JP2017527970A - リチウムイオン電気化学電池における保護層、並びに関連する電極および方法 - Google Patents

リチウムイオン電気化学電池における保護層、並びに関連する電極および方法 Download PDF

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Abstract

リチウムイオン電気化学電池における保護層、並びに関連する電極および方法が、概して記載される。保護層は、酸化リチウム、窒化リチウム、および／またはリチウムオキシスルフィドなどのリチウムイオン伝導性の無機セラミック材料を含んでもよい。得られたリチウムイオン電気化学電池は、低減された容量減衰率や低減された自己放電率などの向上した性能を示すことができる。

Description

リチウムイオン電気化学電池における保護層、並びに関連する電極および方法が概して記載されている。
リチウムイオン電気化学電池（リチウムイオンバッテリーとも言う）は、充放電時にリチウムイオンがアノードおよびカソードの間を輸送される電気化学電池のファミリーである。典型的なリチウムイオン電気化学電池は、グラファイトなどの炭素含有アノードと対をなすリチウムインターカレーション化合物系カソードを含む。近年、特に家電、車両および航空宇宙用途における高エネルギー密度リチウムイオン電気化学電池の開発は非常に興味深いものとなってきている。しかしながら、リチウムイオン電気化学電池の性能は、電極および電解質などの電池構成要素間の不利な相互作用のために抑制される可能性がある。
従って、改良されたリチウムイオン電気化学電池が望ましい。
リチウムイオン電気化学電池における保護層、並びに関連する電極および方法が概して記載されている。本発明の要件には、関係する製品、特定の課題の別の解決策、および／または１つ以上のシステムおよび／または物品の複数の用途を含む。
１つの態様において、リチウムインターカレーション電極が記載されている。いくつかの態様に従って、上記リチウムインターカレーション電極は、電気活性材料がリチウムインターカレーション化合物である電気活性材料の層（即ち、電気活性層）を含む。上記電極は、上記電気活性材料を含む層の表面上に配置された無機リチウムイオン伝導性層を含む。
いくつかの態様に従って、上記リチウムインターカレーション電極は、電気活性材料を含む層を含む。いくらかの態様において、上記電気活性材料はリチウムインターカレーション化合物である。いくつかの態様において、無機リチウムイオン伝導性層は、上記電気活性材料を含む層と一体化されている。上記リチウムイオン伝導性層は、少なくとも０．１μｍの厚さを有する。
別の態様において、リチウムインターカレーション電極を製造する方法が記載されている。いくつかの態様において、上記方法は、無機リチウムイオン伝導性層を、電気活性材料を含む層上に付着させる工程を含む。いくらかの場合において、上記電気活性材料はリチウムインターカレーション化合物である。
別の態様において、電気化学電池が提供される。いくつかの態様において、上記電気化学電池は、電気活性材料を含む層を含む第１のリチウムインターカレーション電極、および上記電気活性材料を含む層と一体化されている無機リチウムイオン伝導性層を含む。上記無機リチウムイオン伝導性層は、リチウムを含んでいてもよい。上記電気化学電池は、第２の電極および電解質も含む。上記第１のリチウムインターカレーション電極の少なくとも一部は、上記電解質と接触している。
別の態様において、方法が提供される。上記方法は、電気活性材料を含む層を含む第１のリチウムインターカレーション電極、および上記電気活性材料を含む層と一体化されている無機リチウムイオン伝導性層を含む電気化学電池にサイクルを行う工程を含む。上記無機リチウムイオン伝導性層は、リチウムを含んでいてもよい。上記電気化学電池は、第２の電極も含む。上記方法は、上記第１のリチウムインターカレーション電極から分解される種、または電解質から分解される種が、上記第２の電極に存在するのを実質的に抑制する工程を含む。
別の態様において、電極が記載されている。いくつかの態様において、上記電極は、電気活性材料を含む層を含む。いくらかの場合において、上記電気活性材料の少なくとも一部は電解質と直接接触しており、および／または上記層は多孔質であり、および／または上記層は上記電気活性材料の複数の粒子を含む。いくつかの態様において、上記第１の電極は、上記電気活性材料を含む層と一体化されている無機リチウムイオン伝導性層を含む。
別の態様において、電極を製造する方法が記載されている。いくつかの態様において、上記方法は、無機リチウムイオン伝導性層を、電気活性材料を含む層上に付着させる工程を含む。いくらかの場合において、上記電気活性材料を含む層は多孔質であり、および／または複数の粒子を含む。いくつかの態様において、上記無機リチウムイオン伝導性層は、リチウムを含む。
本発明の他の優位性および新規な特徴が、添付の図面と併せて考慮する場合に、以下の発明の様々な非限定的態様の詳細な説明から明らかとなる。本明細書および参照により組み込まれた文献が、対立するおよび／または矛盾する開示を含む場合、本明細書中により統制すべきである。
概略図であり、正確な縮尺率ではない添付の図面を参照して、本発明の非限定的態様を例示として説明する。上記図において、説明されたそれぞれの同一またはほぼ同一の要素は、多くの場合、１つの数字によって表される。明確にするため、すべての構成要素がすべての図に分類されているとは限らず、また、当業者が本発明を理解できるようにするのに説明が必要でない本発明の各態様のすべての構成要素であるとは限らない。
いくつかの態様に従った電極の断面概略図である。 いくつかの態様に従った電極の断面概略図である。 いくつかの態様に従って、第１の電気活性材料含有層と一体化したリチウムイオン伝導性層を含む、電気化学電池の断面概略図である。 いくつかの態様に従って、第２の異なる電気活性材料含有層と一体化したリチウムイオン伝導性層を含む、電気化学電池の断面概略図である。 いくつかの態様に従って、第１の電気活性材料含有層と一体化した第１のリチウムイオン伝導性層および第２の電気活性材料含有層と一体化した第２のリチウムイオン伝導性層を含む、電気化学電池の断面概略図である。 いくつかの態様に従って、第１および第２の電気活性材料含有層、リチウムイオン伝導性層、セパレータ、並びに第１および第２の基材を含む、電気化学電池の断面概略図である。 いくつかの態様に従って、第１および第２の電気活性材料含有層、第１および第２のリチウムイオン伝導性層、セパレータ、並びに第１および第２の基材を含む、電気化学電池の断面概略図である。 いくつかの態様に従って、グラファイトアノードおよび酸化リチウムでコーティングされたリン酸鉄リチウム（ＬＦＰ）カソードを含む、電気化学電池のサイクル数の関数としての放電容量の典型的なプロットである。 いくつかの態様に従った、サイクル前の酸化リチウムでコーティングされたＬＦＰカソードの断面図の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。 いくつかの態様に従った、７０サイクル後（初期５サイクルは室温、その後は５０℃）の酸化リチウムでコーティングされたＬＦＰカソードの断面図の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。 グラファイト／ＬＦＰ対照電池における、７０サイクル後のグラファイトアノードのエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＳ）によるスペクトルである。 グラファイト／Ｌｉ２ＯでコーティングされたＬＦＰ電池における、７０サイクル後のグラファイトアノードのエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＳ）によるスペクトルである。 いくつかの態様に従って、グラファイトアノードおよび０．５μｍ厚のリチウムオキシスルフィドコーティングを有するＬＦＰカソードを含む、電気化学電池のサイクル数の関数としての放電容量の典型的なプロットである（電気化学電池のサイクルは、初期の５サイクルの間は室温、その後のサイクルは５０℃で行った）。 いくつかの態様に従って、グラファイトアノードおよび０．５μｍ厚のリチウムオキシスルフィドコーティングを有するＬＦＰカソードを含む、電気化学電池のサイクル数の関数としての放電容量の典型的なプロットである（電気化学電池のサイクルは、初期の５サイクルの間は室温で行い、６０℃オーブン中にフル充電状態で１週間保存し、その後、室温で更に５サイクルを行った）。 いくつかの態様に従って、グラファイトアノード上に２μｍ厚の酸化リチウム層を含む、電気化学電池のサイクル数の関数としての放電容量の典型的なプロットである（電気化学電池のサイクルは、初期の５サイクルの間は室温で行い、６０℃オーブン中にフル充電状態で１週間保存し、その後、室温で更に５サイクルを行った）。 いくつかの態様に従って、グラファイトアノード上に２μｍ厚の酸化リチウム層を含み、いくつかの態様に従って、ＬＦＰカソード上に２μｍ厚の酸化リチウム層を含む、電気化学電池のサイクル数の関数としての放電容量の典型的なプロットである（電気化学電池のサイクルは、初期の５サイクルの間は室温で行い、６０℃オーブン中にフル充電状態で１週間保存し、その後、室温で更に５サイクルを行った）。 いくつかの態様に従って、グラファイトアノード上に２μｍ厚の酸化リチウム層およびリチウムニッケルマンガンコバルト酸化物（「ＮＭＣ」または「ＮＣＭ」）カソード上に２μｍ厚の酸化リチウム層を含む、電気化学電池のサイクル数の関数としての放電容量の典型的なプロットである（電気化学電池のサイクルは、初期の５サイクルの間は室温で行い、６０℃オーブン中にフル充電状態で１週間保存し、その後、室温で更に５サイクルを行った）。 いくつかの態様に従って、グラファイトアノードおよびＬＦＰカソード、グラファイトアノードおよび０．５μｍ厚のリチウムオキシスルフィド層でコーティングしたＬＦＰカソード、並びにグラファイトアノードおよび２μｍ厚のリチウムオキシスルフィド層でコーティングしたＬＦＰカソードを含む、電気化学電池のサイクル数の関数としての放電容量の典型的なプロットである（電気化学電池のサイクルは、初期の５サイクルの間は室温、その後のサイクルは５０℃で行った）。 いくつかの態様に従って、グラファイトアノードおよび１μｍ厚のリチウムオキシスルフィド層でコーティングしたＬＦＰカソードを含む、電気化学電池のサイクル数の関数としての放電容量の典型的なプロットである（電気化学電池のサイクルは、初期の５サイクルの間は室温で行い、６０℃オーブン中にフル充電状態で１週間保存し、その後、室温で更に５サイクルを行った）。 いくつかの態様に従って、１μｍ厚のリチウムオキシスルフィド層でコーティングしたグラファイトアノードおよびＬＦＰカソードを含む、電気化学電池のサイクル数の関数としての放電容量の典型的なプロットである（電気化学電池のサイクルは、初期の５サイクルの間は室温で行い、６０℃オーブン中にフル充電状態で１週間保存し、その後、室温で更に５サイクルを行った）。 いくつかの態様に従った、コーティングしていないＮＣＭカソードのＳＥＭ画像である。 いくつかの態様に従った、１μｍ厚の酸化リチウム層でコーティングしたＮＣＭカソードのＳＥＭ画像である。 いくつかの態様に従って、グラファイトアノードおよび１μｍ厚の酸化リチウム層でコーティングしたＮＣＭカソードを含む、電気化学電池のサイクル数の関数としての放電容量の典型的なプロットである（電気化学電池のサイクルは、初期の５サイクルの間は室温、その後のサイクルは５０℃で行った）。 いくつかの態様に従って、１９１サイクル後（初期５サイクルは室温、その後は５０℃）のコーティングしていないＮＣＭカソードを含む電気化学電池からのグラファイトアノードのＥＤＳスペクトルおよびＳＥＭ画像（挿入図）である。 いくつかの態様に従って、１７９サイクル後（初期５サイクルは室温、その後は５０℃）の酸化リチウムでコーティングされたＮＣＭカソードを含む電気化学電池からのグラファイトアノードのＥＤＳスペクトルおよびＳＥＭ画像（挿入図）である。 いくつかの態様に従った、実質的に連続なリチウムイオン伝導性層の上面図のＳＥＭ画像である。 いくつかの態様に従った、実質的に多孔質であるリチウムイオン伝導性層の上面図のＳＥＭ画像である。
リチウムイオン電気化学電池、および関連する電極および方法が、一般的に記載されている。いくらかの態様は、保護リチウムイオン伝導性層が、正極と負極との間の電気化学的副生成物（例えば、副反応の副生成物、溶解／浸出生成物）の輸送を阻害するために、リチウムイオン電気化学電池内の正極（例えば、カソード）および負極（例えば、アノード）の間に配置することができるという認識に関連している。
リチウムイオン電気化学電池の性能は、多くの機構によって阻害することができる。たとえば、いくらかのリチウムイオン電気化学電池では、活性なリチウムが、電解質とリチウムの副反応によって失われる可能性がある。いくつかの場合において、電解質は、増加した電池のインピーダンスをもたらすことができる、電気化学電池のカソードおよび／またはアノードにおいて分解する可能性がある。いくらかの場合において、電解質の分解は、フッ化水素酸（ＨＦ）などの有毒な酸性の副生成物をもたらす可能性がある。いくつかの例では、リチウムイオンカソード内の非リチウム金属カチオンを溶解し、その後、アノードにおいて金属クラスターに還元される可能性があり、それによって、アノード上のパッシベーション保護層を分解し、更にリチウムの電解質との有害な副反応をもたらす可能性がある。非リチウム金属カチオンの損失はまた、リチウムイオンカソード構造体の変化および／またはカソード中の活性材料の損失につながることがある。
本発明のいくらかの態様に従って、アノードとカソードとの間にリチウムイオン伝導性材料（例えば、リチウムイオン伝導性セラミックスなどの無機リチウムイオン伝導性材料）を配置することによって、電気化学電池の副生成物または他の望ましくない種がリチウムイオン電気化学電池の電極間に輸送される程度を低減することができることが発見された。電気化学電池の電極間での、このような副生成物または種の輸送を阻害することにより、電極の構造がより良く維持され、より少ない電解質が失われたり分解されたりし、および／またはより少ない活性リチウムが電気化学電池内で失われ、これによって電池性能を向上させる（例えば、サイクル寿命を増加させる）と考えられる。
いくつかの態様によれば、リチウムイオン伝導性層は、例えば、副生成物または種を中和するおよび／または和らげることによって、電極間のいくらかの有害な電気化学電池の副生物または種の輸送を阻害することができる。例えば、いくつかの電気化学電池において、電解液中のいくらかのリチウム塩（例えば、のＬｉＰＦ６）の加水分解は、フッ化水素酸（ＨＦ）の生成をもたらす。電気化学電池内のリチウムイオン伝導性材料の存在は、ＨＦを中和する酸トラップとして作用することができ、および／または水と反応し、リチウム塩の加水分解に利用可能な水の量を低減することにより加水分解を和らげる水蒸気トラップとして作用することができる。いくつかの態様において、リチウムイオン伝導性層は、物理的に副生成物の輸送を阻害することにより、電極間のいくらかの有害な電気化学電池の副生物または種の輸送を阻害することができる。例えば、いくつかの電気化学電池において、リチウムイオン伝導性層は、いくらかの電気化学電池副生成物（例えば、非リチウム金属カチオン）に対して不透過性である物理的なバリアを提供してもよい。いくらかの有害な電気化学電池の副生物または種の輸送を阻害するための他の機構も可能である。
いくらかの態様によれば、リチウムイオン伝導性層は、多孔質および／または粒子状電気活性材料含有層と一体化することができる。いくつかの態様において、このような電極に組み込まれたリチウムイオン伝導性層は、副産物または種の輸送速度を阻害または低減するために十分に薄く、なお有効であり、上記層を横切ってリチウムイオンを効果的に輸送するのに十分なイオン伝導性を有することができる。
図１は、いくらかの態様に従って、電極１００の例示的な概略断面図である。図１に示すように、電極１００は、電気活性材料含有層（以下、「電気活性材料層」ともいう）１０２およびリチウムイオン伝導性層１０４を含む。いくつかの態様において、リチウムイオン伝導性層１０４は、電気活性材料含有層１０２と一体化されている。２つの層の少なくとも一方に損傷を与えることなく、または２つの層の間に配置された１つ以上の介在層に損傷を与えることなく分離させることができないように２つの層が（直接または間接的に）結合されている場合、本明細書中で用いられるように、リチウムイオン伝導性層１０４は、電気活性材料含有層１０２「と一体化されている」。いくつかの態様において、電気活性材料含有層１０２は、リチウムイオン伝導性層１０４に隣接して配置される。図１に示された態様などのいくらかの場合において、電気活性材料含有層１０２は、リチウムイオン伝導性層１０４と直接物理的に接触している。しかしながら、いくらかの他の態様において、１つ以上の介在層（図１には図示せず）が、電気活性材料含有層１０２およびリチウムイオン伝導性層１０４の間に配置されている。例えば、電気活性材料含有層１０２およびリチウムイオン伝導性層１０４の間に配置された介在層は、電気活性材料含有層１０２の表面より比較的平滑な表面を提供してもよい。いくらかの態様において、電気活性材料含有層１０２上へのリチウムイオン伝導性層１０４の付着を強化するために、より平滑な表面を提供することが有利であると認識されていた（例えば、より平滑な表面はリチウムイオン伝導性層１０４をより連続的に付着させることができ、リチウムイオン伝導性層１０４において、潜在的に平滑性を向上し、および／または欠陥の数を低減する。）。リチウムイオン伝導性層１０４の付着のためにより平滑な表面を提供するのに好適である介在層の非限定的な例には、ポリマー層がある。好適なポリマーとしては、それらに限定されないが、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン‐ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリエーテル、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリイミド、ポリホスファゼン、ポリアクリロニトリル、ポリシロキサン、それらの誘導体、それらのコポリマー、それらの架橋構造および網目構造、並びにそれらのブレンドが挙げられる。より平滑な表面を提供するために使用してもよい介在層の別の非限定的な例には、電気活性材料含有層１０２の電気活性材料の粒子（例えば、ナノ粒子）および／または添加剤を含む層があり、上記介在層の粒子は、電気活性材料含有層１０２の粒子よりも小さい平均最大断面寸法を有する。更に、本発明に関しては、非平面配置、図示のものとは異なる材料の比率を有する配置、および他の配置が有用である。
本明細書中で、層が、別の層「の上に（ｏｎ）」、「の上部に（ｏｎ ｔｏｐ ｏｆ）」または「に隣接する」ものである場合、上記層の直接上に、上部に、または隣接するか、或いは介在層も存在してもよい、と解されるべきである。別の層「の直接上に」、「に直接隣接する」、または「と接触して」いる層は、介在層が存在しないことを意味する。同様に、２つの層「の間に（ｂｅｔｗｅｅｎ）」配置される層は、介在層が存在せずに上記２つの層の間に直接あっても、または介在層が存在してもよい。
いくつかの態様において、上記リチウムイオン伝導性層は、無機材料を含む。例えば、いくらかの場合、上記リチウムイオン伝導性層は、セラミック材料を含む。上記セラミック材料は、結晶質構造、多結晶質構造、部分結晶質構造または非晶質構造を有していてもよい。好適なセラミック材料には、それらに限定されないが、金属および／または半金属の酸化物、炭酸塩、窒化物、炭化物、硫化物、オキシ硫化物、および／またはオキシ窒化物が挙げられる。いくつかの場合において、上記セラミック材料は、リチウムを含む。リチウムを含む好適なセラミック材料の非限定的な例には、リチウム酸化物（例えば、Ｌｉ２Ｏ、ＬｉＯ、ＬｉＯ２、ＬｉＲＯ２、ここでＲはスカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、および／またはルテチウムである）、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）、窒化リチウム（例えば、Ｌｉ３Ｎ）、リチウムオキシスルフィド、酸窒化リチウム、リチウムガーネット型酸化物（例えば、Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２）、Ｌｉ１０ＧｅＰ２Ｓ１２、窒化リン酸リチウム、リチウムシリコスルフィド（ｌｉｔｈｉｕｍ ｓｉｌｉｃｏｓｕｌｆｉｄｅｓ）、リチウムゲルマノスルフィド（ｌｉｔｈｉｕｍ ｇｅｒｍａｎｏｓｕｌｆｉｄｅ）、リチウムランタン酸化物、リチウムチタン酸化物、リチウムボロスルフィド（ｌｉｔｈｉｕｍ ｂｏｒｏｓｕｌｆｉｄｅｓ）、リチウムアルミノスルフィド（ｌｉｔｈｉｕｍ ａｌｕｍｉｎｏｓｕｌｆｉｄｅｓ）、リチウムホスホスルフィド(ｌｉｔｈｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈｏｓｕｌｆｉｄｅｓ)、ケイ酸リチウム、ホウ酸リチウム、アルミン酸リチウム、リン酸リチウム、ハロゲン化リチウム、およびそれらの組合せが挙げられる。いくらかの場合、上記セラミック材料は、酸化リチウム、窒化リチウム、またはリチウムオキシスルフィドを含む。いくつかの態様において、上記セラミックには、炭酸塩および／または炭化物を含む。いくつかのいくらかの態様において、リチウムイオン伝導性層は、酸化物、炭酸塩、および場合によっては、炭化物の混合物を含むか、またはから形成される。例えば、上記材料は、酸化リチウム、炭酸リチウム、および／または炭化リチウムを含んでもよい。他の材料も可能である。
本明細書中に記載された多くの態様において、リチウムイオン伝導性層は、非電気活性であるように選択される（例えば、上記層は、リチウムインターカレーションプロセスまたはリチウム転換反応に関与しない）。更に、いくつかの態様において、リチウムイオン伝導性層は、特定の非リチウムイオンなどの特定種の通過を実質的に妨げるように選択される。例えば、リチウムイオン伝導性層は、特定の非リチウムイオンに対して不透過性である物理的なバリアを提供し、上記イオンを中和および／または緩和し、或いは他の方法で上記イオンのリチウムイオン伝導性層を通過する速度を防止または低減することができる。いくらかの態様において、リチウムイオン伝導性層は、カソードの溶解および／または浸出から生じる、特定の非リチウム金属カチオン（例えば、Ｌｉ＋を含まない金属カチオン）などの特定のイオンのカソードからアノードへの、および／またはリチウムイオン伝導性層を横切る、通過速度を実質的に防止または減少させることができる。しかしながら、リチウムイオン伝導性層は、一般的にリチウムイオンに対して伝導性であるように選択される（例えば、リチウムイオン伝導性層は、アノードとカソードとの間のリチウムイオンの通過を可能にし、リチウムイオン電気化学電池を機能させる）。
リチウムイオン伝導率を測定する１つの方法は、電気化学的インピーダンス分光法（ＥＩＳ）である。例えば、リチウムイオン伝導性層は、２つの電極間に配置されてもよく、抵抗は５ｍＶの振幅で１００,０００〜０.０１Ｈｚの周波数範囲にわたって測定してもよい。次いで、リチウムイオン伝導性層のリチウムイオン伝導率を、測定した抵抗値から計算してもよい。いくつかの態様において、リチウムイオン伝導性層は、約１０−８［Ｓ／ｃｍ］以上、約１０−７［Ｓ／ｃｍ］以上、約１０−６［Ｓ／ｃｍ］以上、約１０−５［Ｓ／ｃｍ］以上、約１０−４［Ｓ／ｃｍ］以上、約１０−３［Ｓ／ｃｍ］以上、約１０−２［Ｓ／ｃｍ］以上、約１０−１［Ｓ／ｃｍ］以上、または約１［Ｓ／ｃｍ］のリチウムイオン伝導率を有する。いくつかの態様において、リチウムイオン伝導性層は、約１［Ｓ／ｃｍ］以下、約１０−１［Ｓ／ｃｍ］以下、約１０−２［Ｓ／ｃｍ］以下、約１０−３［Ｓ／ｃｍ］以下、約１０−４［Ｓ／ｃｍ］以下、約１０−５［Ｓ／ｃｍ］以下、約１０−６［Ｓ／ｃｍ］以下、約１０−７［Ｓ／ｃｍ］以下、または約１０−８［Ｓ／ｃｍ］以下のリチウムイオン伝導率を有する。上記範囲の組み合わせも可能である。
いくつかの態様において、リチウムイオン伝導性層は、実質的に連続である。例えば、リチウムイオン伝導性層は、例えば、上記層の厚さを横切る細孔、間隙、欠陥または不連続部を実質的に含んでいなくてもよい。図２１Ａは、例示の実質的に連続なリチウムイオン伝導性層の上面図の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。いくつかの場合において、リチウムイオン伝導性層は、約１０００ｎｍ、約５００ｎｍ、約１００ｎｍ、約５０ｎｍ、約１０ｎｍ、約５ｎｍ、約１ｎｍ、約０．５ｎｍ、約０．１ｎｍ、約０．０５ｎｍ、または約０．０１ｎｍより大きい不連続部（例えば、穴、細孔または欠陥）を実質的に含まない。いくらかの態様において、リチウムイオン伝導性層内の不連続部（例えば、上記の１つ以上のサイズ範囲内のもの）は、リチウムイオン伝導性層の外部幾何学的表面積の約５％未満、約１％未満、または約０．１％未満を占める。本明細書中で使用される場合、「外部幾何学的表面積」は、リチウムイオン伝導性層の外部幾何学的表面の表面積を意味する。リチウムイオン伝導性層の「外部幾何学的表面」とは、層の最大断面寸法と実質的に同じスケールで分析した場合の上記層の外側の境界を画定する表面を意味する。一般的に、層の外部幾何学的表面には、このような多孔質層内の細孔によって画定される表面などの内部表面は含まない。
いくつかの態様において、リチウムイオン伝導性層は、実質的に多孔質である（例えば、上記層は、複数の細孔を含む）。用語「細孔」は、一般に、少なくとも一部が、細孔が形成された媒体に囲まれた、通路、空隙、または流路を意味する。一般的に、完全に材料に囲まれた（従って、材料の外部からアクセス可能ではない、例えば、独立気泡）材料内の空隙は、本明細書中で細孔とはみなされない。
いくらかの態様において、多孔質のリチウムイオン伝導性層は、複数の粒子を含む。リチウムイオン伝導性層が複数の粒子を含む場合には、細孔は粒子間細孔（即ち、それらが共に充填される場合、粒子間に規定されたそれらの細孔、例えば、隙間）および粒子内細孔（即ち、個々の粒子の外被内にあるそれらの細孔）の両方を含んでもよい。
リチウムイオン伝導性層が粒子（例えば、リチウムイオン伝導性材料の粒子）を含む態様において、粒子は如何なる好適な形状を有してもよい。いくつかの態様において、粒子の少なくとも一部は、実質的に細長い（例えば、柱状）形状を有していてもよい。いくつかの例において、柱状構造体は、Ｔｈｏｒｎｔｏｎらの「Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ａｎｄ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ ｏｆ ｔｈｉｃｋ ｓｐｕｔｔｅｒｅｄ ｃｏａｔｉｎｇｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ １１、６６６（１９７４年）に示された構造体に似ている形状および構成を有し、全ての目的のためにその全体が参照により本明細書中に組み込まれる。複数の粒子が複数の柱状構造体を含む場合においては、細孔は、柱間の細孔と柱内の細孔の両方を含んでもよい。いくつかの態様において、多孔質のリチウムイオン伝導性層の粒子の少なくとも約１０％、少なくとも約２０％、少なくとも約３０％、少なくとも約４０％、少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０で％、少なくとも９０％、少なくとも約９５％、少なくとも約９９％、または約１００％は、柱状構造体である。いくらかの態様において、上記粒子の約１００％未満、約９０％以下、約８０％以下、約７０％以下、６０％以下、４０％以下、約５０％以下、約３０％以下、２０％以下、または約１０％以下は、柱状構造体である。上記範囲の組み合わせも可能である。
図２１Ｂには、例示の複数の柱状構造体を含む実質的に多孔質のリチウムイオン伝導性層の上面図のＳＥＭ画像を示す。しかしながら、層の粒子はまた、他の任意の好適な形状（例えば、実質的に球形、実質的に楕円形、不規則形状）を有してもよいと理解されるべきである。上記粒子は、例えば、円形、楕円形、多角形（例えば、三角形、長方形など）、不規則形状などの任意の好適な断面形状を有してもよい。
リチウムイオン伝導性層が粒子（例えば、リチウムイオン伝導性材料の粒子）を含む態様において、上記粒子は、任意の好適なサイズを有してもよい。いくつかの態様において、上記粒子は、約１０マイクロメートル（μｍ）以下、約５μｍ以下、約２μｍ以下、約１.５μｍ以下、約１μｍ以下、約５００ナノメートル（ｎｍ）以下、約１００ｎｍ以下、約５０ｎｍ以下、約２０ｎｍ以下、または約１０ｎｍ以下の平均最大寸法（例えば、長さ）を有する。いくつかの態様において、上記粒子は、少なくとも、少なくとも約１０ｎｍ、少なくとも約２０ｎｍ、少なくとも約５０ｎｍ、少なくとも約１００ｎｍ、少なくとも約５００ｎｍ、少なくとも約１μｍ、少なくとも約１.５μｍ、少なくとも約２μｍ、少なくとも約５μｍ、または少なくとも約１０μｍの平均最大寸法を有する。上記範囲の組合せも可能である。本明細書中で使用される場合、粒子の「最大寸法」とは、測定することができる個々の粒子の２つの対向境界間の最大距離（例えば、長さ、直径）を意味する。複数の粒子の「平均最大寸法」は、複数の粒子の最大寸法の数平均（例えば、ｎは少なくとも２０である）を意味する。
いくつかの態様において、上記粒子（例えば、リチウムイオン伝導性材料の粒子）は、他の粒子と共に少なくとも部分的に溶融されていてもよい。溶融された粒子は、一般に、それらが単一の粒子を形成するように、２つ以上の粒子の物理的接合を意味する。例えば、いくつかの場合において、溶融前に単一粒子が占める体積（例えば、粒子の外表面内の全体積）は、２つの溶融した粒子によって占有される体積の半分に実質的に等しい。当業者であれば、用語「溶融」により、単に１つ以上の表面で互いに接触する粒子を意味するのではなく、各個々の粒子の元の表面の少なくとも一部が、もはや他の粒子から識別することができない粒子を意味することを理解する。
いくつかの場合において、上記粒子は、複数の粒子の少なくとも一部が層を横切る（例えば、上記層の第１の表面と上記層の第２の表面との間に）連続的な経路を形成するように溶融される。連続的な経路には、例えば、欠落部、破損、または不連続部が上記経路中に実質的に存在しない層の第１の表面から第２の対向する表面へのイオン伝導性経路を含んでもよい。層を横切る溶融した粒子は連続的な経路を形成することができるのに対し、充填された、溶融していない粒子を含む経路は、上記経路を連続にしない粒子の間に隙間や不連続部を有する。いくらかの態様において、上記層は、上記層を横切る複数のそのような連続的な経路を含む。いくつかの態様において、上記層の少なくとも１０体積％、少なくとも３０体積％、少なくとも５０体積％、または少なくとも７０体積％は、（例えば、イオン伝導性材料を含んでもよい）溶融した粒子を含む１つ以上の連続的な経路を含む。いくらかの態様において、上記第２の層の約１００体積％以下、約９０体積％以下、約７０体積％以下、約５０体積％以下、約３０体積％以下、約１０体積％以下、または約５体積％以下は、溶融した粒子を含む１つ以上の連続的な経路を含む。上記範囲の組み合わせ（例えば、少なくとも約１０体積％および約１００体積％以下）も可能である。いくつかの場合において、上記層の１００体積％は、溶融した粒子を含む１つ以上の連続的な経路を含む。いくつかの態様において、上記層は、本質的に溶融した粒子からなる（例えば、上記層は、実質的に溶融していない粒子を含まない）。他の態様において、上記粒子の実質的に全てが溶融していない粒子である。
いくつかの態様において、リチウムイオン伝導性層の粒子は、約５μｍ以下、約２μｍ以下、約１．５μｍ以下、約１μｍ以下、約５００ｎｍ以下、約１００ｎｍ以下、約５０ｎｍ以下、約２０ｎｍ以下、約１０ｎｍ以下、約５ｎｍ以下、約２ｎｍ以下、または約１ｎｍ以下の平均最大断面寸法（例えば、直径、幅）を有する。いくつかの態様において、リチウムイオン伝導性層の粒子は、少なくとも約１ｎｍ、少なくとも約２ｎｍ、少なくとも約５ｎｍ、少なくとも約１０ｎｍ、少なくとも約２０ｎｍ、少なくとも約５０ｎｍ、少なくとも約１００ｎｍ、少なくとも約５００ｎｍ、少なくとも約１μｍ、少なくとも約１．５μｍ、少なくとも約２μｍ、少なくとも約５μｍ、または少なくとも約１０μｍの平均最大断面寸法（例えば、直径、幅）を有する。上記範囲の組合せも可能である。本明細書中で使用される場合、粒子の「最大断面寸法」は、それに沿って粒子の最大寸法を測定することができる軸線に直交する平面内で測定することができる個々の粒子の２つの対向する境界間の最大距離を意味する。複数の粒子の「平均最大断面寸法」は、複数の粒子の最大断面寸法の数平均（例えば、ｎは少なくとも２０である）を意味する。
当業者であれば、複数の粒子の平均最大寸法および／または平均最大断面寸法を算出することが可能である。例えば、個々の粒子の最大の寸法および／または最大断面寸法は、上記粒子の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像の分析によって測定してもよい。非限定的な、例示的な例では、電気化学電池の厚さの途中の深さでの電気化学電池の第１の断面平面を、ＳＥＭを用いて画像形成してもよい。得られた画像の解析により、粒子の平均最大断面寸法を測定してもよい。いくらかの場合において、後方散乱検出器および／またはエネルギー分散分光法（ＥＤＳ）検出器を、リチウムイオン伝導性材料の粒子の同定を容易にするために使用してもよい（例えば、含まれてもよい添加剤の粒子とは区別される）。凝集した粒子を含む態様において、上記粒子は、最大断面寸法を測定する際に、別々に考慮されるべきである。上記測定は、凝集した粒子の各々の間の境界を形成し、そのような境界の形成の結果として生じる仮想の、個別化した粒子の最大断面寸法を測定することにより行うことができる。最大断面寸法と粒子体積の分布もまた、ＳＥＭ分析を用いて当業者によって測定することができる。複数の粒子の平均最大断面寸法は、粒子の最大断面寸法の算術平均を計算することによって得られる。別の非限定的な、例示的な例では、第１の断面平面に対して直交しており、電気化学電池の長さまたは幅の途中である第２の断面平面は、ＳＥＭを用いて画像形成してもよい。いくつかの場合において、粒子の平均最大寸法は、結果として得られる画像の解析によって測定してもよい。いくつかの態様において、少なくとも２０の測定値を、平均値を計算するために用いてもよい。
いくつかの場合において、リチウムイオン伝導性層の粒子（例えば、柱状構造体）の少なくとも一部を、実質的に整列させてもよい。例えば、複数の粒子が複数の柱状構造体を含む態様において、上記柱状構造体の少なくとも一部は、実質的に垂直に整列させてもよい。本明細書中で使用される場合、それに沿って柱状構造体の最大寸法（例えば、長さ）を測定することができる軸線（たとえば、縦軸）と、アノードからカソードへ延びる軸線との間の角度が約４５°以下である時に、アノードおよびカソードを含む電気化学電池におけるリチウムイオン伝導性層の柱状構造体は、「垂直に整列」されている。上記角度は、例えば、ＳＥＭ画像解析により、測定されてもよい。いくつかの態様において、リチウムイオン伝導性層の粒子の少なくとも約１０％、少なくとも約２０％、少なくとも約３０％、少なくとも約４０％、少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０で％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％、少なくとも約９９％、または約１００％が、実質的に整列されている。いくらかの態様において、リチウムイオン伝導性層の粒子の約１００％未満、約９０％以下、約８０％以下、約７０％以下、約６０％以下、約５０％以下、約４０％以下、約３０％以下、約２０％以下、または約１０％以下が、実質的に整列されている。上記範囲の組み合わせも可能である。いくらかの態様において、リチウムイオン伝導性層の粒子の少なくとも約１０％、少なくとも約２０％、少なくとも約３０％、少なくとも約４０％、少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％、少なくとも約９９％、または約１００％が、実質的に垂直に整列されている。いくらかの態様において、リチウムイオン伝導性層の粒子の約１００％未満、約９０％以下、約８０％以下、約７０％以下、約６０％以下、約５０％以下、約４０％以下、約３０％以下、約２０％以下、または約１０％以下が、実質的に垂直に整列されている。
リチウムイオン伝導性層が細孔を含むいくつかの態様において、多孔質のリチウムイオン伝導性層の細孔のいくつかまたは全部は、流体（例えば、電解質）で充填されてもよい。いくらかの場合において、リチウムイオン伝導性層の細孔の少なくともいくつかは、液体、ゲル、固体ポリマー、および／または固体の無機化合物である電解質で充填されている。いくらかの態様によれば、多孔質のリチウムイオン伝導性層の少なくとも一部は、流体（例えば、電解質）に対して透過性である。
多孔質のリチウムイオン伝導性層は、任意の好適な気孔率を有していてもよい。例えば、多孔質のリチウムイオン伝導性層は、約１％以下、約２％以下、約５％以下、約１０％以下、約１５％以下、約２０以下、約２５％以下、約３０％以下、約４０％以下、約５０％以下、約６０％以下、または約７０％以下の気孔率を有していてもよい（ここで、百分率は、多孔質リチウムイオン伝導性層内の空隙容積を示している）。いくつかの態様において、多孔質のリチウムイオン伝導性層は、少なくとも約１体積％、少なくとも約２体積％、少なくとも約５体積％、少なくとも約１０体積％、少なくとも約１５体積％、少なくとも約２０体積％、少なくとも約２５体積％、少なくとも約３０体積％、少なくとも約４０体積％、少なくとも約５０体積％、少なくとも約６０体積％、または少なくとも約７０体積％の気孔率を有する。上記範囲の組合せも可能である。
リチウムイオン伝導性層の細孔は、任意の好適なサイズおよび形状を有してもよい。上記細孔は、例えば、円形、楕円形、多角形（例えば、長方形、三角形など）、不規則形状などの任意の好適な断面形状を含んでもよい。いくつかの場合において、多孔質のリチウムイオン伝導性層は、約１μｍ以下、約５００ｎｍ以下、約２００ｎｍ以下、約１００ｎｍ以下、約５０ｎｍ以下、約２０ｎｍ以下、約１０ｎｍ以下、約５ｎｍ以下、約２ｎｍ以下、または約１ｎｍ以下の平均細孔径を有する。いくつかの場合において、多孔質のリチウムイオン伝導性層は、少なくとも約１ｎｍ、少なくとも約２ｎｍ、少なくとも約５ｎｍ、少なくとも約１０ｎｍ、少なくとも約２０ｎｍ、少なくとも約５０ｎｍ、少なくとも約１００ｎｍ、少なくとも約２００ｎｍ、少なくとも約５００ｎｍ、または少なくとも約１μｍの平均細孔径を有する。上記範囲の組合せも可能である。
当業者は、その全体が参照により本明細書中に組み込まれるＡＳＴＭ規格Ｄ４２８４‐９２に記載されているように、水銀圧入気孔率測定法を用いて、層内の複数の細孔の気孔率、細孔径分布および平均細孔径を算出することができる。例えば、ＡＳＴＭ規格Ｄ４２８４‐９２に記載された方法は、細孔径の関数としての累積圧入細孔容積としてプロットされた細孔径の分布を作成するために使用することができる。所定範囲内の細孔直径の細孔からなる試料内の％総細孔容積を計算するために：
（１）ｘ軸の上の所定範囲にわたる曲線下の面積を計算し、
（２）ステップ（１）で計算された面積を曲線下の総面積で割り、
（３）１００％を掛ける。次に、平均細孔径は、この情報から計算することができる。任意に、上記層がＡＳＴＭ規格Ｄ４２８４‐９２を用いて正確に測定され得る細孔径の範囲外にある細孔径を含む場合、例えば、Ｓ．Ｂｒｕｎａｕｅｒ，Ｐ．Ｈ．Ｅｍｍｅｔｔ，ａｎｄ Ｅ．Ｔｅｌｌｅｒ， Ｊ．Ａｍ. Ｃｈｅｍ. Ｓｏｃ., １９３８，６０，３０９に記載されている、ＢＥＴ表面分析によって気孔率測定を補ってもよい。その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
いくつかの態様において、多孔質のリチウムイオン伝導性層は、比較的均一な最大断面寸法を有する細孔を含んでもよい。如何なる理論にも拘束されることを望まないが、そのような均一性は、多孔質のリチウムイオン伝導性層のバルク全体にわたって比較的一定の構造的安定性を維持するのに有用である可能性がある。更に、比較的狭い範囲内に細孔径を制御することができることによって、多孔質のリチウムイオン伝導性層の構造的安定性を維持するのに十分に小さい細孔を維持しながら、流体浸透（例えば、電解質の浸透）を可能にするのに十分大きい多数の細孔を組み込むことを可能にする。いくつかの態様において、多孔質のリチウムイオン伝導性層内の細孔径の分布は、複数の細孔の平均最大断面寸法の約５０％未満、約２５％未満、約２０％未満、約１０％未満、約５％未満、約２％未満、または約１％未満の標準偏差を有してもよい。いくつかの態様において、多孔質のリチウムイオン伝導性層内の細孔径の分布は、複数の細孔の平均最大断面寸法の少なくとも約１％、少なくとも約２％、少なくとも約５％、少なくとも約１０％、少なくとも約２０％、少なくとも約２５％、または少なくとも約５０％の標準偏差を有してもよい。上記範囲の組み合わせも可能である。標準偏差（小文字のシグマσ）は、本技術分野における通常の意味であり、以下の式：
Figure 2017527970
 （式中、Ｄｉは細孔ｉの最大断面直径であり、Ｄａｖｇは複数の細孔の最大断面直径の数平均であり、ｎは細孔の数である。）
により計算することができる。前述のような上記標準偏差と平均細孔径との間の％で表される比較は、標準偏差を上記平均で割り、１００％を掛けることによって得ることができる。
いくつかの場合において、リチウムイオン伝導性層は、単一の材料から形成される。単一の材料は、上記材料を形成するのに使用される如何なる個々の粒子も個々の粒子として容易に分離できなくなるように、加工されるものを意味することができる。例えば、単一の材料は、いくつかの態様において、いくらかの付着条件下で、蒸着法および／またはエアロゾル沈着法により形成されてもよい。
本明細書中に記載された態様において、リチウムイオン伝導性層（例えば、実質的に連続的なリチウムイオン伝導性層、または実質的に多孔質のリチウムイオン伝導性層）は、それらに限定されないが、スパッタリング（例えば、ダイオードスパッタリング、直流（ＤＣ）マグネトロンスパッタリング、高周波（ＲＦ）スパッタリング法、ＲＦマグネトロンスパッタリング、パルススパッタ法、デュアルマグネトロンスパッタリング、交流（ＡＣ）スパッタリング、中間周波数（ＭＦ）スパッタリング、反応性スパッタリング）、電子ビーム蒸着、真空熱蒸着、レーザアブレーション、化学蒸着（ＣＶＤ）、熱蒸発（例えば、抵抗加熱、誘導加熱、輻射加熱、および電子ビーム加熱）、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、レーザ強化化学蒸着、エアロゾル沈着、イオンめっき、陰極アーク、およびジェット蒸着を含む、どのような好適な方法によって付着させてもよい。使用される技術は、付着される材料のタイプ、層の厚さ、およびリチウムイオン伝導性層を付着させた下層を含む種々の要因に依存してもよい。
いくつかの態様において、リチウムイオン伝導性層は、実質的に平滑であってもよい。いくらかの態様において、例えば、いくらかの動作条件下で、リチウムイオン伝導性層の平滑度の向上によって、リチウムイオン電気化学電池の性能向上をもたらす可能性がある。従って、リチウムイオン伝導性層は、比較的低い表面粗さを有してもよい。しかしながら、他の態様において、リチウムイオン伝導性層は、実質的に粗くてもよい。これにより、リチウムイオン伝導性層は、比較的高い表面粗さを有してもよい。
表面粗さは、如何なる好適な方法を用いて定量してもよい。例えば、いくつかの場合において、リチウムイオン伝導性層の表面粗さプロファイルは、プロフィロメータ（例えば、接触プロフィル、光学プロフィル）を用いて得てもよい。表面粗さプロファイルから、Ｒｚを含む表面粗さを特定の手段、Ｚ（例えば、１０の最高のピークの平均から差し引いた１０の最低の谷の平均）、Ｒａ（例えば、算術平均表面粗さ）、およびＲｑ（例えば、二乗平均表面粗さ）を含む表面粗さのいくらかの測定値を得てもよい。一般に、リチウムイオン伝導性層の表面粗さは、５倍の倍率で層を試験することによって測定される。
表面粗さＲｚは、以下の式：
Figure 2017527970
 （式中、Ｒｐｉは表面粗さプロファイルにおける第ｉ番目の最も高いピークの高さであり、Ｒｖｉは表面粗さプロファイルにおける第ｉ番目の最も低いピークの高さである。）
を用いて計算してもよい。いくつかの場合において、リチウムイオン伝導性層は、約２０μｍ以下、約１５μｍ以下、約１０μｍ以下、約５μｍ以下、約２μｍ以下、約１μｍ以下、約５００ｎｍ以下、約２００ｎｍ以下、約１００ｎｍ以下、約５０ｎｍ以下、約２０ｎｍ以下、または約１０ｎｍ以下の表面粗さＲｚを有する。いくつかの態様において、リチウムイオン伝導性層は、約１０ｎｍ以上、約２０ｎｍ以上、約５０ｎｍ以上、約１００ｎｍ以上、約２００ｎｍ以上、約５００ｎｍ以上、約１μｍ以上、約２μｍ以上、約５μｍ以上、約１０μｍ以上、約１５μｍ以上、または約２０μｍ以上の表面粗さＲｚを有する。上記範囲の組合せも可能である。
算術平均表面粗さＲａは、以下の式：
Figure 2017527970
 （式中、Ｒｉは表面粗さプロファイルにおける第ｉ番目の点での高さであり、Ｎは測定した点の数である。）
を用いて計算してもよい。いくつかの場合において、リチウムイオン伝導性層は、約２０μｍ以下、約１５μｍ以下、約１０μｍ以下、約５μｍ以下、約２μｍ以下、約１μｍ以下、約５００ｎｍ以下、約２００ｎｍ以下、約１００ｎｍ以下、約５０ｎｍ以下、約２０ｎｍ以下、または約１０ｎｍ以下の算術平均表面粗さＲａを有する。いくらかの態様において、リチウムイオン伝導性層は、約１０ｎｍ以上、約２０ｎｍ以上、約５０ｎｍ以上、約１００ｎｍ以上、約２００ｎｍ以上、約５００ｎｍ以上、約１μｍ以上、約２μｍ以上、約５μｍ以上、約１０μｍ以上、約１５μｍ以上、または約２０μｍ以上の算術平均表面粗さＲａを有する。上記範囲の組合せも可能である。
ＲＭＳ表面粗さＲｑは、以下の式：
Figure 2017527970
 （式中、Ｒｉは表面粗さプロファイルにおける第ｉ番目の点での高さであり、Ｎは測定した点の数である。）
を用いて計算してもよい。いくつかの場合において、リチウムイオン伝導性層は、約２０μｍ以下の、約１５μｍ以下、約１０μｍ以下、約５μｍ以下、約２μｍ以下、約１μｍ以下、約５００ｎｍ以下、約２００ｎｍ以下、約１００ｎｍ以下、約５０ｎｍ以下、約２０ｎｍ以下、または約１０ｎｍ以下の二乗平均表面粗さＲｑを有する。いくらかの態様において、リチウムイオン伝導性層は、約１０ｎｍ以上、約２０ｎｍ以上、約５０ｎｍ以上、約１００ｎｍ以上、約２００ｎｍ以上、約５００ｎｍ以上、約１μｍ以上、約２μｍ以上、約５μｍ以上、約１０μｍ以上、約１５μｍ以上、または約２０μｍ以上の二乗平均表面粗さＲｑを有する。上記範囲の組合せも可能である。
いくつかの態様において、リチウムイオン伝導性層は、厚さ（例えば、アノードからカソードへ延びる軸線に平行な方向において、層の第１の端部から層の第２の端部まで測定した最大寸法）によって特徴付けられてもよい。いくつかの場合において、リチウムイオン伝導性層、比較的薄くてもよい（例えば、厚さは、上記層の他の２つの寸法に比べて比較的小さくてもよい）。いくつかの場合において、リチウムイオン伝導性層は、約１０μｍ以下、約５μｍ以下、約２μｍ以下、約１．５μｍ以下、約１μｍ以下、約０．５μｍ以下、または約０．１μｍの厚さを有する。それに応じて、いくらかの態様において、リチウムイオン伝導性層は、約０．１μｍ以上、約０．２μｍ以上、約０．３μｍ以上、約０．５μｍ以上、約０．７μｍ以上、約１μｍ以上、約１．５μｍ以上、約２μｍ以上、約５μｍ以上、または約１０μｍ以上の厚さを有する。上記範囲の組合せも可能である。いくらかの場合において、リチウムイオン伝導性層は、実質的に厚さが均一である。例えば、リチウムイオン伝導性層の厚さの最大および最小測定値の間の差（％）は、約８０％未満、約５０％未満、約２０％未満、約１０％未満、約５％未満、または約１％未満であってもよい。
いくつかの態様において、リチウムイオン伝導性層は、比較的塩基性である。例えば、リチウムイオン伝導性層は、電子対を供与することができる種（例えば、ルイス塩基）から選択される材料を含んでもよい。好適な電子供与性材料の例には、それらに限定されないが、リチウム酸化物（例えば、Ｌｉ２Ｏ、ＬｉＯ、ＬｉＯ２、ＬｉＲＯ２、ここでＲはスカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、および／またはルテチウムである）、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）、窒化リチウム（例えば、Ｌｉ３Ｎ）、リチウムオキシスルフィド、酸窒化リチウム、リチウムガーネット型酸化物（例えば、Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２）、Ｌｉ１０ＧｅＰ２Ｓ１２、窒化リン酸リチウム、リチウムシリコスルフィド（ｌｉｔｈｉｕｍ ｓｉｌｉｃｏｓｕｌｆｉｄｅｓ）、リチウムゲルマノスルフィド（ｌｉｔｈｉｕｍ ｇｅｒｍａｎｏｓｕｌｆｉｄｅ）、リチウムランタン酸化物、リチウムチタン酸化物、リチウムボロスルフィド（ｌｉｔｈｉｕｍ ｂｏｒｏｓｕｌｆｉｄｅｓ）、リチウムアルミノスルフィド（ｌｉｔｈｉｕｍ ａｌｕｍｉｎｏｓｕｌｆｉｄｅｓ）、リチウムホスホスルフィド(ｌｉｔｈｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈｏｓｕｌｆｉｄｅｓ)、ケイ酸リチウム、ホウ酸リチウム、アルミン酸リチウム、リン酸リチウム、ハロゲン化リチウム、およびそれらの組合せが挙げられる。例えば、いくつかの態様において、リチウムイオン伝導性層の材料１モル（例えば、Ｌｉ２Ｏ）は、酸（例えば、ＨＦ）１モルを中和することができる。塩基性物質は、いくらかの副反応から生じる有害な酸性の副生成物を少なくとも部分的に中和することが可能であるので、いくつかの態様において、リチウムイオン伝導性層が比較的塩基性である（例えば、ルイス塩基を含む）ことが有利である可能性があることが認識されている。例えば、リチウムイオン電気化学電池におけるリチウム塩（例えば、ＬｉＰＦ６）などの電解質のいくらかの成分の加水分解により、ＨＦなどの酸性副生成物をもたらす可能性がある。電気化学電池におけるリチウムイオン伝導性層の存在により、いくらかの態様において、形成する可能性のある任意のＨＦの少なくとも一部を中和してもよい。
図１に示すように、電極は、電気活性材料、例えばリチウムインターカレーションプロセスに関与することが可能な材料（例えば、リチウムイオンを可逆的に挿入および抽出することができる材料）および／またはリチウムと化学的に反応することができる材料（例えば、リチウム転換反応に関与することができる材料）を含む層を更に含んでいてもよい。リチウムインターカレーションプロセスに関与することができる電気活性材料を含む電極は、「リチウムインターカレーション電極」と呼ばれる。リチウム転換反応に関与することができる電気活性材料を含む電極は、「リチウム転換電極」と呼ばれる。いくつかの態様において、電気活性材料層を組み込んだリチウムイオン伝導性層を含む電極はカソードである。リチウムイオン電気化学電池に使用されるカソードは、一般に、そこから充電時にリチウムイオンが解放され、そこへ放電時にリチウムイオンが組み込まれる（例えば、インターカレートされ、化学的に結合される）電極を意味する。
いくつかの態様において、カソードの電気活性材料は、リチウムインターカレーション化合物（例えば、可逆的に格子サイトおよび／または格子間位置にリチウムイオンを挿入することができる化合物）を含む。いくらかの場合において、カソードの電気活性材料は、層状酸化物を含む。層状酸化物は、一般的に層状構造（例えば、互いの上に積層された複数のシート、または層）を有する酸化物を意味する。好適な層状酸化物の非限定的な例には、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ２）、およびリチウムマンガン酸化物（ＬｉＭｎＯ２）が挙げられる。いくつかの態様において、層状酸化物は、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物（ＬｉＮｉｘＭｎｙＣｏｚＯ２、「ＮＭＣ」または「ＮＣＭ」とも呼ばれる）である。いくつかのこのような態様において、ｘ、ｙおよびｚの合計は１である。例えば、好適なＮＭＣ化合物の非限定的な例は、ＬｉＮｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２である。いくつかの態様において、層状酸化物は、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物（ＬｉＮｉｘＣｏｙＡｌｚＯ２、「ＮＣＡ」とも呼ばれる）である。いくつかのこのような態様において、ｘ、ｙおよびｚの合計は１である。例えば、好適なＮＣＡの化合物の非限定的な例は、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２である。いくらかの態様において、カソードの電気活性材料は、遷移金属ポリアニオン酸化物（例えば、遷移金属、酸素、および／または１より大きい絶対値を有する電荷を有するアニオンを含む化合物）である。好適な遷移金属ポリアニオン酸化物の非限定的な例は、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４、「ＬＦＰ」とも呼ばれる）である。好適な遷移金属ポリアニオン酸化物の別の非限定的な例は、リチウムマンガンリン酸鉄（ＬｉＭｎｘＦｅ１−ｘＰＯ４、「ＬＭＦＰ」とも呼ばれる）。好適なＬＭＦＰ化合物の非限定的な例は、ＬｉＭｎ０．８Ｆｅ０．２ＰＯ４である。いくつかの態様において、カソードの電気活性材料は、スピネル（例えば、構造ＡＢ２Ｏ４を有する化合物であり、ここでＡは、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、またはＳｉであってもよく、かつＢは、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、またはＶであってもよい）とすることができる。好適なスピネルの非限定的な例は、リチウムマンガン酸化物（ＬｉＭｎ２Ｏ４は、「ＬＭＯ」とも呼ばれる）である。別の非限定的な例としては、リチウムマンガンニッケル酸化物（ＬｉＮｉｘＭｎ２−ｘＯ４、「ＬＭＮＯ」とも呼ばれる）。好適なＬＭＮＯ化合物の非限定的な例は、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４である。いくらかの場合において、カソードの電気活性材料には、Ｌｉ１．１４Ｍｎ０．４２Ｎｉ０．２５Ｃｏ０．２９Ｏ２（「ＨＣ−ＭＮＣ」）、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）、炭化リチウム（例えば、Ｌｉ２Ｃ２、Ｌｉ４Ｃ、Ｌｉ６Ｃ２、Ｌｉ８Ｃ３、Ｌｉ６Ｃ３、Ｌｉ４Ｃ３、Ｌｉ４Ｃ５）、酸化バナジウム（例えば、Ｖ２Ｏ５、Ｖ２Ｏ３、Ｖ６Ｏ１３）、および／またはリン酸バナジウム（例えば、などのリチウム等のリン酸バナジウムリチウム、Ｌｉ３Ｖ２(ＰＯ４)３）、またはそれらの任意の組合せを含む。
いくつかの態様において、カソードの電気活性材料は、変換化合物を含む。例えば、カソードは、リチウム変換電極／カソードであってもよい。変換化合物を含むカソードは、比較的大きい比容量を有していてもよいことが認識されている。特定の理論に拘束されることを望まないが、（例えば、インターカレーション化合物中での０．１〜１の電子移動と比較して）１を超える電子移動は、１つの遷移金属ごとに生じる変換反応による化合物のすべての可能な酸化状態を利用することによって達成してもよい。好適な変換化合物としては、それらに限定されないが、遷移金属酸化物（例えば、Ｃｏ３Ｏ４）、遷移金属水素化物、遷移金属硫化物、遷移金属窒化物、遷移金属フッ化物（例えば、ＣｕＦ２、ＦｅＦ２、ＦｅＦ３）が挙げられる。遷移金属は、一般的に、その原子が部分的に充填されたｄ副電子殻を有する元素（例えば、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｒｆ、Ｄｂ、Ｓｇ、Ｂｈ、Ｈｓ）を意味する。
いくつかの場合において、カソードの電気活性材料には、電気活性材料の電気的特性（例えば、電気伝導性）を変更するために、１つ以上のドーパントでドーピングしてもよい。好適なドーパントの非限定的な例としては、アルミニウム、ニオブ、銀、およびジルコニウムが挙げられる。
いくつかの態様において、電気活性材料層と一体化したリチウムイオン伝導性層を含む電極はアノードである。
いくつかの場合において、それに関連するリチウムイオン伝導性層を有してもよい電気活性材料含有層は、複数の電気活性材料の粒子を含んでもよい。図２は、いくらかの態様に従った、例示的な電極２００の断面模式図である。図２に示すように、電極２００は、リチウムイオン伝導性層２０６と電気活性材料を含む複数の粒子２０２を含む。図２に示す態様などのいくらかの態様において、粒子２０２間の隙間に細孔２０４を形成してもよい。いくつかの態様において、複数の粒子の少なくとも一部の態様は、コーティング（例えば、上記活性材料の溶解を防止するため）を有する。上記コーティングは、電子的に伝導性であってもよい。コーティングに適した材料の非限定的な例には、炭素および炭素含有材料が挙げられる。電極を形成するために、電気活性材料を含む複数の粒子は、混合物（例えば、スラリー）を形成するための結合剤および１つ以上の添加剤と組み合わせてもよい。次いで、混合物を基材および／または集電体上にコーティングし、その後乾燥させてもよい。いくらかの態様において、結合剤は、１以上のポリマー（例えば、スチレンブタジエンコポリマー、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ））を含む。いくつかの場合において、添加剤は、電極の性能を向上させるように選択してもよい。例えば、添加剤は、電子伝導性を向上してもよい。好適な添加剤の例としては、それらに限定されないが、カーボンブラックなどの炭素含有材料を含む。
１つの特定の組の態様において、図２に例示的に示されるように、リチウムイオン伝導性層２０６は、電気活性材料（即ち、電気活性層）の粒子を含む層の一方の側または表面（例えば、片面または表面）上に層を形成する。即ち、無機リチウムイオン伝導性層は、電気活性材料を含む層の側面または表面上に配置されてもよい。リチウムイオン伝導性層は、電気活性層の側面または表面をコーティング（コーティングを形成）してもよい。いくつかのこのような態様において、リチウムイオン伝導性層を、電気活性層の側面または表面と一体化してもよい。リチウムイオン伝導性材料は、固体の内側部分および／または電気活性層の反対側／表面に存在しなくてもよい。このような態様において、電気活性材料の粒子の全てではないが、部分（例えば、上記層の表面での電気活性材料の粒子の一部）は、リチウムイオン伝導性材料／層でコーティングされている。例えば、いくつかの場合において、電気活性層における電気活性材料の粒子（例えば、電気活性層の反対側／表面の粒子および／または上記層の内部の粒子）の少なくとも一部（例えば、少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、少なくとも９０％、および／または、１００％未満、９５％以下、９０％以下、例えば重量％）は、リチウムイオン伝導性材料でコーティングされていない（リチウムイオン伝導性材料のコーティングは、このような粒子に存在しなくてもよい）。他の態様において、第２のリチウムイオン伝導性層は、電気活性材料の粒子を含む層の反対側または表面に形成されてもよい。リチウムイオン伝導性材料の単一層を含む態様と同様に、リチウムイオン伝導性材料は、電気活性層の固体、内側部分に存在しなくてもよい。これらの態様は、例えば、（例えば、電気活性粒子のスラリーから、または別の好適な方法によって）電気活性層を形成し、続いて電気活性層が形成された後、電気活性層上にリチウムイオン伝導性層を付着させることによって形成してもよい。このような方法は、上記粒子が電気活性層を形成する前に、電気活性材料の個々の電気活性粒子をコーティングするのとは対照的である。
電気活性材料を含む粒子は、どのような好適な形状またはサイズを有してもよい。例えば、上記粒子は、球状、楕円状、円筒状、または角柱状（例えば、三角柱形状、四角柱形状）であっても、或いは不規則形状を有してもよい。いくつかの態様において、複数の粒子は、５０μｍ以下、約２５μｍ以下、約２０μｍ以下、約１５μｍ以下、約１０μｍ以下、約５μｍ以下、約１μｍ以下、約５００ｎｍ以下、約２００ｎｍ以下、約１００ｎｍ以下、約９０ｎｍ以下、約８０ｎｍ以下、約７０ｎｍ以下、約６０ｎｍ以下、約５０ｎｍ以下、約４０ｎｍ以下、約３０ｎｍ以下、約２０ｎｍ以下、約１０ｎｍ以下、約５ｎｍ以下、または約１ｎｍの平均最大断面寸法を有する。いくつかの態様において、複数の粒子は、少なくとも約１ｎｍ、少なくとも約５ｎｍ、少なくとも約１０ｎｍ、少なくとも約２０ｎｍ、少なくとも約３０ｎｍ、少なくとも約４０ｎｍ、少なくとも約５０ｎｍ、少なくとも約６０ｎｍ、少なくとも約７０ｎｍ、少なくとも約８０ｎｍ、少なくとも約９０ｎｍ、少なくとも約１００ｎｍ、少なくとも約２００ｎｍ、少なくとも約５００ｎｍ、少なくとも約１μｍ、少なくとも約５μｍ、少なくとも約１０μｍ、少なくとも約１５μｍ、少なくとも約２０μｍ、少なくとも約２５μｍ、または少なくとも約５０μｍの平均最大断面寸法を有する。上記範囲の組合せも可能である。前述のように、上記平均最大断面寸法は、ＳＥＭおよび／またはＥＤＳ分析を用いて測定してもよい。
いくつかの場合において、電気活性材料を含む層は、多孔質であってもよい（例えば、上記層は、複数の細孔を含んでいてもよい）。電気活性材料含有層は、粒子の凝集を含む場合に、細孔は、（即ち、それらが共に充填される場合、粒子間に規定されたそれらの細孔、例えば、隙間）および粒子内細孔（即ち、個々の粒子の外被内にあるそれらの細孔）の両方を含むと解されるべきである。
多孔質の電気活性材料含有層は、どのような好適な気孔率を有してもよい。例えば、多孔質の電気活性材料含有層は、約１０％以下、約１５％以下、約２０％以下、約２５％以下、約３０％以下、約４０以下、約５０％以下、約６０％以下、または約７０％以下の気孔率を有していてもよい（百分率は、多孔質の電気活性材料含有層内の空隙容積を示す）。いくつかの態様において、多孔質の電気活性材料含有層は、少なくとも約１０体積％、少なくとも約１５体積％、少なくとも約２０体積％、少なくとも約２５体積％、少なくとも約３０体積％、少なくとも約４０体積％、少なくとも約５０体積％、少なくとも約６０体積％、または少なくとも約７０体積％の気孔率を有する。上記範囲の組合せも可能である。
電気活性材料含有層の細孔は、どのような好適なサイズおよび形状を有してもよい。細孔は、例えば、円形、楕円形、多角形（例えば、長方形、三角形など）、不規則形状などのどのような好適な断面形状を含んでもよい。いくつかの場合において、多孔質の電気活性材料含有層は、約３００マイクロメートル未満、例えば、約１００マイクロメートル未満、約０．５〜約３００マイクロメートル、約５０〜約２００マイクロメートル、または約１００〜約２００マイクロメートルの平均細孔径を有してもよい。いくつかの態様において、気孔率のいくつかまたは全ては、電解質によって充填されてもよい。いくつかの場合において、電気活性材料含有層の細孔の少なくともいくつかは、液体、ゲル、固体ポリマー、および／または固体の無機化合物である電解質が充填されている。前述のように、当業者は、水銀圧入気孔率測定法および／またはＢＥＴ表面分析を用いて、層内の複数の細孔の細孔径分布および平均細孔径を算出することができる。
いくつかの態様において、多孔質の電気活性材料含有層は、比較的均一な最大断面寸法（例えば、直径）を有する細孔を含んでもよい。如何なる理論に拘束されることも望まないが、任意の理論に束縛されるものではない、このような均一性は、上記多孔質層のバルク全体にわたって比較的一定の構造的安定性を維持するのに有用である可能性がある。更に、比較的狭い範囲内に細孔径を制御することができることによって、多孔質のリチウムイオン伝導性層の構造的安定性を維持するのに十分に小さい細孔を維持しながら、流体浸透（例えば、電解質の浸透）を可能にするのに十分大きい多数の細孔を組み込むことを可能にする。いくつかの態様において、多孔質の電気活性材料含有層内の細孔径の分布は、複数の細孔の平均最大断面寸法の約５０％未満、約２５％未満、約２０％未満、約１０％未満、約５％未満、約２％未満、または約１％未満の標準偏差を有してもよい。
他の態様において、それに関連するリチウムイオン伝導性層を有してもよい、本明細書中に記載された電気活性材料層は、実質的に非多孔質である。
いくらかの態様は、電気化学電池に関する。図３Ａには、カソード１０２、アノード１０６、カソード１０２とアノード１０６との間に配置されたセパレータ１０８、およびカソード１０２とセパレータ１０８との間に配置されたリチウムイオン伝導性層１０４を含む電気化学電池３００の例示的な概略断面図を示す。いくらかの場合において、リチウムイオン伝導性層１０４は、カソード１０２に隣接して配置されている。図３Ａに示すように、リチウムイオン伝導性層１０４は、カソード１０２と直接物理的に接触していてもよい。いくつかの場合において、リチウムイオン伝導性層１０４は、カソード１０２と一体化されている。
いくつかの態様において、リチウムイオン伝導性層は、アノードに隣接して配置してもよい。例えば、図３Ｂに示した態様を含むいくらかの場合、リチウムイオン伝導性層１０４は、アノード１０６に隣接して配置されている。図３Ｂに示すように、リチウムイオン伝導性層１０４は、アノード１０６と直接物理的に接触していてもよい。いくつかの態様において、リチウムイオン伝導性層１０４は、アノード１０６と一体化されている。
いくつかの態様において、電気化学電池は、カソードと一体化した第１のリチウムイオン伝導性層およびアノードと一体化した第２のリチウムイオン伝導性層を含んでもよい。図４は、第１のリチウムイオン伝導性層１０４と一体化されたカソード１０２および第２のリチウムイオン伝導性層１１０と一体化されたアノード１０６を含む電気化学電池４００の例示的な断面概略図を示している。図４に示すように、セパレータ層１０８は、第１のリチウムイオン伝導性層１０４および第２のリチウムイオン伝導性層１１０との間に配置されている。いくらかの態様において、第１のリチウムイオン伝導性層１０４および第２のリチウムイオン伝導性層１１０は、同じ材料（例えば、セラミック材料）を含んでもよい。いくつかの場合において、第１のリチウムイオン伝導性層１０４および第２のリチウムイオン伝導性層１１０は、異なる材料（例えば、第１のセラミック材料と第２の異なるセラミック材料）を含んでもよい。
いくつかの態様において、電気化学電池はさらに、電解質などの追加の成分、１つ以上の基材、および／または１つ以上の集電体を含む。図５は、カソード１０２、リチウムイオン伝導性層１０４、アノード１０６、セパレータ１０８、第１の基材および／または集電体１１２、並びに第２の基材および／または集電体１１４を含む電気化学電池５００の例示的な断面概略図を示す。図５に示すように、電気化学電池５００は、カソード１０２とアノード１０６との間に配置したセパレータ１０８を含んでもよい。いくつかの場合において、以下に更に詳細に記載するように、セパレータ１０８は電解質を含んでもよい。図５に示すように、いくつかの場合において、リチウムイオン伝導性層１０４は、カソード１０２とセパレータ／電解質１０８との間に配置されている。いくつかの場合において、リチウムイオン伝導性層１０４は、アノード１０２およびセパレータ／電解質１０８との間に配置されている。いくつかの場合において、電気化学電池５００は、第１の基材１１２を更に含む。第１の基材１１２はカソード１０２に隣接して配置されてもよい。図５に示すように、いくつかの態様において、基材１１２は、カソード１０２と直接物理的に接触している。いくつかの態様において、１つ以上の介在層を、基材１１２とカソード１０２との間に配置してもよい。いくつかの場合において、基材１１２は金属（例えば、アルミニウム）を含んでもよく、基材１１２は、カソード１０２のための集電体として機能してもよい。いくつかの態様において、電気化学電池は、更に第２の基材１１４を含む。図５に示されるように、いくつかの態様において、第２の基材１１４は、アノード１０６と直接物理的に接触している。いくらかの場合において、第２の基材１１４は金属（例えば、銅）を含んでもよく、第２の基材１１４は、アノード１０６のための集電体として機能してもよい。いくつかの態様において、１つ以上の介在層を、第２の基材１１４とアノード１０６との間に配置しもよい。
いくつかの態様において、電気化学電池は電解質、セパレータ、第１および第２の基材および／または集電体、カソードと一体化した第１のリチウムイオン伝導性層、およびアノードと一体化した第２のリチウムイオン伝導性層を含む。図６は、カソード１０２、第１のリチウムイオン伝導性層１０４、アノード１０６、第２のリチウムイオン伝導性層１１０、セパレータ１０８、第１の基材および／または集電体１１２、および第２の基材および／または集電体１１４を含む電気化学電池６００の例示的な断面概略図を示す。図６に示されるように、アノード１０６と一体化されている第２のリチウムイオン伝導性層１１０は、アノード１０６とセパレータ１０８との間に配置される。
電気化学電池の電解質は、一般に、アノードとカソードとの間に配置されて、アノードとカソードとの間のイオン経路を提供する（例えば、電解質は、一般的にリチウムイオンを伝導することができる）。電解質は、リチウムイオンを貯蔵および輸送することができる、どのような液体、固体、またはゲル材料を含んでもよい。一般に、電解質は、アノードとカソードとの間の短絡を防止するために、電子的に非伝導性である。
本明細書中に記載された電気化学電池には、如何なる好適なアノードを含んでもよい。いくつかの態様において、アノードは、そこから放電時にリチウムイオンが解放され、そこへ充電時にリチウムイオンが組み込まれる（例えば、インターカレートされる）電極である。いくつかの態様において、アノードの電気活性材料は、リチウムインターカレーション化合物（例えば、可逆的に格子サイトおよび／または格子間位置にリチウムイオンを挿入することができる化合物）である。いくつかの態様において、アノードの電気活性材料には、炭素を含む。いくらかの場合には、アノードの電気活性材料は、黒鉛材料（例えば、グラファイト）であるか、またはを含む。黒鉛材料は、一般に、グラフェンの複数の層（例えば、六方格子状に配列された炭素原子を含む層）を含む材料を意味する。共有結合は、場合によっては１つ以上のシートの間に存在してもよいが、隣接したグラフェン層は、典型的には、ファンデルワールス力によって互いに引き寄せられる。いくつかの場合において、アノードの炭素含有電気活性材料は、コークス（例えば、石油コークス）であるか、またはを含む。いくらかの態様において、アノードの電気化学的材料は、ケイ素、リチウム、および／またはそれらの組み合わせのいずれかの合金を含む。いくらかの態様において、アノードの電気活性材料は、チタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、「ＬＴＯ」とも呼ばれる）、スズ‐コバルト酸化物、またはそれらの任意の組み合わせを含む。
いくつかの態様において、アノード（例えば、第１の電極、第２の電極）は、リチウム箔、伝導性基材上に析出したリチウム、およびリチウム合金（例えば、リチウム‐アルミニウム合金およびリチウム‐スズ合金）などのリチウム（例えば、リチウム金属）を含む。リチウムは、任意に、本明細書中に記載されたセラミック材料またはイオン伝導性材料などの保護構造体／材料によって分離された、１つの膜またはいくつかの膜として含有されてもよい。本明細書中に記載された態様に使用するのに好適なリチウム合金には、リチウムとアルミニウム、マグネシウム、ケイ質（ケイ素）、インジウムおよび／またはスズとの合金を挙げることができる。
保護構造体（例えば、アノード）は、電解液中の種がアノードの電気活性材料に接触するのを防止するのに役立つ可能性がある、イオン伝導性層などの保護層を含んでもよい。いくつかの態様において、イオン伝導性材料は、金属イオンなど特定のイオンに対して伝導性であるように選択してもよい。イオン伝導性材料は、いくつかの態様によれば、リチウムイオンまたは他のアルカリ金属イオンに対して伝導性であってもよい。いくつかの場合において、イオン伝導性材料は、金属イオンに対して伝導性であるセラミックおよび／またはガラスなどの無機材料を含んでもよい。好適なガラスには、それらに限定されないが、当技術分野で知られているように、「モディファイア」部分と「ネットワーク」部分を含むものとして特徴付けることができるものが挙げられる。上記モディファイアは、ガラス中で伝導性である金属イオンの金属酸化物を含んでもよい。上記ネットワーク部分は、例えば、金属酸化物または硫化物などの金属カルコゲニドを含んでいてもよい。他の場合において、イオン伝導性材料は、ポリマー材料を含んでいても、またはポリマー材料であってもよい。保護構造体内のイオン伝導性材料とイオン伝導性材料の層の組み合わせも可能である（例えば、セラミック含む第１のイオン伝導性層、およびポリマーを含む第２のイオン伝導性層を含む第１のイオン伝導性層）。アノードのための保護層は、（例えば、アノードを含む電気化学電池で使用される電解質に）実質的に不透過性であってもよい。
いくつかの態様において、イオン伝導性材料は、窒化リチウム、ケイ酸リチウム、ホウ酸リチウム、アルミン酸リチウム、リン酸リチウム、窒化リン酸リチウム、リチウムシリコスルフィド（ｌｉｔｈｉｕｍ ｓｉｌｉｃｏｓｕｌｆｉｄｅｓ）、リチウムゲルマノスルフィド（ｌｉｔｈｉｕｍ ｇｅｒｍａｎｏｓｕｌｆｉｄｅ）、リチウム酸化物（例えば、Ｌｉ２Ｏ、ＬｉＯ、ＬｉＯ２、ＬｉＲＯ２、ここでＲは希土類金属である）、リチウムランタン酸化物、リチウムチタン酸化物、リチウムボロスルフィド（ｌｉｔｈｉｕｍ ｂｏｒｏｓｕｌｆｉｄｅｓ）、リチウムアルミノスルフィド（ｌｉｔｈｉｕｍ ａｌｕｍｉｎｏｓｕｌｆｉｄｅｓ）およびリチウムホスホスルフィド(ｌｉｔｈｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈｏｓｕｌｆｉｄｅｓ)、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含んでもよい。いくつかの態様において、イオン伝導性材料は、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２、ＣｅＯ２、および／またはＡｌ２ＴｉＯ５を含んでもよい。イオン伝導性材料の選択は、それらに限定されないが、電池内で使用される電解質とアノードおよびカソードとの特性を含む多くの要因に依存する。
（例えば、ポリマー層としての）保護構造体に使用するのに好適であるポリマーの種類の例には、それらに限定されないが、ポリアミン（例えば、ポリ（エチレンイミン）およびポリプロピレンイミン（ＰＰＩ））；ポリアミド（例えば、ポリアミド（ナイロン）、ポリ（ε−カプロラクタム）（ナイロン６）、ポリ（ヘキサメチレンアジパミド）（ナイロン６６））、ポリイミド（例えば、ポリイミド、ポリニトリル、およびポリ（ピロメリットイミド‐１，４‐ジフェニルエーテル）（Ｋａｐｔｏｎ））；ビニルポリマー（例えば、ポリアクリルアミド、ポリ（２−ビニルピリジン）、ポリ（Ｎ−ビニルピロリドン）、ポリ（メチルシアノアクリレート）、ポリ（エチルシアノアクリレート）、ポリ（ブチルシアノアクリレート）、ポリ（イソブチネシアノアクリレート）、ポリ（酢酸ビニル）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（フッ化ビニル）、ポリ（２−ビニルピリジン）、ビニルポリマー、ポリクロロトリフルオロエチレン、およびポリ（イソヘキシルシアノアクリレート））；ポリアセタール；ポリオレフィン（例えば、ポリ（ブテン‐１）、ポリ（ｎ‐ペンテン‐２）、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン）；ポリエステル（例えば、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリヒドロキシブチレート）；ポリエーテル（ポリ（エチレンオキシド）（ＰＥＯ）、ポリ（プロピレンオキシド）（ＰＰＯ）、ポリ（テトラメチレンオキシド）（ＰＴＭＯ））；ビニリデンポリマー（例えば、ポリイソブチレン、ポリ（メチルスチレン）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（塩化ビニリデン）、およびポリ（フッ化ビニリデン））；ポリアラミド（例えば、ポリ（イミノ‐１，３‐フェニレンイミノイソフタロイル）およびポリ（イミノ‐１，４‐フェニレンイミノテレフタロイル））；ポリヘテロ芳香族化合物（例えば、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）、ポリベンゾビスチアゾール（ＰＢＴ））；多複素環化合物（例えば、ポリピロール）；ポリウレタン；フェノール系ポリマー（例えば、フェノール‐ホルムアルデヒド）；ポリアルキン（例えば、ポリアセチレン）；ポリジエン（例えば、１，２‐ポリブタジエン、シスまたはトランス‐１，４‐ポリブタジエン）；ポリシロキサン（例えば、ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）、ポリ（ジエチルシロキサン）（ＰＤＥＳ）、ポリジフェニルシロキサン（ＰＤＰＳ）、およびポリメチルフェニルシロキサン（ＰＭＰＳ））；および無機ポリマー（例えば、ポリホスファゼン、ポリホスホネート、ポリシラン、ポリシラザン）が挙げられる。いくつかの態様において、ポリマーは、ポリビニルアルコール、ポリイソブチレン、エポキシ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択されてもよい。これらのポリマーの機械的および電子的特性（例えば、伝導率、抵抗率）が知られている。
保護層の他の好適な材料および／または特性は、発明の名称「Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｂｏｔｈ Ａｑｕｅｏｕｓ ａｎｄ Ｎｏｎ−Ａｑｕｅｏｕｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｃｅｌｌｓ，Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ」の、２０１０年７月１日出願および２０１０年１２月３０日公開された米国特許出願公開第２０１５／００８６８３７号明細書に記載されており、全ての目的のためにその全体が参照により本明細書中に組み込まれる。
いくらかの態様において、少なくともアノードの一部および／またはカソードの一部は、電解質と直接物理的に接触している。いくらかの態様において、少なくともアノードの電気活性材料の一部および／またはカソードの電気活性材料の一部は、電解質と直接物理的に接触している。例えば、電解質は、電気化学電池内の電極を横切るリチウムイオンの輸送を容易にするために、アノードの電気活性材料および／またはカソードの電気活性材料と接触していてもよい。例えば、いくつかの態様において、電解質は、電極の細孔または隙間に存在する。いくつかの態様において、電解質は、電極のリチウム種と直接物理的に接触していてもよい。いくつかの態様において、電解質は、アノードおよび／またはカソードの２つ以上の側面に接触（例えば、直接の物理的接触）している。いくらかの態様によれば、例えば、電解質は、アノードおよび／またはカソードの２つ以上の側面を包囲する液体であってもよい。いくつかの態様において、電気化学電池は、パウチ電池であり、アノードとカソードは、アノードおよび／またはカソードの２つ以上の側面を包囲する電解質（例えば、液体電解質）を充填したパウチ内に配置する。
いくらかの態様において、第２の電極（例えば、アノード）ではない、１つの電極（例えば、カソード）の少なくとも一部は、電解質と直接物理的に接触している。例えば、第２の電極（例えば、アノード）は、実質的に電極の電解質との直接接触を防止する保護層（例えば、実質的に不透過性層）を含んでもよい。いくつかの態様において、保護層中の軽微な欠点（例えば、欠陥）が電解質の電気活性材料との間接的な接触を引き起こすかもしれないが（例えば、保護層によって）、保護層は、電極の電気活性材料の代わりに電解質と直接物理的に接触していてもよい。
いくらかの態様において、電解質は、有機溶媒を含む。好適な有機溶媒の例には、それらに限定されないが、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、エチレンカーボネート、およびプロピレンカーボネートが挙げられる。いくつかの態様において、電解質は、１つ以上の固体ポリマーを含む。有用なゲルポリマー電解質の例には、それらに限定されないが、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリアクリロニトリル、ポリシロキサン、ポリイミド、ポリホスファゼン、ポリエーテル、スルホン化ポリイミド、全フッ素化膜（ＮＡＦＩＯＮ樹脂）、ポリジビニルポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、それらの誘導体、それらの共重合体、それらの架橋構造体および網目状構造体、およびそれらの混合物、並びに任意に１つ以上の可塑剤からなる群から選択される１以上のポリマーを含むものが挙げられる。有用な固体ポリマー電解質の例には、それらに限定されないが、ポリエーテル、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリイミド、ポリホスファゼン、ポリアクリロニトリル、ポリシロキサン、それらの誘導体、それらの共重合体、それらの架橋構造体および網目状構造体、およびそれらの混合物からなる群から選択される１以上のポリマーを含むものが挙げられる。いくつかの場合において、電解質は、更にリチウム塩を含む。好適なリチウム塩の非限定的な例としては、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ４）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）、六フッ化ヒ酸リチウム一水和物（ＬｉＡｓＦ６）、リチウムトリフラート（ＬｉＳＯ３ＣＦ３）、ＬｉＮ(ＳＯ２ＣＦ３)２、およびＬｉＣ(ＳＯ２ＣＦ３)３が挙げられる。
いくつかの態様において、電解質は、比較的高いリチウムイオン伝導率を有する。いくつかの態様において、電解質は、少なくとも約１０−５［Ｓ／ｃｍ］、少なくとも約１０−４［Ｓ／ｃｍ］、少なくとも約１０−３［Ｓ／ｃｍ］、少なくとも約１０−２［Ｓ／ｃｍ］、少なくとも約１０−１［Ｓ／ｃｍ］、または少なくとも約１［Ｓ／ｃｍ］のリチウムイオン伝導率を有する。いくつかの態様において、電解質は、約１０−５［Ｓ／ｃｍ］〜約１０−４［Ｓ／ｃｍ］、約１０−５［Ｓ／ｃｍ］〜約１０−３［Ｓ／ｃｍ］、約１０−５［Ｓ／ｃｍ］〜約１０−２［Ｓ／ｃｍ］、約１０−５［Ｓ／ｃｍ］〜約１０−１［Ｓ／ｃｍ］、約１０−５［Ｓ／ｃｍ］〜約１［Ｓ／ｃｍ］、約１０−４［Ｓ／ｃｍ］〜約１０−３［Ｓ／ｃｍ］、約１０−４［Ｓ／ｃｍ］〜約１０−２［Ｓ／ｃｍ］、約１０−４［Ｓ／ｃｍ］〜約１０−１［Ｓ／ｃｍ］、約１０−４［Ｓ／ｃｍ］〜約１［Ｓ／ｃｍ］、約１０−３［Ｓ／ｃｍ］〜約１０−２［Ｓ／ｃｍ］、約１０−３［Ｓ／ｃｍ］〜約１０−１［Ｓ／ｃｍ］、約１０−３［Ｓ／ｃｍ］〜約１［Ｓ／ｃｍ］、または約１０−２［Ｓ／ｃｍ］〜約１［Ｓ／ｃｍ］のリチウムイオン伝導率を有する。上記のように、電解質のリチウムイオン伝導率は、ＥＩＳを用いて測定してもよい。
いくらかの場合において、上記電解質は、任意に更なる添加剤を含んでもよい。上記添加剤は、例えば、アノードおよび／またはカソードのインピーダンスを減少させても、および／またはフィルムの形成を促進してもよい。好適な添加剤の非限定的な例としては、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、ＣＯ２、ＳＯ２、エチレンサルファイト、およびそれらの任意の組み合わせが挙げられる。
電気化学電池のセパレータ（例えば、図４の電気化学電池４００のセパレータ１０８）は、一般に、アノードとカソードとの間に配置される。セパレータは、固体の非電子伝導性材料または電気絶縁材料であってもよい。いくつかの場合において、セパレータは、アノードとカソードとの間のイオンの輸送を可能にしながら、アノードおよびカソードを互いから分離または絶縁して、短絡を防止してもよい。いくつかの態様において、セパレータは、多孔質であってもよい（例えば、セパレータは、複数の細孔を含んでいてもよい。）。いくらかの場合において、多孔質セパレータは、電解質に対して透過性であってもよい。
セパレータの細孔は、部分的にまたは実質的に電解質で充填されていてもよい。セパレータは、電池の製造時にアノードおよびカソードに挟まれた多孔質自立膜として供給されてもよい。あるいは、多孔質セパレータ層は、例えば、Ｃａｒｌｓｏｎらの国際公開第９９／３３１２５号およびＢａｇｌｅｙらの米国特許第５，１９４，３４１号に記載されているように、電極の内の一方の表面に直接塗布してもよい。
様々なセパレータ材料が、当技術分野で既知である。好適な固体多孔質セパレータ材料の例には、それらに限定されないが、例えば、ポリエチレン（例えば、東燃化学株式会社製「ＳＥＴＥＬＡ（登録商標）」）およびポリプロピレンなどのポリオレフィン、ガラス繊維濾紙、およびセラミック材料が挙げられる。例えば、いくつかの態様において、上記セパレータは、微孔性ポリエチレンフィルムを含む。本発明で使用するのに好適なセパレータおよびセパレータ材料の更なる例には、共同譲受人のＣａｒｌｓｏｎらの米国特許第６，１５３，３３７号明細書および米国特許第６，３０６，５４５号明細書に記載されているように、自立膜として提供されても、または電極の内の一方の上への直接コーティング塗布によって提供されてもよい、微孔性キセロゲル層、例えば微孔性擬ベーマイト層を含むものがある。固体電解質およびゲル電解質は、それらの電解質機能に加えて、セパレータとしても機能してもよい。
好適なセパレータ材料の例としては、それらに限定されないが、ポリオレフィン（例えば、ポリエチレン、ポリ（ブテン‐１）、ポリ（ｎ‐ペンテン‐２）、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン）、ポリアミン（例えば、ポリ（エチレンイミン）およびポリプロピレンイミン（ＰＰＩ））；ポリアミド類（例えば、ポリアミド（Ｎｙｌｏｎ）、ポリ（ε-カプロラクタム）（Ｎｙｌｏｎ ６）、ポリ（ヘキサメチレンアジパミド）（Ｎｙｌｏｎ ６６））、ポリイミド類（例えば、ポリイミド、ポリニトリル、およびポリ（ピロメリットイミド‐１，４‐ジフェニルエーテル）（Ｋａｐｔｏｎ；登録商標）（ＮＯＭＥＸ；登録商標）（ＫＥＶＬＡＲ；登録商標））；ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）；ビニルポリマー（例えば、ポリアクリルアミド、ポリ（２‐ビニルピリジン）、ポリ（Ｎ‐ビニルピロリドン）、ポリ（メチルシアノアクリレート）、ポリ（エチルシアノアクリレート）、ポリ（ブチルシアノアクリレート）、ポリ（イソブチルシアノアクリレート）、ポリ（酢酸ビニル）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（フッ化ビニル）、ポリ（２‐ビニルピリジン）、ビニルポリマー、ポリクロロトリフルオロエチレン、およびポリ（イソヘキシルシアノアクリレート））；ポリアセタール；ポリエステル（例えば、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリヒドロキシブチレート）；ポリエーテル（ポリ（エチレンオキシド）（ＰＥＯ）、ポリ（プロピレンオキシド）（ＰＰＯ）、ポリ（テトラメチレンオキシド）（ＰＴＭＯ））；ビニリデンポリマー（例えば、ポリイソブチレン、ポリ（メチルスチレン）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（塩化ビニリデン）、ポリ（フッ化ビニリデン））；ポリアラミド（例えば、ポリ（イミノ‐１，３‐フェニレンイミノイソフタロイル）およびポリ（イミノ‐１，４‐フェニレンイミノテレフタロイル））；ポリヘテロ芳香族化合物（例えば、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）およびポリベンゾビスチアゾール（ＰＢＴ））；多複素環化合物（例えば、ポリピロール）；ポリウレタン；フェノール系ポリマー（例えば、フェノール‐ホルムアルデヒド）；ポリアルキン（例えば、ポリアセチレン）；ポリジエン（例えば、１，２‐ポリブタジエン、シスまたはトランス‐１，４‐ポリブタジエン）；ポリシロキサン（例えば、ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）、ポリ（ジエチルシロキサン）（ＰＤＥＳ）、ポリジフェニルシロキサン（ＰＤＰＳ）、およびポリメチルフェニルシロキサン（ＰＭＰＳ））；並びに無機ポリマー（例えば、ポリホスファゼン、ポリホスホネート、ポリシラン、ポリシラザン）が挙げられる。いくつかの態様において、上記ポリマーは、ポリ（ｎ‐ペンテン‐２）、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミド類（例えば、ポリアミド（Ｎｙｌｏｎ）、ポリ（ε-カプロラクタム）（Ｎｙｌｏｎ ６）、ポリ（ヘキサメチレンアジパミド）（Ｎｙｌｏｎ ６６））、ポリイミド類（例えば、ポリニトリル、およびポリ（ピロメリットイミド‐１，４‐ジフェニルエーテル）（Ｋａｐｔｏｎ；登録商標）（ＮＯＭＥＸ；登録商標）（ＫＥＶＬＡＲ；登録商標））；ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、およびこれらの組み合わせから選択されてもよい。
電気化学電池は、どのような好適な形状を有してもよい。いくつかの場合において、電気化学電池は、円筒形（例えば、単一のスプールに巻かれた、カソード、セパレータ、およびアノードのサンドイッチ）である。いくらかの場合において、電気化学電池は、角柱形である。いくつかの態様において、電気化学電池は、パウチ電池である。例えば、電気化学電池のアノードとカソードは、ポリマーフィルムから形成されたパウチ内に密封されてもよく、上記パウチは、電解質（例えば、液体電解質）で充填されていてもよい。外部の電気回路と電気的に接続するために、金属タブ（例えば、ニッケル、アルミニウム）をアノードとカソードに取り付けてもよい。
もちろん、典型的な電気化学電池にはまた、集電体、外部回路、収納構造体などが含まれる。図面に示され、本明細書中に記載されるように一般的な概略配置で利用することができる多くの配置が、当業者に既知である。
他の箇所に記載したように、本明細書中に記載されたエネルギー貯蔵装置は、強化された性能を達成することが可能である。例えば、リチウムイオン伝導性層を組み込んだ電気化学電池のいくらかは、リチウムイオン伝導性層を有さない以外は同じ構成要素を含む電気化学電池に比べて、低減された容量減衰率（例えば、サイクル当たりの容量の損失）を有する可能性がある。いくつかの態様において、少なくとも約２５℃、少なくとも約４０℃、または少なくとも約６０℃の温度で、第１の充放電サイクルの後に、少なくとも約２、少なくとも約１０、少なくとも約２０、少なくとも約３０、少なくとも約５０、少なくとも約７５、少なくとも約１００、少なくとも約１２５、または少なくとも約１３５サイクルにわたって、電気化学電池の容量は、充放電サイクル当たり約５％未満、充放電サイクル当たり約２％未満、充放電サイクル当たり約１％未満、充放電サイクル当たり約０．８％未満、充放電サイクル当たり約０．６％未満、充放電サイクル当たり約０．４％、充放電サイクル当たり約０．２％未満、または充放電サイクル当たり約０．１％未満だけ減少する。いくつかの態様において、電気化学電池の容量は、充放電サイクル当たり約０.１％、充放電サイクル当たり約０．２％、充放電サイクル当たり約０．４％、充放電サイクル当たり約０．６％、充放電サイクル当たり約０．８％、充放電サイクル当たり約１％、充放電サイクル当たり約２％、または充放電サイクル当たり約５％を超えて減少する。上記範囲の組合せも可能である。容量減衰率は、充放電の各サイクルの間に容量を測定することによって求めてもよい。
いくつかの態様において、リチウムイオン伝導性層を含む電気化学電池は、リチウムイオン伝導性層を含まない以外は同一の構成要素を含む同等の電気化学電池の容量減退率よりも少なくとも約１％、少なくとも約５％、少なくとも約１０％、少なくとも約２０％、少なくとも約５０％、少なくとも７５％、または少なくとも約１００％だけ低い容量減衰率を示してもよい。
いくつかの態様において、本明細書中に記載された電気化学電池は、上記電池の繰り返しサイクル後に、比較的高い容量を示す可能性がある。例えば、いくつかの態様において、上記電池の交互の充放電５回の後に、上記電池は、５サイクル目の終わりに、電池の初期容量の少なくとも約５０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、または少なくとも約９５％を示す。いくつかの場合において、上記電池の交互の充放電５回の後に、上記電池は、１０サイクル目の終わりに、電池の初期容量の少なくとも約５０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、または少なくとも約９５％を示す。更に別の場合において、上記電池の交互の充放電２５回の後に、上記電池は、２５サイクル目の終わりに、電池の初期容量の少なくとも約５０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、または少なくとも約９５％を示す。
いくつかのリチウムイオン電気化学電池は、自己放電（例えば、電気化学電池の放電（例えば、電気化学電池の貯蔵中の容量損失））の影響を受け易い可能性がある。いくつかの場合において、本明細書中に記載された電気化学電池のいくらかの自己放電率は、リチウムイオン伝導性層を有さない以外は同一の構成要素を含む電気化学電池と比較して、低減することができる。いくらかの場合において、上記電気化学電池の自己放電率は、６０℃で一週間当たり、約９０％以下、約８０％以下、約７０％以下、約６０％以下、約５０％以下、約４０％以下、約３０％以下、約２０％以下、または約１０％以下であってもよい。いくらかの態様において、電気化学電池の自己放電率は、６０℃で一週間当たり、約１０％以上、約２０％以上、約３０％以上、約４０％以上、約５０％以上、約６０％以上、約７０％以上、約８０％以上、または約９０％以上であってもよい。いくつかの態様において、電気化学電池の自己放電率は、室温（例えば、約２５℃）で一週間当たり、約９０％以下、約８０％である以下、約７０％以下、約６０％以下、約５０％以下、約４０％以下、約３０％以下、約２０％以下、または約１０％以下であってもよい。いくつかの場合において、電気化学電池の自己放電率は、室温（例えば、約２５℃）で一週間当たり、約１０％以上、約２０％以上、約３０％以上、約４０％以上、約５０％以上、約６０％以上、約７０％以上、約８０％以上、または約９０％以上であってもよい。上記範囲の組合せも可能である。
いくつかの態様において、リチウムイオン伝導性層を含む電気化学電池は、リチウムイオン伝導性層を有さない以外は同一の構成要素を含む電気化学電池より、少なくとも約１％、少なくとも約５％、少なくとも約１０％、少なくとも約２０％、少なくとも約５０％、少なくとも約７５％、または少なくとも約１００％だけ低い自己放電率を示してもよい。それに応じて、いくらかの場合において、リチウムイオン伝導性層を含む電気化学電池は、リチウムイオン伝導性層を有さない以外は同一の構成要素を含む電気化学電池より、約１００％未満、約７５％未満、約５０％未満、約２０％未満、約１０％未満、約５％未満、または約１％未満だけ低い自己放電率を示してもよい。上記範囲の組合せも可能である。
いくらかの態様において、リチウムイオン伝導性層を含む電気化学電池は、貯蔵中および／または貯蔵後の初期放電後の不可逆容量損失の減少を生じる可能性がある。いくつかの態様において、電気化学電池は、同様に、その後の放電時の不可逆容量損失の減少を生じる可能性がある（例えば、室温または５０℃などの高温、或いは本明細書中に記載された他の高温で再充電した後）。例えば、電気化学電池の初期放電後、或いは第２番目、第３番目、第４番目、第５番目、第６番目、第７番目、第８番目、第９番目、または第１０番目の放電後、保管中に不可逆容量損失の減少または同様の構成要素および量を含むが、リチウムイオン伝導性層を含まない（即ち、他のすべての要因が等しい）類似の電気化学電池を用いて行ったものに比較して少なくとも５％、少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、または少なくとも５０％の減少を生じる可能性がある。いくつかの態様において、保管中の不可逆容量損失の減少は、初期放電後、或いは第２番目、第３番目、第４番目、第５番目、第６番目、第７番目、第８番目、第９番目、または第１０番目の放電後、リチウムイオン伝導性層を含まないが、他のすべての要因が等しい類似の電気化学電池を用いて行ったものに比較して、８０％以下、６０％以下、４０％以下、２０％以下、または１０％以下であってもよい。上記範囲の組み合わせも可能である。
いくらかの態様において、リチウムイオン伝導性層を含む電気化学電池は、リチウムイオン伝導性層を含まない以外は、同じ量で同じ構成要素を含む（即ち、他のすべての要因が等しい）電気化学電池に比較して、インピーダンス増加率の減少が生じる可能性がある。いくつかの態様において、リチウムイオン伝導性層を含む電気化学電池は、リチウムイオン伝導性層を含まない以外は同一の構成要素を含む同等の電気化学電池のインピーダンス増加率よりも、少なくとも約１％、少なくとも約５％、少なくとも約１０％、少なくとも約２０％、少なくとも約５０％、少なくとも７５％、または少なくとも約１００％だけ低いインピーダンス増加率を有していてもよい。いくらかの場合において、リチウムイオン伝導性層を含む電気化学電池は、リチウムイオン伝導性層を含まない以外は同一の構成要素を含む同等の電気化学電池のインピーダンス増加率よりも、約１００％未満、約７５％未満、約５０％未満、約２０％未満、約１０％未満、約５％未満、または約１％未満だけ低いインピーダンス増加率を有していてもよい。上記範囲の組合せも可能である。
電気化学電池が、リチウムイオン伝導性層を含む第１の電極（例えば、リチウムインターカレーション電極）、第２の電極（例えば、インターカレーション電極、リチウム金属電極）、および電解質を含むいくらかの態様において、電気化学電池に少なくとも約１０サイクル、少なくとも２５サイクル、少なくとも５０サイクル、少なくとも７５サイクル、少なくとも約１００サイクル、少なくとも約１２５サイクル、少なくとも約１５０サイクル、少なくとも１７５サイクル、少なくとも２００サイクル、少なくとも２５０サイクル、または少なくとも約３００サイクルを行った後、第１の電極または電解質から分解した種は、第２の電極に存在しない。いくつかの態様において、電気化学電池に約３００サイクル以下、約２５０サイクル以下、約２００サイクル以下、約１７５サイクル、約１５０サイクル以下、約１２５サイクル以下、約１００サイクル以下、約７５サイクル以下、約５０サイクル以下、約２５サイクル以下、または約１０サイクル以下を行った後、第１の電極または電解質から分解した種は、第２の電極に存在しない。上記範囲の組合せも可能である。第２の電極に存在する種は、例えば、エネルギー分散分光法（ＥＤＳ）によって、検出されてもよい。
いくつかの態様には、異方性力を加えることによって、電気化学装置の性能を向上させる電気化学装置を含んでもよい。電気化学電池に力を加えることによって、電池のサイクル寿命と性能を向上させてもよい。異方性力が電気化学電池に加えられている間（例えば、電池の充電および／または放電時）に、前述のような電極特性（例えば、気孔率、平均細孔径など）および／または性能測定基準のいずれかを、単独で、または互いに組み合わせて、達成してもよい。異方性力の大きさは、下記の範囲のいずれか内にあってもよい。
いくつかの態様において、エネルギー蓄積装置に加えられる異方性力は、エネルギー蓄積装置の電極（例えば、リチウムイオン電気化学電池のアノード）の活性表面に垂直な成分を含む。平坦面の場合には、上記力は、上記力が加えられた点で表面に対して垂直な成分を有する異方性力を含む。曲面、例えば凹面または凸面の場合には、上記力は、上記力が加えられた点で曲面に接する平面に垂直な成分を有する異方性力を含む。いくつかの態様において、アノードの活性表面に垂直な成分を有する異方性力は、電気化学電池の充電および／または放電時の少なくとも１期間の間、加えられる。いくつかの態様において、上記力は、１つの期間にわたって、または持続時間および／または周波数が変化してもよい複数の期間にわたって、連続的に加えてもよい。異方性力は、いくつかの場合において、１つ以上の所定の場所で加えられ、任意に１つまたは両方の電極の活性表面上に分布してもよい。いくつかの態様において、異方性力は、電極の活性表面上に均一に加えられる。
「異方性力」は、当該技術分野における通常の意味を有し、全ての方向に等しくない力を意味する。全方向に均等な力は、例えば、物体の内部ガス圧などの流体または材料内の流体または材料の内圧である。全ての方向に等しくない力としては、重力により、テーブル上の物体によってテーブル上に加えられた力などの、特定の方向に向けた力が挙げられる。異方性力の別の例には、物体の周囲に配置されたバンドによって加えられる力が挙げられる。例えば、ゴムバンドやターンバックルは、その周りを包んでいる物体の周囲に力を加えることができる。しかし、上記バンドは、バンドに接触していない物体の外部表面の任意の部分に任意の直達外力を加えない可能性がある。更に、上記バンドが第２の軸線よりも大きな程度まで第１の軸に沿って拡張されると、上記バンドは、第２の軸に平行に加えられる力よりも、第１の軸に平行な方向に大きな力を加えることができる。表面、例えば電極の活性表面に「垂直な成分」を有する力は、当業者によって理解されるような通常の意味を有し、例えば、少なくとも一部を表面に実質的に垂直である方向に働かせる力を含む。
いくつかの態様において、電極（例えば、カソード）の活性表面に垂直な成分を有する異方性力は、電気化学電池の充電および／または放電時の少なくとも１期間の間、加えられる。電極活性表面に対して垂直な異方性力の成分は、例えば、少なくとも約５Ｎ／ｃｍ２、少なくとも約１０Ｎ／ｃｍ２、少なくとも約２５Ｎ／ｃｍ２、少なくとも約５０Ｎ／ｃｍ２、少なくとも約７５Ｎ／ｃｍ２、少なくとも約１００Ｎ／ｃｍ２、少なくとも約１２０Ｎ／ｃｍ２、少なくとも約１５０Ｎ／ｃｍ２、少なくとも約１７５Ｎ／ｃｍ２、少なくとも約２００Ｎ／ｃｍ２、少なくとも約２２５Ｎ／ｃｍ２または少なくとも約２５０Ｎ／ｃｍ２の圧力を規定してもよい。いくつかの態様において、上記電極活性表面に垂直である異方性力の成分は、例えば、約２５０Ｎ／ｃｍ２未満、約２２５Ｎ／ｃｍ２未満、未満、未満、約２００Ｎ／ｃｍ２未満、約１５０Ｎ／ｃｍ２未満、約１２０Ｎ／ｃｍ２未満、約１００Ｎ／ｃｍ２未満、約５０Ｎ／ｃｍ２未満、約２５Ｎ／ｃｍ２未満、または約１０Ｎ／ｃｍ２未満の圧力を規定してもよい。いくつかの場合において、アノード活性表面に垂直である異方性力の成分は、約５Ｎ／ｃｍ２〜約１５０Ｎ／ｃｍ２、約５０Ｎ／ｃｍ２〜約１２０Ｎ／ｃｍ２、約７０Ｎ／ｃｍ２〜約１００Ｎ／ｃｍ２、約８０Ｎ／ｃｍ２〜約１１０Ｎ／ｃｍ２、約５Ｎ／ｃｍ２〜約２５０Ｎ／ｃｍ２、約５０Ｎ／ｃｍ２〜約２５０Ｎ／ｃｍ２、約８０Ｎ／ｃｍ２〜約２５０Ｎ／ｃｍ２、約９０Ｎ／ｃｍ２〜約２５０Ｎ／ｃｍ２、または約１００Ｎ／ｃｍ２〜約２５０Ｎ／ｃｍ２の圧力を規定してもよい。力および圧力が、それぞれニュートン（Ｎ）および面積当たりのニュートンの単位で、本明細書中に一般的に記載されているが、力および圧力はまた、それぞれｋｇｆおよび面積当たりのｋｇｆの単位で表されてもよい。当業者には、ｋｇｆ系単位はよく知られており、１ｋｇｆが約９．８ニュートン（Ｎ）に等しいことを理解している。
いくつかの態様は、本明細書中に記載された１つ以上の成分を含む方法に関する。いくつかの態様において、方法は、第１の電極（例えば、リチウムインターカレーション電極、リチウム変換電極）、第２電極、および電解質を含む電気化学電池にサイクルを行う工程を含む。いくらかの態様によれば、第１電極は、無機リチウムイオン伝導性層と一体化した電気活性材料を含む層を含む。本明細書中に記載されたいくらかの優位性（例えば、増加したサイクル寿命、電解質の損失を低減すること、いくらかの種が電極に存在することを防止すること）は、このようなサイクル時に達成してもよい。
いくつかの態様において、上記方法は、少なくとも約２０℃、少なくとも約２５℃、少なくとも約３０℃、少なくとも約３５℃、少なくとも約４０℃、少なくとも約４５℃、少なくとも約５０℃、少なくとも約５５℃、少なくとも約６０℃、または少なくとも６５℃の温度で、電気化学電池にサイクルを行うことを含む。いくつかの態様において、上記方法は、約７０℃以下、約６５℃以下、約６０℃以下、約５５℃以下、約５０℃以下、約４５℃以下、約４０℃以下、約３５℃以下、約３０℃以下、約２５℃以下、または約２０℃以下の温度で、電気化学電池にサイクルを行う工程を含む。上記範囲の組み合わせも可能である。
いくつかの態様において、上記方法は、少なくとも約４．２Ｖ、少なくとも約４．３Ｖ、少なくとも約４．４Ｖ、少なくとも約４．５Ｖ、少なくとも約４．６Ｖ、少なくとも約４．７Ｖ、少なくとも約４．８Ｖ、少なくとも約４．９Ｖの充電終期電圧で電気化学電池にサイクルを行う工程を含む。いくつかの態様において、上記方法は、約５．０Ｖ以下、約４．９Ｖ以下、約４．８Ｖ以下、約４．７Ｖ以下、約４．６Ｖ以下、約４．５Ｖ以下、約４．４Ｖ以下、約４．３Ｖ以下、または約４．２Ｖ以下の充電終期電圧で電気化学電池にサイクルを行う工程を含む。上記範囲の組み合わせも可能である。
いくらかの態様において、電気化学電池に少なくとも約１０サイクル、少なくとも２５サイクル、少なくとも５０サイクル、少なくとも７５サイクル、少なくとも約１００サイクル、少なくとも約１２５サイクル、少なくとも約１５０サイクル、少なくとも１７５サイクル、少なくとも２００サイクル、少なくとも２５０サイクル、または少なくとも約３００サイクルを行う。いくつかの態様において、電気化学電池に約３００サイクル以下、約２５０サイクル以下、約２００サイクル以下、約１７５サイクル、約１５０サイクル以下、約１２５サイクル以下、約１００サイクル以下、約７５サイクル以下、約５０サイクル以下、約２５サイクル以下、または約１０サイクル以下を行う。上記範囲の組合せも可能である。
いくつかの態様において、方法は、第１の電極から分解した種、または電解質から分解した種が、第２の電極に存在するのを実質的に抑制する工程を含む。いくつかの態様において、上記方法は、上記種が、第２の電極上に付着するのを実質的に抑制する工程を含む。
いくつかの態様によれば、上記方法は、少なくとも約２０℃、少なくとも約２５℃、少なくとも約３０℃、少なくとも約３５℃、少なくとも約４０℃、少なくとも約４５℃、または少なくとも約５０℃の温度で、第１の電極から、または電解質から分解した種が、第２の電極に存在するのを実質的に抑制する工程を含む。いくつかの態様において、上記方法は、約５０℃以下、約４５℃以下、約４０℃以下、約３５℃以下、約３０℃以下、約２５℃以下、または約２０℃以下の温度で、第１の電極から、または電解質から分解した種が、第２の電極に存在するのを実質的に抑制する工程を含む。上記範囲の組合せも可能である。
いくつかの態様は、電極および／または電気化学電池を製造する方法に関する。いくつかの態様において、上記方法は、無機リチウムイオン伝導性層を、電気活性材料含有層上に付着させる工程を含む。上記付着させる工程は、それらに限定されないが、電子ビーム蒸着、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、レーザ強化化学蒸着、熱蒸発（それらに限定されないが、例えば、抵抗加熱、誘導加熱、輻射加熱、および電子ビーム加熱）、エアロゾル沈着、スパッタリング（それらに限定されないが、例えば、ダイオードスパッタリング、ＤＣマグネトロンスパッタリング、ＲＦスパッタリング法、ＲＦマグネトロンスパッタリング、パルススパッタ法、デュアルマグネトロンスパッタリング、ＡＣスパッタリング、ＭＦスパッタリング、反応性スパッタリング）、レーザアブレーション、イオンめっき、陰極アーク、およびジェット蒸着を含む、どのような好適な方法によって付着させてもよい。使用される技術は、付着される材料のタイプ、層の厚さ、およびリチウムイオン伝導性層を付着させた下層を含む種々の要因に依存してもよい。例えば、エアロゾル沈着は、Ｌｉ１０ＧｅＰ２Ｓ１２およびＬｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２などの結晶構造を有するセラミックスを含むリチウムイオン伝導性層を付着させるために利用してもよい。
いくつかの態様において、本明細書中に記載された方法は、アノードおよび／またはカソードの少なくとも一部を電解質に暴露する工程を更に含む。いくつかの態様において、本明細書中に記載された方法は、アノードの電気活性材料および／またはカソードの電気活性材料の少なくとも一部を電解質に暴露する工程を更に含む。
以下の文献は、全ての目的のためにその全体が参照により本明細書中に組み込まれる：
発明の名称「Ｌｉｔｈｉｕｍ Ａｎｏｄｅｓ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｅｌｌｓ」の、２００１年５月２３日出願の米国特許第７，２４７，４０８号；
発明の名称「Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ Ａｎｏｄｅ ｆｏｒ Ｌｉｔｈｉｕｍ−Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ」の、１９９６年３月１９日出願の米国特許第５，６４８，１８７号；
発明の名称「Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ Ａｎｏｄｅ ｆｏｒ Ｌｉｔｈｉｕｍ−Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ」の、１９９７年７月７日出願の米国特許第５，９６１，６７２号；
発明の名称「Ｎｏｖｅｌ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｃａｔｈｏｄｅｓ，Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｅｌｌｓ Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ Ｎｏｖｅｌ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｃａｔｈｏｄｅｓ，ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｆｏｒ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ Ｓａｍｅ」の、１９９７年５月２１日出願の米国特許第５，９１９，５８７号；
発明の名称「Ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ Ｌｉｔｈｉｕｍ／Ｗａｔｅｒ， Ｌｉｔｈｉｕｍ／Ａｉｒ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ」の、米国特許出願公開第２００７／０２２１２６５号明細書として公開された、２００６年４月６日出願の米国特許出願第１１／４００，７８１号；
発明の名称「Ｓｗｅｌｌｉｎｇ Ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ ｉｎ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ」の、国際公開第２００９／０１７７２６号として公開された、２００８年７月２９日出願の国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００８／００９１５８；
発明の名称「Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ」の、米国特許出願公開第２０１０／０１２９６９９号明細書として公開された、２００９年５月２６日出願の米国特許出願第１２／３１２，７６４号；
発明の名称「Ｐｒｉｍｅｒ ｆｏｒ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ」の、国際公開第２００９／０５４９８７号として公開された、２００８年１０月２３日出願の国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０１２０４２；
発明の名称「Ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｆｏｒ Ｅｎｅｒｇｙ−Ｓｔｏｒａｇｅ Ｄｅｖｉｃｅ」の、米国特許出願公開第２００９／０２００９８６号明細書として公開された、２００８年２月８日出願の米国特許出願第１２／０６９，３３５号；
発明の名称「Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ｂｏｔｈ Ａｑｕｅｏｕｓ ａｎｄ Ｎｏｎ−Ａｑｕｅｏｕｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｅｌｌｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ」の、米国特許出願公開第２００７／０２２４５０２号明細書として公開された、２００６年４月６日出願の米国特許出願第１１／４００，０２５号；
発明の名称「Ｌｉｔｈｉｕｍ Ａｌｌｏｙ／Ｓｕｌｆｕｒ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ」の、米国特許出願公開第２００８／０３１８１２８号明細書として公開された、２００７年６月２２日出願の米国特許出願第１１／８２１，５７６号；
発明の名称「Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｓｕｌｆｕｒ Ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｆｕｅｌ Ｇａｕｇｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ」の、米国特許出願公開第２００６／０２３８２０３号明細書として公開された、２００５年４月２０日出願の米国特許出願第１１／１１１，２６２号；
発明の名称「Ｃｏ−Ｆｌａｓｈ Ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｂｌｅ Ｍｏｎｏｍｅｒｓ ａｎｄ Ｎｏｎ−Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｂｌｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｏｌｖｅｎｔ／Ｓａｌｔ Ｍｉｘｔｕｒｅｓ／Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ」の、米国特許出願公開第２００８／０１８７６６３号明細書として公開された、２００７年３月２３日出願の米国特許出願第１１／７２８，１９７号；
発明の名称「Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ａｄｄｉｔｉｖｅｓ ｆｏｒ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ」の、国際公開第２００９／０４２０７１号として公開された、２００８年９月１９日出願の国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０１０８９４；
発明の名称「Ｐｏｒｏｕｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ａｎｄ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ」の、国際公開第２００９／０８９０１８号として公開された、２００９年１月８日出願の国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００９／００００９０；
発明の名称「Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｏｒｃｅ Ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｅｌｌｓ」の、米国特許出願公開第２０１０／００３５１２８号明細書として公開された、２００９年８月４日出願の米国特許出願第１２／５３５，３２８号；
発明の名称「Ｃａｔｈｏｄｅ ｆｏｒ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｂａｔｔｅｒｙ」の、２０１０年３月１９日出願の米国特許出願第１２／７２７，８６２号；
発明の名称「Ｈｅｒｍｅｔｉｃ Ｓａｍｐｌｅ Ｈｏｌｄｅｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇ Ｍｉｃｒｏａｎａｌｙｓｉｓ Ｕｎｄｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ」の、２００９年５月２２日出願の米国特許出願第１２／４７１，０９５号；
（発明の名称「Ｒｅｌｅａｓｅ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｅｌｌｓ」の、２００９年８月２４日出願の仮特許出願第６１／２３６，３２２号から優先権を主張する）発明の名称「Ｒｅｌｅａｓｅ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｅｌｌｓ」の、２０１０年８月２４日出願の米国特許出願第１２／８６２，５１３号；
発明の名称「Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｎｏｎ−Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｅｌｌｓ」の、米国特許出願公開第２０１２／００４８７２９号明細書として公開された、２０１１年８月２４日出願の米国特許出願第１３／２１６，５５９号；
発明の名称「Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｎｏｎ−Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｅｌｌｓ」の、２０１０年８月２４日出願の米国仮特許出願第６１／３７６，５５４号；
発明の名称「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｅｌｌ」の、米国特許出願公開第２０１１／０１７７３９８号明細書として公開された、２０１０年８月２４日出願の米国特許出願第１２／８６２，５２８号；
発明の名称「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｅｌｌｓ Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ Ｐｏｒｏｕｓ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ Ｓｕｌｆｕｒ」の、米国特許出願公開第２０１１／００７０４９４号明細書として公開された、２０１０年８月２４日出願の米国特許出願第１２／８６２，５６３号[代理人整理番号：Ｓ１５８３．７００２９ＵＳ００]；
発明の名称「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｅｌｌｓ Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ Ｐｏｒｏｕｓ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ Ｓｕｌｆｕｒ」の、米国特許出願公開第２０１１／００７０４９１号明細書として公開された、２０１０年８月２４日出願の米国特許出願第１２／８６２，５５１号[代理人整理番号：Ｓ１５８３．７００３０ＵＳ００]；
発明の名称「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｅｌｌｓ Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ Ｐｏｒｏｕｓ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ Ｓｕｌｆｕｒ」の、米国特許出願公開第２０１１／００５９３６１号明細書として公開された、２０１０年８月２４日出願の米国特許出願第１２／８６２，５７６号[代理人整理番号：Ｓ１５８３．７００３１ＵＳ００]；
発明の名称「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｅｌｌｓ Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ Ｐｏｒｏｕｓ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ Ｓｕｌｆｕｒ」の、米国特許出願公開第２０１１／００７６５６０号明細書として公開された、２０１０年８月２４日出願の米国特許出願第１２／８６２，５８１号[代理人整理番号：Ｓ１５８３．７００２４ＵＳ０１]；
発明の名称「Ｌｏｗ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｅｌｌｓ」の、米国特許出願公開第２０１２／００７０７４６号明細書として公開された、２０１１年９月２２日出願の米国特許出願第１３／２４０，１１３号；
発明の名称「Ｌｏｗ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｅｌｌｓ」の、２０１０年９月２２日出願の米国特許出願第６１／３８５，３４３号；
発明の名称「Ｐｏｒｏｕｓ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｆｏｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ」の、米国特許出願公開第２０１１／０２０６９９２号明細書として公開された、２０１１年２月２３日出願の米国特許出願第１３／０３３，４１９号[Ｓ１５８３．７００３４ＵＳ００]；
発明の名称「Ｐｏｒｏｕｓ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ， Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ｓａｍｅ， ａｎｄ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ」の、米国特許出願公開第２０１１／０２５２１０３号明細書として公開された、２０１２年３月９日出願の米国特許出願第１３／７８９，７８３号；
発明の名称「Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍａｋｉｎｇ ｔｈｅ Ｓａｍｅ」の、米国特許出願公開第２０１３／００９５３８０号明細書として公開された、２０１２年１０月４日出願の米国特許出願第１３／６４４，９３３号[Ｓ１５８３．７００４４ＵＳ０１]；
発明の名称「Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｅｌｌｓ」の、２０１４年１月８日出願の米国特許出願第１４／１５０，１５６号[Ｓ１５８３．７００４９ＵＳ０１]；
発明の名称「Ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ」の、２０１３年３月１５日出願の米国特許出願第１３／８３３，３７７号[Ｓ１５８３．７００５１ＵＳ００]；
発明の名称「Ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ」の、米国特許出願公開第２０１４／０２７２５９７号明細書として公開された、２０１４年３月１３日出願の米国特許出願第１４／２０９，２７４号[Ｓ１５８３．７００５２ＵＳ０１]；
発明の名称「Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｅｌｌｓ」の、米国特許出願公開第２０１４／０１９３７１３号明細書として公開された、２０１４年１月８日出願の米国特許出願第１４／１５０，１９６号[Ｓ１５８３．７００５８ＵＳ０１]；
発明の名称「Ｃｅｒａｍｉｃ／Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｍａｔｒｉｘ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｅｌｌｓ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ」の、米国特許出願公開第２０１５／００８６８３７号明細書として公開された、２０１４年１１月２５日出願の米国特許出願第１４／５５２，６０８号[Ｓ１５８３．７００６２ＵＳ０２]；
発明の名称「Ｓｅｌｆ−Ｈｅａｌｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｅｌｌｓ」の、米国特許出願公開第２０１５／００４４５１７号明細書として公開された、２０１４年８月８日出願の米国特許出願第１４／４５５，２３０号[Ｓ１５８３．７００６４ＵＳ０１]；および
発明の名称「Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ−Ｉｎｈｉｂｉｔｉｎｇ Ｉｏｎ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ」の、米国特許出願公開第２０１５／０２３６３２２号明細書として公開された、２０１４年２月１９日出願の米国特許出願第１４／１８４，０３７号[Ｓ１５８３．７００６５ＵＳ０１]。本明細書中に開示される全ての他の特許および特許出願は、全ての目的のためにその全体が参照により本明細書中に組み込まれる。
以下の実施例は、本発明のいくらかの態様を説明するためのものであり、本発明の全範囲を例証するものではない。
（実施例１）
この実施例には、アノード、リチウムイオン伝導性セラミックでコーティングされたカソード、および上記アノードおよびカソードの間に配置された多孔質セパレータを含む電気化学電池の製造および試験を記載する。
上記電気化学電池において、上記アノードはグラファイトであり、１０μｍＣｕ箔は、基材および集電体として作用した。上記多孔質セパレータは、ポリオレフィン（Ｃｅｌｇａｒｄ２３２５）の２５μｍ厚の層であった。上記カソードは、アルミニウム基材上にコーティングされたリン酸鉄リチウム（ＬＦＰ）であった。上記カソードは、約１．２１ｍＡｈ／ｃｍ２の容量を有した。酸素含有ガスをリチウム蒸気と反応させる真空蒸着により、酸化リチウムをＬＦＰカソード上にコーティングした。アノードとカソードの両方において、ＰＶＤＦをバインダーとして使用した。
上記アノードとカソードの間に配置したセパレータを用いて、上記成分を単層電池に組み立て、上記電池成分を箔パウチ中に入れた。総活性カソード表面積は１６.５７４ｃｍ２であった。ＬＰ３０電解質（４４.１％のジメチルカーボネート、４４.１％のエチレンカーボネート、１１．８％のヘキサフルオロリン酸リチウム）０．３ｍＬを箔パウチに加え、電池パッケージを、次いで真空密封した。上記電池を、無拘束で２４時間、上記電解質で浸漬させ、次いで１０ｋｇ／ｃｍ２の圧力を加えた。上記電池を、１０ｋｇ／ｃｍ２の圧力下でサイクルを行った。
充放電サイクルを、４．２Ｖで０．５ｍＡまで低減する４．２Ｖの充電終期電圧、および２．５Ｖの放電終期電圧で、それぞれ標準のＣ／８レート（２．５ｍＡ）およびＣ／５レート（４ｍＡ）で行った。上記電池に、室温で５サイクルのサイクルを行った。第６サイクルから、５０℃で電池にサイクルを行った。
図８Ａには、サイクルの前に、酸化リチウムでコーティングされたＬＦＰカソードの断面図のＳＥＭ画像を示し、図８Ｂには、約７０サイクル後の上記カソードのＳＥＭ画像を示した。図８Ａおよび図８Ｂから、酸化リチウムセラミックコーティングは、約７０サイクル後に無傷のままであるように思われる。
（比較例１）
この比較例には、コーティングされていないグラファイトアノードとコーティングされていないＬＦＰのカソードを含む対照電池の製造と試験を記載する。ＬＦＰのカソードが、リチウムイオン伝導性セラミック材料でコーティングされていなかった以外は、実施例１に示された材料および手順を使用し、従った。
図７には、実施例１（７０２）からの電気化学電池のための５０℃のサイクル温度での放電容量減衰率が、比較例１（７０４）の電気化学電池の上記放電容量減衰率に比べて、かなり向上したことを示している。
図９Ａおよび図９Ｂには、比較例１（図９Ａ）の電気化学電池および実施例１の電気化学電池（図９Ｂ）からのグラファイトアノードのエネルギー分散分光（ＥＤＳ）スペクトルを示す。対照電池とセラミックコーティングされたＬＦＰ電池との間の形態には、ＳＥＭ（図８）によって示されるように、顕著な違いはなかったが、ＥＤＳによって、セラミックコーティングされたＬＦＰ電池からのグラファイトアノード上にはＦｅは存在しなかったのに対して、対照電池のグラファイトアノード上でＦｅが検出された。この結果は、酸化リチウムが、ＬＦＰからのＦｅの溶解およびグラファイトアノード上の次に起こる還元を抑制し、それによって上記放電容量減衰率を向上したことを示唆している。
（実施例２）
この実施例には、オキシスルフィドでコーティングされたＬＦＰカソードを含む電気化学電池の製造および試験を記載する。
ＬＦＰのカソードを、酸化リチウムの代わりにオキシスルフィドでコーティングした以外は、実施例１に示された材料および手順を、使用し、従った。オキシスルフィドセラミックの０．５μｍ厚コーティングを、ＬＦＰ電極上にスパッタリングした。図１０には、比較例１（１０２０）の対照電池に比べて、オキシスルフィドでコーティングされたＬＦＰ（１０００）を含む電池では放電容量減衰率が向上したことを示す。
（実施例３）
この実施例には、酸化リチウムでコーティングされたＬＦＰのカソードを含む電気化学電池の製造および試験を記載する。
２μｍ厚の酸化リチウム層は、ＬＦＰ電極上に真空蒸着した。上記電池を、実施例１と同様に組み立て、室温で５サイクルのサイクルを行った。フル充電された電池を６０℃で一週間保存した後、室温でサイクルを行った。標準のＬＦＰのカソードを有する対照電池が組み立てられ、同じようにサイクル／保存を行った。図１１に示すように、１００％の自己放電が、比較例１（１１２０）の対照電池から観察された。上記ＬＦＰカソード上の酸化リチウムセラミックコーティングの存在下では、電池の自己放電は、５６％（１１００）に減少した。
（実施例４）
この実施例では、酸化リチウムでコーティングされたアノードを含む電気化学電池の製造および試験を記載する。
２μｍ厚の酸化リチウム層を、グラファイト電極上に真空蒸着した。上記電池は、実施例１と同様に組み立てられ、室温で５サイクルのサイクルを行った。フル充電された電池を６０℃で一週間保存した後、更に室温でサイクルを行った。図１２に示すように、１００％の自己放電は、比較例１（１２２０）の対照電池から観察された。グラファイトアノード上の酸化リチウムセラミックコーティングの存在下では、電池の自己放電は、９１％（１２００）に減少した。
（実施例５）
この実施例では、酸化リチウムでコーティングされたグラファイトアノードおよび酸化リチウムでコーティングされたＬＦＰのカソードを含む電気化学電池の製造および試験を記載する。
酸化リチウムの２μｍ厚の層を、グラファイト電極上とＬＦＰ電極上に真空蒸着した。酸化物でコーティングされたグラファイトおよび酸化物でコーティングされたＬＦＰを用いる上記電池を実施例１と同様に組み立て、室温で５サイクルのサイクルを行った。フル充電された電池を、次いで６０℃で一週間保存した後、更に室温でサイクルを行った。図１３に示すように、１００％の自己放電は、比較例１（１３２０）の対照電池から観察された。グラファイト電極とＬＦＰ電極との両方における酸化リチウムセラミックコーティングの存在下では、電池の自己放電は、５５％（１３００）に減少した。
（実施例６）
この実施例には、酸化リチウムでコーティングされたアノードと酸化リチウムでコーティングされたＮＭＣカソードを含む電気化学電池の製造および試験を記載する。
酸化リチウムの２μｍ厚の層を、グラファイト電極上およびＮＭＣ電極上に真空蒸着した。酸化物でコーティングされたグラファイトと酸化物でコーティングされたＮＭＣを用いる電池を実施例１と同様に組み立てた。充放電サイクルを、４．２Ｖの充電終期電圧、および３．２Ｖの放電終期電圧で、それぞれ標準のＣ／８レート（３．３ｍＡ）およびＣ／５レート（５．２ｍＡ）で行った。上記電池に、室温で５サイクルのサイクルを行った。フル充電された電池を、６０℃で一週間保存した後、更に室温でサイクルを行った。標準のグラファイト電極およびＮＭＣ電極を有する対照電池を組み立て、同じようにサイクル／保存を行った。図１４に示すように、４１％の自己放電は、対照電池（１４２０）から観察された。グラファイトとＮＭＣとの両方における酸化リチウムセラミックコーティングの存在下では、電池の自己放電は、３０％（１４００）に減少した。
（実施例７）
この実施例には、オキシスルフィドでコーティングされたＬＦＰカソードを含む電気化学電池の製造および試験を記載する。
電子ビーム蒸着したオキシスルフィドセラミックの１μｍ厚の層を、保護リチウムイオン伝導性セラミックとして、ＬＦＰ電極上にコーティングした。図１５には、コーティングされていないＬＦＰを有する対照電池に比較して、オキシスルフィドでコーティングされたＬＦＰを含む上記電池における放電容量減衰率が向上したことを示す。また、図１５から、１μｍ厚のオキシスルフィドコーティング（１５００）は、０．５μｍ厚のオキシスルフィドコーティング（１５２０）を含むもの、またはコーティングを含有しないもの（１５４０）よりも放電容量減衰率を向上したことがわかる。
（実施例８）
この実施例には、オキシスルフィドでコーティングされたＬＦＰのカソードを含む電気化学電池の製造および試験を記載する。
電子ビーム蒸着したオキシスルフィドセラミックの１μｍ厚の層を、保護リチウムイオン伝導性セラミックとして、ＬＦＰ電極上にコーティングした。上記電池を同様に組み立て、室温で５サイクルのサイクルを行った。フル充電された電池を、６０℃で一週間保存した後、更に室温でサイクルを行った。標準のグラファイト電極およびＮＭＣ電極を有する対照電池を組み立て、同じようにサイクル／保存を行った。図１６に示すように、１００％の自己放電は、対照電池（１６２０）から観察された。ＬＦＰ上の１μｍ厚の酸化リチウムセラミックコーティングの存在下では、電池の自己放電は、７８％（１６００）に減少した。
（実施例９）
この実施例には、オキシスルフィドでコーティングされたグラファイトアノードを含む電気化学電池の製造および試験を記載する。
電子ビーム蒸着したオキシスルフィドセラミックの１μｍ厚の層を、グラファイト電極上に真空蒸着した。上記電池を同様の方法で組み立て、室温で５サイクルのサイクルを行った。フル充電された電池を、６０℃で一週間保存した後、更に室温でサイクルを行った。標準のグラファイト電極およびＬＦＰ電極を有する対照電池を組み立て、同じようにサイクル／保存を行った。図１７に示すように、１００％の自己放電は、対照電池（１７２０）から観察された。グラファイト上のリチウムオキシスルフィドセラミックコーティングの存在下では、電池の自己放電は、８４％（１７００）に減少した。
（実施例１０）
この実施例では、実質的に多孔質酸化リチウム層でコーティングされたグラファイトアノードおよびＮＣＭカソードを含む電気化学電池の製造および試験を記載する。
図１８Ａには、コーティングされていないＮＣＭカソードのＳＥＭ画像を示す。１μｍ厚の酸化リチウム層を、保護リチウムイオン伝導性セラミック層として真空蒸着法によりＮＣＭカソード上にコーティングした。図１８Ｂには、酸化リチウムセラミックコーティングを有するＮＣＭのカソードのＳＥＭ画像を示す。図１８Ｂから、酸化リチウムセラミックコーティングが多孔質であることがわかる。
上記電気化学電池は、４４．１％のジメチルカーボネート４４.１％のエチレンカーボネート、１１．８％のヘキサフルオロリン酸リチウムから構成されるＬＰ３０電解質を含んでいた。
上記電気化学電池は、室温で５サイクルのサイクルを行い、５０℃で６サイクル目からサイクルを始めた。図１９には、コーティングされていないＮＣＭカソード（１９１０）を有する対照電気化学電池に比較して、酸化リチウムでコーティングされたＮＣＭカソード（１９００）を含む電気化学電池における放電容量減衰率が向上したことを示す。
図２０Ａおよび図２０Ｂには、１７９サイクル後（図２０Ａ）のコーティングされていないＮＣＭ電極を有する電気化学電池および１９１サイクル後（図２０Ｂ）の酸化リチウムでコーティングされたＮＣＭ電極を有する電気化学電池からのグラファイトアノードのＥＤＳスペクトルおよびＳＥＭ画像（挿入図）を示す。図２０Ａおよび図２０Ｂ中のＥＤＳスペクトルから、ＥＤＳにより、酸化リチウムでコーティングされたＮＣＭ電極を有する上記電池のグラファイトアノード上ではなく、コーティングされていないＮＣＭ電極を有する上記電池のグラファイトアノード上のＭｎを検出したことがわかる。この結果は、ＮＣＭカソード上の多孔質酸化リチウムコーティングは、ＮＣＭカソードからのＭｎの腐食およびグラファイトアノード上の次に起こる還元を抑制したことを示唆している。これにより、酸化リチウムでコーティングされたＮＣＭのカソードを有する電気化学電池の容量減衰率も向上している可能性がある。
本発明のいくつかの態様が本明細書中に記載および説明されたが、当業者は、機能を実行する、および／または、結果および／または本明細書中に記載された優位性の１つ以上を得るための、様々な他の手段および／または構造を容易に認識し、そのような変形および／または改良はそれぞれ、本発明の範囲内であるとみなされる。より一般的には、当業者は、本明細書中に記載された全てのパラメータ、寸法、材料、および構成が例示であることを意味することを容易に理解し、実際のパラメータ、寸法、材料、および／または構成は、そのために本発明の教示が用いられる特定の用途に依存することを容易に理解する。当業者は、日常的な実験のみを用いて、本明細書中に記載された本発明のいくらかの態様に対する多くの同等物を認識し、または確認することができる。従って、前述の態様は、例示のためだけに示され、かつ添付の特許請求の範囲およびその同等物の範囲内で、本発明は、具体的に説明され、特許請求の範囲に記載された以外の方法で実施することができると理解されるべきである。本発明は、本明細書中に記載された、個々の特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法に関する。また、２つ以上のそのような特徴、システム、物品、材料、および／または方法の組み合わせは、そのような特徴、システム、物品、材料、および／または方法が互いに矛盾しない場合には、本発明の範囲内に包含されている。
明細書中および特許請求の範囲において使用されるように、不定冠詞「ａ」および「ａｎ」は、明確に示されない限り、「少なくとも１つ」を意味すると解されるべきである。
明細書中および特許請求の範囲において使用されるように、句「および／または」は、結合した要素、即ち、いくらかの場合において結合して存在し、他方で分離して存在する要素の「いずれかまたは両方」を意味すると解されるべきである。明確に示されない限り、具体的に識別されたそれらの要素に関連するかまたは関連しないかを、「および／または」の文節によって具体的に識別された要素以外に、他の要素が任意に存在してもよい。従って、非限定的な例として、「Ａおよび／またはＢ」は、「〜を含む」などのオープンエンドの語と合わせて使用される場合、１つの態様において、ＢなしのＡ（任意にＢ以外の要素を含む）；別の態様において、ＡなしのＢ（任意にＡ以外の要素を含む）；更に別の態様において、ＡおよびＢの両方（任意に他の要素を含む）；などを意味する。
明細書中および特許請求の範囲において使用されるように、「または」は、上記定義した「および／または」と同じ意味を有すると解されるべきである。例えば、１つのリスト中の項目を分離する場合、「または」または「および／または」は包括的である、即ち、
多くの要素または要素のリストの、１つより多いも含む少なくとも１つ、任意に、リストに挙げられていない更なる項目を含むと解釈されるべきである。明確に示されている項目のみ、例えば、「〜の内の１つのみ」または「〜の内の正確に１つ」、或いは特許請求の範囲において使用される場合の「〜から成る」は、多くの要素または要素のリストの内の正確に１つを含むことを意味する。一般的に、本明細書中で用いられる用語「または」は、「どちらか」、「〜の内の１つ」、「〜の内の１つのみ」または「〜の内の正確に１つ」などの排他性を有する用語が先行する場合、排他的選択肢（即ち、「一方、または両方でない他方」）を示すものとして解釈されるのみである。特許請求の範囲において使用される場合の「本質的に〜から成る」は、特許法の分野で使用されるようなその通常の意味を有する。
明細書中および特許請求の範囲において使用されるように、１つ以上の要素の１つのリストに関する語句「少なくとも１つ」は、要素のリスト中の１つ以上の要素から選択される少なくとも１つの要素を意味すると解されるべきであるが、要素のリスト内に具体的に挙げられたそれぞれの要素の少なくとも１つを必ずしも含んでおらず、かつ要素のリスト中の要素どうしの組み合わせを必ずしも除外しない。この定義はまた、語句「少なくとも１つ」が、具体的に識別されたそれらの要素に関連するかまたは関連しないかを意味する要素のリスト内で具体的に識別された要素以外に、要素が任意に存在してもよいことを可能にする。従って、非限定的な例として、「ＡおよびＢの少なくとも１つ」（同等に、「ＡまたはＢの少なくとも１つ」、或いは同等に、「Ａおよび／またはＢの少なくとも１つ」）は、１つの態様において、任意に１つより多いことを含む少なくとも１つ、Ｂが存在しないＡ（任意にＢ以外の要素を含む）；別の態様において、任意に１つより多いことを含む少なくとも１つ、Ａが存在しないＢ（任意にＡ以外の要素を含む）；更に別の態様において、任意に１つより多いことを含む少なくとも１つ、Ａおよび任意に１つより多いことを含む少なくとも１つ、Ｂ（任意に他の要素を含む）；などを意味することができる。
明細書中と同様に特許請求の範囲において、このような「〜を含有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「〜を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「〜を有する（ｃａｒｒｙｉｎｇ）」、「〜を有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「〜を含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「〜を含む（ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」、「〜を含む（ｈｏｌｄｉｎｇ）」などのすべての移行句は、オープンエンドである、即ち、それらに限定されないことを含むことを意味すると解される。移行句「〜から成る」および「本質的に〜から成る」だけは、「Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｐａｔｅｎｔ Ｏｆｆｉｃｅ Ｍａｎｕａｌ ｏｆ Ｐａｔｅｎｔ Ｅｘａｍｉｎｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ，Ｓｅｃｔｉｏｎ ２１１１．０３」に記載されているように、それぞれクローズまたはセミクローズな移行句である。
１００、２００ … 電極
１０２ … 電気活性材料（含有）層、カソード
１０４、２０６ … （第１の）リチウムイオン伝導性層
１０６ … アノード
１０８ … セパレータ（層）
１１０ … 第２のリチウムイオン伝導性層
１１２ … 第１の基材
１１４ … 集電体（第２の基材）
２０２ … 粒子
２０４ … 細孔
３００、４００、５００、６００ … 電気化学電池

Claims (80)

  1. 電気活性材料を含む層；および
    該電気活性材料を含む層の表面に配置した無機リチウムイオン伝導性層
    を含み、
    該電気活性材料が、リチウムインターカレーション化合物であることを特徴とする、リチウムインターカレーション電極。
  2. 無機リチウムイオン伝導性層を、電気活性材料を含む層上に付着させる工程
    を含み、
    該電気活性材料が、リチウムインターカレーション化合物であることを特徴とする、リチウムインターカレーション電極を製造する方法。
  3. 前記電気活性材料の少なくとも一部が、電解質と直接接触している、請求項１記載のリチウムインターカレーション電極。
  4. 前記電気活性材料の少なくとも一部が、電解質と直接接触している、請求項２記載の方法。
  5. 前記無機リチウムイオン伝導性層がリチウムを含む、第１の、請求項１記載のリチウムインターカレーション電極；
    第２の電極；および
    電解質
    を含み、
    該第１のリチウムインターカレーション電極の少なくとも一部が、該電解質と直接接触している、電気化学電池。
  6. 前記無機リチウムイオン伝導性層がリチウムを含む、第１の、請求項１記載のリチウムインターカレーション電極、および第２の電極を含む電気化学電池にサイクルを行う工程；並びに
    前記第１のリチウムインターカレーション電極から分解される種、または電解質から分解される種が、該第２の電極に存在するのを実質的に抑制する工程
    を含む方法。
  7. 充電終期電圧少なくとも４．２Ｖ、少なくとも４．３Ｖ、少なくとも４．４Ｖ、少なくとも４．５Ｖ、少なくとも４．６Ｖ、少なくとも４．７Ｖ、少なくとも４．８Ｖ、少なくとも４．９Ｖで電気化学電池にサイクルを行う工程を含む、請求項６記載の方法。
  8. 前記種が第２の電極に付着するのを実質的に抑制する工程を含む、請求項６記載の方法。
  9. 少なくとも２０℃、少なくとも２５℃、少なくとも３０℃、少なくとも３５℃、少なくとも４０℃、少なくとも４５℃、少なくとも５０℃、少なくとも５５℃、少なくとも６０℃の温度で、電気化学電池にサイクルを行う工程を含む、請求項６記載の方法。
  10. 前記第２の電極が、第２の電気活性金属を含む第２の層および第２の電気活性材料を含む該第２の層と結合した第２の無機リチウムイオン伝導性層を含み、該第２の無機リチウムイオン伝導性層がリチウムを含む、請求項５記載の電気化学電池。
  11. 前記第２の電気活性材料の少なくとも一部が電解質と直接接触し、および／または前記第２の層が多孔質であり、および／または前記第２の層が第２の電気活性材料の複数の粒子を含む、請求項１０記載の電気化学電池。
  12. 前記リチウムイオン伝導性層が、少なくとも１μｍの厚さを有する、請求項１〜１１のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  13. 前記電気活性材料を含む層が多孔質である、請求項１〜１２のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  14. 前記電気活性材料を含む層が、前記電気活性材料の複数の粒子を含む、請求項１〜１３のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  15. 前記電気活性材料の複数の粒子の少なくとも一部がコーティングを有する、請求項１〜１４のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  16. 前記リチウムイオン伝導性層がセラミック材料を含む、請求項１〜１５のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  17. 前記リチウムイオン伝導性層がリチウムを含む、請求項１〜１６のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  18. 前記セラミック材料が、酸化リチウム、窒化リチウム、リチウムオキシスルフィド、Ｌｉ１０ＧｅＰ２Ｓ１２、および／またはＬｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２を含む、請求項１〜１７のいずれか１項記載の電極。
  19. 前記リチウムイオン伝導性層が実質的に連続である、請求項１〜１８のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  20. 前記リチウムイオン伝導性層が実質的に多孔質である、請求項１〜１９のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  21. 前記リチウムイオン伝導性層が、単一材料から形成される、請求項１〜２０のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  22. 前記リチウムイオン伝導性層が実質的に平滑である、請求項１〜２１のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  23. 前記リチウムイオン伝導性層が、約２０μｍ以下の表面粗さＲｚを有する、請求項１〜２２のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  24. 前記リチウムイオン伝導性層が、約５μｍ以下の表面粗さＲｚを有する、請求項１〜２３のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  25. 前記リチウムイオン伝導性層が、約１μｍ以下の表面粗さＲｚを有する、請求項１〜２４のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  26. 前記リチウムイオン伝導性層が、約２μｍ以下の厚さを有する、請求項１〜２５のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  27. 前記リチウムイオン伝導性層が、約１μｍ以下の厚さを有する、請求項１〜２６のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  28. 前記リチウムイオン伝導性層が、約０．５μｍ〜約２μｍの厚さを有する、請求項１〜２７のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  29. 前記リチウムイオン伝導性層が、実質的に厚さが均一である、請求項１〜２８のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  30. 前記リチウムイオン伝導性層が、電気活性材料を含む層に隣接して配置されている、請求項１〜２９のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  31. 前記リチウムイオン伝導性層が、電気活性材料を含む層と直接物理的接触している、請求項１〜３０のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  32. 前記リチウムイオン伝導性層が、少なくとも約１０−７［Ｓ／ｃｍ］のリチウムイオン伝導率を有する、請求項１〜３１のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  33. 前記リチウムイオン伝導性層が、少なくとも約１０−５［Ｓ／ｃｍ］のリチウムイオン伝導率を有する、請求項１〜３２のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  34. 前記リチウムイオン伝導性層が、少なくとも約１０−３［Ｓ／ｃｍ］のリチウムイオン伝導率を有する、請求項１〜３３のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  35. 前記リチウムイオン伝導性層が、少なくとも約１０−１［Ｓ／ｃｍ］のリチウムイオン伝導率を有する、請求項１〜３４のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  36. 前記リチウムイオン伝導性層が、少なくとも約１［Ｓ／ｃｍ］のリチウムイオン伝導率を有する、請求項１〜３５のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  37. 前記リチウムイオン伝導性層が、約１０−７［Ｓ／ｃｍ］〜約１［Ｓ／ｃｍ］のリチウムイオン伝導率を有する、請求項１〜３６のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  38. 前記電気活性材料を含む層の複数の粒子が、約１５μｍ以下の平均最大断面寸法を有する、請求項１〜３７のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  39. 前記電気活性材料の複数の粒子が、約１０μｍ以下の平均最大断面寸法を有する、請求項１〜３８のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  40. 前記電気活性材料の複数の粒子が、約５μｍ以下の平均最大断面寸法を有する、請求項１〜３９のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  41. 前記電気活性材料の複数の粒子が、約１μｍ以下の平均最大断面寸法を有する、請求項１〜４０のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  42. 前記電気活性材料の複数の粒子が、約５００ｎｍ以下の平均最大断面寸法を有する、請求項１〜４１のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  43. 前記電気活性材料の複数の粒子が、約１００ｎｍ以下の平均最大断面寸法を有する、請求項１〜４２のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  44. 前記電気活性材料の複数の粒子が、約５０ｎｍ以下の平均最大断面寸法を有する、請求項１〜４３のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  45. 前記電気活性材料の複数の粒子が、約１０ｎｍ〜約１０μｍの平均最大断面寸法を有する、請求項１〜４４のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  46. 前記電気活性材料の複数の粒子の少なくとも一部が、電解質と直接接触している、請求項１〜４５のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  47. 前記電解質が液体電解質である、請求項１〜４６のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  48. 前記電解質がリチウム塩を含む、請求項１〜４７のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  49. 前記リチウム塩が、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳＯ３ＣＦ３、ＬｉＮ(ＳＯ２ＣＦ３)２、および／またはＬｉＣ(ＳＯ２ＣＦ３)３である、請求項１〜４８のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  50. 前記電解質が有機溶媒を含む、請求項１〜４９のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  51. 前記有機溶媒が、ジメチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、および／またはジエチルカーボネートである、請求項１〜５０のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  52. 前記電気活性材料を含む層が、少なくとも約１０体積％の気孔率を有する、請求項１〜５１のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  53. 前記電気活性材料を含む層が、少なくとも約２０体積％の気孔率を有する、請求項１〜５２のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  54. 前記電気活性材料を含む層が、少なくとも約５０体積％の気孔率を有する、請求項１〜５３のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  55. 前記電気活性材料を含む層が、約１０〜約７０体積％の気孔率を有する、請求項１〜５４のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  56. 前記電極がカソードである、請求項１〜５５のいずれか１項記載の電極または方法。
  57. 前記第１の電極がカソードである、請求項１〜５６のいずれか１項記載の電気化学電池。
  58. 前記電気活性材料が、層状酸化物、遷移金属ポリアニオン酸化物、および／またはスピネルである、請求項１〜５７のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  59. 前記電気活性材料が、リチウムコバルト酸化物、リン酸鉄リチウム、リチウムニッケル酸化物、リチウムマンガン酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物、および／またはリチウムニッケルコバルトマンガン酸化物である、請求項１〜５８のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  60. 前記電極がカソードである、請求項１〜５９のいずれか１項記載の電極または方法。
  61. 前記第１の電極がカソードである、請求項１〜６０のいずれか１項記載の電気化学電池。
  62. 前記電気活性材料が炭素を含む、請求項１〜６１のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  63. 前記電気活性材料が、グラファイトおよび／またはコークスを含む、請求項１〜６２のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  64. 前記電気活性材料が、ケイ素、リチウム、および／またはそれらの合金または組み合わせを含む、請求項１〜６３のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  65. 前記電気活性材料がチタン酸リチウムを含む、請求項１〜６４のいずれか１項記載の電極、電気化学電池または方法。
  66. 前記電気化学電池が、５０℃で５０サイクル後、約１５％以下の容量損失を有する、請求項１〜６５のいずれか１項記載の電気化学電池。
  67. 前記電気化学電池が、５０℃で５０サイクル後、約５％以下の容量損失を有する、請求項１〜６６のいずれか１項記載の電気化学電池。
  68. 前記電気化学電池が、５０℃で５０サイクル後、約２％以下の容量損失を有する、請求項１〜６７のいずれか１項記載の電気化学電池。
  69. 前記電気化学電池が、５０℃で５０サイクル後、約１％〜約１５％の容量損失を有する、請求項１〜６８のいずれか１項記載の電気化学電池。
  70. 前記電気化学電池が、６０℃で１週間後、約８５％以下の自己放電率を有する、請求項１〜６９のいずれか１項記載の電気化学電池。
  71. アノードおよびカソードの間に配置されたセパレータ層を更に含む、請求項１〜７０のいずれか１項記載の電気化学電池。
  72. 前記セパレータ層が高分子を含む、請求項１〜７１のいずれか１項記載の電気化学電池。
  73. 前記高分子がポリオレフィンを含む、請求項１〜７２のいずれか１項記載の電気化学電池。
  74. 前記セパレータ層が、複数の細孔を含む、請求項１〜７３のいずれか１項記載の電気化学電池。
  75. 前記リチウムイオン伝導性層が、カソードおよびセパレータ層の間に配置されている、請求項１〜７４のいずれか１項記載の電気化学電池。
  76. 前記リチウムイオン伝導性層が、アノードおよびセパレータ層の間に配置されている、請求項１〜７５のいずれか１項記載の電気化学電池。
  77. 前記リチウムイオン伝導性層が、カソードに隣接して配置されている、請求項１〜７６のいずれか１項記載の電気化学電池。
  78. 前記リチウムイオン伝導性層が、アノードに隣接して配置されている、請求項１〜７７のいずれか１項記載の電気化学電池。
  79. 前記リチウムイオン伝導性層を付着させる工程が、反応性蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、および／またはエアロゾル沈着法を用いて行われる、請求項１〜７８のいずれか１項記載の方法。
  80. 前記電気活性材料の少なくとも一部を電解質に暴露する工程を更に含む、請求項１〜７９のいずれか１項記載の方法。
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