使用及び電極成型段階を完全に回避する。この方法の利益は、例えば、（ｉ）より少ない装置による簡素化された製造工程（すなわち、多額の資本を必要としない）、（ｉｉ）異なる厚さ及び形状の電極を製造する能力（例えば、押出金型スロット寸法を変更することによる）、（ｉｉｉ）より厚い（＞１００μｍ）かつより大きい表面電荷容量（ｍＡｈ／ｃｍ^２）電極の加工、それにより活性物質に対比して不活性構成要素の体積、質量及びコスト寄与を低減すること、及び、（ｉｖ）結合材の除去、それにより電極のねじれを低減し、かつ、イオン伝導度を高めること、を含む。半固体懸濁液を利用する電池構造の例は、発明の名称「静止流体酸化還元電極」の国際特許公開第２０１２／０２４４９９号及び発明の名称「半固体充填電池及び製造方法」の国際特許公開第２０１２／０８８４４２号において記述されている（これらの特許の開示全体が参照によって本出願に組み込まれる）。

[1018] 電気化学的活性物質は充電及び放電中に体積が変化し、それにより構成されている部分を有する半固体懸濁液も対応して同様に変化する。例えば周囲温度又は動作中の自己加熱により、セル温度が変化する限りにおいて、電極は、さらに熱膨張及び熱収縮に関する体積変化を経験する。電極媒体と電流コレクタとの間の主要な接触を顔面領域（例えば、平坦な箔）経由とする電極設計、一般的な性能低下機序は層間剥離である。多孔質電流コレクタの使用は、この効果及び関連効果を軽減する。一部の実施形態では、多孔性電流コレクタは、半固体懸濁液の足場として機能し、半固体懸濁液と電流コレクタとの間の持続的な接触（機械的、電気的、熱的）を促進する。

[1019] 本出願において使用される場合、用語「半固体」は、例えば、粒子懸濁液、コロイド懸濁液、乳濁液、ゲル、又はミセルのような液相と固相との混合物である物質を指す。

[1020] 本出願において使用される場合、用語「凝縮イオン貯蔵液」又は［凝縮液」は、水性フローセル陰極液又は陽極液の場合のように、単なる溶媒ではなく、それ自体が酸化還元活性を有するものを意味する。もちろん、このような液状形態も、希釈剤又は溶媒である別の非酸化還元活性液により希釈又は混合され得る。それは、かかる希釈剤と混合してイオン貯蔵液を含む低温融解液相、乳濁液又はミセルを形成することを含む。

[1021] 本出願において使用される場合、用語「ほぼ」及び「約」は、一般的に指示値のプラス又はマイナス１０％を含む。例えば、ほぼ５は４．５から５．５を含み、約１０は９〜１１を含み、ほぼ１００は９０〜１１０を含む。

[1022] 本出願において使用される場合、用語「活性炭ネットワーク」及び「ネットワーク化カーボン」は、電極の一般的な定性的状態に関係する。例えば、活性炭ネットワーク（ネットワーク化カーボン）を有する電極は、電極内の炭素粒子がお互いに個別粒子形態及び配列となっており、それにより粒子間の電気的接触及び伝導性が促進されている電極である。反対に、用語「非活性炭ネットワーク」及び「非ネットワーク化カーボン」は、炭素粒子が個別粒子アイランド又は多数粒子凝集アイランドとして存在し、電極経由の十分な電気伝導を与えるほどに十分に接続されていない電極に関係する。

[1023] 一部の実施形態では、電気化学セルは、陽極と、半固体陰極と、それらの間に配置されるイオン透過膜と、を含む。半固体陰極は、多孔質電流コレクタ及び非水性液体電解質中に配置される活性物質及び伝導性物質の懸濁液を含む。多孔質電流コレクタは、懸濁液が多孔質電流コレクタを実質的にカプセル化するように懸濁液内に少なくとも部分的に配置される。

[1024] 一部の実施形態では、電気化学セルは、イオン透過膜により少なくとも部分的に規定される陽極空洞、第１多孔質電流コレクタ、及び陽極半固体懸濁液を含む。第１多孔質電流コレクタは陽極空洞内に配置され、それにより第１多孔質電流コレクタが陽極空洞をほぼ満たす。陽極半固体懸濁液は、陽極空洞内に配置され、かつ、第１多孔質電流コレクタに少なくとも部分的に付着する。電気化学セルは、イオン透過膜により少なくとも部分的に規定される陰極空洞、第２多孔質電流コレクタ、及び陰極半固体懸濁液も含む。第２多孔質電流コレクタは、陰極空洞内に配置され、それにより第２多孔質電流コレクタが陰極空洞をほぼ満たす。陰極半固体懸濁液は、陰極空洞内に配置され、かつ、第２多孔質電流コレクタに少なくとも部分的に付着する。イオン透過膜は陽極空洞と陰極空洞との間に配置される。

[1025] 一部の実施形態では、電極は、電子伝導性多孔質基板及び非水性液体電解質内に活性物質と伝導性物質とを有する半固体陰極物質を含む。半固体電極物質は多孔質基板内に埋め込まれる。

[1026] 一部の実施形態では、電気化学セルを製造する方法は、陽極半固体懸濁液を陽極空洞に送り込むとともに、そこに電子伝導性第１多孔質電流コレクタを配置することを含む。この方法は、陰極半固体懸濁液を陰極空洞に送り込むとともに電子伝導性第２多孔質電流コレクタをそこに配置することも含む。この方法は、陽極空洞と陰極空洞との間にイオン透過膜を配置すること、並びに、陽極空洞及び陰極空洞を密閉することを含む。

[1027] 一部の実施形態では、電極を形成する方法は、非水性液体電解質内に活性物質及び伝導性物質の懸濁液を有する半固体電極物質を電子伝導基板に送り込むことを含む。この方法は、半固体電極物質の温度を非水性液体電解質の凝固点より下に下げることを含む。

[1028] 本出願において記述される陰極及び／又は陽極物質は、流動性半固体又は凝縮液組成であってよい。流動性陽極半固体（本出願では、「陽極液」ともいう）及び／又は流動陰極半固体（本出願では、「陰極液」ともいう）は、電気化学活性剤（陽極微粒子及び／又は陰極微粒子）の懸濁液及び任意選択の電子伝導性粒子（例えば、炭素）から構成される。陰極粒子及び伝導性粒子は、電解質中において共懸濁されて陰極液半固体を形成する。陽極粒子及び伝導性粒子は、電解質内で共懸濁されて陽極液半固体を形成する。半固体は、加えられる圧力の差、重力場、又はその他の加えられる加速場（これらは、半固体に力を及ぼすか、又はその上に力を生ずる）に応じて、かつ、任意選択的に機械的振動の支援の下に、流動することができる。

[1029] 一部の実施形態では、陽極及び／又は陰極粒子は少なくとも１μｍの有効直径を有している。一部の実施形態では、陰極及び／又は陽極粒子は約１μｍ〜約１０μｍの有効直径を有している。別の実施形態は、陰極及び／又は陽極粒子は少なくとも１０μｍ以上の有効直径を有している。

[1030] 一部の実施形態では、粒子充填密度を高め、それにより半固体懸濁液のエネルギー密度を高めるために、依然として流動半固体を維持しつつ、イオン貯蔵化合物粒子に多分散サイズ分布をもたせる。この場合、全体積の少なくとも５体積％存在する最も小さい微粒子は、全体積の少なくとも５体積％存在する最も大きい微粒子より少なくとも５倍小さい。一部の実施形態では、粒子充填密度を高め、それにより半固体懸濁液のエネルギー密度を高めるために、依然として流動半固体を維持しつつ、イオン貯蔵化合物粒子に２分散サイズ分布をもたせる（すなわち、粒子数対粒径の分布に２つの最大点がある）。この場合、２つの最大点は、粒径において少なくとも５倍異なる。

[1031] 一部の実施形態では、半固体のイオン貯蔵化合物粒子の粒径分布は多分散であり、粒子比質量偏差は少なくとも５０体積％である。一部の実施形態では、粒子比質量偏差は、ほぼ５０体積％〜７０体積％である。別の実施形態では、粒子比質量偏差は少なくとも７０体積％以上である。

[1032] 一部の実施形態では、粒子は、流動性を高め、かつ、半固体懸濁液の粘度を低減しつつ同時に高い粒子質量比偏差を達成するために、少なくとも等軸であり、かつ、球形の形態を有している。一部の実施形態では球形粒子は高密度であり、他の実施形態では球形粒子は多孔質である。一部の実施形態は、球形粒子は、粒子懸濁液を吹きつけ乾燥して小さい粒子の球形凝集を得ることにより形成される。

[1033] 一部の実施形態では、半固体懸濁液において使用されるイオン貯蔵物質の粒子は十分に大きく、そのために、表面力は、それらの粒子が乾燥時に高タップ密度を達成すること、及び半固体懸濁液状において高充填密度を達成することを妨げない。一部の実施形態では、粒径は少なくとも１μｍである。別の実施形態では、粒径は約１μｍ〜約１０μｍである。さらに別の実施形態では、粒径は少なくとも１０μｍ以上である。

[1034] 一部の実施形態では、セラミック加工及びコロイド化学の当業者周知の分散剤及び界面活性剤を使用することにより、流動性及び低粘度と同時に高い粒子充填密度が達成される。これらの添加物は、例えば、粒子上で吸収されたときに立体力を与えるために使用されるＣ_６〜Ｃ_１２主鎖を有する有機原子団とすることができる。かかる添加剤の例は、ステアリン酸及び市販されている界面活性剤Ｔｒｉｔｏｎ−Ｘ−１００を含む。

[1035] 一部の実施形態では、酸化還元メディエータを使用して半固体懸濁液内の電荷移動を改善する。一部の実施形態では、酸化還元メディエータは、Ｆｅ^２＋又はＶ^２＋、Ｖ^３＋、又はＶ^４＋に基づいている。１つの実施形態では、酸化還元メディエータはフェロセンである。

[1036] 一部の実施形態では、在来の水性又は非水性フロー電池の場合と同様に、溶解酸化還元イオンを使用できるが、しかしながら、かかる実施形態では陽極液及び／又は陰極液は、溶剤としてイオン液体を使用することにより、このようなイオンの高い溶解性を有している。一部の実施形態では、酸化還元化学要素は、Ｆｅ−Ｃｒ、バナジウム酸化還元、又は亜鉛ハロゲンの化学要素である。

[1037] 一部の実施形態では、伝導性粒子は、固体比質量偏差を最適化し、半固体正味電子伝導度を高め、かつ、半固体のレオロジー挙動を改善するために球、小板、又はロッドを含み得る形状を有している。低アスペクト又はほぼ等軸の粒子はよく流動する傾向を有しているが、同時に充填密度が低くなる傾向を有している。

[1038] 一部の実施形態では、粒子は、比質量偏差を高めるために大きい粒子間の間隔に小さい粒子を置くことにより複数のサイズを有している。具体的には、粒径分布は、大きい方の粒子モードの平均粒径が小さい方の粒子モードの平均粒径より少なくとも５倍大きい二峰性とすることができる。大小粒子の混合は、セル充填中の物質の流れを改善し、かつ、充填されたセルにおける固体体積分率及び充填密度を高める。

[1039] 一部の実施形態では、充填中の流れ及び充填されたセル中の充填密度を改善するために未充填電池サブアセンブリ容器への半固体の注入の前後に懸濁液の性質を変えることができる。

[1040] 一部の実施形態では、粒子懸濁液は、初めに、界面活性剤分子から生ずる反発粒子間立体力により安定化される。粒子懸濁液が未充填電池サブアセンブリ容器に注入された後に、化学的処理又は熱処理によりこれらの界面活性剤分子を崩壊又は蒸発させ、かつ、高密度化を促進することができる。一部の実施形態では、注入中に懸濁液の立体力を断続的に変更する。

[1041] 例えば、粒子懸濁液は、粘度を低減する反発粒子間静電二重層力によって初めに安定化することができる。この反発力は、粒子間引力を低減し、かつ、凝集を低減する。粒子懸濁液を未充填電池サブアセンブリ容器内に注入した後に、粒子の表面をさらに変更して粒子間反発力を低減し、それにより粒子引力及び充填を促進することができる。例えば、注入後の固体分充填を促進するために、塩の溶液のようなイオン溶液を懸濁液に添加して反発力を低減し、かつ、凝集及び高密度化を促進することができる。一部の実施形態では、懸濁液注入中に塩を断続的に添加して漸増層の密度を高める。

[1042] 一部の実施形態では、添加された界面活性剤又は分散剤による静電二重層力又は短距離立体力により誘起された粒子間の反発力により安定化された粒子懸濁液をセルコンパートメントに充填する。充填に続いて、懸濁液の塩濃度を高めることにより粒子懸濁液を凝集し、かつ、高密度化する。一部の実施形態では、添加される塩は、電池の稼働イオンの塩（例えば、リチウムイオン電池のリチウム塩）であり、添加された後、液体相からイオン伝導電解質への変化を引き起こす。液体相は、次に電解質の溶媒構成要素として使用される溶剤を含んでいる（例えば、リチウム再充電可能電池の場合、１種類以上のアルキル炭酸塩又は１種類以上のイオン液体であり得る）。塩濃度を高めた後、粒子間の反発を引き起こす電気二重層が「崩壊され」、かつ、引力相互作用により粒子の綿状固化、凝集、圧密化又はその他の高密度化が引き起こされる。これは、例えば、ネット状電極を形成するチャンバへの注入、吹き込み、又はポンプ圧送により、低粘度状態の懸濁液から電池電極を形成することを可能にし、かつ、次に、懸濁液内の粒子の強固化を可能とし、高い導電性、高い充填密度及び長寿命化をもたらす。

[1043] 一部の実施形態では、注入可能な流動半固体は、「凝固」工程により非流動性となる。一部の実施形態では、凝固は、光重合の作用により行われる。一部の実施形態では、凝固は、未充填電池サブアセンブリにより送り出される複数波長の電磁放射の作用により行われる。ある特定の実施形態では、流動半固体の凝固を促進するために１種類以上の添加剤が流動半固体に添加される。

[1044] 一部の実施形態では、注入可能な流動半固体は、「可塑化」工程により非流動性となる。一部の実施形態では、注入可能な流動半固体のレオロジー的な特性は、希釈剤、濃厚剤、又は可塑化剤の添加により変化される。一部の特定の実施形態では、これらの作用剤は、加工性を高め、かつ、流動状態及びコンパートメント充填作業における半固体の組成的一様性の維持に役立つ。ある特定の実施形態では、１種類以上の添加剤を流動半固体に添加して、加工要求条件を満たすようにその流動特性を調整する。

半固体組成
[1045] 一部の実施形態では、陽極液及び陰極液の半固体が、作用電極として働く単一媒体中においてイオン貯蔵／イオン源、電子伝導体、及びイオン伝導体としてまとまって機能する物質を形成する手段を与える。

[1046] 本出願において記述される陽極液及び／又は陰極液の半固体のイオン貯蔵酸化還元組成のいずれも、リットルあたりモル（モル濃度）で評価した場合、少なくとも１０Ｍ濃度の酸化還元種を有することができる。一部の実施形態では、陽極液及び／又は陰極液の半固体のイオン貯蔵酸化還元組成は、少なくとも１２Ｍ、少なくとも１５Ｍ、又は少なくとも２０Ｍを有することができる。電気化学的活性物質は、エネルギーを蓄えるためにファラデー反応を被り得るイオン貯蔵物質又はその他の化合物又はイオン錯体とすることができる。電気活性物も、非酸化還元相と混合された上述の酸化還元活性固体を含む多相物質とすることができる。それは、固液懸濁液又は液液多相混合物（それらは、支持液体相と密接に混合された液体イオン貯蔵物質を有するミセル又は乳濁液を含む）を含む。種々の作用イオンを利用する系は、Ｈ^＋又はＯＨ⁻が作用イオンである水溶液系、Ｌｉ^＋，Ｎａ^＋又はその他のアルカリイオンが作用イオンである非水溶液系、さらにＣａ^２＋及びＭｇ^２＋などのアルカリ土類作用イオン又はＡｌ^３＋を含むことができる。これらの例のそれぞれにおいて、陰極電荷貯蔵物質及び陽極電荷貯蔵物質が必要である場合があり、その陰極は、陽極より低い絶対電位の当該作用イオンを蓄える。セル電圧は、２つのイオン貯蔵電極物質のイオン貯蔵ポテンシャルの差異により近似的に決定することができる。

[1047] 陰極イオン貯蔵物質及び陽極イオン貯蔵物質の両方を使用するシステムは、セル内にさらなる電気化学的副生成物が存在しないので、特に有利である。陽極物質及び陰極物質の両方とも流動電解質に溶解せず、かつ、電解質は、除去及び再生しなければならない電気化学的組成生成物質により汚染されない。さらに、陰極リチウムイオン貯蔵物質と陽極リチウムイオン貯蔵物質の両方を使用するシステムは、非水性電気化学的組成を使用する場合に特に有利である。

[1048] 一部の実施形態では、半固体イオン貯蔵酸化還元組成は、在来の固体リチウムイオン電池で働くことが実証された物質を含む。一部の実施形態では、陽極電気活性半固体物質は、リチウムの陽極電気活性物質を含み、また、リチウムカチオンは陰極と陽極との間で往復させられ、液体電解質中に懸濁されている固体のホスト粒子の中に挿入される。

[1049] 一部の実施形態では、エネルギー貯蔵電極の少なくとも１つが酸化還元活性化合物の濃縮イオン貯蔵液を含む。それは、有機物でも無機物でもよく、電池の動作状態において液状であるリチウム金属、ナトリウム金属、リチウム金属合金、溶融リチウム含有又は非含有のガリウム及びインジウムの合金、溶融遷移金属塩化物、チオニル塩化物等又は酸化還元重合体及び有機物を含むがこれらに限られない。このような液体形状は、希釈剤又は溶剤である別の非酸化還元液体により希釈しても又はそれと混合してもよく、また、かかる希釈剤との混合により低融点液相を形成してもよい。しかしながら、在来のフローセル陰極液又は陽極液と異なり、酸化還元組成は、質量で、流動電解質の全質量の少なくとも１０％を占める。別の実施形態では、酸化還元組成は、質量で、流動電解質の全質量の約１０％〜２５％の間を占める。他の実施形態では、酸化還元組成は、質量で、流動電解質の全質量の少なくとも２５％以上を占める。

[1050] 一部の実施形態では、酸化還元活性電極物質は、半固体又は上述の濃縮液体形態のいずれで使用された場合においても、電池の陽極と陰極とのいずれにとっても役立つポテンシャルにおいて当該作用イオンを蓄える有機酸化還元組成を含む。このような有機酸化還元活性貯蔵物質は、ポリアニリン又はポリアセチレンをベースとする物質、ポリニトロオキシド又は有機基電極（以下において記述されている物質など：H. Nishide et al., Electrochim. Acta , 50, 827-831, (2004), and K. Nakahara, et al., Chem. Phys. Lett., 359, 351- 354 (2002)）、カルボニルをベースとする有機物、及びオキソカーボンとカルボン酸塩などの“ｐ”ドープ伝導性重合体を含む。これらは、Ｌｉ_２Ｃ_６Ｏ_６、Ｌｉ_２Ｃ_８Ｈ_４Ｏ_４及びＬｉ_２Ｃ_６Ｈ_４Ｏ_４（例えば、M. Armand et al., Nature Materials, DOI: 10.1038/nmat2372参照）のような化合物及び有機硫黄化合物を含む。

[1051] 一部の実施形態では、電子的絶縁性の有機酸化還元化合物が使用される。ある例では、酸化還元化合物は、電子的絶縁性の液体又は流動性の重合体のような濃縮液相である。このような場合、酸化還元活性スラリーは、添加担体液を含んでもよく、含まなくてもよい。添加剤を濃縮相液体酸化還元化合物と組み合わせて電子伝導性を高めることができる。一部の実施形態では、このような電子的絶縁性有機酸化還元化合物は、金属、金属炭化物、金属窒化物、金属酸化物、及びカーボンブラック、黒鉛カーボン、カーボンファイバ、カーボンマイクロファイバ、気相成長カーボンファイバ（ＶＧＣＦ）、「バッキーボール」、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、マルチウォールカーボン・ナノチューブ（ＭＷＮＴ）、シングルウォールカーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）、グラフェンシート又はグラフェンシートの凝塊及びフラーレン片を含む物質を含むフラーレン・カーボンを含む炭素の同素体を含むがそれらに限られない固体無機伝導性物質のような電子伝導性物質の微粒子と混合又はブレンドすることにより電気化学的に活性化される。

[1052] 一部の実施形態では、このような電子的絶縁性有機酸化還元化合物は、ポリアニリン又はポリアセテートを基礎とする伝導性重合体又はポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリ（ｐ―フェニレン）、ポリ（トリフェニレン）、ポリアズレン、ポリフルオレン、ポリナフタリン、ポリアントラセン、ポリフラン、ポリカルバゾール、テトラチアフルバレン置換ポリスチレン、フェロシン置換ポリエチレン、カルバゾール置換ポリエチレン、ポリオキシフェナジン、ポリアセン、又はポリ（ヘテロアセンを含むがそれらに限られない電子伝導性重合体と混合又はブレンドすることにより電気化学的に活性化される。伝導性添加剤は、絶縁液体酸化還元化合物内に組成の導電性を著しく高める導電構造を形成する。一部の実施形態では、伝導性添加剤は、電流コレクタへの濾過的通路を形成する。

[1053] 一部の実施形態では、酸化還元活性電極物質は、例えば金属アルコキシドの加水分解（中でも一般的に「ゾル−ゲル処理」として知られている）により形成される金属酸化物のゾル又はゲルを含むゾル又はゲルを含む。組成Ｖ_ｘＯ_ｙのバナジウム酸化物ゲルは、このような酸化還元活性ゾル−ゲル物質に属する。

[1054] その他の適切な陽極活性物質は、ＮｉＭＨ（ニッケル金属水素化物）ニッケルカドミウム（ＮｉＣｄ）電池において使用されるものとして当業者に知られている固体化合物を含む。Ｌｉ貯蔵のためのさらに他の陽極化合物は、一般的にＣＦｘと呼ばれるカーボン・モノフッ化物電池において使用されている化合物、又は近似化学量論のＭＦ_２又はＭＦ_３（ここで、Ｍは、Ｆｅ、Ｂｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｖを含む）を有する金属フッ化物化合物を含む。その例は、H. Li, P. Balaya, and J. Maier, Li-Storage “Heterogeneous Reaction in Selected Binary Metal Fluorides and Oxides,” Journal of The Electrochemical Society, 151 [11] A1878-A1885 (2004)、M. Bervas, A.N. Mansour, W.-S. Woon, J.P. Al-Sharab, F. Badway, F. Cosandey, L.C. Klein, and G.G. Amatucci, “Investigation of the Lithiation and Delithiation Conversion Mechanisms in a Bismuth Fluoride Nanocomposites”, J. Electrochem. Soc., 153, A799 (2006)、及びI. Plitz, F. Badway, J. Al-Sharab, A. DuPasquier, F. Cosandey and G.G. Amatucci, “Structure and Electrochemistry of Carbon-Metal Fluoride Nanocomposites Fabricated by a Solid State Redox Conversion Reaction”, J Electrochem. Soc., 152, A307 (2005) により記述された化合物を含む。

[1055] 別の例としては、シングルウォールカーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）、マルチウォールカーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）を含むフラーレンカーボン及び金属又は半金属ナノワイヤもイオン貯蔵物質として使用することができる。１つの例は、C.K. Chan, H. Peng, G. Liu, K. Mcllwrath, X. F. Zhang, R.A. Huggins, and Y. Cui, High-performance lithium battery anodes using silicon nanowires, Nature Nanotechnology, published online 16 December 2007; doi:10.1038/nnano.2007.411による報告中で高エネルギー密度貯蔵物質として使用されたシリコンナノワイヤである。

[1056] リチウムシステムにおける陽極のための典型的電気活性物質は、α−ＮａＦｅＯ_２（いわゆる「層状化合物」）又は斜方晶系ＬｉＭｎＯ_２構造型を有する化合物を含む順序化岩塩化合物ＬｉＭｎＯ_２の一般族、又は金属又は酸化物の異なる結晶対称、原子配列又は部分的置換によるそれらの誘導体を含む。Ｍは、少なくとも１つの第一周期遷移金属を含むが、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、又はＺｒを含むがそれらに限られない非遷移金属を含み得る。このような化合物の例は、ＬｉＣｏＯ_２、ＭｇでドーピングされたＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、Ｌｉ（Ｎｉ，Ｃｏ，Ａｌ）Ｏ_２（“ＮＣＡ”として知られている）及びＬｉ（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）Ｏ_２（“ＮＭＣ”として知られている）である。典型的電気活性物質の他の族は、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４及びその誘導体、いわゆる「層状スピネルナノコンポジット」（これらの物質の構造は、順序化岩塩及びスピネル順序化を有するナノスケールの領域を含んでいる）、かんらん石ＬｉＭＰＯ_４及びその誘導体などのスピネル構造の物質を含む。これら物質中のＭは、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、又はＮｉの少なくとも１つ、ＬｉＶＰＯ_４Ｆのような部分的にフッ素化された化合物、下で述べるその他の「多価陰イオン」化合物及びＶ_２Ｏ_５及びＶ_６Ｏ_１１を含むバナジウム酸化物Ｖ_ｘＯ_ｙを含む。

[1057] １つ又は複数の実施形態では、活性物質は、例えば、米国特許第７，３３８，７３４号において記述されている遷移金属多価陰イオン化合物を含む。１つ又は複数の実施形態では、活性物質は、アルカリ金属遷移金属酸化物又はリン酸塩を含み、かつ、例えば、その化合物は、組成、Ａ_ｘ（Ｍ’_１−ａＭ”_ａ）_ｙ（ＸＤ_４）_ｚ，Ａ_ｘ（Ｍ’_１−ａＭ”_ａ）_ｙ（ＤＸＤ_４）_ｚ、又はＡ_ｘ（Ｍ’_１−ａＭ”_ａ）_ｙ（Ｘ_２Ｄ_７）_ｚを有し、かつ、ｘプラスＭ’の正式原子価のｙ（ｌ−ａ）倍プラスＭ”の正式原子価のｙａ倍がＸＤ_４、Ｘ_２Ｄ_７、又はＤＸＤ_４グループの正式原子価のｚ倍になるとなるような諸値を有し；又は組成（Ａ_１−ａＭ”_ａ）_ｘＭ’_ｙ（ＸＤ_４）_ｚ、（Ａ_１−ａＭ”_ａ）_ｘＭ’_ｙ（ＤＸＤ_４）_ｚ（Ａ_１−ａＭ”_ａ）_ｘＭ’_ｙ（Ｘ_２Ｄ_７）_ｚを含む化合物が、（１−ａ）ｘプラスＭ”の正式原子価の数量ａｘ倍プラスＭ’の正式原子価のｙ倍がＸＤ_４、Ｘ_２Ｄ_７、又はＤＸＤ_４グループの正式原子価のｚ倍になるとなるような諸値を有する。この化合物において、Ａは、アルカリ金属及び水素の少なくとも１つであり、Ｍ’は第１周期遷移金属、Ｘは、リン、硫黄、ヒ素、モリブデン及びタングステンのうちの少なくとも１つであり、Ｍ”は、ＩＩＡ、ＩＩＩＡ、ＩＶＡ、ＶＡ、ＶＩＡ、ＶＩＩＡ、ＶＩＩＩＡ、ＩＢ、ＩＩＢ、ＩＩＩＢ、ＩＶＢ、ＶＢ、及びＶＩＢ族金属のいずれかであり、Ｄは、酸素、窒素、炭素又はハロゲンのうちの少なくとも１つである。陽極電気活性物質は、かんらん石構造化合物ＬｉＭＰＯ_４とすることができるが、この場合、Ｍは、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉの１つ以上であり、また、この化合物は、任意選択的にＬｉ、Ｍ又はＯの場でドーピングされる。Ｌｉ場における欠乏は金属又は半金属の添加により補償され、また、Ｏの場における欠乏はハロゲンの添加により補償される。一部の実施形態では、陽極活性物質は、かんらん石構造及び化学式（Ｌｉ_１−ｘＺ_ｘ）ＭＰＯ_４を有し、熱的に安定している遷移金属ドープリチウム遷移金属リン酸塩を含む。ここでＭはＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉの１つ以上であり、かつ、ＺはＴｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ａｌ、又はＭｇの１つ以上などの非アルカリ金属ドーパントであり、ｘは０．００５〜０．０５の範囲にわたる。

[1058] 別の実施形態では、リチウム遷移金属リン酸塩物質は、Ｌｉ_{１−ｘ−ｚ}Ｍ_１＋ｚＰＯ_４の全体組成を有する。ここでＭは、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉのグループから選択された少なくとも１つの第１周期の遷移金属を含む。ここでｘは０〜１であり、かつ、ｚは正又は負とすることができる。ＭはＦｅを含み、ｚは約０．１５〜−０．１５の間である。この物質は、０＜ｘ＜０．１５の組成範囲にわたり固溶体を呈し得るか、又は、この物質は、０〜少なくとも約０．０５の間のｘの組成範囲にわたり安定な固溶体を呈し得るか、又はこの物質は、室温（２２〜２５°Ｃ）において０と少なくとも約０．０７のｘの組成範囲にわたり安定な固溶体を呈し得る。この物質は、リチウム欠乏範囲、例えば、ｘ≧０．８、又はｘ≧０．９、又はｘ≧０．９５の場合にも固溶体を呈し得る。

[1059] 一部の実施形態では、酸化還元活性電極物質は、変位又は変換反応を被ることによりアルカリイオンを蓄える金属塩を含む。このような化合物の例は、リチウム電池において陰極として一般的に使用されるＣｏＯ、Ｃｏ_３Ｏ_４、ＮｉＯ、ＣｕＯ、ＭｎＯなどの金属酸化物を含む。これらは、Ｌｉとの反応後に変位又は変換反応を被ってＬｉ_２Ｏと当該金属構成成分（より還元した酸化物の形態又は金属形態の）の混合物を形成する。その他の例は、ＣｕＦ_２、ＦｅＦ_２、ＦｅＦ_３、ＢｉＦ_３、ＣｏＦ_２、及びＮｉＦ_２などの金属フッ化物を含む。これらは、変位又は変換反応を被ってＬｉＦ及び還元金属成分を形成する。これらのフッ化物は、リチウム電池中の陽極として使用することができる。別の実施形態では、酸化還元活性電極物質は、炭素モノフッ化物又はその誘導体を含む。一部の実施形態では、変位又は変換反応を被るこの物質は、１００ナノメートル以下の平均寸法を有する微粒子の形態である。一部の実施形態では、変位又は変換反応を被るこの物質は、不活性ホストと混合された活性物質のナノコンポジットを含む。これは、伝導性を有し比較的延性の高い炭素、又は金属、又は金属硫化物のような化合物を含むがこれらには限られない。ＦｅＳ_２及びＦｅＦ_３も非水性又は水性リチウムシステムにおける安価な電子伝導性活性物質として使用することができる。

[1060] 一部の実施形態では、作用イオンは、Ｌｉ^＋、Ｎａ^＋、Ｈ^＋、Ｍｇ^２＋、Ａｌ^３＋、又はＣａ^２＋からなるグループから選択される。

[1061] 一部の実施形態では、作用イオンは、Ｌｉ^＋又はＮａ^＋からなるグループから選択される。

[1062] 一部の実施形態では、流動半固体イオン貯蔵酸化還元組成は、イオン貯蔵化合物を含む固体を含む。

[1063] 一部の実施形態では、イオンは、プロトン又はヒドロキシルイオンであり、かつ、イオン貯蔵化合物は、ニッケルカドミウム電池又はニッケル金属水素化物電池において使用される化合物を含む。

[1064] 一部の実施形態では、イオンは、リチウムであり、かつ、イオン貯蔵化合物は、ＣｕＦ_２、ＦｅＦ_２、ＦｅＦ_３、ＢｉＦ_３、ＣｏＦ_２、及びＮｉＦ_２などの金属フッ化物からなるグループから選択される。

[1065] 一部の実施形態では、イオンは、リチウムであり、イオン貯蔵化合物は、ＣｏＯ、Ｃｏ_３Ｏ_４、ＮｉＯ、ＣｕＯ、ＭｎＯなどの金属酸化物からなるグループから選択される。

[1066] 一部の実施形態では、イオンは、リチウムであり、かつ、イオン貯蔵化合物は、化学式Ｌｉ_{１−ｘ−ｚ}Ｍ_１−ｚＰ０_４の化合物から選択される挿入化合物を含む。ここでＭは、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなるグループから選択される少なくとも１つの第１周期遷移金属を含む。ただし、ｘは０〜１であり、かつ、ｚは正又は負とすることができる。

[1067] 一部の実施形態では、イオンは、リチウムであり、かつ、イオン貯蔵化合物は、化学式（Ｌｉ_１−ｘＺ_ｘ）ＭＰＯ_４の化合物から選択される挿入化合物を含む。ここでＭは、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉの１つ以上であり、ＺはＴｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｍｇの１つ以上などの非アルカリ金属ドーパントであり、かつ、ｘは０．００５から０．０５にわたる。

[1068] 一部の実施形態では、イオンは、リチウムであり、かつ、イオン貯蔵化合物は、化学式ＬｉＭＰＯ_４の化合物から選択される挿入化合物を含む。ここでＭは、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、及び Ｎｉの１つ以上であり、この場合、この化合物は任意選択的にＬｉ、Ｍ又はＯの場所でドープされる。

[1069] 一部の実施形態では、イオンは、リチウムであり、かつ、イオン貯蔵化合物は、Ａ_ｘ（Ｍ’_１−ａＭ”_ａ）_ｙ（ＸＤ_４）_ｚ、Ａ_ｘ（Ｍ’_１−ａＭ”_ａ）_ｙ（ＤＸＤ_４）_ｚ、及びＡ_ｘ（Ｍ’_１−ａＭ”_ａ）_ｙ（Ｘ_２Ｄ_７）_ｚからなるグループから選択される挿入化合物を含む。この場合、ｘプラスＭ’の正式原子価のｙ（１−ａ）倍プラスＭ”の正式原子価のｙａ倍は、ＸＤ_４、Ｘ_２Ｄ_７、又はＤＸＤ_４グループの正式原子価のｚ倍に等しい。また、Ａは、アルカリ金属及び水素の少なくとも１つであり、Ｍ’は第一周期遷移金属であり、Ｘはリン、硫黄、ヒ素、モリブデン及びタングステンの少なくともいずれか１つであり、Ｍ”は、ＩＩＡ、ＩＩＩＡ、ＩＶＡ、ＶＡ、ＶＩＡ、ＶＩＩＡ、ＶＩＩＩＡ、ＩＢ、ＩＩＢ、ＩＩＩＢ、ＩＶＢ、ＶＢ、及びＶＩＢ族金属のいずれかである。Ｄは、酸素、窒素、炭素又はハロゲンのうちの少なくとも１つである。

[1070] 一部の実施形態では、イオンは、リチウムであり、かつ、イオン貯蔵化合物は、Ａ_１−ａＭ”_ａ）_ｘＭ’_ｙ（ＸＤ_４）_ｚ、（Ａ_１−ａＭ”_ａ）_ｘＭ’_ｙ（ＤＸＤ_４）_ｚ及びＡ_１−ａＭ”_ａ）_ｘＭ’_ｙ（Ｘ_２Ｄ_７）_ｚからなるグループから選択される挿入化合物を含む。ここで、（１−ａ）ｘプラスＭ”の正式原子価の数量ａｘ倍プラスＭ’の正式原子価のｙ倍は、ＸＤ_４、Ｘ_２Ｄ_７、又はＤＸＤ_４グループの正式原子価のｚ倍に等しく、かつ、Ａはアルカリ金属及び水素の少なくとも１つであり、Ｍ’は第一周期遷移金属、Ｘは、リン、硫黄、ヒ素、モリブデン及びタングステンの内の少なくとも１つであり、Ｍ”は、ＩＩＡ、ＩＩＩＡ、ＩＶＡ、ＶＡ、ＶＩＡ、ＶＩＩＡ、ＶＩＩＩＡ、ＩＢ、ＩＩＢ、ＩＩＩＢ、ＩＶＢ、ＶＢ、及びＶＩＢ族金属のいずれかであり、Ｄは、酸素、窒素、炭素又はハロゲンのうちの少なくとも１つである。

[1071] 一部の実施形態では、イオンは、リチウムであり、かつ、イオン貯蔵化合物は、α−ＮａＦｅＯ_２を有する化合物を含む順序化岩塩化合物ＬｉＭＯ_２及び斜方晶系ＬｉＭｎＯ_２構造型又は金属又は酸化物の異なる結晶対称、原子配列又は部分的置換によるそれらの誘導体からなるグループから選択される挿入化合物を含む。ここでＭは、少なくとも１つの第一周期遷移金属を含むが、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、又はＺｒを含むがそれらに限られない非遷移金属を含み得る。

[1072] 一部の実施形態では、流動半固体イオン貯蔵酸化還元組成は、非晶質炭素、無秩序炭素、黒鉛炭素、又は金属被覆又は金属装飾炭素を含む固体を含む。

[1073] 一部の実施形態では、流動半固体イオン貯蔵酸化還元組成は、金属又は金属合金又は半金属又は半金属合金又はシリコンを含む固体を含む。

[1074] 一部の実施形態では、流動半固体イオン貯蔵酸化還元組成は、ナノワイヤ、ナノロッド及びナノテトラポッドを含むナノ構造を含む固体を含む。

[1075] 一部の実施形態では、流動半固体イオン貯蔵酸化還元組成は、有機酸化還元化合物を含む固体を含む。

[1076] 一部の実施形態では、陽極は、α−ＮａＦｅＯ_２を有する化合物を含む順序化岩塩化合物ＬｉＭＯ_２及び斜方晶系ＬｉＭｎＯ_２構造型又は金属又は酸化物の異なる結晶対称、原子配列又は部分的置換によるそれらの誘導体からなるグループから選択された固体を含む流動半固体イオン貯蔵酸化還元組成を含む。ここで、Ｍは、少なくとも１つの第一周期遷移金属を含むが、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、又はＺｒを含むがそれらに限られない非遷移金属も含み得る。また、陰極は、非晶質炭素、無秩序炭素、黒鉛炭素、又は金属被覆又は金属装飾炭素からなるグループから選択される固体を含む流動半固体イオン貯蔵酸化還元組成を含む。

[1077] 一部の実施形態では、陽極は、Ａ_ｘ（Ｍ’_１−ａＭ”_ａ）_ｙ（ＸＤ_４）_ｚ、Ａ_ｘ（Ｍ’_１−ａＭ”_ａ）_ｙ（ＤＸＤ_４）_ｚ、及びＡ_ｘ（Ｍ’_１−ａＭ”_ａ）_ｙ（Ｘ_２Ｄ_７）_ｚからなるグループから選択される固体を含む流動半固体イオン貯蔵酸化還元組成を含む。ここで、ｘプラスのＭ’の正式原子価のｙ（ｌ−ａ）倍プラスＭ”の正式原子価のｙａ倍は、ＸＤ_４、Ｘ_２Ｄ_７、又はＤＸＤ_４グループの正式原子価のｚ倍に等しく、かつ、Ａは、アルカリ金属及び水素の少なくとも１つであり、Ｍ’は第１周期遷移金属、Ｘは、リン、硫黄、ヒ素、モリブデン及びタングステンのうちの少なくとも１つであり、Ｍ”は、ＩＩＡ、ＩＩＩＡ、ＩＶＡ、ＶＡ、ＶＩＡ、ＶＩＩＡ、ＶＩＩＩＡ、ＩＢ、ＩＩＢ、ＩＩＩＢ、ＩＶＢ、ＶＢ、及びＶＩＢ族金属のいずれかであり、Ｄは、酸素、窒素、炭素又はハロゲンのうちの少なくとも１つである。また、陰極は、非晶質炭素、無秩序炭素、黒鉛炭素、又は金属被覆又は金属装飾炭素を含むからなるグループから選択される固体を含む流動半固体イオン貯蔵酸化還元組成を含む。

[1078] 一部の実施形態では、陽極は、スピネル型構造の化合物を含む流動半固体イオン貯蔵酸化還元組成を含む。

[1079] 一部の実施形態では、陽極は、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４及びその誘導体；層状スピネルナノコンポジット（その構造は、順序岩塩及びスピネル順序付けを含むナノスケールの領域を含む）；４．３Ｖを超えるポテンシャル対Ｌｉ／Ｌｉ＋を有するいわゆる「高電圧スピネル」（ＬｉＮｉ０．５Ｍｎｌ．５Ｏ４を含むがそれに限られない）；かんらん石ＬｉＭＰＯ_４及びその誘導体（この場合、Ｍは、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、又はＮｉの１つ以上、ＬｉＶＰＯ_４Ｆなどの部分的にフッ素化された化合物、その他の「多価陰イオン」化合物、及びＶ_２Ｏ_５及びＶ_６Ｏ_１１を含むバナジウム酸化物Ｖ_ｘＯ_ｙを含む）からなるグループから選択される化合物を含む流動半固体イオン貯蔵酸化還元組成を含む。

[1080] 一部の実施形態では、半固体流動電池は、リチウム電池であり、かつ、陰極活性化合物は、黒鉛、黒鉛ホウ素炭素合金、硬質炭素又は無秩序炭素、リチウムチタン酸塩スピネル、又はリチウムと反応して金属間化合物を形成する固体金属又は金属合金又は半金属又は半金属合金（金属Ｓｎ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ａｇ、及びＡｌ及び半金属Ｓｉ及びＧｅを含む）を含む。

[1081] リチウム作用イオンの場合の陰極のための典型的電気活性物質は、黒鉛炭素又は非黒鉛炭素、無定形炭素、又はメソカーボン・マイクロビーズ；Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｂ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｓｉ、又はＺｎの１つ以上を含む金属などの非リチオ化金属又は金属合金、又はＬｉＡｌ、Ｌｉ_９Ａｌ_４、Ｌｉ_３Ａｌ、ＬｉＺｎ、ＬｉＡｇ、Ｌｉ_１０Ａｇ_３、Ｌｉ_５Ｂ_４、Ｌｉ_７Ｂ_６、Ｌｉ_１２Ｓｉ_７、Ｌｉ_２１Ｓｉ_８、Ｌｉ_１３Ｓｉ_４、Ｌｉ_２１Ｓｉ_５、Ｌｉ_５Ｓｎ_２、Ｌｉ_１３Ｓｎ_５、Ｌｉ_７Ｓｎ_２、Ｌｉ_２２Ｓｎ_５、Ｌｉ_２Ｓｂ、Ｌｉ_３Ｓｂ、ＬｉＢｉ、又はＬｉ_３Ｂｉなどの化合物を含むリチオ化金属又は金属合金、又はリチオ化又は非リチオ化組成の無定型金属合金を含む。

[1082] 一部の実施形態では、陰極は、黒鉛、黒鉛ホウ素炭素合金、硬質炭素又は無秩序炭素、リチウムチタン酸塩スピネル、又はリチウムと反応して金属間化合物を形成する固体金属又は金属合金又は半金属又は半金属合金（金属Ｓｎ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ａｇ、及びＡｌ及び半金属Ｓｉ及びＧｅを含む）を含む半固体イオン貯蔵酸化還元組成を含む。

[1083] 電流コレクタは、電子的に伝導性である。それは、セルの動作条件下で電気化学的に不活性であるべきである。リチウムセル用の典型的電流コレクタは、陰極電流コレクタ用の銅、アルミニウム、又はチタニウム及び陽極電流コレクタ用のアルミニウムを含む。これらは、シート又はメッシュの形態、又はそれにより電流コレクタが電解質中に分布され、かつ、流体流を可能にする任意の形態でよい。電流コレクタ物質の選択は、当業者にとって周知である。一部の実施形態では、陽極の電流コレクタとしてアルミニウムが使用される。一部の実施形態では、陰極の電流コレクタとして銅が使用される。一部の実施形態では、陰極の電流コレクタとしてアルミニウムが使用される。

[1084] 一部の実施形態では、陰極は従来の静止電極とすることができる一方、陽極は半固体酸化還元組成を含む。別の実施形態では、陽極は従来の静止電極とすることができる一方、陰極は半固体酸化還元組成を含む。

[1085] 電流コレクタ物質は、フロー電池の陽極及び陰極の動作ポテンシャルにおいて安定な物質となるよう選択することができる。非水性リチウムシステムでは、陽極電流コレクタは、アルミニウム又はＬｉ／Ｌｉ^＋に関する２．５〜５Ｖの動作ポテンシャルにおいて電気化学的に溶解しない伝導性物質で被覆されたアルミニウムを含み得る。このような物質は、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、バナジウム酸化物などの伝導性金属酸化物、及び炭素を含む。陰極電流コレクタは、リチウム、炭素、及び被覆（別の導体上にかる物質を含む）とともに合金又は金属間化合物を形成しない銅又はその他の金属を含み得る。

[1086] 一部の実施形態では、半固体酸化還元セルの電気化学的機能は、金属、金属炭化物、金属窒化物、金属酸化物及び炭素の同素体（カーボンブラック、黒鉛カーボン、カーボンファイバ、カーボンマイクロファイバ、気相成長カーボンファイバ（ＶＧＣＦ）、「バッキーボール」、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、マルチウォールカーボン・ナノチューブ（ＭＷＮＴ）、シングルウォールカーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）、グラフェンシート又はグラフェンシートの凝塊及びフラーレン片を含む物質を含むフラーレンカーボンを含む）を含むがそれらに限られない固体無機伝導性物質のような電子的に伝導性の物質の微粒子と陽極又は陰極の粒子を混合することにより改善される。一部の実施形態では、このような電子的絶縁性有機酸化還元化合物は、以下を含むがそれらに限られない電子的に伝導性の重合体と混合することにより電子的に活性となる：ポリアニリン又はポリアセテートを基礎とする伝導性重合体又はポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリ（ｐ―フェニレン）、ポリ（トリフェニレン）、ポリアズレン、ポリフルオレン、ポリナフタリン、ポリアントラセン、ポリフラン、ポリカルバゾール、テトラチアフルバレン置換ポリスチレン、フェロシン置換カルバゾール置換ポリエチレン、ポリオキシフェナジン、ポリアセン、又はポリ（ヘテロアセン）。一部の実施形態では、その結果の陰極液又は陽極液の混合物は、少なくとも約１０^−６Ｓ／ｃｍの電子的伝導度を有する。別の実施形態では、混合物は、約１０^−６Ｓ／ｃｍ〜１０^−３Ｓ／ｃｍの間の電子的伝導度を有する。別の実施形態では、混合物は、少なくとも約１０^−５／ｃｍ、又は少なくとも１０^−４Ｓ／ｃｍ、又は少なくとも約１０^−３Ｓ／ｃｍ以上の電子的伝導度を有する。

[1087] 一部の実施形態では、陽極又は陰極の粒子に、部分的又は全面的伝導性被覆を施すことができる。

[1088] 一部の実施形態では、半固体イオン貯蔵酸化還元組成は、伝導性被覆物質で被覆されたイオン貯蔵固体を含む。ある特定の実施形態では、この伝導性被覆物質は、固体より高い電子伝導性を有している。ある特定の実施形態では、この固体は黒鉛であり、また、伝導性被覆物質は、金属、金属炭化物、金属酸化物、金属窒化物又は炭素である。ある特定の実施形態では、この金属は銅である。

[1089] 一部の実施形態では、半固体イオン貯蔵物質の固体は、酸化還元エネルギー貯蔵素子の動作状態において酸化還元不活性の金属により被覆される。一部の実施形態では、半固体イオン貯蔵物質の固体は、貯蔵物質粒子の伝導度を高めるため、半固体の正味伝導度を高めるため、及び／又はエネルギー貯蔵粒子と伝導性添加物間の電荷移動を促進するために銅により被覆される。一部の実施形態では、貯蔵物質粒子は、重量で約１．５％の金属銅により被覆される。一部の実施形態では、貯蔵物質粒子は、重量で約３．０％の金属銅により被覆される。一部の実施形態では、貯蔵物質粒子は、重量で約８．５％の金属銅により被覆される。一部の実施形態では、貯蔵物質粒子は、重量で約１０．０％の金属銅により被覆される。一部の実施形態では、貯蔵物質粒子は、重量で約１５．０％の金属銅により被覆される。一部の実施形態では、貯蔵物質粒子は、重量で約２０．０％の金属銅により被覆される。

[1090] 一部の実施形態では、伝導性被覆は、伝導素子の化学沈殿及びそれに続く乾燥及び／又は焼成により陽極又は陰極粒子の上に置かれる。

[1091] 一部の実施形態では、伝導性被覆は、電気メッキ（例えば、流動床内）により陽極又は陰極粒子の上に置かれる。

[1092] 一部の実施形態では、伝導性被覆は、伝導性化合物との共焼結及びそれに続く粉砕により陽極又は陰極粒子の上に置かれる。

[1093] 一部の実施形態では、電気化学活性粒子は、連続粒子内伝導性物質を有するか、又は伝導性母材中に埋め込まれる。

[1094] 一部の実施形態では、伝導性被覆及び微粒子内伝導性ネットワークは、陽極／陰極粒子の半固体及び伝導性物質微粒子を多成分噴霧乾燥することにより形成される。

[1095] 一部の実施形態では、伝導性重合体は、構成要素半固体に属し、かつ、電子伝導性の素子を与える。一部の実施形態では、伝導性重合体は、以下の１つ以上である：ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリ（ｐ―フェニレン）、ポリ（トリフェニレン）、ポリアズレン、ポリフルオレン、ポリナフタリン、ポリアントラセン、ポリフラン、ポリカルバゾール、ポリアセン、又はポリ（ヘテロアセン）。一部の実施形態では、伝導性重合体は、そのままで反応して活性物質粒子の表面に伝導性重合体を形成する化合物である。１つの実施形態では、この化合物は、２ヘキシルチオフェン又は３ヘキシルチオフェンであり、電池の充電中に酸化して陰極半固体懸濁液中の固体粒子上に伝導性重合体被覆を形成する。別の実施形態では、酸化還元活性物質は、伝導性母材中に埋め込むことができる。酸化還元活性物質は、伝導性物質の絮状又は凝集微粒子中の外部及び内部の界面を覆うことができる。別の実施形態では、酸化還元活性物質及び伝導性物質は、複合微粒子からなる２つの構成要素とすることができる。いかなる理論又は動作モードにも拘束されずに、かかる被覆は、酸化還元活性粒子を静めることができ、かつ、担体液体又は電解質との望ましくない反応の防止に役立つことができる。従って、それは、総合的固体電解質相間（ＳＥＩ）層として働くことができる。

[1096] 一部の実施形態では、本質的に電子伝導性のイオン貯蔵化合物として黄鉄鉱（ＦｅＳ_２）のような安価な鉄化合物を使用する。１つの実施形態では、貯蔵されるイオンは、Ｌｉ＋である。

[1097] 一部の実施形態では、酸化還元メディエータを半固体に添加して半固体電極内の電子移動率を改善する。一部の実施形態では、この酸化還元メディエータは、フェロセン又はフェロセン含有重合体である。一部の実施形態では、酸化還元メディエータは、テトラチアフルバレン置換ポリスチレン、フェロセン置換ポリエチレン、カルバゾール置換ポリエチレンの１つ以上である。

[1098] 一部の実施形態では、半固体電池において使用される電流コレクタの表面伝導率又は電荷移動抵抗は、電流コレクタ表面を伝導性物質により被覆することにより増加する。このような層は、総合的ＳＥＩ層としても役立つことができる。伝導性被覆物質の非限定的な例は、炭素、金属、金属炭化物、金属窒化物、金属酸化物、又は伝導性重合体を含む。一部の実施形態では、伝導性重合体は、以下を含むがそれらに限られない：ポリアニリン又はポリアセテートを基礎とする伝導性重合体又はポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリ（ｐ―フェニレン）、ポリ（トリフェニレン）、ポリアズレン、ポリフルオレン、ポリナフタリン、ポリアントラセン、ポリフラン、ポリカルバゾール、テトラチアフルバレン置換ポリスチレン、フェロシン置換ポリエチレン、カルバゾール置換ポリエチレン、ポリオキシフェナジン、ポリアセン、又はポリ（ヘテロアセン）。一部の実施形態では、伝導性重合体は、そのままで反応して電流コレクタの表面に伝導性重合体を形成する化合物である。１つの実施形態では、この化合物は、２ヘキシルチオフェンであり、高いポテンシャルで酸化して電流コレクタの上に伝導性重合体被覆を形成する。一部の実施形態では、電流コレクタは、酸化還元エネルギー貯蔵素子の動作条件下で酸化還元不活性である金属により被覆される。

[1099] 半固体酸化還元組成は、酸化還元セルの性能を改善するために種々の添加剤を含み得る。かかる例における半固体の液相は、電解質塩の溶けている溶剤、及び結合材、濃厚剤、又は安定性を改善し、ガス形成を低減し、陰極粒子上のＳＥＩ形成を改善するその他の添加剤等を含む。このような添加剤の例は、以下を含む：陽極上の安定なパッシベーション層及び酸化物陰極上の薄いパッシベーション層を与えるビニレンカーボネート（ＶＣ）、ビニールエチレンカーボネート（ＶＥＣ）、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）、又はアルキルケイ皮酸エステル；ガス発生抑止剤としてのプロパンスルトン（ＰＳ）、プロピレンスルトン（ＰｒＳ）、又はエチレンチオ炭酸；ガス処理／安全／陰極重合化剤としてのビフェニル（ＢＰ）、シクロヘキシルベンゼン、又は部分的に水素化されたテルフェニル；又は陽極パッシベーション剤としてのリチウムビス（オキサラト）ホウ酸塩。

[1100] 一部の実施形態では、水の残留ガスを除去する化合物を活性物質懸濁液又は貯蔵タンク又はシステムのその他の管系に組み込むことにより、非水性陽極及び陰極の半固体酸化還元組成における不純物水分の吸収及び酸の発生（ＬｉＰＦ_６塩の場合のＨＦなど）を防止する。任意選択の添加剤は、酸を中和する塩基性酸化物である。かかる化合物は、シリカゲル、硫酸カルシウム（例えば、Ｄｒｉｅｒｉｔｅとして知られている製品）、酸化アルミニウム及び水酸化アルミニウムを含むが、それらのみには限られない。

例１：電極物質用のリチウム金属酸化物を使用する半固体充填セル
非水性リチウムチタン酸塩スピネル陽極半固体の調製
[1101] ＴＵＲＢＵＬＡシェーカーミキサーを使用して先ず０．７ｇのＬｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２及び乾燥状態の０．４４ｇのカーボンブラックを１時間にわたり混合することにより、アルキル炭酸塩の混合物中のＬｉＰＦ_６からなる体積８４％の非水性電解質中に、体積８％リチウムチタニウム酸化物（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２）及び伝導性添加物としての体積８％のカーボンブラックを含む懸濁液を調製した。次に２．５ｍｌの電解質を加え、この混合物を１時間にわたり超音波分解した。

非水性リチウムコバルト酸化物陰極半固体の調製
[1102] 体積１２％のリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ_２）、体積８％のカーボンブラック、及び残余としてのアルキル炭酸塩中のＬｉＰＦ_６からなる電解質を含む懸濁液を調製した。ＴＵＲＢＵＬＡミキサーを用いて１．０５ｇのリチウムコバルト酸化物を０．２２ｇの炭素と１時間にわたり混合した。続いて、この電解質を半固体懸濁液の残りにあたる適量分だけ加え、混合物を１時間にわたり超音波分解した。

[1103] 本出願において記述される一部の実施形態は、体積で約４５％より多い活性物質を有する半固体懸濁液に関する。また、一部の実施形態では、電極の伝導度及び電気化学的性能を高めるために十分な量の伝導性添加剤（例えば、カーボンブラック）をスラリーに添加することができる。さらに、本出願において記述される一部の実施形態は、反復可能かつ拡張可能な製造指向の調製方法に関する。

[1104] 一部の実施形態では、電気化学的活性半固体懸濁液は、体積で約２０％から７５％の陰極又は陽極のイオン貯蔵成分、体積で約０．５％から約２５％の伝導性添加剤成分、及び体積で約２５％から約７０％の電解質を含むことができる。

[1105] 一部の実施形態では、以下においてより詳しく述べるように、スラリー成分をバッチ工程において（例えば、バッチミキサーを用いて）成分添加物と一定の空間的及び／又は時間的順序の混合することができる。一部の実施形態では、スラリー成分を連続工程において（例えば、押出機において）成分添加物と一定の空間的及び／又は時間的順序で混合することができる。

[1106] 一部の実施形態では、加工条件（温度；剪断速度又は速度計画；成分添加の順序づけ、場所、及び速度；混合又は滞留時間）を選択及び／又は変更することにより、調製スラリーの電気的特性、レオロジー的特性、及び／又は組成的特性（例えば、一様性）を調整することができる。一部の実施形態では、混合要素（例えば、ローラーブレードエッジ）の速度は、約０．５ｃｍ／ｓ〜約５０ｃｍ／ｓの間である。一部の実施形態では、流体が混合工程中において流れる場所の最小幅（例えば、ローラーブレードエッジからミキサー格納壁までの距離）は、約０．０５ｍｍ〜約５ｍｍの間である。従って、剪断速度（速度スケールを長さスケールで除した値）は、よって約１〜約１０，０００インバース秒の間である。一部の実施形態では、剪断速度は１インバース秒未満とすることができるが、別の実施形態での剪断速度は１０，０００インバース秒より高い。

[1107] 例えば、加工条件を選択して少なくとも約０．８０、少なくとも約０．９０、少なくとも約０．９５、又は少なくとも約０．９７５の混合度指数を有する調製スラリーを製造することができる。一部の実施形態では、加工条件を選択して少なくとも約１０^−６Ｓ／ｃｍ、少なくとも約１０^−５Ｓ／ｃｍ、少なくとも約１０^−４Ｓ／ｃｍ、少なくとも約１０^−３Ｓ／ｃｍ、又は少なくとも約１０^−２Ｓ／ｃｍの電子伝導度を有する調製スラリーを製造することができる。一部の実施形態では、加工条件を選択して室温において約１００，０００Ｐａ−ｓ未満、約１０，０００Ｐａ−ｓ未満、約１，０００Ｐａ−ｓ未満の見掛け粘度を有する調製スラリーを製造することができる（すべて、１，０００ｓ^−１の見掛け剪断速度において）。一部の実施形態では、加工条件を選択して、本出願において記述される２つ以上の特性を持つ調製スラリーを製造することができる。

[1108] スラリー電極の混合及び形成は、一般的に以下を含む：（ｉ）原材料の運搬及び／又は吐出、（ｉｉ）混合、（ｉｉｉ）混合されたスラリーの運搬、（ｉｖ）吐出及び／又は押出し、及び（ｖ）成形。一部の実施形態では、工程中の多数のステップを同時に、かつ／又は同一の装置を使用して行うことができる。例えば、スラリーの混合及び運搬は、同時に押出機により行うことができる。工程中の各ステップは、１つ又は複数の可能な実施形態を含むことができる。例えば、工程中の各ステップは、手動により、又は種々の加工機器のいずれかにより行うことができる。各ステップは、１つ又は複数の副工程も含むことができ、かつ、任意選択的に加工品質を監視する検査ステップを含むことができる。

[1109] 原材料の運搬及び／又は供給は、以下を含み得る：自然供給（例えば、ミキサーが材料を受け入れて外力なしに混合物の中へ出すようにする）による材料のバッチ式手動計量、ピストン機構又はねじ式「サイドスタッファ」のいずれかの強制供給による材料のバッチ式手動計量、自然供給（例えばミキサーが自然に材料を受け入れられる速度で供給する）による重力ねじ固体フィーダ、強制供給（例えばピストン機構又はねじ式「サイドスタッファ」と組み合わされるＢｒａｂｅｎｄｅｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｉｎｃ製装置）による重力ねじ固体フィーダ、及び／又はその他の適切な運搬及び／又は供給方法及び／又はこれらの適切な組み合わせ。

[1110] 一部の実施形態では、スラリーは、Ｂａｎｂｕｒｒｙ（登録商標）式バッチ／ミキサー、２軸押出機の混合部、遠心遊星ミキサー、及び／又は遊星ミキサーを使用して混合することができる。一部の実施形態では、スラリーは、混合後に、均一性、流動性、伝導性、粘度及び／又は密度を測定及び／又は評価するために標本抽出及び／又は監視することができる。

[1111] 一部の実施形態では、例えば混合後に、例えばピストンポンプ、蠕動ポンプ、ギア／ローブポンプ、プログレッシブキャビティポンプ、一軸ネジポンプ、一軸スクリュー押出機、二軸スクリュー押出機の運搬部及び／又はその他の適切な運搬装置を使用してスラリーを運搬するか及び／又は加圧することができる。一部の実施形態では、運搬及び／又は加圧中に運搬装置のトルク及び／又は出力、運搬装置出口の圧力、流量及び／又は温度を測定、監視、及び／又は制御することができる。

[1112] 一部の実施形態では、例えば運搬及び／又は加圧後に、スラリーを供給及び／又は押し出すことができる。スラリーの供給及び／又は押出は、例えば、「ハンガーダイ」シート押出ダイ、「ウインターマニフォールド」シート押出ダイ、プロフィール型シート押出ダイ、材料の連続流を基板に貼り付けるために使用できる任意のノズル、正しい寸法及び形状の型への注入（例えば、ポケットを材料で満たすこと）及び／又はその他の適切な供給装置を使用して行うことができる。

[1113] 一部の実施形態では、供給の後に、スラリーを最終電極に形成することができる。例えば、スラリーは、カレンダーロール形成、圧断及び／又はプレス、振動沈殿、及び／又は離散断面切断により加工することができる。また、一部の実施形態では、材料の不要部分を除去することができ（例えば、覆って洗い流すこと）、また、任意選択的にスラリー製造工程にリサイクルすることもできる。

[1114] 本出願において記述されるシステム、混合装置、工程及び方法を使用して電気化学装置（例えば電池）での使用に適する半固体懸濁液（例えばスラリー）を製造することができる。かかるシステム及び方法により製造される半固体懸濁液は、特定の特性、例えば、流動性、伝導性及び電気化学的性能を持つスラリーベース電極の形成に適する。例えば、一部の適切な混合装置は、バッチ・ミキサー（例えば、Ｃ．Ｗ． Ｂｒａｂｅｎｄｅｒ又はＢａｎｂｕｒｒｙ（登録商標）式）、ポーテッド一軸又は二軸スクリュー押出機（例えばＬｅｉｓｔｒｉｔｚ， Ｈａａｋｅ）のような連続配合装置、ブレード型混合器のような高剪断ミキサー、高速混練機、及び／又は回転羽根車を含む。一部の実施形態では、混合装置を使用して温度の調整によるスラリーの流動性の制御及び／又は化学的組成の調節によるスラリーの均一性の制御を行うことができる。

[1115] バッチミキサーを使用してスラリーを混合する実施形態では、スラリーは、バッチミキサーから他の加工装置、例えば押出機に送ることができる。このような実施形態では、送り出し方法を選択して、電解質の損失を最小化し、スラリーの状態をあまり乱さず、かつ／又は周囲気体の同伴などのその他の加工上の問題を引き起こさないようにすることができる。押出機（例えば、二軸スクリュー）を使用してスラリーを混合する実施形態では、混合と材料運搬が同時に行われるので、工程段階が減少する。

[1116] 一部の実施形態では、ある程度の電解質損失を許容し、かつ、それを制御仕様として利用することができる。許容できる量は、一般的に電解質体積分率の増加及び／又は混合指数の増加につれて減少する。例えば、０．８の混合指数においては、最大電解質損失は、約３９％未満、約３３％未満、又は約２７％未満に制御することができる。０．９の混合指数においては、最大電解質損失は、約５％未満、約４％未満、又は約３％未満に制御することができる。０．９を超える混合指数においては、最大電解質損失は、約５％未満、約４％未満、又は約３％未満に制御することができる。成分濃度を計算して許容損失を決定及び／又は予測することができる。成分濃度は、個々の成分に応じて変化する。別の実施形態では、損失許容はより高い一方、他の面においてより制限的である。

[1117] 一部の実施形態では、スラリーの組成及び混合工程を選択することにより、スラリーの成分の分布を均一化すること、スラリー全体にわたる浸透伝導ネットワーク及び十分に高い体積導電性（これは、本出願においてさらに詳しく述べるように、望ましい電気化学的性能に相互に関連する）を実現すること、転送、運搬（例えば、押出）、供給、分割又は切断、及び供給後の形成（例えば、プレス成形、ローリング、カレンダー加工等）又はそれらの組み合わせを含み得る加工の助けとなる流動状態を得ることができる。

[1118] 以下において記述する装置、システム、及び方法は、特定の実施形態による多孔質電流コレクタを有する半固体電極セルの例及びその電極セルを製造する方法の例である。特定の実施形態について論ずるが、当然のことながら、複数の実施形態を統合して、例えば混成実施形態を構成することができる。以下において記述されるシステム及び方法は、半電池（例えば、陽極セル又は陰極セル）、全電池（例えば、イオン膈膜により分離される陽極セル及び陰極セル）又はモジュール（例えば、多数の全電池）に適用することができる。上述した半固体（又はその一部）は、以下において述べる実施形態のいずれにおいても使用することができる。同様に、上述の混合方法は、以下において述べる実施形態のいずれとともにも使用することができる。

[1119] 図１Ａ〜１Ｃは、１つの実施形態による電気化学セルにおいて使用される多孔質電流コレクタ１２０（本出願では、「コレクタ」ともいう）を示している。一部の実施形態では、コレクタ１２０は、図１Ａに示すようにワイヤ・メッシュから形成することができる。ワイヤメッシュ（本出願ではメッシュともいう）は、任意の本数のフィラメントワイヤ１２１を含むことができる。これは、適切な工程を使用して、例えばウィービング、ブレーディング、ニッティング等により製造される規則的なパターン又は構造あるいはワイヤ１２１をランダムに分布させること、及びそれを溶接、接着又はその他の適切な技術により接合することにより製造されるより不規則なパターン又は構造のような種々の形態に、形成することができる。さらにメッシュを含むワイヤ１２１は、任意の適切な材料とすることができる。例えば、一部の実施形態では、これらのワイヤは、金属性であり、例えば、鋼鉄、アルミニウム、銅、チタニウム又はその他の適切な金属である。別の実施形態では、これらのワイヤは、導電性非金属材料とすることができ、例えば、カーボンナノファイバ又はその他の適切な材料などである。一部の実施形態では、ワイヤ１２１は、被覆を含み得る。例えば、この被覆は、腐食を低減し、かつ、接着特性を強化又は低減するように（例えば、それぞれ、親水性又は疎水性被覆）形成できる。

[1120] メッシュにより規定される開口部１２２は、任意の適切な形状とすることができる。例えば、一部の実施形態では、開口部１２２は、多角形（例えば、正方形、矩形、五角形、六角形等）である。一部の実施形態では、織って作成されるメッシュは、ほころびを防止するように形成される織端を含むことができる。同様に、織って作成されるメッシュは、メッシュ織の弛み、ほころび、分離及び／又はその他のエッジにおける乱れを防止するように構成された外縁（すなわち、織端）を含むことができる。

[1121] 一部の実施形態では、多孔質電流コレクタ１２０は、電子伝導性（例えば、金属）のオープンセル発泡材（例えば、相対的に大きい体積分率のガス充填小孔を含む固定金属からなる気泡構造）とすることができる。オープン・セル（例えば、空洞）は、相互接続されたネットワークを形成する。このネットワークの働きにより、半固体懸濁液が気泡中を流れて空洞をほぼ満たし、それにより「ガスの満たされた小孔」が電極製造工程中に半固体懸濁液により満たされる。気泡の多孔性は、ガスの満たされた小孔の寸法（例えば、体積）及び／又は気泡構造の密度を変更することにより変えることができる。例えば、気泡構造の「頂点」間の「ストラット」を引き伸ばして孔を拡大して、それにより気泡の多孔性を高めることができる。その代わりに、ストラットの「厚さ」又は「直径」を低減して孔の寸法を増大することもできる。

[1122] 一部の実施形態では、多孔質電流コレクタ１２０は、ウィービング、ブレーディング、ニッティング等により作成される規則的なパターン又は構造あるいはワイヤ１２１をランダムに分布させること及びそれらを溶接、接着又はその他の適切な技術により接合することにより作成されるよりランダムなパターン又は構造を有する電子的に伝導性の「メッシュ」とすることができる。上述した気泡と同様に、メッシュは、相互接続された空洞のネットワークを有している。このネットワークの働きにより、半固体懸濁液がメッシュ中を流れて空洞をほぼ満たす。メッシュの多孔性は、種々の方法で変更することができる。例えば、個々のワイヤ１２１の厚さ又は直径を変えること、隣接ワイヤ１２１間の距離を変えること、個々のワイヤが交差する角度（例えば、ブレーディング角）を変えること、又はパターン中のワイヤの本数を変えることなどである。

[1123] 多孔質電流コレクタ１２０が「気泡」であるか、「メッシュ」である、又は本出願において定義するその他の多孔質構造であるかに関係なく、多孔性は、空洞（例えば、気体の満たされた、液体の満たされた、又は半固体の満たされた）の体積分率を多孔質電流コレクタ１２０の全体積（例えば、空洞の体積分率と固体物質（例えば、気泡構造又はワイヤ）の体積分率の和）で除した値として定義することができる。従って、多孔性を変更して電子伝導性、抵抗、構造的性能、及び／又はその他の電気的及び物理的特性を最適化することができる。例えば、一部の実施形態では、コレクタ１２０は、少なくとも６０％の多孔性を有することができる。一部の実施形態では、コレクタ１２０は、少なくとも８０％の多孔性を有することができる。一部の実施形態では、コレクタ１２０は、少なくとも９０％の多孔性を有することができる。

[1124] 一部の実施形態では、多孔質電流コレクタ１２０は、多数の同様な又は同様でない多孔質基板を有することができる。例えば、多孔質電流コレクタ１２０は、種々の寸法及び／又は多孔性の多孔質基板のスタックを含むことができる。一部の実施形態では、多孔質基板又は多孔質基板のスタックは、固体金属箔上に配置すること、又はそれに機械的に結合すること（例えば、はんだ付け、ろう付け、溶接）ができる。別言すれば、多孔質電流コレクタ１２０は、必ずしも一様な多孔性を有する必要はない（機能的傾斜構造が可能である）。

[1125] 多孔質電流コレクタ１２０は、任意の適切な形状又は寸法を有することができる。例えば、図１Ｂに示すように、多孔質電流コレクタ１２０は、ほぼ矩形とすることができる。一部の実施形態では、コレクタ１２０の寸法及び形状は、電気化学セル空洞（例えば、本出願において後述する陽極セル及び／又は陰極セルにおける）の形状及び寸法にほぼ対応し得る。例えば、一部の実施形態では、コレクタ１２０は、多角形（例えば、正方形、五角形、六角形等）又は楕円（例えば、円、楕円、長円等）とすることができる。図１Ｃに示すように、コレクタ１２０は、任意の適切な寸法とすることができる厚さＴを有する。例えば、一部の実施形態では、厚さＴは、電気化学セル空洞の深さにほぼ対応することができる。一部の実施形態では、コレクタ１２０は十分な厚さを有し、それにより後述するように所望の導電性を実現することができる。一部の実施形態では、コレクタ１２０は、折り重ねることにより厚さＴを増やすことができる。一部の実施形態では、多孔質電流コレクタ１２０は、約５０ミクロン〜約５，０００ミクロンの厚さＴを有することができる。一部の実施形態では、多孔質電流コレクタ１２０は、約１００ミクロン〜約３，０００ミクロンの厚さＴを有することができる。一部の実施形態では、多孔質電流コレクタ１２０は、約２００ミクロン〜約２，５００ミクロンの厚さＴを有することができる。一部の実施形態では、コレクタの一部分を折り返して圧縮することにより一体の電極リードを形成することができる。

[1126] コレクタ１２０はワイヤメッシュとして上述したが、別の実施形態では、コレクタ１２０は、任意の適切な多孔質基板とすることができる。例えば、一部の実施形態では、コレクタ１２０は、展開金属構造、網状材料、非金属の、伝導性メッシュ、穿孔金属、加工マイクロトラス、伝導性気泡等とすることができる。一部の実施形態では、コレクタ１２０のメッシュ寸法、ワイヤ直径、開口部寸法、又はその他の基板特性は、最適電気的性能を生むように設定することができる。例えば、ワイヤ１２１の直径を増大することにより、コレクタ１２０の厚さを増大し、実装されて電極物質と接触したときによりよい電導性を与えることができる。一部の実施形態では、コレクタ１２０（ワイヤメッシュ又はその他の多孔質基板）により規定される開口部１２２を十分広くすることにより、電極物質の懸濁液に悪影響（例えば、一様でない懸濁液が生成される）が及ばないようにすることができる。

[1127] 使用中、多孔質電流コレクタを電極物質（例えば、半固体陽極スラリー又は半固体陰極スラリー）と接触させることができ、かつ、電流コレクタと電極物質をまとめて電気化学セル空洞内に配置することができる。例えば、図２に示すように、電極２０５は、多孔質電流コレクタ２２０上に配置される電極物質２５０により形成される。電流コレクタ２２０は、電極物質２５０を支持するように構成される構造２２１を規定することができ、これにより電極物質２５０とコレクタ２２０は電気的に導通する。別の実施形態では、図３に示すように、電極３０５は、電極物質３５０（例えば、半固体電極物質）を多孔質電流コレクタ３２０の中に少なくとも部分的に付着させることにより形成される。電流コレクタ３２０は、電極物質３５０を支持する構造３２１を規定することができる一方、電極物質３５０の一部が電流コレクタ３２０の構造３２１内の空洞を占めることを可能にする。構造３２１により規定される空洞内に配置される電極物質３５０は、それらの間の電導度を高めることができ、また、構造３２１は、電極物質３５０の少なくとも一部の足場として働くことができる。

[1128] 一部の実施形態では、電気化学セルの電荷容量は、電極物質の厚さに対応することができる。さらに敷衍すると、電池の電荷容量は、電極物質の厚さと電池容器内に配置される電気化学セルの個数との両方に対応する。従って、図２及び図３に示した実施形態は片面電極（例えば、電極物質は電流コレクタの片側のみに配置される）の例であるが、かかる実施形態を利用する電気化学セルの電荷容量、ひいては電池（図２又は図３では図示せず）の電荷容量は、電極物質（例えば、電極物質２５０及び／又は３５０）と接触していない電流コレクタ（例えば、電流コレクタ２２０及び／又は３２０）の一部分の厚さにより制限され得る。換言すると、電流コレクタ（又は他の何らかの伝導素子）は電気化学セルの不活性成分であるから、電流コレクタの体積分率を最小化すること及び活性電極物質の体積分率を最大化することは、電気化学セルの全エネルギー密度を改善する。

[1129] 図４は、１つの実施形態による電極４０５の概略図である。電極４０５は、多孔質電流コレクタ４２０を実質的にカプセル化する電極物質４５０を含む。電極物質４５０は、例えば、本出願において記述される任意の半固体電極物質（例えば、半固体陽極又は半固体陰極）とすることができる。多孔質電流コレクタ４２０は、図１Ａ〜図１Ｃに関連して上述したものとほぼ同様な構造４２１を含んでいる。一部の実施形態では、電極物質４５０に加圧することにより、それを多孔質電流コレクタ４２０により規定される小孔（例えば、空洞、開口部、空間、又は隙間等）の中に流すことができる。別の実施形態では、多孔質電流コレクタ４２０を電極物質４５０の中に浸すことにより、電極物質４５０が多孔質電流コレクタ４２０の小孔中を流れ（例えば、毛管作用により）、そしてコレクタ４２０を実質的にカプセル化することができる。

[1130] 一部の実施形態では、電極物質４５０は、ほぼ周囲温度で多孔質電流コレクタ４２０の小孔の中に流れ込むことができる。別の実施形態では、電極物質４５０を加熱して電極物質４５０の多孔質電流コレクタ４２０の小孔への流入を促進することができる。一部の実施形態では、電極物質４５０が多孔質電流コレクタ４２０を実質的にカプセル化した後に、温度を下げて（例えば、電極物質４５０の凝固点以下に）電極物質４５０を硬化することができる（例えば、固化又は硬化）。

[1131] この方法では、多孔質電流コレクタ４２０と接触する電極４５０の表面積を増大することにより電極物質４５０と多孔質電流コレクタ４２０間の導電性を高めることができる。さらに、電極の厚さに関係する電荷容量は、電極物質４５０が多孔質電流コレクタ４２０を実質的にカプセル化するので、増大可能である。図４に示すように、多孔質電流コレクタ４２０の端部をほとんどカプセル化しないようにすることができる。この方法により、多孔質電流コレクタ４２０は、電極物質４５０によりほとんどカプセル化されない電気リードとして構成されるタブと結合するか又はそれを含むことができる。別の方法として、多孔質電流コレクタ４２０の１端のみ、ほとんどカプセル化しないこともできる（図示せず）。従って、電極４０５が電気化学セル空洞内に配置され、かつ、セパレータ（イオン透過膜）が電極４０５の周りに配置されたとき、このタブが空洞から伸びて電気化学セルのための電気リードを形成することができる。

[1132] 電極４０５は、図４において、多孔質電流コレクタ４２０とほぼ同様な厚さを有する電極物質４５０を含むものとして示されているが、他の実施形態では、この厚さは同様である必要はない。例えば、図５は、１つの実施形態による電極５０５の概略図である。電極５０５は、図４に関連して上述したように多孔質電流コレクタ５２０を実質的にカプセル化する電極物質５５０を含んでいる。図５に示すように、電極５５０は、多孔質電流コレクタ５２０の厚さより大きい厚さを有することができる。

[1133] 電極５０５は、図５において、ほとんどカプセル化されない端部を含む多孔質電流コレクタ５２０を含むものとして示されているが、他の実施形態では、電極物質は、電流コレクタの端部を実質的にカプセル化するように構成することができる。例えば、図６は、１つの実施形態による電極６０５の概略図である。電極６０５は、多孔質電流コレクタ６２０を実質的にカプセル化する電極物質６５０を含んでいる。より具体的には、電極６５０は、多孔質電流コレクタ６２０の両方の端部を実質的にカプセル化する。図６に示すように、多孔質電流コレクタ６２０は、多孔質電流コレクタ６２０の端部から伸びることによりタブ６２３がほとんどカプセル化されないように構成されているタブ６２３を含んでいる。この方法により、タブ６２３は、電気リードを形成するように構成することができる。

[1134] 本出願において記述するように、一部の実施形態では、電流コレクタ１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０は、約５０ミクロン〜約５，０００ミクロンの範囲、約１００ミクロン〜約３，０００ミクロンの範囲又は約２００ミクロン〜約２，５００ミクロンの範囲にわたる厚さＴを有することができる。一部の実施形態では、完成品の電極２０５、３０５、４０５、５０５、６０５は、電流コレクタ１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０の厚さＴにほぼ等しい厚さを有することができる。一部の実施形態では、完成品の電極２０５、３０５、４０５、５０５、６０５は、電流コレクタ１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０の厚さＴより大きい厚さを有することができる。例えば、図５及び図６に示すように、電極物質５５０、６５０は、電流コレクタ５２０，６２０の厚さを越えて延びており、それにより完成品の電極５０５，６０５の厚さは電流コレクタ５２０、６２０より大きくなっている。一部の実施形態では、電流コレクタの厚さは、完成品電極の厚さの約２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、又は９５％より大きい。一部の実施形態では、電流コレクタの厚さは、完成品電極の厚さにほぼ等しい。換言すると、完成品電極の厚さが電流コレクタの厚さにほぼ等しいか又はそれを超える場合、その完成品電極は、「両面」電極ということができる。

[1135] ここで図７Ａ及び図７Ｂを参照する。１つの実施形態に係る電極を製造するためのシステム７０１が示されている。システム７０１は、多孔質電流コレクタ７２０、半固体電極物質７５０（本出願では、「電極物質」ともいう）、及び供給装置７６０を含んでいる。半固体電極物質７５０は、本出願において詳述したもののいずれでもよい。多孔質電流コレクタ７２０（本出願において「コレクタ」ともいう）は、例えば、本出願において記述された任意の多孔質物質のシートでよく、ロール７２５に格納されている。コレクタ７２０は、手動又は自動工程によりロール７２５から繰り出し、コレクタ７２０の平坦部７２６がロール７２５から延びるようにすることができる。例えば、機械的クランプ（図示せず）によりコレクタ７２０の端部を固定し、ロール７２５が巻き戻される方向にコレクタ７２０を引っ張ることができる。一部の実施形態では、コレクタ７２０は、コンベヤーシステム上で移動できる。

[1136] 供給装置７６０は、タンク７６３及び複数のノズル７６１を含んでいる。タンク７６３は、電極物質７５０の一部分を含むように構成される。この方法により、電極物質７５０の一部分が加圧に応じてノズル７６１を経て流れることができる。一部の実施形態では、加えられる圧力は、電極物質７５０に働く重力場とすることができる。別の実施形態では、加えられる圧力は、任意の適切なポンプ等により与えることができる。一部の実施形態では、ノズル７６１は、電極物質７５０の一部分を十分な圧力で供給し、それにより電極物質７５０はコレクタ７２０の小孔（例えば、空洞、開口部、空間又は間隙等）を実質的に満たすことができる。この方法により、電極物質７５０は、コレクタ７２０を実質的にカプセル化することができる。一部の実施形態では、システム７０１は、電極物質７５０の流れを促進するように構成される任意の適切な装置（例えば、攪拌、振動、超音波処理等を行う装置）を含むことができる。

[1137] 図７Ａ及び図７Ｂに示されていないが、システム７０１は、形成される電極について加工後処理を行うように構成される任意の適切な装置を含むことができる。例えば、一部の実施形態では、システム７０１は、形成された電極を相当に冷却するように構成される装置を含むことができる。かかる実施形態では、その装置は、形成された電極を電極物質７５０の凝固点以下に冷却することにより、電極物質を硬化又は固化させることができる。一部の実施形態では、システム７０１は、形成された電極（例えば、電極物質７５０によりカプセル化されたコレクタ７２０）を適切な寸法に細く切断することにより、形成された電極が電気化学セルに配置できるように加工するように構成される装置を含むことができる。一部の実施形態では、システム７０１は、例えばカレンダリングのようなその他の任意の適切な後処理段階を含むことができる。一部の実施形態では、システム７０１は、タブ（例えば、電気リード）を電極に結合する装置（図示せず）を含むことができる。例えば、一部の実施形態では、タブは、はんだ付け、圧着又はその他の手段により物理的及び電子的に電極に結合することができる。一部の実施形態では、システム７０１は、電流コレクタ７２０の反対側で電極物質７５０を供給し、かつ、電流コレクタ７２０を実質的にカプセル化するように構成される第２の供給装置（図示せず）を含むことができる。

[1138] ここで図８Ａ及び図８Ｂを参照する。１つの実施形態に係る電極を製造するためのシステム８０１が示されている。システム８０１は、多孔質電流コレクタ８２０，半固体電極物質８５０（本出願では、「電極物質」とも呼ばれる）、供給装置８６０、及びローラ８７０を含んでいる。半固体電極物質８５０は、本出願において詳述したもののいずれでもよい。多孔質電流コレクタ８２０（本出願では、「コレクタ」とも呼ばれる）は、例えば、本出願において記述された任意の多孔質物質のシートでよく、ロール８２５に格納されている。コレクタ８２０は、手動又は自動工程によりロール８２５から繰り出し、コレクタ８２０の平坦部８２６がロール８２５から延びるようにすることができる（図７Ａ及び図７Ｂに関連して上述したように）。

[1139] 供給装置８６０は、供給スロット８６２を規定するタンク８６３を含んでいる。タンク８６３は、電極物質８５０の一部分を含むように構成される。この方法により、電極物質８５０の一部分が加圧に応じてスロット８６２を経て流れることができる（図７Ａ及び図７Ｂに関連して上述したように）。一部の実施形態では、システム８０１は、電極物質８５０の流れを促進するように構成される任意の適切な装置（例えば、攪拌、振動、超音波処理等を加える装置）を含むことができる。この方法により、電極物質８５０をコレクタ８２０上に堆積させることができる。図８Ｂに示すように、ローラ８７０は、電極物質８５０とコレクタ８２０を出会わせて圧縮力を加えることにより、電極物質８５０がコレクタ８２０の小孔を満たし、かつ、コレクタ８２０を実質的にカプセル化するように形成することができる。図８Ａ及び図８Ｂに示されていないが、システム８０１は、図７Ａ及び図７Ｂに関連して説明したシステム７０１に含まれている任意の後処理段階、例えば第２供給装置を含むことができる。

[1140] ここで図９Ａ及び図９Ｂを参照する。一実施形態に係る電極を製造するためのシステム９０１が示されている。システム９０１は、多孔質電流コレクタ９２０、半固体電極物質９５０（本出願では、「電極物質」とも呼ばれる）、タンク９６３、及び制限装置９７５を含んでいる。半固体電極物質９５０は、本出願において詳述したもののいずれでもよく、タンク９６３中に配置される。多孔質電流コレクタ９２０（本出願では、「コレクタ」とも呼ばれる）は、例えば、本出願において記述された任意の多孔質物質のシートでよく、ロール９２５に格納されている。コレクタ９２０は、手動又は自動工程によりロール９２５から繰り出し、コレクタ９２０の部分９２６がロール９２５から延びるようにすることができる。より具体的には、コレクタ９２０のこの部分にタンク９６３を通過させて、それによりコレクタ９２０のこの部分９２６が電極物質９５０の中に配置されるようにする。この方法により、電極物質９５０は、コレクタ９２０を実質的にカプセル化し、かつ、それに含浸することができる。図９Ａ及び図９Ｂに示されていないが、システム９０１は、コレクタ９２０のカプセル化を促進するように構成された任意の適切な装置（例えば、上述した装置のいずれか）を含むことができる。

[1141] 図９Ｂに示すように、システム９０１は、コレクタ９２０から余分の物質を除去するように構成される制限装置９７５を含み得る。例えば、コレクタ９２０にタンク９６３を通過させて、それにより電極物質９５０がコレクタ９２０を実質的にカプセル化することができ、かつ、ドクターブレード（例えば、制限装置９７５）が電極物質９５０及び／又はコレクタ９２０と噛み合って余分な電極物質９５０をコレクタ９２０から除去することができる。図９Ａ及び図９Ｂに示されていないが、システム９０１は、図７Ａ及び図７Ｂに関連して説明したシステム７０１に含まれている任意の後処理段階を含むことができる。

[1142] 図１０Ａ〜図１０Ｃは、１つの実施形態に係る電極を製造するためのシステム１００１の概略図である。システム１００１は、多孔質電流コレクタ１０２０、半固体電極物質１０５０（本出願では、「電極物質」とも呼ばれる）、型１０８０を含んでいる。型１０８０は、第１プレート１０８１及び第２プレート１０８５を含んでいる。第１プレート１０８１は、凹部１０８２及びノッチ１０８３を規定する。これらは、それぞれ、多孔質電流コレクタ１０２０の一部を受け入れるように構成されている。凹部１０８２は、図１０Ａ及び図１０Ｂにおいて、ほぼ矩形として示されているが、第１プレート１０８１は、任意の形状を有する凹部を規定することができる。例えば、一部の実施形態では、凹部１０８２は、ほぼ、凹状、凸状、三角形、ピラミッド形又はその他の任意の適切な形状とすることができる。第２プレート１０８５は、ほぼ平坦なプレートであり、本出願においてさらに説明するように第１プレート１０８１に対して移動できるように構成できる。

[1143] 多孔質電流コレクタ１０２０は、本出願において記述される多孔質電流コレクタのいずれでもよい。この方法では、多孔質電流コレクタ１０２０は、本出願において後述するように電極物質１０５０の少なくとも一部の足場として働き得る構造１０２１を含む。多孔質電流コレクタ１０２０は、第１プレート１０８１のノッチ１０８３内に配置されるように構成されるタブ１０２３も含む。図１０Ａに示すように、多孔質電流コレクタ１０２０は、第１プレート１０８１の凹部１０８２及びノッチ１０８３の内部に配置することができ、かつ、本出願において後述するように電極部分１０５０の少なくとも一部を受け入れるように構成することができる。

[1144] 電極物質１０５０は、本出願において記述された電極物質のいずれかとほぼ同様とすることができる。さらに、電極物質１０５０は、陽極活性物質（すなわち、電極物質１０５０は陽極物質である）又は陰極活性物質（すなわち、電極物質は陰極物質である）を含むことができる。図１０Ａに示すように、所望量の電極物質１０５０が構成されて多孔質電流コレクタ１０２０と第２プレート１０８５との間に配置される。一部の実施形態では、電極物質１０５０は、型１０８０（例えば第２プレート１０８５と多孔質電流コレクタ１０２０との間の空洞）に積極的に送り込むことができる。別の実施形態では、電極物質１０５０を押し出して、電極物質１０５０が所望の形状を規定し、かつ、型１０８０の中に送り込まれる（連続的に、又はモジュール的に）ようにすることができる。別の実施形態では、電極物質１０５０は、例えば、折り畳み容器内に配置することでき、かつ、モジュール的に型１０８０に供給することができる。

[1145] 所望量の電極物質１０５０を第２プレート１０８５と多孔質電流コレクタ１０２０との間に配置した状態において、第２プレート１０８５を第１プレート１０８１との関係において、図１０Ｂの矢印ＡＡにより示されるように移動することができる。この方法により、第２プレート１０８５は、電極物質１０５０の上に力を及ぼして電極物質１０５０を多孔質電流コレクタ１０２０との関係において移動する。電極物質１０５０上に及ぼされる圧力により、電極物質１０５０は多孔質電流コレクタ１０２０の構造１０２１により規定される小孔（例えば、空洞、開口部、空間等）内を流れる。従って、電極物質１０５０は、図１０Ｂ及び図１０Ｃに示すように多孔質電流コレクタ１０２０を実質的にカプセル化する。ノッチ１０８３内に配置されるタブ１０２３は、電極物質１０５０によりほとんどカプセル化されない状態を保つことができ、従って、形成された電極が配置される電気化学セルの電気リードとして働くことができる。

[1146] 電極物質１０５０は、図１０Ａ及び図１０Ｂにおいて、多孔質電流コレクタ１０２０との関係において移動されるものとして示されているが、一部の実施形態では、電極物質１０５０は、下側プレート１０８１の凹部１０８２内に配置することができ、かつ、コレクタ１０２０は電極物質１０５０との関係において移動することができる。同様に表現すると、上側のプレート１０８５をコレクタ１０２０と接触するように配置してコレクタ１０２０を電極物質１０５０との関係において移動することができる。

[1147] 一部の実施形態では、システム１００１は、電極物質１０５０の流れを促進するように構成される装置を含むことができる。例えば、一部の実施形態では、システム１００１は、振動、超音波処理又は攪拌を第１プレート１０８１，第２プレート１０８５、多孔質電流コレクタ１０２０、及び／又は電極物質１０５０に加えるように構成される装置を含むことができる。一部の実施形態では、電極物質１０５０を加熱して流れを促進することができる。このような実施形態では、システム１００１は、熱を第１プレート１０８１、第２プレート１０８５，多孔質電流コレクタ１０２０、及び／又は電極物質１０５０に与えるように構成された装置を含むことができる。

[1148] 一部の実施形態では、システム１００１は、電極物質１０５０の温度を下げる（例えば、凝固点以下に）ように構成された装置を含むことができる。例えば、電極物質１０５０が多孔質電流コレクタ１０２０を実質的にカプセル化した状態において、一部の実施形態では、電極物質１０５０の温度を下げることにより電極物質１０５０を硬化させることができる（例えば、多孔質電流コレクタ１０２０の周りで硬化する）。一部の実施形態では、第１プレート１０８１を冷却することにより、第２プレート１０８５の運動により電極物質１０５０が第１プレート１０８１と接触したときに熱エネルギーが電極物質１０５０から取り除かれ、それにより電極物質１０５０の温度が凝固点を下回り、形成される電極物質１０５０の取り扱いを容易にすることができる。次に、凍結した電極物質１０５０を手動により（例えば手作業により）又は機械的に（例えば、コンベヤ、ロボットアーム等により）使用して電気化学セルを製造することができる。電極物質１０５０は、次に周囲温度に戻されてから使用される。

[1149] 多孔質電流コレクタ１０２０を電極物質の「凍結」前の電極物質に関連付けるものとして上述したが、一部の実施形態では、電極物質１０５０は、形成された電極物質１０５０の取り扱いを容易にするために電極物質１０５０を実質的に冷却すること（例えば、凝固点以下に）を含み得る適切な方法を使用して形成することができる。例えば、所望量の液体又は半固体の電極物質１０５０を型（例えば、第１プレート１０８１と第２プレート１０８５との間の凹部１０８２）に配置することができる。次に熱エネルギーを電極物質１０５０から除去し、それにより電極物質１０５０の温度を凝固点より下に下げて電極物質１０５０を凝固させる。次に固体電極物質１０５０を手動により（例えば手作業により）又は機械的に（例えば、コンベヤ、ロボットアーム等により）電流コレクタ（多孔質又は在来の箔）上に配置し、続いて電気化学セルに組み立てる。次に電極物質１０５０を常温に戻してから使用する。

[1150] 図１１Ａ〜図１１Ｇは、一実施形態に係る電気化学セルを製造するためのシステムを示す方法１１０２の概略図である。このシステムは、基板１１１０Ａ（例えば、構成されて既製品電極セルを形成する）、多孔質電流コレクタ１１２０、半固体電極物質１１５０（本出願においては、「電極物質」とも呼ばれる）、及び型１１８０を含む。図１１Ａに示すように、型１１８０は、第１プレート１１８１及び第２プレート１１８５を含んでいる。第１プレート１１８１は、本出願の以下において説明するように、基板１１１０Ａの一部分、多孔質電流コレクタ１１２０、及び電極物質１１５０を受け入れるように構成されている凹部１１８２を規定する。凹部１１８２は、図１１Ａにおいて、ほぼ矩形として示されているが、第１プレート１１８１は、任意の適切な形状を有する凹部を規定することができる。例えば、一部の実施形態では、凹部は、ほぼ凹状、凸状、三角形、ピラミッド形、又はその他の任意の適切な形状とすることができる。第２プレート１１８５は、ほぼ平坦な板であり、かつ、本出願において後述するように、第１プレート１１８１との関係において移動できるように構成することができる。

[1151] 基板１１１０Ａは、任意の適切なセル物質とすることができる。例えば、一部の実施形態では、基板１１１０Ａは、薄板状の基板である（組成において既知の薄板状基板と同様）。一部の実施形態では、基板１１１０Ａは、ほぼ平坦であり、かつ、成形加工可能である（例えば、加えられた力に応じて可塑変形できる）（例えば、図１１Ｂ参照）。一部の実施形態では、基板１１１０Ａは、製造前に、本出願において後述するように、多孔質電流コレクタ１１２０の一部及び電極物質１１５０を受け入れ得る空洞又は凹部（図示せず）を規定できる。

[1152] 電極物質１１５０は、本出願において記述した任意の電極物質とほぼ同様とすることができる。さらに、電極物質１１５０は、陽極活性物質（すなわち、電極物質１１５０は陽極物質である）又は陰極活性物質（すなわち、電極物質は陰極物質である）を含むことができる。多孔質電流コレクタ１１２０は、本出願において記述された任意の多孔質電流コレクタとすることができる。この方法により多孔質電流コレクタ１１２０は、本出願において後述するように、電極物質１１５０の少なくとも一部の足場として働くことができる構造（図１１Ａ〜図１１Ｇにおいて図示せず）を含む。多孔質電流コレクタ１１２０は、本出願において後述するように、基板を越えて延び、かつ、電気リードとして機能するように構成されるタブ１１２３も含む。

[1153] 図１１Ｃにおいて示すように、多孔質電流コレクタ１１２０は、基板１１１０Ａの上に配置することができ、かつ、所望量の電極物質１１５０を多孔質電流コレクタ１１２０と第２プレート１１８５との間に配置することができる。一部の実施形態では、電極物質１１５０は、型１１８０（例えば第２プレート１１８５と多孔質電流コレクタ１１２０との間の空洞）に積極的に送り込むことができる。別の実施形態では、電極物質１１５０を押し出して、電極物質１１５０が所望の形状を規定し、かつ、型１１８０の中に送り込まれる（連続的に、又はモジュール的に）ようにすることができる。別の実施形態では、電極物質１１５０は、例えば、折り畳み容器に配置することでき、かつ、モジュール的に型１１８０に供給することができる。

[1154] 所望量の電極物質１１５０を第２プレート１１８５と多孔質電流コレクタ１１２０との間に配置した状態において、第２プレート１１８５を第１プレート１１８１との関係において、図１１Ｃの矢印ＢＢにより示されるように移動することができる。この方法により、第２プレート１１８５は、電極物質１１５０の上に力を及ぼして電極物質１１５０を多孔質電流コレクタ１１２０との関係において移動する。電極物質１１５０上に及ぼされる圧力により、電極物質１１５０は多孔質電流コレクタ１１２０の構造により規定される小孔（例えば、空洞、開口部、空間等）内を流れる。さらに、この力の一部が基板１１１０Ａに伝達され、それにより基板１１１０Ａが変形して第１プレート１０８１の凹部１１８２をほぼ満たす。この方法により、基板１１１０Ａは変形して凹部１１８２を満たし、それにより多孔質電流コレクタ１１２０及び電極物質１１５０の配置される基板空洞を規定することができる。

[1155] 図１１Ｄに示すように、電極物質１１５０及び多孔質電流コレクタ１１２０が基板１１１０Ａにより規定される空洞（図示せず）内に配置されたとき、電極物質１１５０は、多孔質電流コレクタ１１２０を実質的にカプセル化することができる。タブ１１２３は、空洞から基板１１１０Ａの端部を越えて延びるように構成することができ、かつ、電極物質１１５０によりほとんどカプセル化されない状態を保つことができる。このシステムは、電極物質１１５０の流れを促進するように構成される任意の適切な装置、例えば、上述のような装置も含むことができる。

[1156] 基板１１１０Ａが空洞（図示せず）を規定し、かつ、多孔質電流コレクタ１１２０及び電極物質１１５０がその中に配置されている状態において、セパレータ１１９０（例えば、イオン浸透膜）を空洞の周りに配置して電極物質１１５０及び多孔質電流コレクタ１１２０を封入し（このセパレータはタブ１１２３を封入しない）、それにより電極セルを形成する（例えば、図１１Ｅ参照）。電極セルは、例えば、陽極セル１１１０とすることができる。方法１１０１は、さらに、記述した同様な方法による第２電極セル、例えば、陰極セル１１３０の形成を含む。図１１Ｆに示すように、陰極セル１１３０は、陽極セル１１１０に隣接して配置することができ、かつ、システムは、陽極セル１１１０の一部分及び陰極セル１１３０の一部分を加熱するように構成される装置を含むことができる。この方法により基板物質（例えば、基板１１１０Ａ）は、結合することができる（例えば、加熱により生まれる化学的結合により）。このようにして、陽極セル１１１０と陰極セル１１３０との結合は、図１１Ｇに示すように、電気化学セル１１００（例えば、電池セル）を形成する。

[1157] 図１２は、一実施形態に係る電気化学セル１２００の少なくとも一部を示す。電気化学セル１２００のこの部分は、以下において詳述するように交互配列及び一組のセパレータ１２９０による分離に従って構成された一組の陽極１２１０及び一組の陰極１２３０を含む。陽極１２１０及び陰極１２３０は、本出願において記述した電極とほぼ同様とすることができる。さらに敷衍すると、陽極１２１０及び陰極１２３０は、それぞれ、電極物質１２５０（例えば、それぞれ、陽極物質及び陰極物質）により実質的にカプセル化された多孔質電流コレクタ１２２０を含んでいる。電気化学セル１２００の部分は、それぞれ陽極１２１０及び陰極１２３０と物理的及び電気的に接触している一組の陽極電気リード及び一組の陰極電気リードも含んでいる。さらに、個々の陽極リードは、物理的及び電子的に結合し（例えば、超音波溶接により）、それにより個々の陽極リードが１本の陽極電気リード１２２３を形成することができる。同様に、個々の陰極は、物理的及び電子的に結合して１本の陰極電気リード１２３３を形成できる。この方法により、陽極リード１２２３及び陰極リード１２３３は、陽極端子（図示せず）及び陰極端子（図示せず）と電子的に結合されて、例えば、電池を形成することができる。

[1158] セパレータ１２９０は、例えば、イオン透過膜とすることができる。図１２に示すように、セパレータ１２９０は、それぞれ、陽極１２１０及び陰極１２３０の表面を十分に越えて延び、それにより陽極１２１０と陰極１２３０の接触による電気的回路短絡の可能性を低減するように構成することができる。セパレータ１２９０は、図１２において、一対の隣接陽極と陰極との間に個々に配置されるように示されているが、別の実施形態では、セパレータは実質的に連続とし、単一のセパレータがそれぞれの各陽極及び陰極の対を隔離することができる。別の実施形態では、１つ又は複数の陽極１２１０及び／又は１つ又は複数の陰極１２３０をセパレータ・バッグ（図示せず）内に配置することができる。同様に述べると、単一のセパレータにより陽極又は陰極を実質的にカプセル化することができる。このような実施形態では、その結果、セパレータ・バッグは、陽極リード又は陰極リードを受け入れるように構成される開口部又はポートを規定することができる。

[1159] 多孔質電流コレクタ１２２０は、図１２において、電極物質１２５０によりカプセル化され、かつ、電気リード１２２３及び１２３３に結合されるように示されているが、一部の実施形態では、電池は、電極物質によりほとんどカプセル化されていない一体電気リードを有する電流コレクタを含むことができる。例えば、図１３は、１つの実施形態による電気化学セル１３００の少なくとも一部を示す。電気化学セル１３００のこの部分は、交互配列及び一組のセパレータ１３９０（例えばイオン透過膜）による隔離により構成された一組の陽極１３１０及び一組の陰極１３３０を含む。図１３に示すように、セパレータ１３９０は実質的に連続とし、単一のセパレータが陽極１３１０及び陰極１３３０の各隣接対を隔離することができる。別の実施形態では、セパレータ１３９０は、例えば、図１２に関連して上述したもののような任意の適切な構成とすることができる。

[1160] 陽極１３１０及び陰極１３３０は、本出願において記述されたものとほぼ同様な電極とすることができる。さらに敷衍すると、陽極１３１０及び陰極１３３０は、それぞれ、電極物質１３５０（例えば、それぞれ、陽極物質及び陰極物質）により実質的にカプセル化された多孔質電流コレクタ１３２０を含んでいる。陽極セル１３１０及び陰極セル１３３０は、さらに、それぞれ、一体電気リード１３２３及び１３３３を含むように構成することができる。陽極電気リード１３２３及び陰極電気リード１３３３は、例えば、電極物質１３５０を越えて延びるように構成されている電流コレクタ１３２０の一部（例えば、ほとんどカプセル化されていない）とすることができる。この方法により陽極リード１３２３及び陰極リード１３３３を陽極端子（図示せず）及び陰極端子（図示せず）に電子的に接続して、例えば、電池を形成することができる。

[1161] 陽極１３１０及び陰極１３３０は、図１３において、個別に構築される電極として示されているが、別の実施形態では、陽極及び陰極は、板又は箔（例えば、簡単に「電極対」とも呼ばれるバイポーラ構成）に結合することもできる。このような実施形態では、各隣接電極対間にセパレータを配置し、複数の電極対から構成するスタック構成として配置することができる。

[1162] 種々の実施形態について上述したが、当然のことながら、これらは、制限ではなく、例示としてのみ提示された。例えば、本出願における実施形態は、例えば、リチウムイオン電池のような電気化学的について記述しているが、本出願において記述されるシステム、方法及び原理は、電気化学的活性媒体を含むすべての装置に適用できる。換言すると、少なくとも活性物質（電荷担体のソース又はシンク）、導電性添加物及びイオン伝導性媒体（電解質）を含む、例えば、電池、コンデンサ、電気二重層コンデンサ（例えば、ウルトラキャパシタ）、疑似容量などの任意の電極及び／又は装置は、この開示の範囲内にある。さらに、これらの実施形態は、非水性及び／又は水性の電解質電池化学に関連して利用することができる。

[1163] 上述の方法及び手順が一定の順序で発生する一定の事象を指す場合、この開示を利用する当業者は、一定の手順の順序が変更可能であること、及びかかる変更が本発明の変形形態に一致するものであることを認識するであろう。また、これらの手順のうちの一定のものは、可能な場合には平行プロセスとして同時に実行可能であり、また、上述したように順次実行することも可能である。また、一定の手順は、次の手順に進む前に、部分的に完了すること、及び／又は省略することができる。

[1164] 種々の実施形態について具体的に示し、かつ、記述したが、形態及び詳細に関して種々の変更が可能である。例えば、種々の実施形態は特定の特徴及び／又は成分の組み合わせを有するものとして記述されたが、本出願において記述された任意の実施形態からの特徴及び／又は成分の組み合わせ又は副次的組み合わせを有する実施形態も可能である。種々の要素の特定の構成もまた変更可能である。

Claims (42)

1. 陽極と、
   非水性液体電解質内に活性物質及び伝導性物質の懸濁液を含む半固体陰極であって、前記半固体陰極が多孔質電流コレクタを実質的にカプセル化するように前記半固体陰極内に配置された多孔質電流コレクタを有する半固体陰極と、
   前記陽極と前記半固体陰極との間に配置されたセパレータと、を備える電気化学セル。
2. 前記多孔質電流コレクタの少なくとも一部が前記セパレータを越えて延びてリードを形成する、請求項１に記載の電気化学セル。
3. 前記多孔質電流コレクタが約５０ミクロン〜約５０００ミクロンの厚さを有する、請求項１に記載の電気化学セル。
4. 前記多孔質電流コレクタが、剛体であり、かつ、支持されていない状態において実質的に平坦である、請求項１に記載の電気化学セル。
5. 前記多孔質電流コレクタが、ワイヤスクリーン、展開金属構造、網状材料、メッシュ、穿孔金属、加工マイクロトラス、及び気泡の少なくとも１つから形成される、請求項１に記載の電気化学セル。
6. 前記多孔質電流コレクタが金属である、請求項１に記載の電気化学セル。
7. 前記多孔質電流コレクタが非金属である、請求項１に記載の電気化学セル。
8. 前記多孔質電流コレクタがアルミニウムを含む、請求項１に記載の電気化学セル。
9. セパレータによって少なくとも部分的に規定される陽極空洞と、
   前記陽極空洞内に配置されて前記陽極空洞を実質的に満たすように構成された多孔質電流コレクタと、
   前記電流コレクタ内に少なくとも部分的に埋め込まれた前記陽極空洞内に配置された陽極半固体懸濁液と、
   前記セパレータによって少なくとも部分的に規定される陰極空洞と、
   前記陰極空洞内に配置されて前記陰極空洞を実質的に満たすように構成された多孔質電流コレクタと、
   前記電流コレクタ内に少なくとも部分的に埋め込まれた前記陰極空洞内に配置された陰極半固体懸濁液と、を備える電気化学セル。
10. 前記陽極空洞内に配置される前記多孔質電流コレクタの少なくとも一部が、前記セパレータを越えて前記陽極空洞の外に延びて陽極リードを形成する、請求項９に記載の電気化学セル。
11. 前記陰極空洞内に配置される前記多孔質電流コレクタの少なくとも一部が、前記セパレータを越えて前記陰極空洞の外に延びて陰極リードを形成する、請求項９に記載の電気化学セル。
12. 前記多孔質電流コレクタの少なくとも１つが約５０ミクロン〜約５０００ミクロンの厚さを有する、請求項９に記載の電気化学セル。
13. 前記多孔質電流コレクタの少なくとも１つが、剛体であり、かつ、支持されていない状態において実質的に平坦である、請求項９に記載の電気化学セル。
14. 電子伝導性の多孔質基板と、
    前記多孔質基板内に埋め込まれた半固体電極物質であって、非水性液体電解質内に活性物質及び伝導性物質の懸濁液を含む半固体電極物質と、を備える電極。
15. 前記多孔質基板が、剛体であり、かつ、支持されていない状態において実質的に平坦である、請求項１４に記載の電極。
16. 前記多孔質基板が約５０ミクロン〜約５０００ミクロンの厚さを有する、請求項１４に記載の電極。
17. 前記多孔質基板の少なくとも一部が、折り返されて圧縮されて一体電極リードを形成する、請求項１４に記載の電極。
18. 電気化学セルを製造する方法であって、
    陽極半固体懸濁液を陽極空洞に送り込むステップであって、前記陽極空洞は、当該陽極空洞内に配置された電子伝導性を有する第１多孔質電流コレクタを有するステップと、
    陰極半固体懸濁液を陰極空洞に送り込むステップであって、前記陰極空洞は、当該陰極空洞内に配置された電子伝導性を有する第２多孔質電流コレクタを有するステップと、
    前記陽極空洞と前記陰極空洞との間にセパレータを配置するステップと、
    前記陽極空洞及び前記陰極空洞を密封するステップと、を含む、方法。
19. 前記陽極空洞に圧力を加えて、前記陽極半固体を前記第１電流コレクタの小孔中に埋め込むステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記陰極空洞に圧力を加えて、前記陰極半固体を前記第２電流コレクタの小孔中に埋め込むステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
21. 前記送り込み中に、前記陽極空洞及び前記陰極空洞の少なくとも１つに機械的振動を加えるステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
22. 前記第１電流コレクタの少なくとも一部分を一体陽極リードに形成するステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
23. 前記形成するステップが、前記第１電流コレクタの一部分をそれ自体の上に折り返すステップを含む、請求項２２に記載の方法。
24. 前記形成するステップが、前記第１電流コレクタの一部分に圧力を加えるステップを含む、請求項２２に記載の方法。
25. 前記第２電流コレクタの少なくとも一部分を一体陰極リードに形成するステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
26. 前記形成するステップが、前記第２電流コレクタの一部分をそれ自体の上に折り返すステップを含む、請求項２５に記載の方法。
27. 前記形成するステップが、前記第２電流コレクタの一部分に圧力を加えるステップを含む、請求項２５に記載の方法。
28. 電極を形成する方法であって、
    非水性液体電解質内に活性物質及び伝導性物質の懸濁液を含む半固体電極物質を電子伝導性基板に送り込むステップと、
    前記半固体電極物質の温度を、前記非水性液体電解質の凝固点より下に下げるステップと、を含む、方法。
29. 前記電子伝導性基板が多孔質である、請求項２８に記載の方法。
30. 電極を形成する方法であって、
    半固体電極物質を空洞に送り込むステップであって、前記半固体組成は、非水性液体電解質内に活性物質及び伝導性物質の懸濁液を含むステップと、
    前記半固体電極物質の温度を、前記非水性液体電解質の凝固点より下に下げて固体電極を形成するステップと、を含む、方法。
31. 前記固体電極を電流コレクタ上に配置するステップをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
32. 前記電流コレクタが多孔質である、請求項３１に記載の方法。
33. 前記電流コレクタが電子伝導性の箔である、請求項３１に記載の方法。
34. 陰極と、
    非水性液体電解質内に活性物質及び伝導性物質の懸濁液を含む半固体陽極であって、前記半固体陽極が前記電流コレクタを実質的にカプセル化するように前記半固体電極内に配置された多孔質電流コレクタを有する半固体陽極と、
    前記陰極と前記半固体陽極との間に配置されたセパレータと、を備える電気化学セル。
35. 非水性液体電解質内に活性物質及び伝導性物質の懸濁液を含む半固体陰極であって、前記半固体陰極が前記電流コレクタを実質的にカプセル化するように前記半固体陰極内に配置された多孔質電流コレクタを有する半固体陰極と、
    非水性液体電解質内に活性物質及び伝導性物質の懸濁液を含む半固体陽極であって、前記半固体陽極が前記電流コレクタを実質的にカプセル化するように前記半固体陽極内に配置された多孔質電流コレクタを有する半固体陽極と、
    前記半固体陰極と前記半固体陽極との間に配置されたセパレータと、を備える電気化学セル。
36. 約２００ミクロン〜約２５００ミクロンの第１の厚さを有する電子伝導性多孔質の電流コレクタと、
    前記電流コレクタを実質的にカプセル化して第２の厚さを有する両面電極を形成するように配置されて構成される半固体電極物質であって、前記第１の厚さは前記第２の厚さの約５０％を上回る、半固体電極物質と、を備える電極。
37. 前記半固体電極物質が非水性液体電解質内に活性物質及び伝導性物質の懸濁液を含む、請求項３６に記載の電極。
38. 前記第１の厚さが前記第２の厚さの約６０％を上回る、請求項３６に記載の電極。
39. 前記第１の厚さが前記第２の厚さの約７０％を上回る、請求項３８に記載の電極。
40. 前記第１の厚さが前記第２の厚さの約８０％を上回る、請求項３９に記載の電極。
41. 前記第１の厚さが前記第２の厚さの９０％を上回る、請求項４０に記載の電極。
42. 前記第１の厚さが前記第２の厚さに実質的に等しい、請求項４１に記載の電極。

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