JP2019536235A - 安定した低電圧の電気化学セル - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2016年11月22日付提出の米国仮特許出願第62/425270号(U.S. Provisional Application No.62/425,270)、2017年1月3日付提出の米国仮特許出願第62/441830号(U.S. Provisional Application No.62/441,830)および2017年3月13日付提出の米国仮特許出願第62/472820号(U.S. Provisional Application No.62/472,820)に依拠しかつその優先権を主張するものであって、これらの各出願の内容の全体が引用により本願に組み込まれるものとする。
本発明は、安定した低電圧および高容量の1次バッテリを要するデバイスもしくは電気システム、例えばリモートワイヤレスセンサ内または通信デバイス内の超低電力サブスレッショルド電子回路における使用に適した電気化学セルに関する。
nLi+M→LinM
により進行する電気化学的合金化反応である。ここで、Mは、第3族もしくは第4族もしくは第5族の金属または半金属およびZnを含む。第3族もしくは第4族もしくは第5族の金属は、1つもしくは複数の第3族もしくは第4族もしくは第5族の金属もしくは半金属、または1つもしくは複数の遷移金属を含む1つもしくは複数の第3族もしくは第4族もしくは第5族の元素を含む合金であってよい。1つもしくは複数の第3族もしくは第4族もしくは第5族の元素を含む合金の例には、例示として、青銅、真鍮、ケイ素‐スズ、ゲルマニウム‐スズ、ニオブ‐スズ、スズ‐銀‐銅、スズ‐ビスマス合金、スズ‐アンチモン合金、スズ‐銅合金、スズ‐ニッケル合金、ガリウム‐銅合金、ガリウム‐インジウム‐銅合金、スズ‐鉛合金、バビット合金またはホワイトメタルが含まれる。
サイズ2025Li/Snコインセルを、127μm厚さのLi箔アノード(計算容量57mAhまで)と、Alfa Aesar Inc.社製の25μm厚さのSn箔カソード(計算容量32mAhまで)と、Celgard 2500セパレータとにより形成し、1M LiPF6 1/1/1 EC/DMC/EMC電解質を充填した。当該セルはAr雰囲気ドライボックスにおいて組み立て、Sn箔は受領時状態で使用した。当該セルは、0.53Vの安定した電圧まで予放電させ、その後、室温(RT)、−10℃および−18℃で、外径2cmのセル(テストセルで1μA、0.46μA/cm2)、外径1.6cmのセル(テストセルで1.73μA、0.79μA/cm2)、外径1.2cmのセル(テストセルで3.70μA、1.69μA/cm2)、外径1.1cmのセル(テストセルで4.72μA、2.17μA/cm2)が1μAを送出する状態に相当する電流密度で放電させた。なお当該放電ステップは、各電流密度で1時間続行させた。図1には、こうした個々のコインセルについての結果が示されている。室温(RT)では、電圧は約0.53Vの開放回路電圧(OCV)にほぼ一致し、実質的に相当するので、少なくとも1.1cmの小さい直径を有するセルが、電圧変動なしに、1μAまでの電流を容易に支持することが示されている。−10℃では、セル電圧は低くなってはいるが、いまだOCVの90%超であり、−18℃でも、セル電圧は全ての電流密度でいまだOCVの85%超である。当該テストが完了した後、セルは、比較的高い電流(3mA)で、27mAhまで、または理論容量の85%までを送出して、完全に(0.1Vカットオフまで)放電した。この例では、Li/Sn系が厚い箔で構成された場合、100mAh/cc超を送出するセル内の電圧の変動を10%未満とするという要求を満足することが示されている。
サイズ2025Li/Alコインセルを、127μm厚さのLi箔アノードと、20μm厚さのAl箔(Alfa Aesar Inc.社製)カソードと、Celgard 2500セパレータとにより形成し、1M LiPF6 1/1/1 EC/DMC/EMC電解質を充填した。セルをAr雰囲気ドライボックスにおいて組み立てる前に、Al箔カソードの両面を2000グリットのペーパーでバフ研磨し、パッシベーション自然酸化膜を除去した。
サイズ2025Li/Alコインセルを、127μm厚さのLi箔アノードと、20μm厚さのAl箔カソードと、Celgard 2500セパレータとにより形成し、1M LiPF6 1/1/1 EC/DMC/EMC電解質を充填した。Al箔は受領時状態で使用し、セルはAr雰囲気ドライボックスにおいて組み立てた。そして、当該セルを、最初0.1μAで1時間、ついで0.1mAで1時間放電させ、その後10時間にわたって休ませてから当該シーケンスを反復可能とするという規定により、室温(RT)下で放電させた。図3では、未処理のAl箔によって形成されたこうした個々のコインセルについての第8回の放電シーケンスの結果と、Ar雰囲気ドライボックスにおいて研磨されたAl箔によって形成された例2のセルの第3回の放電の結果と、が比較されている。未処理の(研磨なしの)Al箔カソードを含むセルは、0.1μAの低電流では2V超の電圧を有するものの、0.1mAの高電流は全く維持できず、つまりきわめて低い電流密度にしか電気化学的活性を有さないパッシベーション酸化物コーティングを有するのに対し、例2のセルは、Alカソード表面が双方の電流で0.4Vから0.2Vの間の電圧を維持し、Liとの電気化学的合金化のための高度の活性を有することが示されている。
サイズ2025Li/Alコインセルを、127μm厚さのLi箔アノードと、20μm厚さのAl箔カソードと、Celgard 2500セパレータとにより形成し、1M LiPF6 1/1/1 EC/DMC/EMC電解質を充填した。セルはAr雰囲気ドライボックスにおいて組み立て、Al箔はドライボックスへの導入前に400グリットのサンドペーパーを用いて空気中で研磨した。当該セルを、最初0.1μAで1時間、ついで0.1mAで1時間放電させ、その後10時間にわたって休ませてから当該シーケンスを反復可能とするという規定により、室温(RT)で放電させた。図4では、空気中で研磨されたAl箔によって形成されたこうした個々のコインセルについての第3回の放電シーケンスの結果と、Ar雰囲気ドライボックスにおいて研磨されたAl箔によって形成された例2のセルの第3回の放電の結果と、が比較されている。空気中で研磨されたAl箔カソードを含むセルは、0.1μAの低電流では2V超の電圧を有するものの、0.1mAの高電流は全く維持できず、つまりきわめて低い電流密度にしか電気化学的活性を有さないパッシベーション酸化物コーティングを有するのに対し、例2のセルは、Alカソード表面が双方の電流で0.4Vから0.2Vの間の電圧を維持し、Liとの電気化学的合金化のための高度の活性を有することが示されている。当該結果は、Al電極が周囲雰囲気においてバフ研磨される場合、新たに露出したAl金属表面が、直接でなくとも迅速に、周囲雰囲気により再酸化されることを示している。
サイズ2025Li/Alコインセルを、127μm厚さのLi箔アノードと、重量比60/5/15/20の、サブミクロンホウ素粉末/アセチレンブラック/XG Science社製のM25グラフェン/ポリ(フッ化ビニリデン)でコーティングした20μm厚さのAl箔カソードと、Celgard 2500セパレータとにより形成し、1M LiPF6 1/1/1 EC/DMC/EMC電解質を充填した。カソードは、0.95g/ccのコーティング密度となるまで、空気中で2回カレンダ加工した。当該カソードコーティングの重量は2mg/cm2である。セルはAr雰囲気ドライボックスにおいて組み立て、Al箔は受領時状態で使用した。当該セルを、最初0.1μAで1時間、ついで0.1mAで1時間放電させ、その後10時間にわたって休ませてから当該シーケンスを反復可能とするという規定により、室温(RT)で放電させた。図5では、空気中で研磨されたAl箔によって形成されたこうした個々のコインセルについての第7回の放電シーケンスの結果と、Ar雰囲気ドライボックスにおいて研磨されたAl箔によって形成された例2のセルの第3回の放電の結果と、が比較されている。ホウ素でコーティングされ空気中でカレンダ加工されたAl箔カソードを含むセルは、例2のセルと同様に、0.1μAの低電流および0.1mAの高電流での放電に対して0.4Vから0.2Vの間の電圧を維持しており、ホウ素コーティングされたAl箔を空気中でカレンダ加工することによって高度な電気化学的活性を形成できることが示されている。圧力と研磨ホウ素粉末とによってAl表面が研磨され、新鮮なAlが露出するが、同時に、コーティングにより、Al表面との酸素の接触ひいてはAlの酸化を防止する充分なバリアを形成できるのである。
サイズ2025Li/Alコインセルを、127μm厚さのLi箔アノードと、Al粉末カソードと、Celgard 2500セパレータとにより形成し、1M LiPF6 1/1/1 EC/DMC/EMC電解質を充填した。Alカソードは、19μm厚さの銅箔に、重量比80/10/10のAl粉末(17μm〜30μm)/アセチレンブラック/ポリ(フッ化ビニリデン)をコーティングして形成した。セルの一方のセットはさらなる処理なしのAl粉末カソードによって形成し、他方のセットは、1.46g/ccのコーティング密度となるまでカソードを空気中で3回カレンダ加工した後に形成した。当該カソードコーティングの重量は1.7mg/cm2である。セルはAr雰囲気ドライボックスにおいて組み立てた。カレンダ加工なしのAl粉末電極を含むセルは、最初0.1μAで1時間、ついで0.1mAで1時間放電させ、その後10時間にわたって休ませてから当該シーケンスを反復可能とするという規定により、室温(RT)で放電させた。カレンダ加工ありのAl粉末電極を含むセルは、シーケンシャルに1μA、1.73μA、3.70μA、4.8μAおよび0.1mAで放電させ、その後2時間にわたって休ませてから当該シーケンスを反復可能とするという規定により、室温で放電させた。図6では、カレンダ加工ありのAl粉末カソードによって形成されたセルの第2回の放電シーケンスの結果と、カレンダ加工なしのAl粉末カソードを含むセルの第4回の放電シーケンスの結果と、Ar雰囲気ドライボックスにおいて研磨されたAl箔によって形成された例2のセルの第3回の放電の結果と、が比較されている。カレンダ加工ありのAl粉末カソードを含むセルは、例2のセルと同様に、0.1mAの電流での放電に対して0.2V超の範囲の電圧を維持するが、カレンダ加工なしのAl粉末カソードを含むセルは0.1mA電流を15分より長く維持できず、Al粉末カソードをカレンダ加工することにより電気化学的活性を増大できることが示されている。
サイズ2025Li/Siコインセルを、127μm厚さのLi箔アノードと、Si粉末カソードと、ガラスファイバセパレータとにより形成し、1M LiPF6 1/1/1 EC/DMC/EMC電解質を充填した。Siカソードは、19μm厚さの銅箔に、重量比80/12/8のSi粉末(-325Mesh)/アセチレンブラック/カルボキシメチルセルロースをコーティングして形成した。カソードは、1.05g/ccのコーティング密度となるまで、空気中で2回カレンダ加工した。当該カソードコーティングの重量は2.2mg/cm2である。セルはAr雰囲気ドライボックスにおいて組み立て、当該セルを、5mVのカットオフに達するまで、0.13mAの電流で放電させた。図7には、Li/Siセルの完全放電の電圧特性が示されており、平均電圧0.11Vの比較的平坦な電圧分布が得られることが示されている。
サイズ2025Li/Snコインセルを、127μm厚さのLi箔アノード(計算容量57mAhまで)と、25μm厚さのSn(98.9重量%)‐Sb(1.1重量%)合金箔カソード(測定容量20mAhまで)(Goodfellow Corp.社製、部品番号SN000231)と、Celgard 2325セパレータとにより形成し、1M LiFSI 1/1 EC/EMC電解質を充填した。セルは、Ar雰囲気ドライボックスにおいて組み立て、Sn‐Sb箔は受領時状態で使用した。当該セルを、100μAまでの種々の電流で、3.9mAhで予放電させ、その後、電圧0.53Vを回復するまで、約10時間にわたって開放回路で休ませてよいとした。この場合、セルは、室温において100nAおよび1μAの電流で放電させ、さらに−10℃において1μAの電流で放電させた。図8には、こうした低電流放電の結果が示されている。テスト時間の約430時間から約450時間の間、セルは、電圧が0.529Vの値に達する開放回路にある。セルが室温において100nAの電流で放電する際、約450時間から約470時間の間、同じ電圧が維持されるが、その後、室温において放電電流が1μAへ増大すると、約470時間から480時間の間に、電圧は0.528Vへ低下する。約480時間で放電を中断し、ライン上の−10℃のフリーザー内にセルを配置して、そこでセルの1μA放電を再開した。−10℃での1μA放電の30時間の間、セル電圧は0.494V、開放回路電圧の93.4%の値まで低下した。この例では、Sb合金系が厚い箔で構成された場合、100mAh/cc超を送出するセル内の電圧の変動を10%未満とするという要求を満足することが示されている。
サイズ2025Li/Ga‐Cuコインセルを、127μm厚さのLi箔アノード(理論容量57mAhまで)と、Ga/Cu箔カソードと、Celgard 2325セパレータとにより形成し、1M LiFSI 1/1 重量%/重量% EC/EMC電解質を充填した。セルは、Ar雰囲気ドライボックスにおいて組み立てた。カソードは、19μm厚さの銅箔をアセトンで洗浄し、続いて1M HClで30秒間超音波処理し、続いて1M HCl中に3分間置き、最後に蒸留水で洗浄して空気乾燥させて、準備した。その後、クリーンドライの銅箔をホット(30℃〜40℃)ガラスプレート上に載せ、箔とガラスプレートとの間で溶融したガリウム金属が銅箔上にガリウムの平滑なコーティングを形成するまで摩擦した。ついで、GaコーティングされたCu箔を、アルゴン雰囲気下170℃で24時間加熱し、Cu箔に接合された固体Ga/Cu合金を得た。カソードは2.5mg/cm2のGa含量を有する。当該セルを室温において50μAで放電させたところ、0.50V〜0.52Vの安定した電圧を示した。この例では、Li/Sn系が厚い箔で構成された場合、100mAh/cc超を送出するセル内の電圧の変動を10%未満とするという要求を満足することが示されており、さらに、Ga/Cu系が厚い箔で構成された場合、100mAh/cc超を送出するセル内の電圧の変動を10%未満とするという要求を満足することが示されている。
サイズ2025Li/Ga‐In‐Cuコインセルを、127μm厚さのLi箔アノード(理論容量57mAhまで)と、Ga/In/Cu箔カソードと、Celgard 2325セパレータとにより形成し、1M LiFSI 1/1 EC/EMC電解質を充填した。セルは、Ar雰囲気ドライボックスにおいて組み立てた。カソードは、19μm厚さの銅箔をアセトンで洗浄し、続いて1M HClで30秒間超音波処理し、続いて1M HCl中に3分間置き、最後に蒸留水で洗浄して空気乾燥させて、準備した。その後、クリーンドライの銅箔をホット(30℃〜40℃)ガラスプレート上に載せ、箔とガラスプレートとの間で溶融したガリウム/インジウム合金(40/60 w/w Alfa Aesar 44240)が銅箔上にガリウム/インジウムの平滑なコーティングを形成するまで摩擦した。ついで、Ga/InコーティングされたCu箔を、アルゴン雰囲気下170℃で24時間加熱し、Cu箔に接合された固体Ga/In/Cu合金を得た。カソードは2.5mg/cm2のGa/In(40/60 w/w)含量を有する。当該セルを室温において50μAで放電させたところ、1.2V〜1.3Vの安定した電圧を示した。この例では、Ga/In/Cu系が厚い箔で構成された場合、100mAh/cc超を送出するセル内の電圧の変動を10%未満とするという要求を満足することが示されている。
サイズ2025Li/Ga‐Snコインセルを、127μm厚さのLi箔アノード(理論容量57mAhまで)と、Ga/Sn/Cu箔カソードと、Celgard 2325セパレータとにより形成し、1M LiFSI 1/1 EC/EMC電解質を充填した。セルは、Ar雰囲気ドライボックスにおいて組み立てた。カソードは、19μm厚さの銅箔をアセトンで洗浄し、続いて1M HClで30秒間超音波処理し、続いて1M HCl中に3分間置き、最後に蒸留水で洗浄して空気乾燥させて、準備した。その後、クリーンドライの銅箔をホット(30℃〜40℃)ガラスプレート上に載せ、箔とガラスプレートとの間で溶融したガリウム/スズ合金(92/8 w/w Alfa Aesar 18161)が銅箔上にガリウム/スズの平滑なコーティングを形成するまで摩擦した。ついで、Ga/SnコーティングされたCu箔を、アルゴン雰囲気下170℃で20時間加熱し、Cu箔に接合された固体Ga/Sn/Cu合金を得た。カソードは5.5mg/cm2のGa/Sn含量(92/8 w/w)を有する。当該セルを室温において50μAで放電させたところ、0.5Vの安定した電圧を示した。この例では、Ga/Sn/Cu系が厚い箔で構成された場合、100mAh/cc超を送出するセル内の電圧の変動を10%未満とするという要求を満足することが示されている。
サイズ2025Li/Sb複合材コインセルを、127μm厚さのLi箔アノード(理論容量57mAhまで)と、Sb複合材カソードと、Celgard 2325セパレータとにより形成し、1M LiFSI 1/1 EC/EMC電解質を充填した。セルは、Ar雰囲気ドライボックスにおいて組み立てた。Sb粉末複合材カソードは、90:5:5w/w/wのSb(Alfa Aesar 10099 -200mesh):アセチレンブラック:Cu箔にコーティングされ100psiで2回カレンダ加工されたPVDFバインダから形成した。カソードは2.9mg/cm2のSb含量および1.92g/ccの密度を有する。当該セルを室温において50μAで放電させたところ、0.82V〜0.83Vの安定した電圧を示した。この例では、Sb系が厚い箔で構成された場合、100mAh/cc超を送出するセル内の電圧の変動を10%未満とするという要求を満足することが示されている。
サイズ2025Li/Pbコインセルを、127μm厚さのLi箔アノード(理論容量57mAhまで)と、Pb箔カソードと、Celgard 2325セパレータとにより形成し、1M LiFSI 1/1 EC/EMC電解質を充填した。セルは、Ar雰囲気ドライボックスにおいて組み立てた。Pbカソードは100μmの厚さを有する。当該セルを室温において50μAで放電させたところ、0.5V〜0.55Vの安定した電圧を示した。この例では、Pb系が厚い箔で構成された場合、100mAh/cc超を送出するセル内の電圧の変動を10%未満とするという要求を満足することが示されている。
サイズ2025Li/Inコインセルを、127μm厚さのLi箔アノード(理論容量57mAhまで)と、In箔カソードと、Celgard 2325セパレータとにより形成し、1M LiFSI 1/1 EC/EMC電解質を充填した。セルは、Ar雰囲気ドライボックスにおいて組み立てた。Inカソードは50μmの厚さを有する。当該セルを室温において50μAで放電させたところ、1.35V〜1.4Vの安定した電圧を示した。この例では、In系が厚い箔で構成された場合、100mAh/cc超を送出するセル内の電圧の変動を10%未満とするという要求を満足することが示されている。
サイズ2025Li/Al粉末複合材コインセルを、127μm厚さのLi箔アノード(理論容量57mAhまで)と、Al粉末複合材カソードと、Celgard 2325セパレータとにより形成し、1M LiTFSI 1/1 EC/EMC電解質を充填した。17μm〜30μmのAl粉末複合材カソードは、90:5:5w/w/wのAl(Alfa Aesar 10576):アセチレンブラック:Cu箔にコーティングされ20psiで2回カレンダ加工されたPVDFバインダから形成した。カソードは3.5mg/cm2のAlコーティング重量および1.6g/ccの密度を有する。セルは、Ar雰囲気において組み立てた。当該セルは、1.0μAの定電流での1時間の充電によりAl活性化され、その後セル電圧は3.3Vに達した。当該セルを室温において1μAで放電させたところ、0.33Vの安定した電圧を示した。この例では、Al系が厚い箔で構成された場合、100mAh/cc超を送出するセル内の電圧の変動を10%未満とするという要求を満足することが示されている。
Claims (109)
- 0.3Vから2.0Vの安定した動作電圧を有する1次電気化学セルであって、
Li、任意に金属リチウム、リチウム化炭素、リチウム‐アルミニウム合金、リチウム‐スズ合金またはリチウム化ケイ素を含むアノード、
第4族もしくは第3族もしくは第5族の元素を含むカソード、
非水性電解質、および
任意に、前記アノードと前記カソードとの間に挿入された、リチウムイオン伝導性および電気絶縁性を有するセパレータ
を含む、電気化学セル。 - 前記カソードは、第4族の元素または第4族の元素の合金を含む、
請求項1記載の電気化学セル。 - 前記カソードは、スズ、アルミニウム、インジウム、鉛、亜鉛、アンチモン、カドミウム、青銅、真鍮、スズ‐ビスマス合金、スズ‐アンチモン合金、スズ‐銅合金、スズ‐ニッケル合金、ガリウム‐銅合金、ガリウム‐インジウム‐銅合金またはスズ‐鉛合金を含む、
請求項1記載の電気化学セル。 - 前記カソードは、スズ、アルミニウム、ガリウム、アンチモン、またはスズ、アルミニウム、ガリウム、アンチモン、銅を含む合金、またはこれらの組み合わせを含む、
請求項1記載の電気化学セル。 - 前記電気化学セルは、0.3Vから1.5Vの安定した動作電圧を有する、
請求項1から4までのいずれか1項記載の電気化学セル。 - 前記電気化学セルは、0.3Vから1.0Vまでの安定した動作電圧を有する、
請求項1から4までのいずれか1項記載の電気化学セル。 - 前記カソードは、スズおよびアンチモンの合金を含み、
当該アンチモンは、合金中、0.1原子%から88原子%、任意に1原子%から3原子%で存在している、
請求項1から4までのいずれか1項記載の電気化学セル。 - 前記リチウムアノードは、リチウム金属箔を含み、
前記電気化学セルは、任意に、さらにスズ‐アンチモン合金カソードを含む、
請求項1から4までのいずれか1項記載の電気化学セル。 - 前記リチウムアノードは、銅箔基板にコーティングされたリチウム粉末とバインダとを含むリチウム複合材である、
請求項1から4までのいずれか1項記載の電気化学セル。 - 前記バインダは、ポリマーである、
請求項9記載の電気化学セル。 - 前記バインダは、ポリブタジエンスチレン、ポリイソブチレン、ポリイソプレンまたはエチレンプロピレンジエンを含む、
請求項9記載の電気化学セル。 - 前記カソードは、第4族もしくは第3族もしくは第5族の元素を含むカソード金属箔を含む、
請求項1から4までのいずれか1項記載の電気化学セル。 - 前記カソード金属箔は、アルミニウムを含む、
請求項12記載の電気化学セル。 - 前記カソード金属箔は、スズを含む、
請求項12記載の電気化学セル。 - 前記カソード金属箔は、スズおよびアンチモンの合金を含み、
当該アンチモンは、合金中、0.1原子%から88原子%、任意に1原子%から3原子%で存在している、
請求項12記載の電気化学セル。 - 前記カソード金属箔の厚さは、1μm超、任意に25μm超、かつ1000μm未満である、
請求項12記載の電気化学セル。 - 前記カソード金属箔には、実質的に自然酸化膜が存在しない、
請求項12記載の電気化学セル。 - 前記カソード金属箔は、研磨剤粉末およびポリマーでコーティングされており、その後、空気中でカレンダ加工されている、
請求項12記載の電気化学セル。 - 前記カレンダ加工の圧力は、10psi超、任意に50psi超、任意に100psi超である、
請求項18記載の電気化学セル。 - 前記カソード金属箔は、研磨剤粉末、任意にアセチレンブラック、任意にグラフェンおよび任意にポリマーでコーティングされており、その後、空気中でカレンダ加工されている、
請求項12記載の電気化学セル。 - 前記研磨剤粉末および前記アセチレンブラックは、50重量%から95重量%で存在している、
請求項20記載の電気化学セル。 - 前記研磨剤粉末は、サブミクロンホウ素を含み、前記ポリマーは、ポリフッ化ビニリデンである、
請求項20記載の電気化学セル。 - 前記カソードは、第4族もしくは第3族もしくは第5族の金属、ポリマーバインダ、および銅箔基板にコーティングされ、その後、空気中でカレンダ加工された導体添加物を含む複合材である、
請求項1記載の電気化学セル。 - 前記カレンダ加工の圧力は、10psi超、任意に50psi超、任意に100psi超である、
請求項23記載の電気化学セル。 - 前記カソードは、インジウム、鉛、亜鉛、アンチモン、真鍮、青銅、カドミウム、ケイ素、炭素、ゲルマニウム、アルミニウム、スズ‐ビスマス、スズ‐アンチモン、スズ‐銅合金、スズ‐ニッケル、スズ‐鉛、スズ‐ケイ素‐スズ、ゲルマニウム‐スズ、ニオブ‐スズ、スズ‐銀‐銅、またはこれらの元素を含む他の合金、例えばホワイトメタルもしくはバビット合金、およびこれらの混合物を含む、
請求項12記載の電気化学セル。 - 前記ポリマーバインダは、ポリフッ化ビニリデン、ポリブタジエンスチレン、ポリイソブチレン、ポリイソプレン、エチレンプロピレンジエンまたはポリアクリル酸を含む、
請求項20記載の電気化学セル。 - 前記導体添加物は、アセチレンブラック、グラファイト、グラフェン、およびこれらの混合物である、
請求項23記載の電気化学セル。 - 前記非水性電解質は、標準温度および圧力で5mmHg未満、任意に標準温度および圧力で0.2mmHg未満の蒸気圧を有する、
請求項1から4までのいずれか1項記載の電気化学セル。 - 前記非水性電解質は、リチウム塩および有機溶剤を含む、
請求項1から4までのいずれか1項記載の電気化学セル。 - 前記リチウム塩は、ヘキサフルオロリン酸リチウム、リチウムビストリフルオロメタンスルホンイミド、リチウムトリフラート、テトラフルオロホウ酸リチウム、ヨウ化リチウム、およびこれらの混合物を含む、
請求項29記載の電気化学セル。 - 前記有機溶剤は、極性非プロトン液である、
請求項29記載の電気化学セル。 - 前記有機溶剤は、カーボネート、エーテル、フルオロ置換カーボネート、フルオロアルキル置換カーボネート、ハイドロフルオロエーテル、またはフルオロアルキル置換エーテル、およびこれらの混合物を含む、
請求項31記載の電気化学セル。 - 前記カーボネートは、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチル‐メチルカーボネート、またはジエチルカーボネート、およびこれらの混合物を含む、
請求項32記載の電気化学セル。 - 前記エーテルは、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、ビス(2‐メトキシエチル)エーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、1,2‐ジオキソラン、およびこれらの混合物を含む、
請求項32記載の電気化学セル。 - 前記フルオロ置換カーボネートは、モノフルオロエチレンカーボネート、ジフルオロエチレンカーボネート、またはこれらの混合物を含む、
請求項32記載の電気化学セル。 - 前記フルオロアルキル置換カーボネートは、メチル2,2,2トリフルオロエチルカーボネート、エチル2,2,2トリフルオロエチルカーボネート、またはこれらの混合物を含む、
請求項32記載の電気化学セル。 - 前記ハイドロフルオロエーテルは、2‐トリフルオロメチル‐3‐メトキシパーフルオロペンタン、2‐トリフルオロ‐2‐フルオロ‐3‐ジフルオロプロポキシ‐3‐ジフルオロ‐4‐フルオロ‐5‐トリフルオロペンタン、またはこれらの混合物を含む、
請求項32記載の電気化学セル。 - 前記非水性電解質は、イオン液およびリチウム塩を含み、前記イオン液は、イオン液カチオンおよびイオン液アニオンを含む、
請求項1から4までのいずれか1項記載の電気化学セル。 - 前記イオン液カチオンは、イミダゾリウム、アルキル置換イミダゾリウム、アンモニウム、ピリジニウム、ピロリジニウム、ホスホニウム、スルホニウム部分、またはこれらの混合物を含む、
請求項38記載の電気化学セル。 - 前記イオン液アニオンは、ヘキサフルオロリン酸、ビストリフルオロメタンスルホンアミド、トリフラート、テトラフルオロホウ酸、ジシアンアミド、ヨウ化物部分、またはこれらの混合物を含む、
請求項38記載の電気化学セル。 - 前記イオン液は、1‐エチル‐3‐メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1‐エチル‐3‐メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナート、1‐ブチル‐1‐メチルピロリジニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1‐ヘキシル‐3‐メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸、1‐エチル‐3‐メチルイミダゾリウムジシアンアミド、11‐メチル‐3‐オクチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸、またはこれらの混合物を含む、
請求項38記載の電気化学セル。 - 前記リチウム塩は、ヘキサフルオロリン酸リチウム、リチウムビストリフルオロメタンスルホンアミド、リチウムトリフラート、テトラフルオロホウ酸リチウム、ヨウ化リチウム、またはこれらの混合物を含む、
請求項38記載の電気化学セル。 - 前記リチウム塩の濃度は、0.1重量%から20重量%である、
請求項38記載の電気化学セル。 - 前記非水性電解質、ならびにリチウムイオン伝導性および電気絶縁性を有するセパレータ/電解質の化合物は、固体ポリマー電解質を含む、
請求項1から4までのいずれか1項記載の電気化学セル。 - 前記固体ポリマー電解質は、リチウム塩で錯化されたポリ(エチレンオキシド)を含む、
請求項44記載の電気化学セル。 - 前記リチウム塩は、ヘキサフルオロリン酸リチウム、リチウムビストリフルオロメタンスルホンアミド、リチウムトリフラート、テトラフルオロホウ酸リチウム、ヨウ化リチウム、またはこれらの混合物を含む、
請求項44記載の電気化学セル。 - 前記固体ポリマー電解質は、可塑化添加物を含む、
請求項44記載の電気化学セル。 - 前記可塑化添加物は、130℃超の1bar沸点を有する、
請求項47記載の電気化学セル。 - 前記可塑化添加物は、0.1重量%から50重量%の濃度で存在している、
請求項47記載の電気化学セル。 - 前記可塑化添加物は、オリゴマーエーテルを含む、
請求項47記載の電気化学セル。 - 前記オリゴマーエーテルは、ビス(2‐メトキシエチル)エーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、またはこれらの混合物を含む、
請求項50記載の電気化学セル。 - 前記可塑化添加物は、イオン液カチオンおよびイオン液アニオンを含むイオン液を含む、
請求項47記載の電気化学セル。 - 前記イオン液カチオンは、イミダゾリウム、アルキル置換イミダゾリウム、アンモニウム、ピリジニウム、ピロリジニウム、ホスホニウム、スルホニウム部分、またはこれらの混合物を含む、
請求項52記載の電気化学セル。 - 前記イオン液アニオンは、ヘキサフルオロリン酸、ビストリフルオロメタンスルホンアミド、トリフラート、テトラフルオロホウ酸、ジシアンアミド、ヨウ化物部分、またはこれらの混合物を含む、
請求項52記載の電気化学セル。 - 前記イオン液の濃度は、0.1重量%から30重量%までである、
請求項52記載の電気化学セル。 - 前記リチウムイオン伝導性および電気絶縁性を有するセパレータは、マイクロポーラスポリマーもしくは不織ポリマーまたはガラスファイバのセパレータである、
請求項1から4までのいずれか1項記載の電気化学セル。 - 前記ポリマーは、ポリオレフィン、セルロース、混合セルロースエステル、ナイロン、セロファン、ポリフッ化ビニリデンまたはガラスファイバを含む、
請求項56記載の電気化学セル。 - 電気的に直列接続された2つ以上のバイポーラセルを含む電気化学バッテリであって、
各バイポーラセルは、請求項1から4までのいずれか1項記載の電気化学セルを含む、
バッテリ。 - 前記非水性電解質は、ゲル電解質である、
請求項58記載のバッテリ。 - 前記非水性電解質は、固体ポリマー電解質である、
請求項58記載のバッテリ。 - 前記ゲル電解質は、リチウム塩、有機溶剤、および該溶剤に可溶のポリマーを含む、
請求項58記載のバッテリ。 - 前記ゲル電解質は、少なくとも5Paの降伏応力を有する、
請求項58記載のバッテリ。 - 前記ポリマーの濃度は、0.1重量%から50重量%である、
請求項60記載のバッテリ。 - 前記ポリマーは、有機溶剤である、
請求項60記載のバッテリ。 - 前記ポリマーは、極性を有する、
請求項60記載のバッテリ。 - 前記ポリマーは、ポリ(エチレンオキシド)、ポリアクリレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリ(ビニリデンフルオリド‐コ‐ヘキサフルオロプロピレン)、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン‐コ‐アクリロニトリル、ポリアクリルアミド、ポリビニルアセテート、ポリウレタン、またはこれらの混合物を含む、
請求項60記載のバッテリ。 - 前記ゲル電解質は、イオン液、リチウム塩、および前記イオン液に可溶のポリマーを含む、
請求項59記載のバッテリ。 - 前記ポリマーの濃度は、0.1重量%から30重量%である、
請求項67記載のバッテリ。 - 前記イオン液は、イミダゾリウム、アルキル置換イミダゾリウム、アンモニウム、ピリジニウム、ピロリジニウム、ホスホニウム、スルホニウム部分、またはこれらの混合物のカチオンを含む、
請求項67記載のバッテリ。 - 前記イオン液は、ヘキサフルオロリン酸、ビストリフルオロメタンスルホンアミド、トリフラート、テトラフルオロホウ酸、ジシアンアミド、ヨウ化物、またはこれらの混合物を含むアニオンを含む、
請求項67記載のバッテリ。 - 前記固体ポリマーの降伏応力点は、5Pa超である、
請求項60記載のバッテリ。 - 前記ポリマーは、有機極性固体である、
請求項60記載のバッテリ。 - 前記固体ポリマー電解質は、リチウム塩で錯化されたポリ(エチレンオキシド)を含む、
請求項60記載のバッテリ。 - 前記リチウム塩は、ヘキサフルオロリン酸リチウム、リチウムビストリフルオロメタンスルホンアミド、リチウムトリフラート、テトラフルオロホウ酸リチウム、ヨウ化リチウム、またはこれらの混合物を含む、
請求項73記載のバッテリ。 - 前記電解質は、可塑化添加物を含む固体ポリマー電解質である、
請求項60記載のバッテリ。 - 前記可塑化添加物は、0.1重量%から50重量%の濃度で存在している、
請求項75記載のバッテリ。 - 前記可塑化添加物は、130℃超の1bar沸点を有する、
請求項75記載のバッテリ。 - 前記可塑化添加物は、オリゴマーエーテルを含む、
請求項75記載のバッテリ。 - 前記オリゴマーエーテルは、ビス(2‐メトキシエチル)エーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、またはこれらの混合物を含む、
請求項78記載のバッテリ。 - 前記可塑化添加物は、カチオンおよびアニオンを含むイオン液を含む、
請求項75記載のバッテリ。 - 前記イオン液の濃度は、1重量%から30重量%までの範囲にある、
請求項80記載のバッテリ。 - 前記カチオンは、イミダゾリウム、アルキル置換イミダゾリウム、アンモニウム、ピリジニウム、ピロリジニウム、ホスホニウム、スルホニウム部分、およびこれらの混合物を含む、
請求項80記載のバッテリ。 - 前記アニオンは、ヘキサフルオロリン酸、ビストリフルオロメタンスルホンアミド、トリフラート、テトラフルオロホウ酸、ジシアンアミド、ヨウ化物部分、またはこれらの混合物を含む、
請求項80記載のバッテリ。 - 請求項1から4までのいずれか1項記載の電気化学セルを含む、無線通信デバイス。
- 請求項58記載の電気化学バッテリを含む、無線通信デバイス。
- 請求項1から4までのいずれか1項記載の電気化学セルを含む、リモートセンサ。
- 請求項58記載のバッテリを含む、リモートセンサ。
- 請求項1から4までのいずれか1項記載の電気化学セルまたは請求項58記載のバッテリを含む、IoTデバイス。
- 10年以上にわたって2V以下、任意に1V以下の安定した電圧を要する電気デバイスにおいて使用される、請求項1から4までのいずれか1項記載の電気化学セル。
- 前記非水性電解質が、標準温度および圧力で5mmHg未満、任意に標準温度および圧力で0.2mmHg未満の蒸気圧を有する、
請求項89記載の電気化学セル。 - 前記カソードは、スズおよびアンチモンの合金を含み、
当該アンチモンは、合金中、0.1原子%から88原子%、任意に1原子%から5原子%で存在している、
請求項89記載の電気化学セル。 - 前記リチウムアノードは、リチウム金属箔を含む、
請求項89記載の電気化学セル。 - 前記リチウム金属箔には、実質的に自然酸化膜が存在しない、
請求項92記載の電気化学セル。 - 前記リチウム金属箔は、研磨剤粉末およびポリマーでコーティングされている、
請求項92記載の電気化学セル。 - 前記リチウム金属箔は、空気中でのカレンダ加工により形成されており、
前記カレンダ加工の圧力は、10psi超、任意に50psi超、任意に100psi超である、
請求項94記載の電気化学セル。 - 前記リチウム金属箔は、研磨剤粉末、任意にアセチレンブラック、任意にグラフェンおよび任意にポリマーでコーティングされており、その後、空気中でカレンダ加工されている、
請求項92記載の電気化学セル。 - 前記研磨剤粉末、アセチレンブラック、グラフェンおよびポリマーの重量比は、それぞれ約60/5/15/20である、
請求項96記載の電気化学セル。 - 前記研磨剤粉末は、サブミクロンホウ素を含み、前記ポリマーはポリフッ化ビニリデンである、
請求項96記載の電気化学セル。 - 10年以上にわたって1V以下の安定した電圧を要する電気デバイスに給電する方法であって、請求項1から4までのいずれか1項記載の電気化学セルを電気化学デバイスに電気的に接続するステップを含む、
方法。 - 前記非水性電解質が、標準温度および圧力で5mmHg未満、任意に標準温度および圧力で0.2mmHg未満の蒸気圧を有する、
請求項99記載の方法。 - 前記カソードは、スズおよびアンチモンの合金を含み、
当該アンチモンは、合金中、0.1原子%から88原子%、任意に1原子%から5原子%で存在している、
請求項99記載の方法。 - 前記リチウムアノードは、リチウム金属箔を含む、
請求項99記載の方法。 - 前記方法はさらに、電気的に接続する前記ステップの前に、無酸素の雰囲気下で前記リチウム金属箔を研磨することを含む、
請求項102記載の方法。 - 前記方法はさらに、前記リチウム金属箔を、研磨剤粉末およびポリマーでコーティングし、その後、当該リチウム金属箔を、カレンダ加工の圧力を用いて空気中でカレンダ加工することを含む、
請求項102記載の方法。 - 前記カレンダ加工の圧力は、10psi超、任意に50psi超、任意に100psi超である、
請求項104記載の方法。 - 前記方法はさらに、前記リチウム金属箔を、研磨剤粉末、アセチレンブラック、グラフェンおよびポリマーでコーティングし、その後、当該リチウム金属箔を空気中でカレンダ加工することを含む、
請求項102記載の方法。 - 前記研磨剤粉末、アセチレンブラック、グラフェンおよびポリマーの重量比は、それぞれ約60/5/15/20である、
請求項106記載の方法。 - 前記研磨剤粉末は、サブミクロンホウ素を含み、前記ポリマーはポリフッ化ビニリデンである、
請求項106記載の方法。 - 前記リチウムアノードは、金属リチウム、リチウム化炭素、リチウム‐アルミニウム合金、リチウム‐スズ合金またはリチウム化ケイ素を含む、
請求項1から108までのいずれか1項記載のセルまたはバッテリまたは方法またはデバイス。
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