JP2022514452A - 改良されたアノード材料および再充電可能な電池用のアノード、それらの製造方法、およびそれらから作製された電気化学セル - Google Patents

Abstract

電気化学セルのアノード材料はマトリックス材料：分散材料複合体を含み、これは１種又は数種のアルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属を含む。分散材料は、遷移金属及び／又はポスト遷移金属等の、マトリックス材料の金属以外の金属を含み得る。アノード材料は、電気化学セル用のアノードの全部又は一部であり得、集電体及び／又はＳＥＩ層を更に含み得る。電解質は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属及び／又はポスト遷移金属の電解質塩を含み得る。マトリックス材料及び／又は分散材料は、電解質塩の１種又は数種の金属を含み得る。アノードの全部又は一部は、充電中に１種又は数種のマトリックス材料を電着するための基板として、及び／又は放電中にマトリックス材料の供給源として使用することができる。電解質は、１種又は数種の電解質添加剤を更に含み得る。アノード材料は、マトリックス材料と分散材料を混合し、加熱してマトリックス材料を選択的に溶融し、マトリックス材料：分散材料複合体を製造することで製造することができる。複合材料は、分散材料の大きさの縮小、及び／又はマトリックス材料：分散材料複合体の均質性の向上のために、更に化学的又は機械的に処理することができる。アノード材料、アノード又は電気化学セルは装置で使用することができる。

Description

本発明は、再充電可能な電気化学電池セルに関する。特に、本発明は、金属マトリックスに基づく電極の調製に関するものであり、コスト、寿命、およびエネルギー密度の観点から、電気化学セルの電池化学的改善を可能にする。

高性能、長寿命、低コストの電池は、電気自動車や電力網のエネルギー貯蔵など、多くの用途に有利である。

電池技術の分野では、電着金属アノードで動作する電池を開発するための集中的な研究が行われている。リチウムとともに、ナトリウムに基づく金属アノードは、あらゆるアノード材料の中で最も高い理論的重量容量を提供する。たとえば、ナトリウムの重量容量は１１００ｍＡｈ／ｇを超えており、Ｎａ＋／Ｎａ電対の標準水素電極に対して－２．７Ｖの電位がある。さらに、金属アノードは、材料を帯電状態から放電状態に移行させるためにイオンの固体拡散を必要とせず、単に金属の表面への、または金属の表面からのイオンの堆積／溶解の成功のみを必要とする。結果として得られる金属アノードは、体積的にコンパクトであり、現在の電池アノードにおける電解質で満たされた粒子間（インターカレーション）スペースを必要としない。

上記の技術的理由と、ナトリウムが豊富で低コストであることから、ナトリウム金属アノードに基づく電池は特に非常に望ましいものである。しかしながら、電池セルの組み立て時のアルカリ土類、特に金属ナトリウムおよびリチウムを含むアルカリ金属の高い周囲反応性は、今日まで特にアルカリ金属、より具体的には金属ナトリウムアノードの使用を妨げてきた。

別のアプローチは、イオンの電着のための基板として空気安定性集電体を使用する、電池セルの放電状態の組み立てである。出版物の中には、１００％に非常に近いクーロン効率でナトリウムの堆積とサイクルを達成するための適切な方法を特定したと主張しているものがあるが、公知の研究にはいまだに以下の大きな欠点がある：非現実的に高価な電解質組成、非現実的に複雑な基板調製、出版された基板調製の実験手順の非再現性、または出版物において主張されているクーロン効率のデータの非再現性。これが、これまでに放電状態で組み立てられた金属アノードに基づく、対応する電池の製造が存在しない理由である。したがって、金属、特に金属リチウムおよびナトリウムの効率的な電着および剥離のための、費用効率の高い製造が可能なアノード基板が大いに必要とされている。開示されたアノード材料、アノードおよびアノードの製造方法により、電気化学セルの組み立てを乾燥した室内または屋外環境でさえ実施することが可能になる。そのようなアノードの開発の成功は、商業および産業にとって有益である。

電気化学セル用のアノード材料が開示されている。アノード材料は、マトリックス材料：分散材料複合体を含み得る。アノード材料は、マトリックス材料：分散材料複合体のみを含み得る。マトリックス材料は、１種または数種のアルカリ金属を含み得る。マトリックス材料は、１種または数種のアルカリ土類金属を含み得る。マトリックス材料は、１種または数種の金属性のアルカリ金属を含み得る。マトリックス材料は、１種または数種の金属性のアルカリ土類金属を含み得る。マトリックス材料は、１種または数種の実質的に純粋なアルカリ金属を含み得る。マトリックス材料は、１種または数種の実質的に純粋なアルカリ土類金属を含み得る。マトリックス材料は合金を含み得る。分散材料は、金属を含み得る。分散材料は、金属性の金属を含み得る。分散材料は、実質的に純粋な金属を含み得る。分散材料は、実質的に純粋な金属の合金を含み得る。分散材料の金属は、マトリックス材料とは異なる場合がある。マトリックス金属または複数のマトリックス金属および／または分散金属または複数の金属は、金属であり得る。マトリックス材料の金属および／または分散材料の金属は、実質的に純粋な金属または実質的に純粋な金属の合金であり得る。分散材料は、１種または数種の遷移金属を含み得る。分散材料は、１種または数種のポスト遷移金属を含み得る。分散材料は、１種または数種の金属性の遷移金属を含み得る。分散材料は、１種または数種の金属性のポスト遷移金属を含み得る。分散材料は、１種または数種の実質的に純粋な遷移金属を含み得る。分散材料は、１種または数種の実質的に純粋なポスト遷移金属を含み得る。分散材料は、遷移金属および／または実質的に純粋なポスト遷移金属の合金を含み得る。分散材料は、金属性の遷移金属および／または金属性のポスト遷移金属の合金を含み得る。分散材料は、実質的に純粋な遷移金属および／または実質的に純粋なポスト遷移金属を含み得る。アノード材料物質は、単一のアルカリ金属および／またはアルカリ土類金属、および単一の遷移金属および／またはポスト遷移金属を含み得る。アノード材料物質は、単一の金属性のアルカリ金属および／または金属性のアルカリ土類金属、および単一の金属性の遷移金属および／または金属性のポスト遷移金属を含み得る。アノード材料物質は、単一の実質的に純粋なアルカリ金属および／または実質的に純粋なアルカリ土類金属、および単一の実質的に純粋な遷移金属および／または実質的に純粋なポスト遷移金属を含み得る。アルカリ金属は、リチウム、カリウム、および／またはナトリウム、およびそれらの任意の混合物または組み合わせを含み得る。１種または数種のポスト遷移金属は、アルミニウム、ガリウム、インジウム、スズ、および／または鉛、およびそれらの任意の混合物または組み合わせを含み得る。マトリックス材料は、分散材料よりも低い融点を有する可能性がある。マトリックス材料は、分散材料よりも高い蒸気圧を有する可能性がある。マトリックス材料は、リチウムまたはナトリウムであり得る。マトリックス材料は、金属リチウムまたはナトリウムであり得る。マトリックス材料は、実質的に純粋なリチウムまたはナトリウムであり得る。分散材料はアルミニウムであり得る。分散材料は、金属性のアルミニウムであり得る。分散材料は、実質的に純粋なアルミニウムであり得る。

電気化学セル用のアノードが開示されている。アノードは、開示されたアノード材料を含み得る。アノードは、集電体および／またはＳＥＩ層をさらに含み得る。集電体は、１種または数種の導電性材料を含み得る。

電気化学セルが開示されている。本発明の電気化学セルは、再充電可能な電気化学セルであり得る。電気化学セルは、開示されたアノードを含み得る。電気化学セルは、カソードをさらに含み得る。電気化学セルは、電解質をさらに含み得る。電解質は、少なくともその一部がアノードとカソードとの間に位置し得る。電解質は有機電解質であり得る。電解質は無機電解質であり得る。電解質は、有機電解質および／または無機電解質の任意の混合物または組み合わせであり得る。電解質は、物質の任意の状態にあってもよい。電解質は、ＮＨ_３、ＳＯ_２、エーテル、炭酸塩、またはニトリル溶媒に基づく電解質、またはそれらの任意の混合物または組み合わせであり得る。電解質は、アルカリ金属および／またはアルカリ土類金属を含む電解質塩を含み得る。電解質は、電解質塩を含む遷移金属および／またはポスト遷移金属を含み得る。マトリックス材料は、電解質塩中の１種または数種の金属を含み得る。分散材料は、電解質塩の１種または数種の金属を含み得る。電解質塩の金属はＮａであり得る。電解質塩の金属はＡｌであり得る。電解質は、アルカリ金属および／またはアルカリ土類金属および／または遷移金属および／またはポスト遷移金属を含む塩を含み得る。アノード材料の１種または数種の金属は、電気化学的に活性であり得る。電解質塩の１種または数種の金属は、マトリックス材料および／または分散材料であり得る。マトリックス材料および／または分散材料は、電気化学的に活性であり得る。電解質塩中の１種または数種の金属は、電気化学的に活性なアノード材料であり得る。アルカリ金属がＮａであり得、電解質塩および／またはアノード材料のポスト遷移金属がＡｌであり得る。電解質塩の金属は、ＮａおよびＡｌであり得る。電解質塩は、ＮａＡｌＣｌ_４であり得る。電解質はＮａＡｌＣｌ_４・ＸＳＯ_２であり得、本明細書でｘは任意の正の実数であり得る。アノードの全部または一部は、充電中に１種または数種のマトリックス材料を電着するための基板として使用することができる。アノードの全部または一部は、放電中のマトリックス材料の供給源として使用することができる。電解質は、１種または数種の電解質添加剤をさらに含み得る。電解質添加剤は、ハロゲン化電解質添加剤を含み得る。ハロゲン化電解質添加剤は、トリフルオロメタンスルホニルクロリド（ＣＦ_３ＳＯ_２Ｃｌ）、塩化チオニル（ＳＯＣｌ_２）、ＳｎＣｌ_４、および／または炭酸フルオロエチレン（４－フルオロ－１，３－ジオキソラン－２－オン）またはそれらの任意の混合物または組み合わせを含み得る。本発明によれば他のハロゲン化電解質添加剤を含む他の電解質添加剤が可能である。ハロゲン化電解質添加剤は、任意のハロゲン含有分子であり得る。前記ハロゲン含有分子は、電解質に可溶であり得る。前記ハロゲン含有分子は、アノードおよび／またはカソードの表面で化学反応する可能性がある。前記ハロゲン含有分子は、アノードおよび／またはカソードの表面でのＳＥＩの形成に関与し得る。カソードは、陽イオンのインターカレーションが可能なカソード材料を含み得る。カソードは、変換反応可能なカソード材料を含み得る。カソードは、カソード液を含み得る。カソードは、前記カソード材料のいずれかの任意の混合物または組み合わせを含み得る。本発明によれば、他のカソードが可能である。開示されたアノード材料を製造するための方法が記載されている。この方法は、マトリックス材料と分散材料とを混合し、混合物を加熱してマトリックス材料を選択的に溶融してマトリックス材料：分散材料複合体を製造する段階を含む。マトリックス材料の融点は、分散材料の融点よりも低くてもよい。加熱温度は、マトリックス材料の融点と分散材料の融点との間であり得る。マトリックス材料：分散材料複合体は、中間マトリックス材料：分散材料複合体であり得る。中間マトリックス材料：分散材料複合体は、マトリックス材料：分散材料複合体の特性を改善するために化学的または機械的に処理することができる。改善された特性は、分散材料の大きさの縮小および／またはマトリックス材料：分散材料複合体の均一性の増加であり得る。

変換反応可能なカソード材料は、遷移金属：ハロゲン化合物を含み得る。遷移金属：ハロゲン化合物の遷移金属は、Ｃｕであり得、および／または遷移金属：ハロゲン化合物のハロゲンはＦであり得る。遷移金属：ハロゲン化合物の遷移金属は、ＣｕＦ_２であり得る。

電解ＮａＡｌＣｌ_４・ＸＳＯ_２の正の実数ｘは好ましくは０．１から３２、より好ましくは０．５から１６、より好ましくは０．８から８、より好ましくは１．１から４、より好ましくは１．３から２、より好ましくは１．４から１．６の間であり得る。本発明によれば、他の電解質、電解質溶媒、電解質塩および電解質濃度が可能である。本発明によれば、電解質は、本発明のアノードおよび／またはアノード材料と適合性のある任意の適切な電解質であり得る。

本発明によるセパレーターは、任意の適切なセパレーターであり得る。セパレーター材料の例には、ガラス、炭化水素、ポリマーまたはセラミックが含まれ、ガラス繊維、紙、セルロース、ポリプロペレン、ポリエチレン、アセチルセルロース、ＰＶＤＦ、ＰＴＦＥ、ＰＥＳ、ナイロン、混合セルロースエステル（ＭＣＥ）、ＰＥＴＥ、ポリエステル、ＰＥＥＫ、ＰＡＮも含まれるが、これらに限定されない。

開示されたアノード材料からアノードを製造するための方法が開示されている。この方法は、準備されたアノード材料を基板上に分散することを含み得る。アノード材料は、当技術分野で知られている任意の手段によって基板上に分散することができる。

この方法は、装置の製造に使用することができる。

開示されたアノード材料、開示されたアノードまたは開示された電気化学セルの使用が記載されている。開示されたアノード材料、開示されたアノードまたは開示された電気化学セルは、装置において使用され得る。装置は電気装置であってもよい。電気装置は、例えば、電子装置、電池または電池パック、モーターまたはアクチュエーター、エネルギー貯蔵装置、エネルギーまたは電力供給装置、電子車両、電動工具、または本発明のアノード材料、アノードまたは電気化学セルの手段によって生成される電圧および／または電流を使用することができる他の任意の装置を含み得る。

分散材料は、粒子の形態であり得る。粒子は、本発明によれば、物質の微小または微量の断片、あるいは小さな局在化した物体であって、そこに帰属する物理的または化学的特性、例えば組成、形状、形態または大きさ、がマトリックス材料とは異なるものを意味する。

本発明によれば、金属は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ランタニド、アクチニド、遷移金属、ポスト遷移金属およびそれらの合金を含み得る。本発明によると、金属は金属の合金を含む。

本発明の一実施形態によれば、複合材料は、ナトリウムおよびアルミニウム（ナトリウム：アルミニウム複合材料）を含み得る。マトリックス金属はナトリウムであり得る。分散材料はアルミニウムであり得る。分散材料は、粒子の形態であり得る。アルミニウム粒子は、ナトリウムマトリックス材料に分散していてもよい。粒子はフレークの形態であり得る。

本発明は、電池の発明におけるアノードの製造方法を開示している。これらのアノードは、充電状態で組み立てられた電池セル内の、例えばリチウムまたはナトリウムのようなアルカリ金属および／またはアルカリ土類金属の供給源として、または放電状態で組み立てられた電池セル内の、例えばリチウムまたはナトリウムのようなアルカリ金属および／またはアルカリ土類金属の堆積基質として使用され得る。

本発明の一実施形態によるアノード材料である。 アノードが少なくとも部分的に本発明のアノード材料を含む、本発明による電気化学セルである。 本発明のいくつかの実施形態による例示的なアノードである。 本発明のいくつかの実施形態による、アノードおよび自立型アノード材料フィルムを製造する例示的な手段である。 本発明のいくつかの実施形態による、自立型アノード材料フィルムからアノードを製造する例示的な手段である。 Ｎａ：Ａｌの質量比が１：１の例示的な好ましいアノード材料の写真である。 Ｎａ：Ａｌの質量比が１：１の例示的な好ましいアノード材料から製造された電極の写真である。 ＣｕＣｌ_２⇔ＣｕＣｌ＋ＮａＣｌ変換カソード、ＮａＡｌＣｌ_４・２ＳＯ_２電解質、および２つのバージョンのアノード、即ち、金属ナトリウム単体に対して、１：１の質量比のＮａ：Ａｌを有するＮａ：Ａｌ複合材料、を含む電池セルの、クーロン効率変化の比較。横軸はサイクル数を示し、縦軸の単位は効率％を示す。グラフＡとＢは、十分な効率が達成されたときの縮尺と、１００％に近い縮尺とをそれぞれが示している。 ＣｕＣｌ_２⇔ＣｕＣｌ＋ＮａＣｌ変換カソード、ＮａＡｌＣｌ_４・２ＳＯ_２電解質、および２つのバージョンのアノード、即ち、金属ナトリウム単体に対して、１：１の質量比のＮａ：Ａｌを有するＮａ：Ａｌ複合材料、を含む電池セルの、放電時間／放電容量変化の比較。横軸はサイクル数、縦軸の単位はｓ／μＡｈである。 ＣｕＣｌ_２⇔ＣｕＣｌ＋ＮａＣｌ変換カソード、ＮａＡｌＣｌ_４・２ＳＯ_２電解質、および２つのバージョンのアノード、即ち、金属ナトリウム単体に対して、１：１の質量比のＮａ：Ａｌを有するＮａ：Ａｌ複合材料、を含む電池セルの、⇔内部抵抗変化の比較。横軸はサイクル数、縦軸の単位はΩである。 ＣｕＣｌ_２⇔ＣｕＣｌ＋ＮａＣｌ変換カソード、ＮａＡｌＣｌ_４・２ＳＯ_２電解質、および２つのバージョンのアノード、即ち、金属ナトリウム単体に対して、１：１の質量比のＮａ：Ａｌを有するＮａ：Ａｌ複合材料、を含む電池セルの、⇔平均放電電圧変化の比較。横軸はサイクル数、縦軸の単位はＶである。 ＣｕＣｌ_２⇔ＣｕＣｌ＋ＮａＣｌ変換カソード、ＮａＡｌＣｌ_４・２ＳＯ_２電解質、および２つのバージョンのＮａＡｌＣｌ_４・２ＳＯ_２電解質、即ち、添加剤なしに対して、２重量％のＣＦ_３ＳＯ_２Ｃｌ添加剤使用、を含む電池セルの、⇔クーロン効率変化の比較。横軸はサイクル数を示し、縦軸の単位は効率％を示す。グラフＡとＢは、十分な効率が達成されたときの縮尺と、１００％に近い縮尺とをそれぞれが示している。 ＣｕＣｌ_２⇔ＣｕＣｌ＋ＮａＣｌ変換カソード、１：１の質量比のＮａ：Ａｌを有するＮａ：Ａｌ複合材料、および２つのバージョンのＮａＡｌＣｌ_４・２ＳＯ_２電解質、即ち、添加剤なしに対して、２重量％のＣＦ_３ＳＯ_２Ｃｌ添加剤使用、を含む電池セルの、放電時間／放電容量変化の比較。横軸はサイクル数、縦軸の単位はｓ／μＡｈである。 ＣｕＣｌ_２⇔ＣｕＣｌ＋ＮａＣｌ変換カソード、１：１の質量比のＮａ：Ａｌを有するＮａ：Ａｌ複合材料、および２つのバージョンのＮａＡｌＣｌ_４・２ＳＯ_２電解質、即ち、添加剤なしに対して、２重量％のＣＦ_３ＳＯ_２Ｃｌ添加剤使用、を含む電池セルの、内部抵抗変化の比較。横軸はサイクル数、縦軸の単位はΩである。 １：１の質量比のＮａ：Ａｌを有するＮａ：Ａｌ複合アノード、ＣＵＦ_２カソード、およびＮａＡｌＣｌ_４・１．５ＳＯ_２電解質で構築された再充電可能な電池の、サイクル数に対する放電容量。横軸はサイクル数、縦軸の単位はｍＡｈである。

本発明の詳細な実施形態について、添付の図面を参照しながら本明細書に開示する。

本発明による電気化学セルは、本発明によるアノード、カソード、および少なくともその一部がアノードとカソードとの間に位置する電解質を含み得る。電気化学セルは、アノードとカソードとの間にセパレーターをさらに含み得る。電気化学セルは、１種または数種の電荷担体（集電体）をさらに含み得る。アノードおよび／またはカソードは、集電体としても機能し得る。電気化学セルは、ハウジングをさらに含み得る。本発明の電気化学セルは、再充電可能な電気化学セルであり得る。電解質は、物質の任意の状態にあってもよい。電解質は、例えば、固体、液体、ガラスまたはゲルであり得る。

本発明による電気化学セルのアノードは、複合材料を含み得る。複合材料は、マトリックス材料および分散材料の形態であり得る。マトリックス材料は連続的であり得る（すなわち、材料全体にわたって連続的に接続されている）。分散材料は不連続である可能性がある（つまり、材料全体に分散しているか、連続的に接続されていない）。マトリックス材料は、金属単体または２つ以上の金属の合金であり得る。分散材料は、金属単体または金属の合金であり得る。金属は金属性の金属であり得る。金属は実質的に純粋な金属であり得る。合金は、金属性のまたは実質的に純粋な金属の合金であり得る。分散材料は、回転楕円体、フレーク、棒、多面体、または他の任意の形態または形態の組み合わせ（本明細書では「粒子（単数）」または「粒子（複数）」と呼ばれる）の形態であり得る。分散材料は、マトリックス材料中に分布または分散され得る。分散材料は、マトリックス材料中に実質的に均一に分散され得るか、またはマトリックス材料中に偏在され得る。粒子の大きさは、実質的に均一であっても、粒度分布があってもよい。粒子の大きさは、好ましくは０．１から１０００ミクロン、好ましくは０．１から１００ミクロン、より好ましくは０．１から５０ミクロン、そして最も好ましくは０．１から１０ミクロンの間であり得る。

本明細書で、金属性の金属とは、元素状態または原子状態にあるか、そうでなければ分子内で１種または数種の非金属原子と結合していない金属を意味する。金属性の金属の例には、電子が３次元非局在化状態にある金属が含まれる。本明細書での純金属とは、金属性の金属または金属性の金属の合金を高濃度で含む材料を意味する。本明細書で、高濃度とは、金属性の金属の質量分率が、好ましくは９０％を超え、より好ましくは９５％を超え、より好ましくは９８％を超え、より好ましくは９９％を超え、より好ましくは９９．５％を超え、より好ましくは９９．８％を超え、最も好ましくは９９．９％を超えることを意味する。本発明によれば、金属は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属および／またはポスト遷移金属を含み得る。アルカリ金属には、Ｌｉ、ＮａおよびＫが含まれるが、これらに限定されない。本発明によれば、他のアルカリ金属が可能である。アルカリ土類金属には、Ｂｅ、Ｍｇ、ＣａおよびＳｒが含まれるが、これらに限定されない。本発明によれば、他のアルカリ土類金属が可能である。遷移金属には、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、およびＣｄが含まれるが、これらに限定されない。本発明によれば、他の遷移金属が可能である。遷移後の金属には、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、またはＳｎが含まれる。本発明によれば、他の遷移金属が可能である。

本発明の一実施形態によれば、複合材料は、ナトリウムおよびアルミニウム（ナトリウム：アルミニウム複合材料）を含み得る。マトリックス金属はナトリウム金属であり得る。分散材料は、アルミニウム金属であり得る。分散材料は、その形態または粒子であり得る。アルミニウム粒子は、ナトリウムマトリックス材料に分散していてもよい。粒子はフレークの形態であり得る。この実施形態では、フレークの形態のアルミニウム粒子の平均大きさは、１から１００ミクロンの間であり得る。平均フレークの大きさは２０ミクロン未満である可能性がある。本発明によれば、他の粒子形態および大きさが可能である。

マトリックス材料：分散材料複合体は、当技術分野で知られている任意の手段によって形成することができる。本発明による１つの方法によれば、マトリックス材料：分散材料複合体は、マトリックス材料と分散材料を混合し、混合物をマトリックス材料の融点より上であるが分散材料の融点より下に加熱して、連続したマトリックス材料と分散した分布材料粒子との複合材料を形成することによって調製される。マトリックス材料および分散材料の一方または両方は、粉末（すなわち、粒子の集合）の形態であり得る。複合材料は、その後、例えば、化学的または物理的手段により、例えば、モルタルミキサーで、例えば、モルタルによって、さらに処理され得る。

図１は、本発明の一実施形態によるアノード材料（１）を説明している。アノード材料（１）は、マトリックス材料（２）：分散材料（３）複合材料を含み得る。図２の断面図に示されるように、アノード材料（１）は、本発明による電気化学セルスタック（５）のアノード（４）の全部または一部を含み得る。電気化学セルスタック（５）は、カソード（６）をさらに含み得る。電気化学セルスタック（５）は、アノード（１）とカソード（６）との間にセパレーターまたはスペーサー（７）をさらに含み得る。アノード（４）および／またはカソード（６）は、アノード（４）および／またはカソード（６）上の１種または数種の固体電解質界面（ＳＥＩ）層（８）をさらに含み得る。セルスタック（５）は、アノード（４）とカソード（６）との間に少なくとも部分的に電解質（図示せず）をさらに含み得る。

カソード（６）は、陽イオンのインターカレーションが可能なカソード材料、変換反応可能なカソード材料、および／またはカソード液を含むがこれらに限定されない、任意の適合性のあるカソード材料を含み得る。本発明によれば、他のカソード材料が可能である。本明細書で、陽イオンのインターカレーション対応カソード材料とは、注入および離脱する陽イオンと電子の濃度がホスト材料の分子結晶構造を変化させることなく変化する材料を意味する。本明細書で、変換反応対応カソード材料とは、注入および離脱する陽イオンと電子の濃度がホスト材料の分子結晶構造の変化に伴って変化する材料を意味する。本明細書で、カソード液は、液体状態の可逆変換反応可能なカソード材料を意味する。

本発明による適切なカソードは、遷移金属：ハロゲン化合物を含み得る。遷移金属：ハロゲン化合物は、カソードの活物質であり得る。遷移金属：ハロゲン化合物は、カソードのその活物質であり得る。遷移金属の遷移金属：ハロゲン化合物は、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、Ｏ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｒｆ、Ｄｂ、Ｓｇ、Ｂｈ、Ｈｓ、Ｍｔ、Ｄｓ、Ｒｇおよび／またはＣｎおよび／またはそれらの任意の組み合わせであり得る。遷移金属のハロゲン：ハロゲン化合物は、例えば、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、および／またはＩおよび／またはそれらの任意の組み合わせであり得る。遷移金属は、Ｃｕを含み得、ハロゲンは、Ｆを含み得る。遷移金属：ハロゲン化合物は、遷移金属およびハロゲンとして、それぞれ、ＣｕおよびＦを含み得る。遷移金属を含むＣｕおよびＦ：ハロゲン化合物は、ＣｕＦ_２活物質を含み得る。カソードおよび／またはカソード材料は、導電性添加剤をさらに含み得る。導電性添加剤は、導電性材料を含み得る。導電性材料は、金属または金属材料であり得る。金属および／または導電性材料は、炭素を含み得る。炭素含有添加剤は、炭素添加剤であり得る。金属導電性添加剤は、ナノ材料であり得る。導電性添加剤は、チューブ、ワイヤー、ボールまたはフレークの形態であり得る。導電性添加剤は、炭素またはその同素体および／または金属を含み得る。導電性添加剤は、導電性の高アスペクト比粒子の形態であり得る。導電性添加剤を含む金属および／または炭素は、ナノチューブ（例えば、カーボンナノチューブ）、ナノワイヤー（例えば、金属ナノワイヤー）、ナノボール（例えば、フラーレン）、ナノフレーク（例えば、グラフェンまたはグラファイト）、またはそれらのハイブリッドまたは組み合わせ（例えば、カーボンナノバッド）、ケッチェンブラック、ハードカーボン、ナノファイバー、活性炭、還元型酸化グラフェンおよびそれらの任意の組み合わせであり得る。

カソードおよび／またはカソード材料における（遷移金属：ハロゲン化合物）：（導電性添加剤）の質量比、例えば、ＣｕＦ_２：導電性炭素添加剤は、２０：１から１：１０、より好ましくは１５：１から１：４、より好ましくは１０：１から１：２、より好ましくは７：１から１：１、より好ましくは５：１から３：１またはそれらの任意の組み合わせであり、最も好ましくは約４：１である。

本発明によれば、他のカソード、カソード材料、活物質、導電性添加剤、炭素および質量比が可能である。

図３は、本発明によるアノード（４）の様々な例示的な実施形態を断面で説明している。実施形態３Ａに示されるように、アノード（４）は、マトリックス材料（２）および分散材料（３）を含むアノード材料（１）のみで作製され得る。この場合、アノード材料は、アノード集電体（９）としても機能し得る。実施形態３Ｂから３Ｅに示されるように、アノード材料（１）は、別個のアノード集電体（９）上および／または内部に堆積され得る。集電体（９）は、例えば、充電および／または放電および／または電気化学セル（５）の貯蔵電圧および／または電流の下で、アノード材料（１）および／または電解質（図示せず）と適合性のある任意の適切な導電性材料を含み得る。集電体（９）は、例えば、図３のＢおよび３Ｃに示されるように、集電体材料の箔またはフィルムの形態であり得る。アノード材料（１）は、図３のＢに示されるように、集電体（９）の片側にあり得、または図３のＣに示されるように、集電体（９）の両側にあり得る。アノード集電体（９）は、例えば図３のＤおよび図３のＥに示されるように、アノード集電体材料の、例えば、メッシュ、有孔箔、織り、または間隙または空間を含む他の形態などの開放構造の形態であり得る。このような場合、アノード材料（１）は、アノード集電体（９）の開放構造の空隙を完全にまたは部分的に満たすように配置することができる。アノード材料（１）は、図３のＤに示されるように、集電体（９）の片側にあり得、または図３のＥに示されるように、集電体（９）の両側にあり得る。

本明細書に開示されるアノード材料は、放電状態で組み立てられた電気化学セルにおける金属性金属の電着のための集電体基板として、または帯電状態で組み立てられた電気化学セルにおける帯電状態の金属性金属電極として使用され得る。

別個のアノード集電体（９）の材料は、任意の適切な導電性材料であり得る。本明細書で、導電性材料とは２０℃で約１×１０^５σ（Ｓ／ｍ）より大きい電気伝導度を有する物質を意味する。導電性材料の例には、金属材料が含まれる。金属材料には、電子が３次元の非局在化状態にある材料が含まれる。金属材料の例には、金属が含まれ得る。金属の例には、Ｈｇ、Ｄｙ、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｔｍ、Ｎｄ、Ｙ、Ｓｃ、Ｌｕ、Ｐｏ、Ａｍ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｂ、Ｆｒ、Ｂａ、Ｈｆ、Ａｓ、Ｙｂ、Ｕ、Ｐｂ、Ｃｓ、Ｖ、Ｐａ、Ｒｅ、Ｔｌ、Ｔｈ、Ｔｃ、Ｇａ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｒｂ、Ｓｎ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｌｉ、Ｏｓ、Ｉｎ、Ｒｕ、Ｃｄ、Ｋ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ、Ｉｒ、Ｎａ、Ｒｈ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂｅ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、およびそれらの混合物、合金、またはそれらの組み合わせが含まれ得る。金属材料には、炭素の同素体が含まれる場合がある。炭素の同素体には、ダイヤモンド、グラファイト、グラフェン、無定形炭素、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノバッドおよびガラス状炭素、カーボンナノフォーム、ロンズデーライト、カルビン、またはその他の炭素の同素体および／またはそれらの任意の組み合わせが含まれる。本発明によれば、他の金属材料が可能である。適切な集電体材料の選択は、例えば、電池組成、電解質に関する化学的および電気化学的安定性、充電電圧および／または充電および／または放電電流の詳細に依存する。

マトリックス材料：分散材料複合体アノード材料は、当技術分野で知られている任意の手段によって調製することができる。調製の１つの方法は、マトリックス材料と分散材料粒子の混合物を、マトリックス材料の融点より上であるが分散材料の融点より下で加熱して、マトリックス材料：分散材料複合体を作成することである。次に、複合材料を処理して、粒子の大きさや複合材料の均一性などの材料特性を向上させることができる。これは、当技術分野で知られている任意の手段によって、例えば、モルタルミキサーでモルタル化することによって、行うことができる。本発明によれば、任意の加熱および／または処理時間が可能である。好ましくは、処理時間は、１分から１０００分、より好ましくは２分から１００分、そして最も好ましくは５分から５０分の間である。加熱および／またはモルタル処理は、任意の適切な雰囲気下で実施することができる。好ましくは、雰囲気は、マトリックス材料および分散材料の一方または両方に対して不活性である。例には、アルゴンおよび窒素雰囲気が含まれるが、これらに限定されない。マトリックス材料：分散材料の混合物の質量比は、任意の定義された比率であり得る。比率は、好ましくは、１００：１から１：１００、より好ましくは５０：１から１：５０、より好ましくは２０：１から１：２０、より好ましくは１０：１から１：１０、より好ましくは５：１から１：５、より好ましくは３：１から１：３、より好ましくは２：１から１：２、そして最も好ましくは１．１：１から１：１．１の間である。

アノード材料（１）は、アノード（４）を作成するために当技術分野で知られている任意の手段によって処理することができる。例としては、ニップ、ディップコーティング、カレンダー成形、油圧プレスなどによる圧延がある。本発明によるアノード（１）を形成する例示的な手段は、図４に示されている。図４のＡに示されるように、アノード材料（１）は、ニップ（１０）を通して出され、アノード（４）のいずれかを形成し得る。ここで、アノード（４）は、集電体（９）または自立型アノード材料フィルム（１２）でもある。図４のＢに示されるように、アノード材料（１）は、ニップ（１０）を通して引き出されて、集電体（９）と共に、別個のアノード材料（１）および集電体基板（９）を含むアノード（４）を形成し得る。図４のＣに示されるように、アノード材料（１）は、ニップ（１０）を通して引き出されて、集電体（９）と共に、集電体基板（９）の両側の２つの層に別個のアノード材料（１）を含むアノード（４）を形成し得る。図５は、図４またはその他の方法で製造された自立型アノード材料フィルム（１２）を、集電体（９）基板と組み合わせて、１つまたは２つの自立型アノード材料フィルム（１２）を積層ニップ（１１）に通すことにより片面（図５のＡ）または両面（図５のＢ）アノード（４）を形成する方法を示している。

驚くべきことに、ハロゲン化電解質添加剤を使用すると、本明細書に開示されるマトリックス材料：分散材料複合体アノードの電気化学性能がさらに改善され得ることが発見された。本明細書で、ハロゲン化電解質添加剤は、電解質に可溶であり、アノードまたはカソード表面で化学反応するハロゲン含有分子として定義される。本発明によれば、任意のハロゲン化電解質添加剤を使用することができる。本明細書でハロゲン化とは、分子内にハロゲンが含まれていることを意味する。ハロゲンには、Ｆｌ、Ｃｌ、Ｂｒ、およびＩが含まれるが、これらに限定されない。

本方法の一実施形態では、ナトリウム：アルミニウム複合アノード材料は、最初にナトリウム金属とアルミニウムフレークの粉末を混合し、ナトリウムの融点（９８℃）より上であるがアルミニウムの融点（６６０℃）より下の温度でナトリウムとアルミニウムフレークの混合物を加熱することによって調製されている。この例では、温度は約１２０℃であった。この実施形態による混合物のナトリウム：アルミニウムの質量比は、約１：１であった。本発明のこの実施形態では、比率は、好ましくは５：１と１：５、より好ましくは３：１と１：３、より好ましくは２：１と１：２、そして最も好ましくは１．１：１と１：１．１の間である。次に、得られたＮａ：Ａｌ中間複合材料を、冷却中にモルタルミキサーで１０分間モルタル処理して、最終的な複合材料を作成した。この加熱およびモルタル処理は、金属ナトリウムに対して不活性であるアルゴン雰囲気下で実施された。

驚くべきことに、ナトリウムがその融点以下に冷えると、モルタル作用により、ナトリウム：アルミニウム混合物からフレーク状の外観を有する均質な複合材料が生成されることが発見された。得られた材料の外観を図６に示す。ナトリウムは他の材料の濡れが不十分である、つまり、ナトリウムは一般に分散に対する親和性が低いことが知られているため、この均質な複合材料の形成は驚くべきものである。得られたナトリウム：アルミニウム複合材料が周囲の大気に移されたとき、驚くべきことに、その大気中の安定性は普通のナトリウム金属の安定性よりも著しく高く、複合材料はその光沢のある金属の外観を保持した。乾燥した室内環境では、ナトリウム：アルミニウム複合材料は、電池電極の製造を可能にするほど十分に安定していることが判明した。ナトリウム：アルミニウム複合材料は、連続フィルムに圧搾ロールされるため、および／または集電体フィルムまたは集電体メッシュに積層するほど十分に柔らかいことが判明した。複合材料を室温よりも高いがナトリウムの融点よりも低い温度に温めると、その柔らかさはさらに増加することがわかった。この機械的特性により、本明細書に開示されているナトリウム：アルミニウム複合材料からの単純で費用効果の高い電極製造が可能になる。図７は、ナトリウム：アルミニウム複合材料をアルミニウムメッシュ集電体に押し込むことによって生成されたアノード電極を示している。

本明細書に開示されるアノード材料は、放電状態で組み立てられた電池セルにおける金属ナトリウム電着のための集電体基板として、または充電状態で組み立てられた電池セルにおける充電状態のナトリウム電極として使用され得る。

得られたアノードの電気化学的特性を、ＮａＡｌＣｌ_４・２ＳＯ_２電解質処方を含む電池セルで評価した。この電解質を評価のために選択した理由は、金属ナトリウムアノードの可逆サイクルを支持する、したがって、金属ナトリウム単体のアノードとの電気化学的比較が可能なためである。使用されたカソードは、Ｃｕ ＋ ２ＮａＣｌ活物質処方を含む放電状態のカソードであった。カソードをＣｕＣｌ_２の状態に充電した後、カソードをＣｕＣｌ_２⇔ＣｕＣｌ＋ＮａＣｌの変換反応に従ってサイクルさせた。金属Ｎａ単体のアノードに対する１：１の質量比のＮａ：Ａｌ複合アノードの電気化学性能は、電池サイクル中に次の３つのパラメーターを測定することによって評価した。ｉ）クーロン効率、ｉｉ）放電時間／放電容量比、およびｉｉｉ）セルの内部抵抗。図８から図１０に測定データを示す。図８からわかるように、平均クーロン効率はどちらの場合も同様である。ただし、クーロン効率の変動はＮａ：Ａｌ複合アノードの方が小さく、電極電解質界面がより安定していることを示している。放電プログラムは、一連の放電電流の減少で構成され、各段階は３．２Ｖの臨界電圧で終了する。放電時間が長いことはより低い電流に向かって放電が移行することを意味するため、このような放電プログラムでの放電時間は、電極電解質界面の抵抗に関係する。放電時間は、カソード容量の変化の影響を排除するために、カソードの放電容量で除算される。図９からわかるように、Ｎａ：Ａｌ複合アノードの放電時間は大幅に短く、電極電解質界面の抵抗が大幅に低いことを示している。セルの内部抵抗は、充電開始イベントと停止イベントでの電圧データの変化から推定される。図１０からわかるように、内部抵抗はＮａ：Ａｌ複合アノードの方が大幅に小さく、再び電極電解質界面の抵抗が大幅に低いことを示している。図１１からわかるように、平均放電電圧は、Ｎａ：Ａｌ複合アノードの場合と金属Ｎａアノードの場合とでほぼ同じである。したがって、本明細書で説明する性能の改善は、セルの電圧に関して不利ではない。要するに、これらのデータは、金属Ｎａ単体のアノードを含むセルと比べて改善された、本明細書に開示されたＮａ：Ａｌ複合アノードのセルの性能を証明している。

帯電状態で組み立てられたセルのアノードとして、Ｎａ：Ａｌ複合材料間の１：１の質量比の好ましい実施形態は、５５０ｍＡｈ／ｇの重量容量を備えた高密度アノードであり、標準水素電極に対して－２．７Ｖの電位で動作できる。放電状態で組み立てられたセルのアノード基板として、Ｎａ：Ａｌ複合アノード間の１：１の質量比の好ましい実施形態は、金属ナトリウムの堆積および剥離の非常に効率的で耐久性のあるアノードサイクルを支持する。どちらの場合も、電気化学性能は金属Ｎａ単体であるアノードの性能よりも優れている。本明細書に開示されるアノードを使用する電池セルは、乾燥した室内環境で組み立てることができる。

驚くべきことに、ハロゲン化電解質添加剤を使用すると、本明細書に開示されたＮａ：Ａｌ複合アノードの電気化学性能がさらに改善され得ることが発見された。Ｎａ：Ａｌ複合材料のアノード性能を、２つのバージョンのＮａＡｌＣｌ_４・２ＳＯ_２電解質、即ち、添加剤なしと、２重量％のＣＦ_３ＳＯ_２Ｃｌ添加剤を含有するものとで比較した。アノード性能は、電池のサイクル中に次の３つのパラメーターを測定することによって評価した。ｉ）クーロン効率、ｉｉ）放電時間／放電容量比、およびｉｉｉ）セルの内部抵抗。図１２から図１４に測定データを示す。図１２からわかるように、ＣＦ_３ＳＯ_２Ｃｌ添加剤含有電解質を有するセルのクーロン効率は、最初は１００％を超えており、電解質添加剤の消費を示している。ただし、約５０サイクル後、ＣＦ_３ＳＯ_２Ｃｌ添加剤含有電解質を有するセルのクーロン効率は１００％に非常に近く収束し、添加剤なしの電解質よりも優れたクーロン効率を示す。図１３から１４からわかるように、ＣＦ_３ＳＯ_２Ｃｌ添加剤含有電解質を有するセルでは、放電時間がわずかに短く、内部抵抗がわずかに低くなっており、電極－電解質界面の抵抗がわずかに低いことを示している。また、図１３と図１４から、ＣＦ_３ＳＯ_２Ｃｌ添加剤含有電解質の方が抵抗変動が小さく、電極－電解質界面がより安定していることを示している。要するに、これらのデータは、本明細書に開示されるＮａ：Ａｌ複合アノードのアノード性能が、１種または数種のハロゲン化電解質添加剤を使用することによってさらに強化され得ることを示している。長期的なサイクルの安定性もこのデータによって実証されている。

例示的な再充電可能なセルは、以下のセル構造を使用して、本発明の一実施形態に従って製造された。アノード電極は、ＮａとＡｌ金属の質量比が１：１のＮａ：Ａｌ複合材料で構成されていた。カソード電極はＣｕＦ_２と導電性炭素添加剤との間の質量比が４：１のＣｕＦ_２活物質を含んでいたが、本発明によれば、他のカソード、カソード材料、活物質、導電性添加剤、炭素および質量比が可能である。電極は、２．５ｃｍ^２の表面積を有していた。電解質はＮａＡｌＣｌ_４・１．５ＳＯ_２組成を有し、我々はガラス繊維セパレーターを使用したが、他の電解質、電解質組成物およびセパレーター材料が、本発明によれば可能である。図１５は、上記の例のサイクル数に対するセルの放電容量の関係を示している。１から７０サイクルは、カソード内のより大きなＣｕＦ_２粒子が徐々に活性化するため、放電容量が増加することを示している。セルは７０サイクル目に５日間休止させた。約７０サイクルから開始して、セルは安定した放電容量を示した。放電中の平均セル電圧は３．３５Ｖであった。このセルは、再充電可能なセルにおける本明細書に開示されたアノード構造の安定した動作を示している。

前述の例は、１種または数種の特定の用途における本発明の原理の例示であるが、当業者には、実施の形態、使用法、および詳細の多数の変更を、発明能力を行使することなく、および本発明の原理および概念から逸脱することなく行うことなく行うことができることが明らかである。したがって、以下に記載される特許請求の範囲による場合を除いて、本発明が限定されることを意図するものではない。

Claims (25)

1. 再充電可能な電気化学セル用のアノード材料（１）であって、前記アノード材料（１）がマトリックス材料：分散材料複合体を含み、前記マトリックス材料（２）が１種または数種の金属性アルカリ金属および／またはアルカリ土類金属を含む、アノード材料（１）。
2. 前記分散材料（３）が金属を含み、前記分散材料である金属がマトリックス材料（２）とは異なる、請求項１に記載のアノード材料（１）。
3. 前記分散材料（３）が１種または数種の遷移金属および／またはポスト遷移金属を含む、請求項１または２に記載のアノード材料（１）。
4. 前記アルカリ金属がリチウム、カリウムおよび／またはナトリウムを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のアノード材料（１）。
5. １種または数種の前記ポスト遷移金属がアルミニウム、ガリウム、インジウム、スズおよび／または鉛を含む、請求項１～５のいずれか一項に記載のアノード材料（１）。
6. 前記マトリックス材料（２）がナトリウムを含む、および／または前記分散材料（３）がアルミニウムを含む、請求項１～５のいずれか一項に記載のアノード材料（１）。
7. 電気化学セル（５）用のアノード（４）であって、前記アノード（４）が、請求項１～６のいずれか一項に記載のアノード材料（１）を含む、アノード（４）。
8. 前記アノード（４）が集電体（９）および／またはＳＥＩ層をさらに含む、請求項７に記載のアノード（４）。
9. カソード（６）と、請求項７または８に記載のアノード（４）と、少なくともその一部がアノード（４）とカソード（６）との間に位置する電解質とを含む、電気化学セル（５）。
10. 前記電解質が、ＮＨ_３、ＳＯ_２、エーテル、炭酸塩、またはニトリル溶媒に基づく電解質、またはそれらの任意の混合物または組み合わせである、請求項９に記載の電気化学セル（５）。
11. 前記電解質が、アルカリ金属および／またはアルカリ土類金属および／または遷移金属および／またはポスト遷移金属を含む電解質塩を含む、請求項９～１０のいずれか一項に記載の電気化学セル（５）。
12. 前記マトリックス材料（２）および／または前記分散材料（３）が、１種または数種の、前記電解質塩中の金属を含む、請求項９～１１のいずれか一項に記載の電気化学セル（５）。
13. 前記電解質塩中の金属がＮａおよびＡｌである、請求項９～１２のいずれか一項に記載の電気化学セル（５）。
14. 前記電解質塩がＮａＡｌＣｌ_４である、請求項１３に記載の電気化学セル（５）。
15. 前記電解質がＮａＡｌＣｌ_４・ｘＳＯ_２である、請求項９～１４のいずれか一項に記載の電気化学セル（５）。
16. 前記アノード（４）の全部または一部が、充電中に１種または数種のマトリックス材料の電着のための基板として使用される、および／または、アノード（４）の全部または一部が、放電中にマトリックス材料（２）の供給源として使用される、請求項９～１５のいずれか一項に記載の電気化学セル（５）。
17. 前記電解質が１種または数種の電解質添加剤をさらに含む、請求項９～１６のいずれか一項に記載の電気化学セル（５）。
18. 前記電解質添加剤がハロゲン化電解質添加剤を含む、請求項１７に記載の電気化学セル（５）。
19. 前記ハロゲン化電解質添加剤が、トリフルオロメタンスルホニルクロリド（ＣＦ_３ＳＯ_２Ｃｌ）、塩化チオニル（ＳＯＣｌ_２）、ＳｎＣｌ_４、および／または炭酸フルオロエチレン（４－フルオロ－１，３－ジオキソラン－２－オン）またはそれらの任意の混合物または組み合わせを含む、請求項１８に記載の電気化学セル（５）。
20. 前記カソード（６）が、陽イオンのインターカレーションが可能なカソード材料、変換反応可能なカソード材料、カソード液、またはそれらの任意の混合物または組み合わせを含む、請求項９～１９のいずれか一項に記載の電気化学セル（５）。
21. 前記変換反応可能なカソード材料が遷移金属：ハロゲン化合物を含む、請求項９～２０のいずれか一項に記載の電気化学セル（５）。
22. 前記遷移金属：ハロゲン化合物中の遷移金属がＣｕである、および／または前記遷移金属：ハロゲン化合物中のハロゲンがＦである、および／または前記遷移金属：ハロゲン化合物中の遷移金属がＣＵＦ_２である、請求項９～２１のいずれか一項に記載の電気化学セル（５）。
23. マトリックス材料（２）と分散材料（３）とを混合し、得られた混合物を加熱して前記マトリックス材料（２）を選択的に溶融し、マトリックス材料：分散材料複合体を製造する工程を含む、請求項１～６のいずれか一項に記載のアノード材料（１）を製造するための方法。
24. 前記マトリックス材料：分散材料複合体が中間マトリックス材料：分散材料複合体であり、前記中間マトリックス材料：分散材料複合体を化学的または機械的に処理して、前記分散材料（３）の大きさを縮小する、および／または前記マトリックス材料：分散材料複合体の均質性を高める、請求項２３に記載の方法。
25. 請求項１～６のいずれか一項に記載のアノード材料（１）、請求項７または８に記載のアノード（４）、あるいは請求項１１～２２のいずれか一項に記載の電気化学セル（５）の装置内における使用、および／または請求項２３または２４に記載の方法の、装置の製造における使用。

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