JP2022516205A - 高エネルギー電池用のイオン性液体ベースの電解質のためのシステム - Google Patents

Abstract

区画化されたセル内の化学薬品から電気エネルギーを生成する生成のためのシステムは、少なくとも１つのアノードおよび少なくとも１つのカソードを含む少なくとも２つの電極と、アノードおよびカソードを分離する少なくとも１つのセパレータと、イオン性液体電解質系とを有する。システムは、バッテリーまたはバッテリーシステムの１つまたは複数のセルであって良い。イオン性液体電解質系は、イオン性液体溶媒と、電解質の重量基準で少数側分量のイオン性液体溶媒を有する、エーテル共溶媒と、リチウム塩とを有する。好ましい変形例において、アノードはリチウム金属アノードであり、カソードは金属酸化物カソードであり、セパレータはポリオレフィンセパレータである。
【選択図】図１

Description

関連出願

この出願は、２０１８年１２月１４日に出願された米国仮出願第６２／７８０，０３９号および２０１８年１２月２１日に出願された米国仮出願第６２／７８４，０９５号の利益を主張し、これらは両方とも参照して全体として以下に組み込まれる。

政府の権利

この発明は、エネルギー省によって授与された受賞番号ＤＥ－ＳＣ００１８８５８および国立科学財団によって授与された受賞番号１７４７３７７の下で政府の支援を受けてなされた。政府はこの発明において一定の権利を有している。

この発明は、一般に、高エネルギー電池の分野に関連し、より具体的には、イオン性液体ベースの電解質のための新しく有用なシステムおよび方法に関する。

リチウムイオン（Ｌｉイオン）電池は、現代の技術の不可欠な構成要素であり、埋め込み型医療機器および電気自動車と同じくらい多様な機器に電力を供給する。しかし、リチウムイオン電池の性能は頭打ちになっている。それらの発明から２５年で、技術は非常に最適化され、性能は電池を構成する材料の基本的な限界に近づいている。２つの大きな欠点が、多くの既存および新興技術でのアプリケーションを制限または妨害している。

第一に、リチウムイオン電池は本質的にエネルギー密度が制限されている。セルレベルで３００Ｗｈ／ｋｇを超える比エネルギーを達成することは困難な場合がある。リチウム金属は、エネルギー密度を高めるために使用されてきたアノード材料の１つの選択肢である。ただし、有機炭酸塩溶媒に基づく従来のＬｉイオン電解質とＬｉ金属の反応性は、電解質の分解と枯渇、抵抗の増加、そして最終的には非常に短いサイクル寿命につながる。

第二に、従来の有機溶媒ベースのリチウム電池電解質の揮発性の性質は、従来のリチウムイオン化学であろうとリチウム金属化学であろうと、充電式リチウム電池の動作を非常に危険にする。内部で（たとえば、内部短絡、過充電、パンクなどのために）しきい値温度を超えて加熱されると、それらはほぼ瞬時に熱暴走になり、大量の熱とエネルギーを放出する。パックレベルの安全工学は、エネルギー密度と比エネルギーを３０％以上簡単に減らしてしまう。また、新しいバッテリー技術の開発プロセスにコストと時間が追加される。

したがって、高エネルギー密度電池分野では、安定した不燃性液体電解質に基づいて、好ましくは金属アノードを組み込んだ、そのような不燃性液体電解質に基づいて、新しく有用な充電式電池システムを作成する必要がある。この発明は、そのような新しく有用なシステムおよび方法を提供する。

好ましい実施例のシステムの模式図である。 市販のセルおよび好ましい実施例のシステムの放電エネルギーおよび電力のラゴンプロットである。 好ましい実施例の円筒形セルの１つの模式図である。 好ましい実施例の円筒形セルの第２の模式図である。 好ましい実施例のポーチセルの模式図である。 リチウム金属およびリチウム合金アノードについて、０．０９ｍＡ／ｃｍ^２での充電および放電の形成サイクル後のアノード表面の顕微鏡写真の画像表現を示す。 リチウム金属および１０重量％のＭｇＬｉ－Ｍｇ合金アノードのナイキストインピーダンスプロットである。 リチウム金属および１０重量％のＭｇＬｉ－Ｍｇ合金アノードについてのセルの最初のＣ／２０サイクルのプロットである。 他の非実施例の従来技術の電解質と比較した、好ましい実施例の電解質系１から４を示す。 好ましい実施例のイオン性液体溶媒の陽イオンおよび陰イオンの一般的な化学構造のリストである。 イオン性液体の例を示す。 線状および環状エーテルの一般的な化学構造を示す。 エーテルの例を示す。 フルオロエーテルの例を示す。 リン酸塩の一般的な化学構造および例を示す。 ２５℃での異なるＣレートでの５Ａｈポーチセルのサイクリング性能を示す。 ２５℃での異なるＣレートでの５Ａｈポーチセルのサイクリング性能を示す。 ２５℃での異なるＣレートでの５Ａｈポーチセルのサイクリング性能を示す。 ４５℃での５Ａｈポーチセルのサイクリング性能を示す。 ２５℃でのポーチセルからの放電曲線のプロットを示す。 ４５℃でのポーチセルからの放電曲線のプロットを示す。 好ましい実施例の方法のフローチャート表現である。 Ｌｉ塩を完全に置換するＭｇ塩を有する好ましい実施例の電解質を含むコイン電池のＣ／４サイクル性能のプロットである。

実施例の説明

この発明の実施例の以下の説明は、この発明をこれらの実施例に限定することを意図するのではなく、当業者がこの発明を作成および使用することを可能にすることを意図する。

［１．概要］
図１に示されるように、安定化している不燃性電解質中にエネルギー密度の高いリチウムベースのアノードを備えた高電圧カソードを含むシステムが開示される。このシステムはエネルギーセルとして機能し、市販のリチウムイオン電池と比較してエネルギー密度を劇的に増加させると同時に安全（熱的に安定）な電気エネルギーを生成する。リチウムベースのアノードは、１０～１００重量％のリチウムの範囲の金属または金属合金を含んで良い。システムのいくつかの代替的な変形例は、ここに記載されるような代替的な金属アノードを使用して良い。電解質系(システム）とも呼ばれる電解質は、リチウムイオン電池の安全性の低さの原因となる可燃性有機溶媒ベースの電解質に代わるイオン性液体ベースの電解質を含む。さらに、電解質系は、イオン性溶媒のみの導電率を劇的に増加させるエーテル共溶媒を含む。電解質は、市販のカソード材料を大幅に高い電圧（最大４．６Ｖ）に循環させることを可能にし、これらの動作条件でのカソード劣化に関する一般的な課題の多くを軽減しながら、より多くのリチウム貯蔵能力を解き放つ。電解質自体は優れた電気化学的安定性を持っている。図２に示すように、電解質を使用したシステムのいくつかの例示的な実装は、市販のバッテリー（Ｐａｎａｓｏｎｉｃ ＮＣＲ１８６５０ＧＡおよびＳｏｎｙ１８６５０ＶＴＣ５）と比較した場合、Ｒａｇｏｎｅプロットに反映されるように優れたパフォーマンスを発揮できる。

電解質は、それをＬｉベースのアノードと独自に適合させる多くの潜在的な有益な特性を有する。溶剤と塩類（ｓａｌｔｓ）は、従来のリチウムイオン電解質と比較して還元安定性が向上しているため、Ｌｉめっき中に発生する電解質の分解量が減少する。電解質は、また、電解質と電極を劣化から保護しながら、均一なＬｉめっきを強化する、イオン伝導性と電子絶縁性の高い固体電解質中間相（ＳＥＩ）を形成する。これらすべての要素を組み合わせることで、高エネルギー密度に必要な低電解質負荷（たとえば、カソード活物質１グラムあたり０．５グラム未満の電解質）でセルを確実かつ安全に動作させることができる。

リチウムベースのアノードは、リチウム金属アノード、裸の集電体（金属箔または金属化プラスチックフィルム）上にその場でめっきされたリチウム金属、および／または１または複数の他の金属（例えば、リチウムと合金化する、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ａｓ、Ｚｎ、または他の金属またはそれらの組み合わせ）とリチウムから構成されるリチウム金属合金を有する。リチウム金属アノードと比較して、集電体にその場でめっきされたリチウム金属は、エネルギー密度および／または比エネルギーを増加させるであろう。リチウム合金アノードは、各サイクルでより新鮮で反応性の低い金属を露出するより滑らかなめっき形態の結果であると考えられる安定性の向上を可能にするであろう。この安定性は、バッテリーのサイクル中にＬｉイオンと電解質が絶えず消費されないことを意味する。これにより、他のリチウム金属アノードの実装に固有の障害と考えられる原因の１つを軽減する。安定化している不燃性電解質を備えたシステムのバリエーションは、リチウム金属合金で使用することができ、または、ここで説明するような代替タイプのアノードで使用することができる。

低い界面抵抗を伴う反復サイクル能力のための好ましいアノード表面形態は、均一で均質なＳＥＩを有する金属の滑らかな平面である。残念ながら、低電流密度である最良の場合でも（輸送が制限された領域から離れている場合でも）、Ｌｉ金属へＬｉが被着する場合、被着は、表面積の大きい「苔状」表面形態を作り出す傾向がある。この大きな表面積により、新しいＳＥＩ（表面電解質中間相）が新しい表面に形成されるため、電解質とＬｉが消費される。新しいＳＥＩは、その後のＬｉストリッピング時に残り、各サイクルで界面抵抗が増加する。この抵抗の増加とその結果としての容量の減少は、Ｌｉ金属をベースにした二次電池の最も一般的な非壊滅的な故障モードの１つである。したがって、リチウム金属アノードを商品化するための重要な技術的課題は、高い体積対表面積比を備えたコンパクトな構造にリチウムを被着させて、所与の量の電荷めっきに対して形成される新しいＳＥＩを最小化することであり、このことは、ここに説明されるシステムおよび方法により対処される。

イオン性液体ベースの電解質は、典型的には、特に２５℃未満の温度において、速度能力が不十分であると批判されている。この発明でカバーされる電解質は、エーテル共溶媒とブレンドされたイオン性液体を含み、これは、低温性能および速度能力を劇的に改善し得る。リチウム塩の選択は、また、電池速度能力に顕著な影響を及ぼし、この発明で使用される塩組成物は、これを念頭に置いて最適化されている。したがって、主な利点として、不安定性や安全性のリスクを伴うことなく、優れたレート機能と低温性能を備えた高エネルギー密度セルを実現するという結果をもたらす。

さらに、Ｌｉ－Ｍ合金アノードは、充電中のアノード表面積の変化を低減することによって、リチウムめっきの効率および可逆性を改善し得る。銅基板上に被着されたＬｉの形態は、被着の過電圧（ｏｖｅｒｐｏｔｅｎｔｉａｌ）に敏感に依存することが示されている。より高い過電圧での被着は、より小さな核のより大きな密度をもたらし、それは、より低い体積対表面積比をもたらす。したがって、Ｌｉの被着がより小さな過電圧で発生することが有利である。基板上のＬｉの被着過電圧は、基板の組成に依存する。特定の基板、特にＭｇ、Ｚｎ、およびＡｇの場合、過電圧は、特定の電流密度でＬｉ金属上にＬｉを被着する場合よりも実際に低いことが観察されている。さらに、Ｌｉ－Ｚｎ合金へのＬｉの被着の過電圧は、純粋なＺｎへの被着よりも低く、この傾向はＬｉ－ＭｇおよびＬｉ－Ａｇ合金にも当てはまると予想される。これらの観察結果は、さまざまなリチウム金属合金で構成されるサイクルアノードの表面形態がより滑らかになり、表面積に対する体積の比率が高くなることを示唆している。

１つの潜在的な利点として、特定のＬｉ金属合金について観察されたＬｉ堆積のより低い過電圧は、アノードからのＬｉの堆積および除去のためのより低い界面電荷移動抵抗をもたらす可能性がある。過電圧が低いと、特定の電流密度での分解速度（電解質の分解など）が低下する。逆に、過電圧が低いと、アノードのレート能力が向上する可能性がある。電気化学インピーダンス分光法（ＥＩＳ）に基づく電荷移動抵抗の減少の実験的証拠を図７に示す。ここでは、１０重量％ＭｇＬｉ－Ｍｇ合金アノードを含むコイン電池において、純粋なＬｉ金属アノードを備えた同一のセルと比較して、最初のＣ／２０形成後のインピーダンスが６０％減少すること観察された。

他の潜在的な利点として、リチウム金属合金アノードは、壊滅的なセル故障をもたらす可能性があるデンドライトによって誘発される短絡に対してより耐性があるであろう。Ｍｇなどの特定の金属の電着は、たとえ大きな被着速度であっても、Ｌｉ金属アノードへのＬｉ被着に特有の高表面積構造を作成しないことが知られている。これについての考えられる説明の１つは、金属のＭｇ－Ｍｇ結合が金属のＬｉ－Ｌｉ結合よりも０．１８ｅＶ強いという観察結果である。周囲温度では、これは、被着した原子を、Ｌｉ被着よりもＭｇ被着の方が表面積が小さい構造に自発的に再編成するための１，０００倍を超える大きな駆動力に変換される。この考え方と一致して、Ｍｇ金属中のＭｇの表面拡散はＬｉ金属中のＬｉの表面拡散よりも速いことも観察されている。大まかな計算では、Ｍｇの表面拡散のタイムスケールは、樹状突起が成長するにつれて滑らかになるほど短いことが示唆されており、ＭｇへのＭｇの被着が樹状突起の形成をもたらさない理由を説明するであろう。Ｍｇの存在の結果として、Ｌｉ－Ｍｇ合金アノードは、純粋なＬｉ金属アノードよりも高い結合エネルギーを有し、その結果、新たに被着されたＬｉの表面拡散が、純粋なＬｉ金属アノードと較べて、速くなり、この速い表面拡散が同様に、Ｌｉデンドライトが形成されるときにこれを滑らかにすると期待される。デンドライトによって引き起こされる短絡を回避しながら、実現可能な充電率の増加は、大幅な改善になる。

他の潜在的な利点として、Ｌｉ－Ｍ合金を電解質と組み合わせると、特に室温で、ＳＥＩ品質を改善できる。２つの一般的なアニオン（陰イオン）はビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（「ＴＦＳＩ」）とビス（フルオロスルホニル）イミド（「ＦＳＩ」）であり、これらはＬｉＦに富むＳＥＩ層を形成することが知られている。ＬｉＦは望ましいＳＥＩ特性を持ち、安定したサイクリングにつながることが知られている。Ｌｉイオンはアノードと電解質の間を移動するためにＳＥＩを介して拡散する必要があるため、ＳＥＩが高いＬｉイオン伝導率を持っていることが重要である。ＬｉＦの主なＬｉ拡散キャリアはＬｉイオン空孔であり、空孔濃度が低いことが拡散制限の主な原因である。ＬｉＦにＭｇおよび／またはＡｌイオンをドープすると、Ｌｉ空孔の濃度が増加することが知られている。これは、ＳＩＩがＬｉ－ＭｇまたはＬｉ－Ａｌ合金アノードの上に形成されるときに自然に発生する。したがって、Ｌｉ－ＭｇまたはＬｉ－Ａｌの合金とフッ素に富む陰イオンの組み合わせは、それぞれに個別に関連する利点を超えた相乗効果を生み出す可能性がある。

他の潜在的な利点として、電解質およびリチウム金属合金アノードの両方が、改善された熱安定性および安全性能を提供する。前述のように、電解質は不燃性であるため、従来の有機溶媒をベースにしたバッテリーと比較して、高温でのバッテリーの動作が可能である。電解液は、また、過充電、物理的衝撃、短絡などの外部要因またはセパレータを介した樹枝状Ｌｉの成長による内部短絡によって引き起こされる自発的なバッテリーの燃焼や火災のリスクを軽減する。同様に、リチウム金属合金アノードは、より高い融点を有するという意味で、リチウム金属アノードと比較してより大きな耐熱性を有する。バッテリーの動作中にリチウム金属アノードが溶けると、液体金属が大量の内部短絡を引き起こし、セル内に激しい温度と圧力を瞬く間に発生させる可能性がある。リチウム金属の融点はわずか１８０．５°Ｃであり、短絡、パンク、過充電、またはその他の方法で乱用されたバッテリーで起こりうる内部温度の範囲内である。リチウムを別の金属と合金化すると、その融点が上昇し、電解質によってもたらされる安全性の向上を補完する。

これらの特徴は、航空宇宙、防衛、石油およびガス、医療機器、家庭用電化製品、および電気自動車など、高いエネルギー密度および安全性を必要とする分野におけるセル動作に重要な利点を提供する。

［２．システム］
図１に示されるように、区画化されたセル内の化学試薬（化学薬品）からの電気エネルギー生成のためのシステムは、少なくとも１つのアノード１１０および少なくとも１つのカソード１２０を含む少なくとも２つの電極と；アノードおよびカソードを分離する少なくとも１つのセパレータ１３０と；イオン性液体電解質系（電解質システム）１４０とを有する。このシステムは、電池または電池システムの１つまたは複数のセルであって良い。好ましくは、イオン性液体電解質系１４０は、イオン性液体、エーテル共溶媒、およびリチウム塩溶質を有する。好ましい変形例において、エーテル共溶媒は、重量で、溶媒電解質の小さな分量を有する。いくつかの好ましい変形例では、アノード１１０は、リチウムベースの金属アノードであり、ここで、リチウムベースの金属アノードは、リチウム金属アノード、集電体（金属箔または金属化プラスチックフィルム）上にその場でめっきされたリチウム金属、リチウム合金アノード、および／またはリチウム金属および／またはリチウム合金を含んでいるいくつかの組み合わせであって良い。一般的に言えば、好ましい変形例において、リチウムベースの金属アノード１１０は、重量で１０％～１００％のリチウムを含む。いくつかの好ましい変形例において、カソード１２０は金属酸化物カソードである。いくつかの好ましい変形例において、セパレータ１３０はポリオレフィンセパレータである。イオン性液体電解質系１４０は、セルの特定の機能を追加または改善することができる添加剤をさらに含んで良い。好ましい変形例の添加剤のタイプの例は、浸漬時間を短縮し、ポリオレフィンセパレータの湿潤均一性を改善するように機能する湿潤剤を含む。このシステムは、好ましくは、高エネルギー密度および高比エネルギー（以下、「高エネルギー密度」と呼ぶ）を備えた熱的に安定なセルとして機能する。いくつかの好ましい変形例では、セルは、少なくとも３５０Ｗｈ／ｋｇおよび６００Ｗｈ／Ｌの比エネルギー、および３．７Ｖを超える公称電圧を具備する。

種々の変形例において、当該システムは、任意の適切な組み合わせでいくつか、または、すべてのシステムコンポーネントを含んで良い。システムのサイズと構成は、実装に大きく依存することが好ましい。このようにして、システムは、必要に応じて、単一のセル、複数のセル、またはセルの複数セクションを含んで良い。これらのセルは、実装固有のジオメトリを追加で有して良い。

上述の構成要素のすべては、外部セル形状およびセルサブコンポーネントの内部形状の双方の任意のレベルの単純または複雑な形状のセルに組み合わせることができる。内部および外部の形状により、特定の実装（たとえば、携帯電話の特定のポーチ形状）、カスタム設計の実装（たとえば、固有のデバイスに適合するカスタム設計のバッテリーセルの形状）、セル／エネルギー生成の拡張を可能にする実装（たとえば、積み重ねてマルチセルバッテリーを形成することができるプリズムセルの形状）、または一般的な用途（たとえば、バッテリーアプライアンスに出し入れできる１８６５０フォーマットのシリンダーバッテリー）が可能になる。システムの実装において、必要に応じてサブコンポーネントを省いたり付加したりすることができる。したがって、システムは、圧力ベント、セルケース、および／またはヒートシンクなどの追加の幾何学的コンポーネントおよび物理的コンポーネントを含んで良い。

いくつかの変形例において、アノード１１０、カソード１２０、およびセパレータ１３０は、同心の層に一緒に巻くことができる３つの層を形成する。一例において、図３に示すように、３つの層が円筒を形成する同心円を形成して良い。他のいくつかの変形例において、２つのセパレータ層があって良く、そして４つの層（アノード１１０、カソード１２０、および２つのセパレータ層）があり、カソード層とアノード層が織り交ぜられたスパイラル状に巻かれていて良い。一例において、図４に示すように、４つの層がらせん状の円で円筒を形成し、カソード１２０およびアノード１１０の複数のインターレース層を効果的に作成することができる。これらの変形例は、双方ともに、１８６５０－タイプおよび２１７００－タイプのバッテリーなどの一般的な円筒フォーマット電池を作成するための実装で使用することができる。円筒形電池は、他のタイプの所望の内部幾何を使用して作成することができる。たとえば、同心円の６つの層（それぞれ２つ）を使用して、円柱のジオメトリを作成して良い。

代替的な好ましい例において、３層および４層の変形例の双方が、プリズムセルの場合のように、丸みを帯びた長方形セルに巻かれて良い。これらのプリズムセルの例は、長方形の電池、モジュール式の電池のブロックまたはセル、およびポーチセルとして実装されて良い。

他の変形例において、アノード１１０、カソード１２０、およびセパレータ１３０は、ポーチセルの場合のように、切断され、互いの上に積み重ねられて良い。図５は、好ましい実施例のポーチ形状の模式図を示している。一例において、パンチおよびスタックされたアノード１１０およびカソード１２０のピースは、「ｚ折り」セパレータの間に配置されて良く、または、パンチおよびスタックされたカソードピースは、ｚ折りのセパレータおよびアノードの間に配置されて良い。本システムは、従来のリチウムイオンケミストリを作成できる任意の形式で構成できる。

好ましい実施例のシステムは、少なくとも１つのアノード１１０を含む。アノード１１０は、好ましくは、放電プロセス中に慣用的な電流がセルに入る電極（すなわち、負極）である。したがって、放電中、慣用的な電流（正電荷）は正極（カソード）から出る。当技術分野に精通している人が電気化学的に理解できるように、カソードとアノードの定義は、バッテリーをいつ充電または放電するかに応じて側面が変わる。好ましい変形例において、システムは、少なくとも１つのアノード１１０を含み、各アノードの数、形状、組成、および他の特性は、システムの実施に依存する。アノード１１０の幾何学形状のいくつかの例は、上述のような円筒形「ワイヤ」、中空のシリンダ、および平らなシートを含む。好ましい実施例において、各アノード１１０は、好ましくは、電解質系１４０内に少なくとも部分的に埋め込まれ、少なくとも１つのセパレータ１３０によってすべてのカソード１２０から物理的に隔離されている。

いくつかの好ましい実施例において、アノード１１０は、必要に応じて基板に取り付けられ、形成され、または結合されて良い（例えば、アノードは、集電体基板上に取り付けられて良い）。例示的な実施例として、リチウム金属またはリチウム合金アノードは、集電体上にその場で取り付けまたは形成することができる。その場での形成は、システムが裸の電流コレクターで組み立てられ、リチウム金属またはリチウム合金アノードが最初のバッテリー充電時に電流コレクターにメッキされるときに実現する。カソード１２０に挿入される（インターカレーションされる）リチウムイオンが、電解質中に含まれる合金金属を伴って、または、伴わずに、集電体上にメッキされ、この結果として、その場でアノード１１０を形成する。好ましい実施例において、集電体は、金属箔または金属化プラスチックフィルムである。一実装例において、集電体は、銅金属または銅化プラスチックフィルムであり、好ましくは厚さ３～３０μｍである。代替的な好ましい実装例において、アノード１１０は「自立型」であり、基板に結合されていない（例えば、ポーチ実施例のリチウム金属シートとして）。自立型の金属シート（金属箔とも呼ばれる）として、アノードの厚さは５～８０μｍの範囲で変化する。例示的な実装例において、この金属箔のバリエーションは、自立型リチウム金属、または自立型リチウム金属合金（好ましいＬｉ－Ｍｇ、他のオプションには、Ｌｉ－Ａｇ、Ｌｉ－Ｚｎ、Ｌｉ－Ｓｎ、Ｌｉ－Ｓｉなどが含まれる）であって良い。他の代替的な変形例として、アノード１１０は、挿入された（インターカレーションされた）材料を有して良く、好ましくは５～３００μｍの厚さを有して良い。いくつかの実装例において、インターカレーションされた材料は、グラファイトまたはシリコンを有して良い。ポーチの形状については、自立型アノード１１０シートを、外部からアノード端子に電流を運ぶタブに直接溶接して良い。タブは、典型的には、各電極に溶接され、電気的に接触する。タブはすべての電極から電流を収集し、セルのケーシングを介して外部負荷に接続する。好ましい変形例において、アノードタブはニッケルを有する。

いくつかの好ましい変形例において、アノード１１０は金属アノードである。より好ましくは、アノード１１０は、リチウムベースのアノードである。１つの好ましい例において、リチウムベースのアノード１１０は、リチウム金属アノードである。これらはＬｉアノードまたはＬｉ金属アノードとも呼ばれる。Ｌｉアノード１１０は、高理論比容量（例えば、約３８６０ｍＡｈ／ｇまたはそのあたり）、低密度（例えば、約０．５３４ｇ／ｃｍ^３またはそのあたり）、および、標準水素電極に対して低い負の電気化学ポテンシャル（例えば、－３．０４０Ｖまたはそのあたり）を有して良い。アノード１１０は、代替的には、他のアルカリ金属（例えば、ナトリウム、カリウム）またはアルカリ土類金属（例えば、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム）を有して良い。

他の変形例において、リチウムベースのアノード１１０は、リチウム金属合金アノードであり、これは、不特定の合金についてはＬｉ－Ｍアノードとも呼ばれ、Ｍは金属化合物のプレースホルダーとして機能し、１つまたは複数の金属を含む特定の合金化合物で置き換えて良い（たとえば、Ｌｉ－Ａｌアノードはリチウムアルミニウム合金アノードを指す）。Ｌｉ－Ｍアノードは、バッテリーのサイクル性を改善して、高レベルのリチウム金属機能（高エネルギー密度、低還元電位など）をもたらすように機能して良い。Ｌｉ－Ｍアノード１１０は、新たに被着されたリチウムをアノード表面からバルクに追いやることにより、アノードと電解質の間に、より滑らかな表面電解質インターフェースを促進する化学ポテンシャル勾配を提供することにより、アノード上のリチウムめっきの効率および可逆性を改善することによってこれを達成して良い。図６は、０．０９ｍＡ／ｃｍ^２での充電と放電の形成サイクル後のアノード１１０表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）からの画像を示す。左から右に、アノード１１０は、Ｌｉ金属、１０重量％のＭｇを含むＬｉ－Ｍｇ合金、および２５重量％のＭｇを含むＬｉ－Ｍｇ合金である。スケールバーは１μｍを表す。画像は、１０重量％のＭｇを含むＬｉ－Ｍｇ合金が表面形態を最も改善することを示しであろう。これは、少なくとも部分的には、リチウム金属と比較してリチウム合金中のリチウムイオンの拡散係数が高いためであろう（たとえば、室温で、Ｌｉイオンの拡散係数は、１０重量％のＭｇ、Ｌｉ－Ｍｇで約１０．００ｘ１０－８ｃｍ^２／ｓであり、Ｌｉ金属で約１．００ｘ１０－８ｃｍ^２／ｓである）。Ｌｉ－Ｍの好ましい金属（Ｍ）化合物の例には、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ａｓ、Ｓｎ、Ｚｎ、および／またはこれらの金属の任意の組み合わせが含まれる。代替的には、Ｍは、他の金属または金属化合物を有して良い。

１つの好ましい例において、Ｌｉ－Ｍアノード１１０は、Ｌｉ－Ｍｇアノード（すなわち、リチウムマグネシウム合金アノード）であり、ここで、Ｌｉは、合金の１１～１００重量％を有する。室温（約２５°Ｃ）では、Ｌｉ－Ｍｇは固溶体相を持ち、相転移のない広い使用可能容量範囲をもたらす。Ｌｉ－Ｍｇアノードは、インピーダンスを低減するように機能するであろう。図７は、Ｌｉアノードを含むコインセルとＬｉ－Ｍｇアノード（１０重量％Ｍｇ）を含むコインセルのナイキストインピーダンスプロットを示す。双方のセルは、２５°Ｃで４４時間の休止期間の後、Ｃ／２０形成を受けた。１０重量％のＭｇセルは、インピーダンスの６０％の減少を示しました。さらに、図８は、Ｌｉ－Ｍｇアノード（１０重量％Ｍｇ。）およびＬｉアノード用の約１μｍの大きな細孔を含むセパレータ１３０で構築されたセルの最初のＣ／２０サイクルを示す。この違いは、表面形態を改善するためのＬｉ－Ｍｇ合金の基本的な利点を示すであろう。金属（Ｍｇ）とリチウムの間の合金材料のパーセンテージは、さまざまな範囲内で準備できる。Ｌｉ－Ｍｇ合金の場合、Ｍｇは、０．１～６０重量％のＬｉ－Ｍｇ合金を有して良い。システムの実装バージョンは、設定されたパーセンテージまたはパーセンテージの制限された範囲で解決することが好ましい。１つの好ましい実施例において、リチウムマグネシウム合金は、マグネシウムがリチウムマグネシウム合金の約１０重量％（例えば、９～１１重量％）を有するものである。１つの好ましい実施例において、リチウムマグネシウム合金は、マグネシウムがリチウムマグネシウム合金の約５重量％（例えば、３～７重量％）を有するものである。しかしながら、代替的な変形例は、少なくとも０．１～６０％の範囲の任意の適切な範囲を有するマグネシウム重量パーセントを有して良い（例えば、マグネシウムは、０．１～５％、５～１０％、１０～１５％、１５～２０％、２０～２５％、２５－３０％、３０－３５％、３５－４０％、４０－４５％、４５－５０％、５０－５５％、５５－６０％、および／または２．５－７．５％などの他の適切な範囲。）

好ましい実施例のシステムは、少なくとも１つのカソード１２０を含む。カソード１２０は、好ましくは、放電プロセス中に従来の電流がセルを出る電極である。好ましい変形例において、システムは、少なくとも１つのカソード１２０を含み、各カソードの数、形状、物理的組成、および他の特性は、システムの実装に依存する。カソード１２０の形状のいくつかの例は、上述のように、円筒形の「ワイヤ」、中空のシリンダ、および平らなシートを含む。好ましい実施例において、各カソード１２０は、好ましくは、電解質系１４０内に少なくとも部分的に埋め込まれ、少なくとも１つのセパレータ１３０によってすべてのアノード１１０から物理的に隔離される。いくつかの変形例において、各カソード１２０は、図５において示されるように、別個のセパレータ１３０を有して良い。ただし、他の変形例において、単一のセパレータまたは別の個数のセパレータが、カソードとアノード１１０を分離して良い。

いくつかの好ましい変形例において、カソード１２０は金属酸化物カソードである。金属酸化物は、好ましくは、セルの効率および機能性を改善する（例えば、比容量を増加させることによって）。金属酸化物カソード１２０は、好ましくは、金属酸化物活性物質、ポリマー結合剤、および導電性添加剤の混合物を集電体にコーティングすることによって構築される。金属酸化物活性物質の例は、リチウムに富む、またはニッケルに富む合金であって良い。さらに、金属酸化物ドーピングは、イオン移動度と伝導性を改善するであろう。金属酸化物カソードの例は次のとおりである。すなわち、ＮＭＣ（１１１、５３２、６２２、８１１である。ここで、数値は化学式ＬｉＮｉｘＭｎｙＣｏｚＯ２のＮｉ、Ｍｎ、Ｃｏのモル比を示します。ここでｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。ＮＭＣ８１１の場合、Ｎｉ：Ｍｎ：Ｃｏは８：１：１であるため、化学式ＬｉＮｉ０．８Ｍｎ０．１Ｃｏ０．１Ｏ２である）、ＬＣＯ（ＬｉＣｏＯ２）、ＬＦＰ（ＬｉＦｅＰＯ４）、およびＮＣＡ（ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２およびその他のさまざまな組成）である。好ましくは、金属酸化物カソードは、５～１８ｍｇ／ｃｍ^２の間の質量負荷範囲を有するけれども、この範囲外の質量負荷を有して良い。好ましくは、金属酸化物カソードは、２．４～３．５ｇ／ｃｍ^３の間の密度範囲を有するけれども、この範囲を超える密度を有して良い。

システムは、好ましくは、少なくとも１つのセパレータ１３０を含む。好ましい実施例のセパレータ１３０は、アノード１１０およびカソード１２０を物理的および電気的に分離するように機能する。さらに、セパレータ１３０は、電池セル全体に電解質を運ぶイオン伝導性膜として機能する（例えば、湿潤剤の使用により強化される）。セパレータ１３０は、好ましくは、必要に応じて、２０～６０％の多孔度を有する薄い多孔質材料（例えば、厚さ１～５０ミクロン）である。セパレータ１３０は、強化のための無機化合物（例えば、酸化アルミニウム、酸化チタン）を含む、または、含まない炭素ベースのポリマー鎖（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン）から構成されて良い。実装に応じて、システムは、アノード１１０をカソード１２０から分離するために、１つまたは複数のセパレータ１３０を含んで良いる。各セパレータ１３０は、実装によって必要とされるのと同じまたは別個の形状を有して良い。

セパレータ１３０の実装は、厚さが１から５０μｍであって良く、孔径は３５０ｎｍ未満であり、気孔率は３５％より大きい。セパレータは裸の膜であって良い。いくつかの好ましい変形例において、セパレータ１３０はポリオレフィンセパレータである。ポリオレフィンの例には、ポリエチレン（ＰＥ）、およびポリプロピレン（ＰＰ）が含まれる。ポリオレフィンは、セパレータ１３０に強度および耐久性を追加する合成ポリマー材料である。ポリエチレンは、繰り返し単位を有する単純な線形構造を有して良い。ポリプロピレンは、炭素原子を主鎖とする三次元構造を有して良い。一変形例において、ポリオレフィンセパレータ１３０は、ポリエチレンのみで構成されている。別の変形例において、ポリオレフィンセパレータ１３０はポリプロピレンで構成されている。第３の変形例において、ポリオレフィンセパレータ１３０は別のポリオレフィンである。第４の変形例において、ポリオレフィンセパレータ１３０は、複数のポリオレフィン材料から構成される。第５の変形例において、システムは、非ポリオレフィンセパレータ１３０を有する。非ポリオレフィンセパレータ材料の例は、セルロース、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ガラス材料を含む。いくつかの変形例において、セパレータ１３０は、他の材料のコーティングを含むか、または他の材料と層状にすることができる。他の材料は、例えば、セラミック、界面活性剤、および／または無機フィラーを含むまたは含まないポリマーである。

好ましい実施例の電解質系１４０は、システムのイオン電荷担体（すなわち、媒体）として機能する。電解質系１４０は、セパレータ１３０を介して、また、電極間／電極内でイオンの伝導を可能にする。電解質系１４０は、マイノリティフラクション（少数側分量）のエーテル共溶媒と組み合わされたイオン性液体溶媒、および溶解したリチウム塩から構成される。電解質系１４０は、湿潤剤および／または追加の添加剤をさらに含んで良い。図９は、他の電解質、すなわち、ＩＬ電解質、塩電解質中の溶媒、ＬＨＣＥ１、およびＬＨＣＥ２と比較した、電解質１、電解質２、電解質３、および電解質４に示されるような異なる成分の相対比を有する好ましい実施例のいくつかの電解質系（共溶媒を含む電解質系）を示す。

システム性能を損なうことなく、高エネルギー密度セルの安定性を改善し、潜在的な安全上の危険を低減するために、電解質系１４０は、好ましくは、アノード１１０およびカソード１２０の両方に対して化学的および電気化学的安定であり、熱的に安定であり、保護固体電解質中間相を形成し、リチウムの均一な剥離と堆積を促進する。電解質系１４０は、機能を改善し、かつ／または、新しい機能を付与するために、任意および／またはすべての所望の添加剤を含んで良い。サブコンポーネントに応じて、電解質系は広範囲の粘度を有して良い。好ましい変形例において、電解質系は、１～２５０センチポアズ（ｃＰ）の範囲の粘度を具備する。

好ましい変形例において、電解質系１４０は、イオン性液体溶媒を含む。イオン性液体は、高エネルギー密度のリチウム金属セルの電解質で使用するための溶媒として実装される。イオン性液体は、優れた化学的および電気化学的安定性を備えている。電気化学的安定性により、「新鮮な」リチウムが電解質にさらされたときに、最小限の電解質消費で、リチウム金属をアノード１１０に可逆的にめっきし、アノード１１０から剥がすことができる。また、遷移金属の溶解、表面構造の再編成、および酸化的電解質の分解を最小限に抑えながら、ＮＭＣ、ＬＣＯ、およびＮＣＡの可逆的な高電圧（最大４．６Ｖ対Ｌｉ／Ｌｉ＋）サイクリングを可能にして良い。不燃性による、イオン性液体電解質の優れた安全性は、バッテリーセルの乱用耐性と熱安定性を向上させる。イオン性液体は、電解質系１４０の５～７５重量％を構成して良い。好ましいイオン性液体の例は、以下を含む。すなわち、プロピル－メチル－ピロリジニウム－ＦＳＩ／ＴＦＳＩ、ブチル－メチル－ピロリジニウム－ＦＳＩ／ＴＦＳＩ、オクチル－メチル－ピロリジニウム－ＦＳＩ／ＴＦＳＩおよびそれらの任意の組み合わせである。

イオン性液体のタイプは、所望の実施に応じて変更して良い。リチウム金属セル用のイオン性液体ベースの電解質と見なすことができる多くのイオン性液体がある。イオン性液体溶媒の選択は、好ましくは、低温操作のための２５℃未満の融点を有する、高い還元安定性（リチウム金属との適合性のため）および酸化安定性（高電圧カソード１２０との適合性のため）を有するカチオン（陽イオン）およびアニオン（陰イオン）に基づいて選択される。イオン性液体溶媒は、大量のリチウム塩を溶解できる必要がある。図１０に示されるように、イオン性液体（ＩＬ）は、分子式Ｍ_ｉＡ_ｊに基づいて良く、ここで、Ｍ_ｉおよびＡ_ｊの例示的な化学式は、好ましい変形のために与えられる。ここで、Ｍ_ｉはカチオンの例であり、Ａ_ｊはアニオンのリストである。Ｒ_０、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５、およびＲ_６は、Ｃ_１－１０アルキル置換の代わりに独立して置換でき、Ｎ、Ｏ、Ｓ、およびＦを選択したけれども、これらに限定されないヘテロ原子を独立して含む。Ｒ_７、Ｒ_８、およびＲ_９は、独立して、水素置換、ハロゲン置換、Ｃ_１～１０アルキル置換されて良く、そしてオプションとして、これに限定されないけれども、Ｎ、Ｏ、ＳおよびＦから選択されるヘテロ原子を含んで良い。図１１に示すように、イオン性液体の例は、次のものを含む。

例ＩＬ－１：Ｎ－プロピル－Ｎ－メチルピロリジニウムビス（フルオロスルホニル）イミド、ここで、式（Ｍ_１Ａ_１）によれば、Ｒ_０＝－（ＣＨ_２）_２－、Ｒ_１＝－ＣＨ_３、Ｒ２＝－（ＣＨ_２）_２ＣＨ_３、Ｒ_７＝Ｒ_８＝－Ｆである。

例ＩＬ－２：Ｎ－メチル－Ｎ－プロピルピロリジニウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）アミド、ここで、式（Ｍ_１Ａ_１）によれば、Ｒ_０＝－（ＣＨ_２）_２－、Ｒ_１＝－ＣＨ_３、Ｒ_２＝－（ＣＨ_２）_２ＣＨ_３、Ｒ_７＝Ｒ_８＝－ＣＦ_３である。

例ＩＬ－３：テトラプロピルアンモニウムビス（フルオロスルホニル）イミド、ここで、式（Ｍ_２Ａ_１）によれば、Ｒ_３＝Ｒ_４＝Ｒ_５＝Ｒ_６＝－（ＣＨ_２）_２ＣＨ_３、Ｒ_７＝Ｒ_８＝－ＣＦ_３である。

例ＩＬ－４：テトラプロピルアンモニウムトリフルオロメタンスルホネート、ここで、式（Ｍ_２Ａ_２）によれば、Ｒ_３＝Ｒ_４＝Ｒ_５＝Ｒ_６＝（ＣＨ_２）_２ＣＨ_３、Ｒ_９＝－ＣＦ_３である。

電解質系１４０は、好ましくは、リチウム溶質、すなわちリチウム塩を含む。電解質系１４０におけるリチウム塩の選択は、リチウムイオン輸送に大きな影響を与える。好ましい変形例において、リチウム塩は、電解質中で高い解離を有するように選択される。リチウム塩は、好ましくは、電解質系１４０の２０～５０重量％を有する。すなわち、リチウムイオンの急速な拡散を促進するために、小さな可動性の陰イオンを含むリチウム塩が好ましい。電解質系１４０は、リチウムビス（フルオロスルホニル）イミド（ＬｉＦＳＩ）、リチウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）アミド（ＬｉＴＦＳＩ）、リチウムテトラフルオロボレート（ＬｉＢＦ４）、リチウムヘキサフルオロホスフェート（ＬｉＰＦ６）、リチウムビス（オキサラト）ボレート（ＬｉＢＯＢ）、リチウムジフルオロ（オキサラト）ボレート（ＬｉＤＦＯＢ）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＴｆ）、硝酸リチウムＬｉＮＯ３を含んで良い。より好ましくは、リチウム塩は、ＬｉＦＳＩまたはＬｉＴＦＳＩであり、最も好ましくは、ＬｉＦＳＩである。代替的には、他の適切なリチウム塩の変形例を使用して良い。

電解質系１４０は、好ましくは共溶媒を含む。共溶媒は、好ましくは、重量で、溶媒のマイノリティフラクションを有する。好ましい変形例において、共溶媒は、電解質系１４０の５～４０重量％を有する。いくつかの好ましい変形例において、電解質系１４０は、複数の共溶媒を含んで良い。共溶媒は、好ましくはエーテル共溶媒である。共溶媒は、それ自体でイオン性液体溶媒よりもリチウムイオンの移動度を改善するように機能して良い。好ましい変形例において、共溶媒は、純粋なイオン性液体溶媒電解質系のみの場合と比較して、リチウムイオン移動度のかなりの改善をもたらすのに十分な割合で添加される。電解質の熱安定性、可燃性、および電気化学的安定性を損なわないように十分に低い比率を維持する。共溶媒は、好ましくはエーテルクラスのものである。エーテルは還元的に安定であり、可逆的なリチウム金属のめっきとストリッピングを可能にする。共溶媒は、１，３－ジオキサン（ＤＯＬ）、１，４－ジオキサン（ＤＸ）、またはテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）などの環状エーテルであって良い。図１２に環状エーテルと線状エーテルの一般的な構造を示し、図１３に環状エーテルと線状エーテルの例を示す。共溶媒は、より好ましくは、線状エーテル、例えば、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、ビス（２－メトキシエチル）エーテル（Ｇ２）、トリエチレングリコールジメチルエーテル（Ｇ３）、またはテトラエチレングリコールジメチルエーテル（Ｇ４）、ビス（２、２，２－トリフルオロエチル）エーテル（ＢＴＦＥ）；エチラール（Ｅｔｈｙｌａｌ）；１，１，２，２－テトラフルオロエチル２，２，３，３－テトラフルオロプロピルエーテル（ＴＦＰＥ）、およびそれらの組み合わせである。

先に説明した従来の利点に加えて、エーテル共溶媒と適切なリチウム塩の組み合わせは、共溶媒または適切なリチウム塩を含まないイオン性液体ベースの電解質と比較して、周囲温度および低温（－２０℃まで）でのＬｉ＋輸送性能を劇的に改善する。これにより、低温動作用に設計された一般的な電解質の可燃性の懸念なしに、非常に低温でも高エネルギー密度でセルの安定した動作が可能になる。

電解質系１４０の機能の一部として、ほとんどすべての電解質成分は、裸のリチウム金属との接触で還元的に分解し、固体電解質中間相（ＳＥＩ）層の形成をもたらして良い。ＳＥＩの機械的および化学的特性は、セルの性能に大きな影響を及ぼす。好ましいＳＥＩは、電子的に絶縁され、イオン伝導性であり、機械的に堅牢である。それでも、リチウムメッキおよびストリッピング中の体積変化に対応するのに十分な柔軟性がある。イオン性液体と共溶媒の高い還元安定性を考えると、ＳＥＩの化学組成はリチウム塩の選択に大きく依存する。好ましい塩は、還元分解生成物（例えば、一部のフッ素化アニオンのＬｉＦ）が電子的に絶縁性であるけれどもリチウムイオン伝導性であるアニオンと、その還元分解生成物が柔軟なポリマーであり、無機種を一緒に結合し、ＳＥＩに柔軟性を付与する、共溶媒とを組み合わせる。

Ｌｉ－Ｍアノード１１０を含む変形例において、電解質系１４０は、追加的または代替的に、金属Ｍ塩を含んで良い。方法セクションで詳述するように、Ｌｉ－Ｍアノードは、アノード１１０電極とＭ塩を含む電解質系１４０との間の自発的および／または電気化学的合金化反応によってその場で形成されて良く、かつ／また、既存のＬｉ－Ｍアノードは、既存のＬｉ－Ｍアノードと金属Ｍ塩を含む電解質との間の自発的および／または電気化学的合金化反応によって、その場で改質されて良い。したがって、金属塩は、Ｌｉ－Ｍアノードを形成および／または再表面化するための合金材料として機能して良い。金属塩は、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（「ＴＦＳＩ」）、ビス（フルオロスルホニル）イミド（「ＦＳＩ」）、ヘキサフルオロホスフェート（「ＰＦ６」）、テトラフルオロボレート（「ＢＦ４」）、および／またはビス（シュウ酸塩）ボレート（「ＢＯＢ」）アニオン、または他の適切なアニオン、またはそれらのいくつかの組み合わせを含んで良い。金属塩をブレンドして、異なる金属のさまざまな組成を持つＬｉ－Ｍ合金アノードを製造して良い。この微調整により、Ｌｉ－Ｍ合金アノードを特定の性能特性を満たすように調整できる。また、市販されていない可能性のある特定の組成の合金を作成することもできる。

多くの変形例において、エーテル共溶媒は、一般に、イオン性液体溶媒ほど電気化学的または熱的に安定ではない可能性がある。共溶媒がリチウムイオンによって十分に配位されるように、高濃度のリチウム塩を使用することにより、安定性を高めることができる。溶媒分子は、溶液中に部分的または完全に取り囲むのに十分なＬｉ＋イオンが存在する場合、Ｌｉ＋イオンとうまく協調し、電極での分解から静電的に遮蔽される。塩濃度が高いと、めっき中のアノード１１０でのリチウムイオンの表面濃度も増加する可能性があり、これにより、めっきの均一性が高まり、めっきの過電圧が低下し、電解質の分解が減少する。これらの考慮事項の結果として、いくつかの変形例に対しては、３０重量％を超える中程度または高い塩濃度が好ましい。代替的には、１つの変形例において、リチウム塩溶質は、電解質系１４０のモル濃度で０．１～１５重量％を有して良い。第２の変形例において、リチウム塩溶質は、モル濃度で１５～３０重量％の電解質系１４０を有して良い。第３の変形例において、リチウム塩溶質は、電解質系１４０のモル濃度で３０～４０重量％を有して良い。第４の変形例において、リチウム塩溶質は、電解質系１４０のモル濃度で４０～５０重量％を有して良い。中程度から高いＬｉ塩濃度は、エーテル共溶媒とブレンドされたイオン性液体に基づいて、上述のように、電解質の酸化安定性を劇的に改善する。この改善された酸化安定性は、そのような電解質が金属酸化物カソード１２０と対にされるとき、サイクル寿命を劇的に延長し、上述のように、高いエネルギー密度を得るセルを生成し得る。

いくつかの変形例において、電解質系１４０は、添加剤をさらに含んで良い。添加剤は、当該添加剤を含めることにより、システムの１つまたは複数の課題に対処できることが好ましい。例えば電解質のリチウムイオン伝導率の低下は、添加剤によって改善されて良い。１つの好ましい変形例において、システムは、従来のリチウムイオン電池で使用される揮発性有機溶媒と比較して、イオン性液体が非常に粘性であることに起因する可能性があるイオン輸送の減速に対処することができる。システムによって対処され得る別の潜在的な課題として、溶解したリチウム塩からのリチウムイオンは、一般に、溶液中の電荷担体のごく一部のみを含む。これにより、有機炭酸塩電解質と比較してリチウムイオン輸率が低くなり、セル全体に大きな濃度勾配が形成され、充電／放電速度能力が低下する。システムのいくつかの変形は、本明細書で論じられるような限定されたＬｉ＋輸送問題に追加的または代替的に対処し得る。

いくつかの好ましい変形例において、電解質系１４０は、様々な湿潤剤をさらに含んで良い。湿潤剤は、当該湿潤剤の機能に影響または制限のない添加剤と見なされる場合と見なされない場合がある。好ましい変形例において、湿潤剤は、電解質系１４０の０．５～５０重量％を有する。湿潤剤は、電解質の粘度および極性を低下させることによって機能して良く、したがって、湿潤時間を短縮し、セパレータ１３０との界面適合性をそれぞれ改善する。システムは、単一の湿潤剤、複数の湿潤剤、または湿潤剤を含まない場合がある。いくつかの変形例において、上述の共溶媒は、１つの湿潤剤として機能して良い。線状または環状エーテル、フッ素化エーテルなど、低粘度または低極性のいずれかの他の湿潤剤を使用して良い。

湿潤剤は、電解質系１４０がセル部品、特にポリオレフィンセパレータ１３０を適切に湿潤させる能力を劇的に改善し得る。湿潤剤は、セルの湿潤および形成に必要な時間を短縮し得る。湿潤剤は、また、セルに含まれ得る過剰な電解質がスタックに吸い上げられ、消費された電解質を補充してサイクル寿命を延ばす能力を改善し得る。上述のように、高エネルギー密度を得るセルを製造するために必要とされるように、セルサイズが増加するにつれて（平面寸法、および、スタック厚さ、すなわち層の数、の双方）、湿潤剤の利点が増加する。つまり、大規模なシステムには湿潤剤が好適である。

いくつかの変形例において、湿潤剤は界面活性剤であって良い。界面活性剤は、分子レベルで極性成分と非極性成分の両方を含む化合物として特徴付ける良い。界面活性剤は、無極性セパレータ１３０の表面と中程度の極性の電解質との間に、より適合性のある界面層を提供する。従来の界面活性剤は、イオン性または非イオン性、および／またはポリマーまたはオリゴマーであって良い。イオン性界面活性剤は、カチオン性またはアニオン性であって良い。使用できる界面活性剤の例は、Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ－１００、３Ｍ ＦＣ－４４３０、３Ｍ ＦＣ－４４３２、Ｃｈｅｍｏｕｒｓ Ｃａｐｓｔｏｎｅ ＦＳ－６６、Ｃｈｅｍｏｕｒｓ Ｃａｐｓｔｏｎｅ ＦＳ－３１００、Ｐｌｕｒｏｎｉｃ Ｌ－３５、Ｆ－６８、Ｌｉ－ドデシル硫酸ナトリウム、およびＳｉｌｗｅｔ Ｌ－７７を含む。

代替的には、湿潤剤は、別のイオン性液体であって良く、ここで、イオン性液体は、また、界面活性剤である。カチオンの主環に結合したアルキル鎖は、疎水性元素として機能することができ、ポリオレフィンセパレータ１３０などの疎水性電池成分との適合性を改善する。

いくつかの変形例において、湿潤剤は、リン酸エステル（例えば、ＰＯ（ＯＲ）_３）または亜リン酸化合物（例えば、Ｐ（ＯＲ）_３）をさらに含んで良い。図１５はリン酸エステルの例を示す。リン酸エステルと亜リン酸塩は難燃性であることが知られている。熱分解すると、これらの湿潤剤は、一般的なアルカン含有溶媒の燃焼から生成される水素またはヒドロキシルラジカルの伝播を除去および停止することができるリン含有ラジカルを生成して良い。さらに、リン酸エステルおよび／または亜リン酸塩共溶媒は、特定の官能基に応じて、バルク電解質の粘度および表面張力を低下させることによって、セパレータ１３０およびカソード１２０の濡れを改善し得る。好ましくは、リン酸エステルおよび／または亜リン酸塩湿潤剤は、また、カソード粒子表面上に安定で高品質のＳＥＩを形成することによって、Ｌｉ堆積形態および電解質酸化安定性を改善し得る。

代替的には、湿潤剤は、追加的または代替的に、フッ素化エーテルであって良い。図１４にフッ素化エーテルの例を示す。フッ素化エーテルは、カソードおよびアノードの双方の表面で、より安定した固体電解質中間相（ＳＥＩ）の形成を可能にするであろう。フッ素化エーテルは、完全にまたは部分的にフッ素化されていて良い。さらに、バッテリーのクーロン効率は、フッ素化の程度とともに増加して良い。

添加剤は、さらに、電解質系１４０の構成要素であって良い。典型的には、添加剤は、小さな相対濃度、例えば、２０重量％未満で添加されるように定義されるけれども、代替的には、より高い相対濃度で添加して良い。添加剤は、システムの任意の数の機能を変更／改善することができる（たとえば、ＳＥＩの化学的および／または物理的特性をさらに調整するため）。一部の添加剤は多機能であって良いけれども、添加剤はその主な目的に応じてさまざまなクラスに分類できる。一部の添加剤は、リチウム金属と接触すると還元的に不安定になる可能性があり、ＳＥＩの化学的性質に影響を与えるように設計されている。いくつかの添加剤は、カソード１２０表面で分解して、カソード１２０の反応性表面によって触媒されるさらなる副反応から電解質を保護する薄い不動態化層を構築するように設計されて良い。いくつかの添加剤は、溶媒－溶質相互作用を破壊し、電解質のＬｉ＋輸送特性を改善するように設計されて良い。一部の添加剤は、Ｌｉ金属アノード１１０と接触して重合するように設計され、電解質１４０とＬｉアノード１１０との間の連続的な副反応を防ぐ高性能ＳＥＩコンポーネントを生成する。電解質系は、これらのカテゴリの添加剤の任意の組み合わせを含んで良く、また、まったく含まなくて良い。

［例］
ここで、例および比較例を使用して、この発明をさらに詳しく説明する。この発明の範囲は、ここに提供される仕様および例によって制限されない。

この発明の例示的な実施例のデータは、図に示されている。図１６－１９は、５ＡｈポーチセルのさまざまなバッテリーＣレートと温度のサイクリングパフォーマンスデータの例である。図１６は、２５°ＣでＣ／６充電およびＣ／３放電プロトコルを使用してサイクルされたセルを示している。図１７は、２５°ＣでＣ／１０充電および１Ｃ放電プロトコルを使用してサイクルされたセルを示している。図１８は、２５°ＣでＣ／２充電および１Ｃおよび２Ｃ放電プロトコルを使用し、図１９は、４５°ＣでＣ／６充電および１Ｃ放電プロトコルを使用する。図２０は、２５°ＣでのさまざまなＣレートの放電曲線を示し、図２１は、４５°ＣでのさまざまなＣレートの放電曲線を示している。

第１の例において、アノード１１０は、厚さ２０～８０μｍの自立型リチウム金属であり、カソード１２０は、５～１８ｍｇ／ｃｍ^２の片面活物質負荷のＮＭＣ８１１であり、セパレータ１３０は、５～３０μｍ厚のポリエチレンである。イオン性液体溶媒は、プロピル－メチル－ピロリジニウム－ＦＳＩ（ＰＹＲ１３ＦＳＩ）であり、マイノリティフラクションの共溶媒として９重量％～１２重要％のジメトキシエタン（ＤＭＥ）を有する。リチウム塩は、ＬｉＦＳＩであり、ＬｉＦＳＩの濃度は２５重量％～４０重量％である。湿潤は、少量（５重量％未満）のメチル－ペンチル－ピロリジニウム－ＴＦＳＩ（ＰＹＲ１５ＴＦＳＩ）、および湿潤剤としてＳｉｌｗｅｔＬ－７７界面活性剤を使用して強化される。

第２の例において、アノード１１０は、銅集電体に取り付けられた厚さ５０μｍのリチウム金属であり、カソード１２０は、１２ｍｇ／ｃｍ^２の活物質負荷のＮＭＣ８１１であり、セパレータ１３０は、厚さ１２μｍのポリエチレンである。イオン性液体の主溶媒は、プロピル－メチル－ピロリジニウム－ＦＳＩ（ＰＹＲ１３ＦＳＩ）であり、マイノリティフラクションの共溶媒として７重量％～１２重量％のジメトキシエタン（ＤＭＥ）が含まれている。リチウム塩は、ＬｉＦＳＩおよびＬｉＴＦＳＩのブレンドであり、ＬｉＴＦＳＩの濃度は２５重量％～３０重量％であり、ＬｉＦＳＩの濃度は重量％～８重量％である。湿潤剤としてリン酸トリエチルおよびビス（２，２，２－トリフルオロエチル）エーテルを使用すると、湿潤性が向上する。

第３の例において、アノード１１０は、銅集電体に取り付けられた厚さ５０μｍのリチウム金属であり、カソード１２０は、１２ｍｇ／ｃｍ^２の活物質負荷のＮＭＣ８１１であり、セパレータ１３０は、厚さ１２μｍのポリエチレンである。イオン性液体溶媒は、プロピル－メチル－ピロリジニウム－ＦＳＩ（ＰＹＲ１３ＦＳＩ）であり、マイノリティフラクションの共溶媒として２０重量～４０重量％のジメトキシエタン（ＤＭＥ）を含む。リチウム塩は、ＬｉＦＳＩであり、ＬｉＦＳＩの濃度は４０重量％～６０重量％である。

第４の例において、アノード１１０は、厚さ５０μｍの自立型リチウム金属であり、カソード１２０は、１２ｍｇ／ｃｍ^２の活物質負荷のＮＭＣ８１１であり、セパレータ１３０は、厚さ１２μｍのポリエチレンである。イオン性液体溶媒は、プロピル－メチル－ピロリジニウム－ＦＳＩ（ＰＹＲ１３ＦＳＩ）であり、マイノリティフラクションの共溶媒として７重量％～１２重量％のジメトキシエタン（ＤＭＥ）を含んでいる。リチウム塩は、ＬｉＦＳＩであり、ＬｉＦＳＩの濃度は４０重量％～４５重量％のである。湿潤は、湿潤剤として、少量（５重量％未満）のメチル－オクチル－ピロリジニウム－ＴＦＳＩ（ＰＹＲ１８ＴＦＳＩ）、および３ＭＦＣ－４４３０界面活性剤を使用して強化される。

［方法］
図２２に示されるように、その場でリチウム金属（Ｌｉ－Ｍ）合金を形成のための方法は、好ましくは、電解質溶液Ｓ１１０にＬｉ－Ｍ合金塩を添加するステップ、アノードベースを電解質溶液Ｓ１２０に曝露するステップ、およびＬｉ－Ｍ合金塩をアノードベースＳ１３０に駆動するステップを含む。この方法は、誘導された過電圧を介してアノードベース上にＬｉ－Ｍ合金材料を堆積させることにより、Ｌｉ－Ｍ合金アノードを生成するように機能する。この方法はスタンドアロン操作であって良い。例えば、バッテリーのアノード、または一般的に実装される酸化／還元反応（例えば、バッテリーの「工場」生成）のためのアノードを作成することである。代替的には、この方法は、いくつかのセルシステムの一般的な操作の一部であって良い。たとえば、「セル休止」フェーズ、またはバッテリーの充電／放電フェーズ（たとえば、Ｌｉ－Ｍ合金アノードの表面電極中間相をリフレッシュするため、またはＬｉ－Ｍ合金アノードを生成するため）であって良い。

この方法は、３つの一般的な目的のうちの１つに役立つように実施して良いけれども、任意の所望の目的のために実施することができる。ｉ）Ｌｉ－Ｍ合金材料の作成：この方法は、Ｌｉ－Ｍ合金を作成するために、好ましくはアノードとして実施するために実施することができる。Ｌｉ－Ｍ合金の作成には、ベース構造（アノードベースなど）または自発的なＬｉ－Ｍ合金の作成のいずれかでのその場合金の作成が含まれる。ｉｉ）Ｌｉ－Ｍ合金材料のリフレッシュ：Ｌｉ－Ｍ合金材料は時間の経過とともに（たとえば、バッテリー動作中に）消耗する可能性があるため、この方法ではＬｉ－Ｍ合金の補充が可能にして良い。ｉｉｉ）表面電極中間相（ＳＥＩ）の作成および／またはリフレッシュ：バッテリーのアノードＳＥＩは、バッテリーの充電／放電サイクルで重要な役割を果たす。多くのサイクルを通じて、バッテリーの機能を損なうＳＥＩの変形（樹枝状の形成など）が発生する可能性がある。この方法は、これらの変形を除去および／または低減するために実施することができる。これらの３つの一般的な目的は、必ずしも個別のまたは別個のアイデアではなく、同じ概念を指すことがあることに留意されたい。

実装に応じて、この方法は、好ましくは、いくつかのシステムに対する単一使用方法、または同じまたは他のシステムの反復方法である。好ましい実施例において、この方法は、好ましくは、上述のようなシステムで利用されるけれども、好ましくは、リチウム塩を含む電解質を含む任意のシステムまたはサブシステムで実施することができ、好ましくは、電解質は、イオン性液体溶媒をさらに含み、好ましくは、電解質はさらにエーテル共溶媒を含み、好ましくは、エーテル共溶媒は、マイノリティフラクション（重量に基づく）の溶媒である。この方法の特定の実装は、実装されている当該システムに大きく依存するため、方法の一般的な概要を示し、また、一連のシステム仕様を使用して正確なメソッドステップを決定する方法の一般的な手順を示す。

電解質へのＬｉ－Ｍ合金塩の添加を含むブロックＳ１１０は、アノードに合金材料を提供するように機能する。電解質に添加されるＬｉ－Ｍ合金塩の量は、実装によって異なることが好ましい。好ましい変形例において、添加されるＬｉ－Ｍ合金塩の量は、アノードの所望の最終組成に対応する。電解質Ｓ１１０へのＬｉ－Ｍ合金塩の添加は、電解質溶液の作成と同時に起こって良い。代替的には、ブロックＳ１１０は、電解質溶液の作成後いつでも起こって良い。いくつかの変形例において、電解質Ｓ１１０にＬｉ－Ｍ合金塩を加えることは維持の一部であって良く、それにより、Ｌｉ－Ｍ合金アノード、または表面電極中間相（ＳＥＩ）を回復するのを助ける。

Ｌｉ－Ｍ合金の合金は、１つまたは複数の他の金属または金属化合物とともに、リチウムを有して良い。可能な金属の例は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ａｓ、Ｚｎを含む。所望の実装に応じて、Ｓ１１０は、好ましくは、所望の金属合金の適切な塩を加えることを含む。

アノードベースを電解質に曝露することを含むブロックＳ１２０は、アノードベースを電解質溶液に曝露するように機能する。変形例において、当該方法が自発的なアノード形成に使用され、ブロックＳ１２０は当該方法から除外されて良い。多くの変形例において、アノードベースを電解質Ｓ１２０に曝露することは、一度（例えば、電池セルが作成された時点で）行われる単一の操作プロセスである。これらの変形例において、アノードベースは、電解質に継続的および／または恒久的にさらされて良い。他の変形例において、ブロックＳ１２０は、方法の実装ごとにアノードベースで実行される必要があるかもしれない。例えば、電池は、モジュール式のカソードおよびアノード構成要素を含むシステムを有して良い。ブロックＳ１２０の一部として、ベースアノードは、所定の電解質を含む第１の電池ケースから、所望の電解質を含む第２の電池ケースに移動されて良く、それによって、アノードベースを電解質溶液にさらす。

ブロック１３０は、Ｌｉ－Ｍ合金塩をアノードベース上に駆動することを含み、アノードベース上でＬｉ－Ｍ合金アノードを「成長させる」ように機能する（合金化プロセスとも呼ばれる）。好ましい変形例において、ブロックＳ１３０は、Ｌｉ－Ｍ合金アノード成長を誘発するための適切な熱力学的および／または運動条件（ｋｉｅｎｅｔｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ）を作り出すステップを有する。

Ｌｉ－Ｍ合金塩をアノードベースに駆動して、Ｓ１３０は、アノードベースの組成に依存して良く、これは、当該方法で実施されるシステムに依存して変化して良い。アノードベースタイプは、３つの一般的なグループに分けして良い。すなわち、（ｉ）存在しない、（ｉｉ）シードタイプのアノードベース、（ｉｉｉ）リチウムまたはＬｉ－Ｍ合金アノードベースである。

第１の変形例において、アノードベースは存在しない（例えば、アノードの最初の作成において）。この変形例において、Ｌｉ－Ｍ合金塩をアノードベース上に駆動するステップＳ１３０は、Ｌｉ－Ｍ合金アノードを生成するための核形成イベントを含む。したがって、ブロックＳ１３０は、Ｌｉ－Ｍ合金材料の核形成が自発的に起こり得るように（例えば、スピノーダル分解）、適切な熱力学的条件を作り出すことを含む。この実装において、ブロックＳ１３０は、好ましくは、このタイプの核形成が起こり得るようにシステムの熱力学的条件を変更することを含む（例えば、温度または圧力の変更）。

第２の変形例において、アノードベースは、銅集電体などのいくつかの一般的な電極材料を有して良い（例えば、これは、電池を作成するための実装であって良い）。銅集電体または他の一般的な電極材料の場合、Ｌｉ－Ｍ合金塩をアノードベースに駆動するステップＳ１３０は、好ましくは、核形成が電極材料に沿って起こるように適切な熱力学的条件を作り出すことを含む。電極材料は核形成「シード」として機能する可能性があるため、熱力学的条件は最初の例と比較してそれほど厳しくないかもしれない。いくつかの実装例において、アノードベースに特定の核形成シード／不純物をさらに移植して良い。これらのシード／不純物は、Ｌｉ－Ｍ合金塩をアノードベースに駆動するステップＳ１３０の熱力学的要件をさらに低減する可能性がある。追加的または代替的に、これらのシードは、アノードベースでのＬｉ－Ｍ合金成長のより良い組織化を可能にし、Ｌｉ－Ｍ合金密度を改善し、ＳＥＩを改善するであろう。

第３の変形例において、アノードベースは、リチウム金属または所望のリチウム金属合金から構成されて良い（例えば、既製の合金材料、および／または電池をリフレッシュするための実装において）。この変形例において、適切な熱力学的条件を作成することはさらに厳しくないであろう。リチウム金属またはＬｉ－Ｍ合金材料が配置されているため、Ｌｉ－Ｍ合金塩が電解質から沈殿してアノードベースに堆積することを可能にする熱力学的条件で十分であろう。

Ｌｉ－Ｍ合金塩をアノードベースに駆動することは、好ましくは、Ｌｉ－Ｍ合金塩をアノードベースに動力学的に駆動することを含む。好ましい変形例において、Ｌｉ－Ｍ塩を動力学的に駆動することは、電流を誘導することを含むけれども、他の駆動方法が追加的または代替的に使用されて良い（例えば、熱電流）。Ｌｉ－Ｍ塩をアノードベースに動力学的に駆動することは、Ｌｉ－Ｍ合金の成長速度を制御し（たとえば、ＳＥＩ形成を改善し、合金形成をスピードアップするために）、Ｌｉ－Ｍ合金形成の領域を決定するのに役立つであろう（たとえば、自発的な合金形成）。Ｌｉ－Ｍ塩をアノードベース上に動力学的に駆動するステップＳ１２０は、合金化プロセス中の電流の増加または減少を含んで良い。いくつかの変形例において、合金化プロセス中のようにＬｉ－Ｍ合金塩が電解質から枯渇するので、電流を増加させて、比較的一定の過電圧を維持することができる。これは、よりスムーズなＳＥＩを形成するのに役立つであろう。他の変形例において、電流を大幅に増加させて、ＳＥＩの形成前に、電解質からＬｉ－Ｍ合金塩の完全な枯渇を誘発させて良い。

自発的および電気化学的合金化の有用性および実行可能性に関する実験的証拠を図２３に示す。リチウム金属アノード、ニッケル－マンガン－コバルト（ＮＭＣ）カソード、および０．３モルのＭｇ（ＴＦＳＩ）２塩を含む電解質を用いてコイン電池を構築した。ただし電解質はＬｉ塩を有しない。２５°Ｃで４４時間の休止期間の後、２５°Ｃで、セルはＣ／２０で充電および放電され、Ｃ／４でサイクルされた。図２３は、このセルのサイクリング性能を、Ｍｇ（ＴＦＳＩ）２塩の代わりに０．６モルのＬｉＴＦＳＩ塩を含むことを除いて、構造と操作が同じコントロールセルと比較している。１２サイクル後、２つのセルのパフォーマンスはほぼ同じであることが観察される。ＭｇイオンはＮＭＣカソードにインターカレーションできないため、これは、最初に電解質に含まれていたＭｇイオンの一部またはすべてがリチウム金属アノードに組み込まれ、Ｌｉイオンに置き換えられたことを示している。

ここで使用される場合、第１、第２、第３などは、様々な要素、部品、領域、層、および／またはセクションを特徴付け、区別するために使用される。これらの要素、部品、領域、層、および／またはセクションは、これらの用語によって制限されないことに留意されたい。数値用語の使用は、１の要素、部品、領域、層および／またはセクションを他の要素、部品、領域、層および／またはセクションから区別するために使用されて良い。このような数値用語の使用は、文脈によって明確に示されていない限り、順序または順序を意味するものではない。そのような数値参照は、ここに説明される実施例および変形例の教示から逸脱することなく交換可能に使用することができる。

当業者は、上述の詳細な説明および図および特許請求の範囲から認識するように、以下の特許請求の範囲で定義されるこの発明の範囲から逸脱することなく、この発明の実施例に修正および変更を加えることができる。

Claims (27)

1. 区画化されたセル内の化学薬品から電気エネルギーを生成するためのシステムにおいて、
   少なくとも１つのアノードと少なくとも１つのインターカレーションカソードとを有する少なくとも２つの電極と、
   上記アノードおよび上記カソードを分離する少なくとも１つのセパレータと、
   少数側分量のエーテル共溶媒と混合されたイオン性液体溶媒を有するイオン性液体電解質系と、
   リチウム塩溶質とを有することを特徴とするシステム。
2. 少なくとも１つのアノードが金属アノードである請求項１に記載のシステム。
3. 少なくとも１つのインターカレーションカソードが金属酸化物カソードである請求項２に記載のシステム。
4. 上記金属アノードが３～８０μｍの間の厚さの電極である請求項３に記載のシステム。
5. 上記セルが、少なくとも１つの自立型金属アノードを含むポーチセルであり、各自立型金属アノードがニッケルタブに溶接されている請求項２に記載のシステム。
6. 上記金属アノードがリチウム金属アノードである請求項２に記載のシステム。
7. 上記リチウム金属アノードがリチウム金属合金を有する請求項６に記載のシステム。
8. 上記リチウム金属合金がリチウムマグネシウム合金であり、マグネシウムがリチウムマグネシウム合金の０．１重量％～６０重量％を有する請求項７に記載のシステム。
9. 上記金属アノードは、３～２０μｍの間の厚さの銅金属アノードである請求項２に記載のシステム。
10. 上記金属アノードが３～２０μｍの間の厚さの銅化プラスチックフィルムである請求項２に記載のシステム。
11. 上記リチウム塩組成物が、上記電解質系の４０～５０重量パーセントを含有する請求項１に記載のシステム。
12. 上記リチウム塩組成物が、電解質系の３０～４０モル％を有する請求項１に記載のシステム。
13. 上記リチウム塩組成物が、電解質系の２０～３０モル％を有する請求項１に記載のシステム。
14. 上記リチウム塩組成物が、電解質系の０．１～２０モル％を有する請求項１に記載のシステム。
15. 上記エーテル共溶媒が線状エーテルを有する請求項１に記載のシステム。
16. 上記エーテル共溶媒が環状エーテルを有する請求項１に記載のシステム。
17. 上記湿潤剤がフッ素化エーテルを有する請求項１に記載のシステム。
18. 上記湿潤剤が、リン酸エステルおよび／または亜リン酸塩を有する請求項１に記載のシステム。
19. 上記電解質系の粘度が１～２５０センチポアズの間である請求項１に記載のシステム。
20. 上記セパレータがポリオレフィンセパレータである請求項１に記載のシステム。
21. 上記ポリオレフィンセパレータの厚さが１～５０μｍであり、多孔度が２０～６０％である請求項１９に記載のシステム。
22. 上記システムが、複数の区画化されたセルをさらに有する請求項１に記載のシステム。
23. 上記複数の区画化されたセルが組み合わされて一緒に機能する請求項２０に記載のシステム。
24. 化学電池用のシステムにおいて、
    少なくとも１つの金属アノードおよび少なくとも１つの金属酸化物カソードを有する少なくとも２つの電極と、
    すべてのアノードおよびカソードを分離する少なくとも１つのポリオレフィンセパレータと、
    少数側分量のエーテル共溶媒と混合されたイオン性液体電解質を有するイオン性液体電解質と、
    リチウム塩とを有することを特徴とするシステム。
25. 上記エーテル共溶媒が線状エーテルであり、リチウム塩がリチウムビス（フルオロスルホニル）イミド（ＬｉＦＳＩ）である請求項２０に記載のシステム。
26. 上記湿潤剤がリン酸エステルおよび／または亜リン酸塩をさらに有し、上記リチウム塩がリチウムビス（フルオロスルホニル）イミド（ＬｉＦＳＩ）である請求項２０に記載のシステム。
27. 上記電解質が、湿潤剤としてフッ素化エーテルをさらに有する請求項２０に記載のシステム。

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