JP2022534760A - ケイ素主体アノードセルにおける電極の直接コーティング - Google Patents

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Abstract

ケイ素主体アノードセル用の電極の大量ロールツーロール直接コーティングのためのシステム及び方法が提供される。

Description

優先権主張
本特許出願は、２０１９年５月３０日に出願された米国仮特許出願シリアル番号６２／８５４，９３５及び２０１９年１１月１３日に出願された米国特許出願第１６／６８３，２４１号の優先権に言及し、これらの優先権を主張し、かつこれらの利益を主張するものである。上記で特定されている出願を、それらの全体について参照によって本明細書に組み込む。
本開示の態様は、エネルギーの生成及び貯蔵に関する。より具体的には、本開示の特定の実施は、ケイ素主体アノードセルにおける電極を直接コーティングするための方法及びシステムに関する。
従来の電池技術には様々な問題が存在し得る。これについて、存在する場合、電池アノードを設計及び作製するための従来的なシステム及び方法は、費用がかかり、煩雑であり、及び／又は非効率的となり得る、例えば、これらは、実施するのに複雑で及び／又は時間がかかり得るので、電池の寿命を制限する場合がある。
従来的及び伝統的なアプローチの更なる制限及び欠点は、図面を参照して、そのようなシステムを本願の残りの部分に記載されている本開示のいくつかの態様と比較することによって、当業者に明らかになるであろう。
特許請求の範囲においてより完全に記載されているように、図のうちの少なくとも１つに実質的に示されているような、及び／又はこれに関連して記載されているような、ケイ素主体アノードセルにおける電極を直接コーティングするためのシステム及び方法が提供される。
本開示のこれら及び他の利点、態様、及び新規の特徴、並びにその例示されている実施形態の詳細は、以下の説明及び図面からより完全に理解されるであろう。
本開示の例示的な実施形態による、ケイ素主体アノードを有する電池の図である。 本開示の例示的な実施形態による、例示的なケイ素主体アノードを示す。 本開示の例示的な実施形態による、電極を直接コーティングするためのプロセスのフロー図である。 本開示の例示的な実施形態による、大量連続ロールツーロール熱処理システムの側面図を示す。 本開示の別の例示的な実施形態による、例示的な大量連続バッチ式ロールツーロール熱処理システムの側面図を示す。 本開示の例示的な実施形態による、複数の製造ラインを有する例示的なロールツーロールシステムの上面図を示す。 本開示の例示的な実施形態による、単一の集電体上に複数の混合物ストリップを有する電極ロールの実施形態の上面図を示す。 本開示の例示的な実施形態による、大量直接コーティング式ロールツーロールプロセスを使用して製造された電極を使用するセルの電圧プロファイルを示すプロットである。 本開示の例示的な実施形態による、大量直接コーティング式ロールツーロールプロセスを使用して製造された電極を使用するセルの容量保持性能を示すプロットである。 本開示の例示的な実施形態による、大量直接コーティング式ロールツーロールプロセスを使用して製造された電極を使用するセルのサイクル寿命の間における１００％ＳＯＣ（充電状態）でのセル厚の成長を示すプロットである。 本開示の例示的な実施形態による、大量直接コーティング式ロールツーロールプロセスを使用して製造された電極を使用するセルの充電速度を示すプロットである。 本開示の例示的な実施形態による、大量直接コーティング式ロールツーロールプロセスを使用して製造された電極を使用するセルについて、高速充電サイクルでの容量低下を示すプロットである。 本開示の例示的な実施形態による、大量直接コーティング式ロールツーロールプロセスを使用して製造された電極を使用するセルについて、高速充電サイクルでの正規化された容量保持を示すプロットである。
図１は、本開示の例示的な実施形態による、ケイ素主体アノードを有する電池の図である。図１を参照すると、アノード１０１とカソード１０５との間に挟まれたセパレータ１０３を備え、集電体１０７Ａ及び１０７Ｂを有する電池１００が示されている。電池１００に結合された負荷１０９も示されており、電池１００が放電モードにある場合が例示されている。本開示では、「電池」という用語は、単一の電気化学セル、モジュールに形成された複数の電気化学セル、及び／又はパックに形成された複数のモジュールを表すために使用され得る。
ポータブル電子デバイスの開発及び輸送の電化によって、高性能の電気化学的エネルギー貯蔵の必要性が推進されている。小規模（＜１００Ｗｈ）から大規模（＞１０ＫＷｈ）のデバイスでは、その性能が高いことから、他の充電式電池の化学的性質よりも主にリチウムイオン（Ｌｉイオン）電池が使用されている。
アノード１０１及びカソード１０５は、集電体１０７Ａ及び１０７Ｂと一緒になって、電解質材料内にあるか又はこれを含有するプレート又は膜を構成し得る電極を備えることができ、該プレートは、電解液を収容するための物理的障壁及び外部構造体に対する導電性接点を形成し得る。他の実施形態では、アノード／カソードプレートは電解液に浸漬されており、一方で外側ケーシングが電解液を封じ込めている。アノード１０１及びカソードは、集電体１０７Ａ及び１０７Ｂに電気的に結合されており、これらの集電体は、電極への電気的接触、及び電極形成の際の活物質の物理的支持を提供するための金属又は他の導電性材料を含む。
図１に示される構成は、放電モードの電池１００を示しているが、充電構成では、負荷１０７を充電器と交換して、プロセスを逆にすることができる。あるクラスの電池では、セパレータ１０３は、一般に、電気絶縁ポリマー製の膜材料であり、このセパレータは、例えば、イオンがセパレータ１０３を通って通過するように十分に多孔性でありながら、電子がアノード１０１からカソード１０５に、又はその逆に流れるのを防止する。典型的には、セパレータ１０３、カソード１０５、及びアノード１０１の材料は、シート、膜、又は活物質でコーティングされた箔に個別に形成される。続いて、カソード、セパレータ、及びアノードのシートは、カソード１０５及びアノード１０１を分離するセパレータ１０３と一緒に積層されるか、又は巻かれて、電池１００を形成する。いくつかの実施形態では、セパレータ１０３は、シートであり、一般に、その製造においてワインディング法（ｗｉｎｄｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ）及び積層を利用する。これらの方法では、アノード、カソード、及び集電体（例えば、電極）は、膜を構成し得る。
例示的なシナリオでは、電池１００は、固体電解質、液体電解質、又はゲル電解質を含み得る。セパレータ１０３は、好ましくは、以下のものを含み得る組成物のような典型的な電池電解液には溶解しない：ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＰＦ６、及びＬｉＣｌＯ４等が溶解した、エチレンカーボネート（ＥＣ）、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）等。セパレータ１０３は、液体又はゲル電解質で濡らしても、又は浸してもよい。更に、例示的な実施形態では、セパレータ１０３は、約１００～１２０℃未満では溶融せず、電池用途に十分な機械的特性を呈する。電池は、動作中に、アノード及び／又はカソードの膨張及び収縮を受ける場合がある。例示的な実施形態では、セパレータ１０３は、故障することなく少なくとも約５～１０％膨張及び収縮することができ、また可撓性でもよい。
セパレータ１０３は、例えば液体又はゲル電解質で濡れた後、イオンがセパレータを通過することができるように、十分に多孔性とし得る。或いは（又は更に）、セパレータは、顕著な多孔性がなくても、ゲル化又は他のプロセスを通じて電解質を吸収することができる。また、セパレータ１０３の多孔性は、一般に、アノード１０１及びカソード１０５がセパレータ１０３を通して電子の移動を可能にするほどには多孔性ではない。
アノード１０１及びカソード１０５は、電池１００のための電極を構成し、充電及び放電状態で電荷を移送するために、デバイスへの電気的接続を形成する。アノード１０１は、例えば、ケイ素、炭素、又はこれらの材料の組み合わせを含み得る。典型的なアノード電極は、銅シートのような集電体を備える炭素材料を含む。炭素は、優れた電気化学的特性を有し、かつ導電性もあるため、よく使用される。充電式リチウムイオン電池で現在使用されているアノード電極は、典型的には、１グラムあたり約２００ミリアンペア時間の比容量を有する。ほとんどのリチウムイオン電池アノードに使用されている活物質であるグラファイトは、１グラムあたり３７２ミリアンペア時（ｍＡｈ／ｇ）の理論エネルギー密度を有する。それに比べて、ケイ素は、４２００ｍＡｈ／ｇという高い理論容量を有する。リチウムイオン電池の体積及び重量エネルギー密度を増加させるために、ケイ素がカソード又はアノードの活物質として使用され得る。ケイ素アノードは、例えば、５０％超のケイ素を有するケイ素複合材料から形成され得る。
例示的なシナリオでは、アノード１０１及びカソード１０５は、リチウムのような、電荷の分離に使用されるイオンを貯蔵する。この例では、電解液は、図１に示されるように、例えば、放電モードでは、アノード１０１からカソード１０５に正電荷のリチウムイオンを運び、充電モードでは、セパレータ１０５を介してその逆となる。リチウムイオンの移動によって、アノード１０１内に自由電子が生成され、これによって、正の集電体１０７Ｂに電荷が生成される。次いで、電流は、この集電体から負荷１０９を通って負の集電体１０７Ａに流れる。セパレータ１０３は、電池１００内の電子の流れを遮断し、リチウムイオンの流れを可能にし、電極間の直接的な接触を防止する。
電池１００が放電して電流を供給している間、アノード１０１は、セパレータ１０３を介してリチウムイオンをカソード１０５に放出し、結合されている負荷１０９を介して、一方の側から他方の側へと電子の流れを生成する。電池が充電されているときは反対のことが起こり、リチウムイオンがカソード１０５によって放出され、アノード１０１によって受け取られる。
アノード１０１及びカソード１０５に関して選択される材料は、電池１００について可能な信頼性及びエネルギー密度にとって重要である。現在のリチウムイオン電池のエネルギー、電力、コスト、及び安全性は、例えば、内燃機関（ＩＣＥ）技術と競合し、電気自動車（ＥＶ）の普及を可能にするために改善される必要がある。リチウムイオン電池の高いエネルギー密度、高い電力密度、及び改善された安全性は、大容量及び高電圧カソード、大容量アノード、並びに高電圧安定性及び電極との界面適合性を有する機能的に不燃性の電解質を開発することによって達成される。更に、毒性の低い材料が、プロセスのコストを削減し、かつ消費者の安全性を促進するために、電池材料として有益である。
電気化学電極の性能は、多くの要因に依存しているが、電極粒子同士の間、並びに集電体と電極粒子との間の電気的接触のロバスト性に大きく依存している。ケイ素アノード電極の導電率は、異なる形態学的特性を有する導電性添加剤を組み込むことによって操作することができる。カーボンブラック（Ｓｕｐｅｒ Ｐ）、蒸気成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）、及びこれら２つの混合物は、これまで、アノード電極に別々に組み込まれて、アノードの性能を改善してきた。２つの炭素材料間の相乗的相互作用は、充電及び放電の間のケイ素アノードの大きな体積変化を通じて、電気的接触を促進し得る。
最先端のリチウムイオン電池では、典型的には、リチウムのインターカレーション材料として、グラファイト主体アノードが用いられている。しかしながら、ケイ素主体アノードは、グラファイト主体リチウムイオン電池と比較して改善をもたらす。ケイ素は、より高い重量容量（３５７９ｍＡｈ／ｇ対グラファイト３７２ｍＡｈ／ｇ）及び体積容量（２１９４ｍＡｈ／Ｌ対グラファイト８９０ｍＡｈ／Ｌ）の両方を呈する。更に、ケイ素ベースのアノードは、Ｌｉ／Ｌｉ＋に対して約０．３～０．４Ｖのリチウム化／脱リチウム化電圧プラトーを有し、それによって、開回路電位を維持して、不所望なＬｉめっき及びデンドライトの形成を回避することができる。ケイ素は優れた電気化学的活性を示すが、ケイ素ベースのアノードの安定したサイクル寿命を達成することは、リチウム化及び脱リチウム化の間のケイ素の大きな体積変化のために難題である。ケイ素領域は、その低い導電率と組み合わさった大きな体積変化によってアノード内でケイ素が周囲の材料から分離されるため、アノードからの電気的接触を失う場合がある。
更に、ケイ素の体積変化が大きいことによって、 ＳＥＩ被膜 （ＳＥＩ）の形成が悪化し、これが、電気的絶縁、したがって、容量損失に更につながり得る。充電－放電サイクル時のケイ素粒子の膨張及び収縮は、ケイ素粒子の微粉化を引き起こし、それらの比表面積を増加させる。サイクル中にケイ素の表面積が変化して増加すると、ＳＥＩは、繰り返し分解して再形成する。したがって、ＳＥＩは、サイクル中に、微粉化していくケイ素領域の周囲に絶えず蓄積して、厚い電子絶縁及びイオン絶縁層になる。このＳＥＩの蓄積によって、電極のインピーダンスが増加し、電極の電気化学的反応性が低下し、これは、サイクル寿命に悪影響を及ぼす。
図２は、本開示の例示的な実施形態による、例示的なシリコン主体アノードを示す。図２を参照すると、集電体２０１、任意選択的な接着剤２０３、及び活物質２０５が示されている。しかしながら、接着剤は、活物質が集電体上に直接形成される直接コーティングプロセスでは必ずしも存在するとは限らないため、接着剤２０３は、利用されるアノード製造プロセスの種類に応じて、存在する場合又は存在しない場合があることに留意されたい。
例示的なシナリオでは、活物質２０５は、バインダー材料及び溶媒中にケイ素粒子を含み、活物質２０５は、熱分解されてバインダーをガラス状炭素に変え、このガラス状炭素によって、ケイ素粒子の周りに構造的枠が形成されて導電性ももたらされる。任意選択的な接着剤２０３を使用して、活物質を集電体２０１に結合してもよい。集電体２０１は、例えば、銅、ニッケル、又はチタンのような金属膜を構成し得るが、所望の引張強度に応じて、他の導電性箔を利用してもよい。更に、集電体２０１は、集電体２０１と活物質２０５との間の接着性を増加させるために、粗い表面を有するような表面処理／コーティングを有していてもよい。
図２はまた、活物質２０５に衝突してこれをリチウム化するリチウム粒子も示す。図２に示されるように、集電体２０１は、特定の実施に基づいて変化し得る厚さｔを有する。これについて、いくつかの実施では、厚めの箔を使用し得るが、他の実施では、薄めの箔を使用する。例示的な厚めの箔は、例えば銅では、１０μｍ又は２０μｍ等の６μｍ超となり得るが、薄めの箔は、銅では６μｍ未満の厚さとなり得る。
例示的なシナリオでは、接着剤が使用される場合、接着剤２０３は、集電体２０１への電気的接触をなおもさせながら、集電体２０１に対する活物質膜２０５の接着強度を与える、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、又はポリアミドイミド（ＰＡＩ）等のポリマーを含む。他の接着剤も、処理後に十分な伝導性と共に接着強度を与えることができる限り、所望の強度に応じて利用してもよい。接着剤２０３が使用される場合、これは、より強くより堅い結合をもたらし、また集電体も強いと推定すると、ｘ及びｙ方向の膨張をより制限することができる。逆に、接着剤がより柔軟である及び／又はより厚いと、より大きなｘ－ｙ膨張が可能になり、アノードの膨張の異方性が低減し得る。
図３は、本開示の例示的な実施形態による、電極を直接コーティングするためのプロセスのフロー図である。このプロセスは、活物質、導電性添加剤、溶媒、及びバインダーを物理的に混合し、これを集電体上に直接コーティングすることを含む。この例示的なプロセスは、アノードスラリーを、ＣＭＣ、ＳＢＲ、アルギン酸ナトリウム、ＰＡＩ、ＰＡＡ、ＰＩ、並びにそれらの混合物及びそれらの組み合わせのようなバインダーを使用して銅箔上に直接コーティングする、直接コーティングプロセスを含む。
ステップ３０１では、原料電極活物質を、バインダー／樹脂（ＰＩ、ＰＡＩ等）、溶媒、及び導電性炭素を使用して混合することができる。例えば、グラフェン／ＶＧＣＦ（質量で１：１）を、例えば１時間にわたって超音波処理し、続いて、Ｓｕｐｅｒ Ｐ（ＶＧＣＦ及びグラフェンと一緒に１：１：１）を添加し、例えば４５～７５分にわたって更に超音波処理することによって、ＮＭＰ中に分散させることができる。次いで、所望の粒径を有するケイ素粉末を、例えば、ボールミル内にて１０００ｒｐｍで指定した時間にわたって、ポリアミック酸樹脂（Ｎ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）中で１５％の固形物）中に分散させることができ、次いで、共役炭素／ＮＭＰスラリーを添加して、例えば２０００ｒｐｍで、例えば更に所定の時間にわたって分散させて、２０００～４０００ｃＰ内のスラリー粘度及び約３０％の総固形分を達成することができる。粒径及び混合時間を変えて、活物質の密度及び／又は粗さを設定してもよい。
ステップ３０３では、スラリーを、例えば２～５ｍｇ／ｃｍ２の充填量で箔上にコーティングすることができ、ステップ３０５で、これを乾燥にかけて、０～２０％未満の残留溶媒含有量にすることができる。ステップ３０７では、任意選択的なカレンダー加工プロセスを利用することができ、一連の硬い圧力ローラを使用して、膜／基板をより滑らかかつより稠密な材料シートに仕上げることができる。
ステップ３０９では、炭素前駆体が部分的又は完全にガラス状炭素に変換されるように、活物質を５００～８００℃に加熱することによって熱分解することができる。アノードが４００℃以上で加熱に供された場合、熱分解工程によって、５０質量％以上のケイ素含有量を有するアノード活物質が生じ得る。熱分解は、ロール形態で行われても、又はステップ３１１の打ち抜きの前若しくは後に行われてもよい。ロール形態で行う場合、打ち抜きは熱分解プロセスの後に行われる。次いで、打ち抜かれた電極を、電解質と一緒にセパレータ及びカソードで挟んで、セルを形成することができる。
ステップ３１３では、いくらかの残留リチウムを残したままアノードをリチウム化するための初期充電及び放電ステップを含む形成プロセスにセルを供することができる。
場合によっては、電極製造の大規模化が望ましいことがある。したがって、本開示による様々な実施は、大量電極製造のために構成された、特に、直接コーティング式プロセスのために構成されたプロセス及び対応する装置を提供する。これについて、本開示による大量電極製造ソリューションは、機械的構造体としての炭化ポリマーをベースとする、連続電極形態のケイ素主体アノードの製造に使用することができる。そのようなプロセス及び／又は対応するシステムの例、並びにこれらと関係のある関連特徴が、図４～図１３に関して記載されている。
図４は、本開示の例示的な実施形態による、大量連続ロールツーロール熱処理システムの側面図を示す。図４に示されるのは、大量ロールツーロール電極直接コーティングに使用することが可能なシステム４００である。
これについて、いくつかの実施形態では、大量ロールツーロール電極処理は、直接コーティングに基づいてもよい、すなわち、この場合、電極（又は電極材料）が集電体上に直接コーティングされる。言い換えるなら、そのようなプロセスでは、集電体は、電極の熱処理（熱分解処理を含む）の最中を含め、製造ラインを通してコーティングされる混合物を運ぶ基板又はキャリア膜として機能する。
図４に示される実施形態による、大量電極直接コーティングを提供するための例示的なプロセスは、前駆体複合ロール４０１から、集電体４０５上の前駆体複合膜４０４（例えば、電極活物質前駆体及びポリマーを含む）を供給することを含み得る。これについて、前駆体複合ロール４０１は、電極混合物を集電体４０５上にコーティングすることによって作製することができ、コーティングされた電極混合物は、（例えば、乾燥及び硬化後に）前駆体複合膜４０４及び集電体４０５（前駆体複合膜４０４は集電体４０５上にある）を形成し、前駆体複合ロール４０１から巻き取られる。
次いで、前駆体複合膜４０４でコーティングされた集電体４０５は、熱処理オーブン４０２を介して供給され、前駆体複合膜４０４は熱処理（例えば、熱分解）にかけられる。これについて、図４には具体的に示されていないが、システム４００は、前駆体複合ロール４０１と係合し、かつ前駆体複合膜４０４でコーティングされた集電体４０５を前駆体複合ロール４０１から熱処理オーブン４０２に供給することを可能にするための適切な構成部品を備え得る。
熱処理オーブン４０２は、電極活物質の形成を確実にするように、例えば、電極活物質前駆体及びポリマーを電極活物質に変換するように、熱処理（例えば、熱分解）を施すよう構成され得る。更に、直接コーティングでは、集電体も熱処理中に存在するため、熱処理オーブン４０２（及びそこで生じる条件）は、集電体を損傷させないように特に熱処理を施すよう構成され得る。
前駆体複合膜４０４が熱処理オーブン４０２を通して供給されると、前駆体複合膜４０４は、熱分解されて複合電極膜４０６を形成し、これを巻き上げて複合電極ロール４０３にすることができる。これについて、図４には具体的に示されていないが、システム４００は、複合電極ロール４０３と係合するための、かつ複合電極膜４０６を熱処理オーブン４０２から複合電極ロール４０３に供給することを可能にするための適切な構成部品を備え得る。
いくつかの実施形態では、熱処理オーブン４０２は、アルゴン、窒素、ヘリウム、アルゴン中の５％水素、窒素中の５％水素、又はこれらの混合物、又は他の不活性若しくは還元雰囲気のような、不活性又は還元ガスで満たされている。いくつかの実施形態では、オーブン４０２は、異なる温度ゾーンを有し得る。いくつかの実施形態では、強制又は受動冷却をオーブン４０２の一部（又はオーブン４０２内に組み込むことが可能な大気隔離チャンバ）内に組み込んで、材料の冷却速度を制御することができる。オーブン４０２の入口及び出口は、上記の内部雰囲気を維持し、かつ外気がオーブンに入ることを防止するように設計され得る。オーブンから出る材料の温度は、集電体の酸化を防ぐために十分低くなければならない。
混合物をキャリア又は集電体上にコーティングするためのコーティング速度は、約１ｍ／分～約１００ｍ／分の間、又は約６０ｍ／分～約１００ｍ／分の間、好ましくは８０ｍ／分でもよい。いくつかの実施形態では、熱処理の長さは、約１２ｍ～約１８ｍ、好ましくは約１４ｍであり、膜上の特定の位置が熱処理オーブン内に留まる時間は、約１．２分～約２分、好ましくは約１．５分である。熱処理速度は、約１ｍ／分～約１２ｍ／分、８ｍ／分～約１２ｍ／分、好ましくは約１０ｍ／分でもよい。
図５は、本開示の別の例示的な実施形態による、例示的な大量バッチ式ロールツーロール熱処理システムの側面図を示す。図５に示されるのは、図４に関して記載したものとは別のアプローチに基づく、大量ロールツーロール電極直接コーティングに使用することが可能なシステム５００である。
図５に示される実施形態による、大量電極直接コーティングを提供するための例示的なプロセスは、前駆体複合膜を形成するために、前処理された電極混合物の集電体上へのコーティングと、乾燥及び硬化段階とを含み得る。図５に示されるように、集電体上の前駆体複合膜を、非反応性耐熱コア上の前駆体複合ロール５０１へと巻き上げ、連続熱処理オーブン５０２を通して供給し、前駆体複合膜を熱処理（例えば、熱分解）にかけることができる。次いで、前駆体複合ロール５０１は、電池を形成するために使用され得る複合電極ロール５０３として、連続熱処理オーブン５０２から出てくる。これについて、図５には具体的に示されていないが、システム５００は、前駆体複合ロールと係合するための、かつこれらを、システム内で移動させるための、特に、オーブン５０２内へと、その内部で、及びその外に移動させるための適切な構成部品を備え得る。
いくつかの実施形態では、熱処理オーブン５０２は、アルゴン、窒素、ヘリウム、アルゴン中の５％水素、窒素中の５％水素、又はこれらの混合物、又は他の不活性若しくは還元雰囲気のような、不活性又は還元ガスで満たされている。いくつかの実施形態では、強制又は受動冷却をオーブンの一部（又はオーブン４０２内に組み込むことが可能な大気隔離チャンバ）内に設計して、材料の冷却速度を制御することができる。いくつかの実施形態では、オーブンは異なる温度ゾーンを有するであろう。いくつかの実施形態では、前駆体複合ロール５０１及び複合電極ロール５０３は、上記の内部雰囲気を維持し、かつ外気がオーブンに入ることを防ぐように設計された、熱処理オーブン５０２の各端部にある大気隔離チャンバ内に配置され得る。オーブンから出る材料の温度は、集電体の酸化を防ぐために十分に低くなければならない。
前駆体複合ロール５０１が、例えば図５に示されるように、連続熱処理オーブン５０２を通して供給されるいくつかの実施形態では、熱処理の長さは、約５ｍ～約７ｍであり、ロールにおける熱処理は、約３０分～約１１０分、９０分～約１１０分、好ましくは８０分かかる。熱処理出力は、約１ロール／時～約５ロール／時、４．５ロール／時～約５ロール／時、好ましくは約４．８ロール／時である。
いくつかの実施形態では、代替的なロール配置（例えば、ロールの向き及び／又はオーブン内での位置決め）を支持することができる。例えば、ロールは、図５に示される代替的な実施に示されるように、９０度に向けられており、オーブンの端から端まで進むことができる。この具体例では、ロールを、円筒形又は他には管状の支持体上でコアによって支持及び懸吊することができる。
図６は、本開示の例示的な実施形態による、複数の製造ラインを有する例示的なロールツーロールシステムの上面図を示す。図６に示されるのは、複数の製造ラインを使用する大量ロールツーロール電極直接コーティングに使用することが可能なシステム６００である。
これについて、いくつかの実施形態では、ボリュームを更に増加させるために、直接コーティング式システムにおいて複数の製造ラインを設定又は使用して、例えば、複数の複合電極ロールを同時に製造することができる。例えば、図６に示されるように、そのようなシステムは、４つの製造ラインを組み込むことができ、各ラインは、図４に関して記載したシステムのようなロールツーロールシステムに基づいて実施される。場合によっては、個々の製造ラインで使用される構成部品の一部を組み合わせてもよい（又は代替的には、単一の構成部品をすべての製造ラインに使用してもよい）。
例えば、図６に示されるように、システム６００は、４つの対応する集電体（図６は上面図であるため示されていないが、それぞれ図４の集電体４０５と同様）上の４つの前駆体複合膜６０４（それぞれ図４の前駆体複合膜４０４と同様）を供給する４つの個別の前駆体複合ロール６０１（それぞれ図４の前駆体複合ロール４０１と同様）を使用し得る。これについて、図４に関して記載したように、各集電体は、熱処理前に電極前駆体複合膜でコーティングされる。
次いで、図４のオーブン４０２と実質的に同様となり得る単一のオーブン６０２（ただし、図６に示されるように、複数の膜、例えば４つの膜に熱分解を施すように構成されている）を使用して、すべての前駆体複合膜６０４を熱処理すると、４つの対応する複合電極膜６０６（それぞれ図４の複合電極膜４０６と同様）が得られ、これらを４つの対応する複合電極ロール６０３（それぞれ図４の複合電極ロール４０３と同様）へと巻き取ることができる。
図７は、本開示の例示的な実施形態による、単一の集電体上に複数の電極レーンを有する電極ロールの実施形態の上面図を示す。
これについて、いくつかの実施形態では、ロールツーロールシステムは、単一の集電体上に複数の電極レーンを有する電極ロールを作製するように構成され得る。これは、コーティングプロセスにおいて集電体上に複数の電極レーンをコーティングすることによって行うことができる。例えば、図４に関して記載したシステムのようなロールオンロールシステムを、複数のストリップロールの処理をサポートするように変更することができ、その際、例えば、キャリア膜上の前駆体複合膜は、前駆体複合材料の複数のストリップを有し、システムは、最終的な製品が電極ロールにおいて複数のストリップを有するように膜を処理するように構成されている。
図７に示される例示的な実施では、混合物の３つのレーンを集電体７０２上にコーティングすることができる。直接コーティングを経た後に、前駆体複合膜の３つのレーンは、３つの別々の電極複合膜に変換される。キャリア又は集電体の幅は、約３００ｍｍ～約３２００ｍｍ、約１３００ｍｍ～約３２００ｍｍでもよい。各コーティングされた混合物（したがって対応する電極複合膜）の幅７０３ａは、約１００ｍｍ～約２００ｍｍの間、約３００ｍｍ～約８００ｍｍの間、好ましくは約５００ｍｍ～約６５０ｍｍの間でもよく、コーティングされた混合物の各ストリップ間の距離７０３ｂは、約１０ｍｍ～約６０ｍｍの間、好ましくは約１５ｍｍでもよい。
いくつかの実施では、複数の混合物ストリップを有する電極ロールの使用を、複数の製造ラインの使用と組み合わせることができる。例えば、図６に関して示される記載したシステムを参照すると、スループットを最大化するために、各製造ラインは、複数のストリップを有する（例えば、単一の集電体ウェブ上にコーティングされた複数のレーンを有する）電極ロールの処理をサポートするように構成され得る。
図４～図７には具体的に示されていないが、これらに図示及び記載されているシステムは、これらのシステムにおいて実行される様々な機能をサポートするための構成部品（例えば、ハードウェア構成部品、電気回路等）を含む。このシステムは、例えば、システムの動作を監視するための制御及び感覚機能を与えるための適切な構成部品（例えば、センサ、制御電気回路等（図示せず））を組み込むことができる。このシステムはまた、システムとユーザとの相互作用をサポート及び／又は促進するための入力／出力サブシステム（例えば、入力デバイス、出力デバイス、電気回路等）を組み込むことができる。
上記の炉又は熱処理オーブンが存在する実施形態のいずれにおいても、炉を、個々のオーブンがオーブン内に含まれる処理すべき材料と一緒に加熱及び冷却されるバッチオーブンと交換することができるであろう。雰囲気、温度、及び温度傾斜を制御して、最終的な複合膜への前駆体材料の変換に関して最適な結果を確実にすることができるであろう。
熱処理がある任意の実施形態では、熱処理に際して、材料を、長い（＞１メートル）膜から処理しても、又はより小さな片へと巻いてもよい。いくつかの実施形態では、より小さな片は、積層電池セルに使用される最終的な打ち抜きサイズの形状となり得る。いくつかの実施形態では、これらの片を硬質層間に配置して、これらの片を平らに保つことができる。いくつかの実施形態では、これらの片を積層して層間に整列させて、これらの片を平らに保つことができる。いくつかの実施形態では、層の数は、熱処理プロセスの間の均一性を確実にするために、１０個、２０個、３０個、又は１００個の層に制限され得る。いくつかの実施形態では、これらの片の間の硬質層は、グラファイト、セラミック材料、又は金属である。いくつかの実施形態では、重りを材料の積層体の上部に配置し、積層体に圧力を加え、平坦な電極の製造を確実にすることができる。いくつかの実施形態では、重りは、タングステンのような金属でもよい。
先に述べられているように、本開示による大量電極製造ソリューション（例えば、図４～図７に関して記載されているシステムのいずれか）は、（例えば、図１～図３に関して）上記のように、ケイ素主体アノードの製造を容易にするために特に構成され得る。これについて、そのような大量電極製造ソリューションで使用されるシステム及び／又は材料の様々な態様は、そのような電極（ケイ素主体アノード、及びそのようなアノードを使用して形成されたセル内の対応する構成部品を含む）を作製することができること、及びこれが任意の所定の性能基準を満たすことができることを確実にするように特に制御及び／又は調整され得る。
例えば、アノードにおけるケイ素の量を、（例えば、前駆体複合膜の組成及び比率を調整又は制御することによって）適応的に調整することができる。ケイ素を増加させて、例えば、電極及び対応するセルの性能を高めることができる。また、いくつかの実施形態では、添加剤（例えば、炭素添加剤）を使用して、連続電極膜及びこれを使用して作製された電極の品質を改善することができる。更に、電極の密度を適応的に設定又は調整して、電極及びこれらの電極を組み込んだセルの生み出される品質及び／又は性能を高めることができる。様々な実施では、特定の材料及び／又は比率（又はその量）の選択を実験に基づいて行って、最適な選択を特定することができる。いくつかの実施形態では、そのような大量電極製造ソリューションで使用されるシステム及び／又は材料は、電極の特定の特質を高めるように構成され得る。例えば、電極材料の組成は、電極の柔軟性を高めるように調整することができ、このことは、ロール式の実施により適している。
（例えば、図４～図７に関して記載されているような）大量ロールツーロール直接コーティング式プロセスを使用して作製される電極の品質を確実にするために、そのような電極を組み込んだセル（以下、「直接コーティング式セル」と呼ぶ）及びその性能を、基準セル、例えば、連続バッチプロセスのような基準プロセスを使用して製造されたセルと比較することができる。例えば、基準プロセスは、キャリア膜上に前駆体複合膜を形成し、前駆体複合膜をキャリアから剥離し、前駆体複合膜を電極に適したサイズに切断し、切断された前駆体複合膜片を熱分解し、次いで、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）層でコーティングされた銅箔の両側に熱分解した片を配置することを含み得る。
例えば、セルエネルギー密度に関して、直接コーティング式セルのセルエネルギー密度は、基準連続バッチプロセスによって作製された電極を組み込んだセルと比べて遜色がない。これは、５Ｌセルの例示的なエネルギー密度を示すＴａｂｌｅ １（表１）、及びＥＶセル（５５０×１００ｍｍ）の例示的なモデル化されたエネルギー密度を示すＴａｂｌｅ ２（表２）に示される。
Figure 2022534760000002
Figure 2022534760000003
同様に、第１サイクルクーロン効率及び電圧プロファイルで、直接コーティング式セルは、基準セルと同等の又は改善された性能を呈した。これについて、本明細書で使用される場合、第１サイクルクーロン効率は、セルから抽出された容量を最初にセルに充電された容量で割ったものである。したがって、第１サイクルクーロン効率は、化学作用が第１サイクルにおいてどの程度可逆的であるかの尺度として、及びアノード上での表面ＳＥＩ形成のような不可逆反応によってどれほどリチウムが失われるかの尺度として使用することができる。図４及び図５に関して記載されているもののようなシステムによって製造された直接コーティング式セルは、基準セルと同程度に機能することができる。例えば、同様の試験条件下では、基準セルが８７．４～９０．１％の初期クーロン効率（ＩＣＥ）を有し得るのに対し、直接コーティング式セルは８６．４～８９．４％のＩＣＥを有していた。
大量直接コーティング式ロールツーロールプロセスを使用して作製された電極、及びそのような電極を組み込んだ直接コーティング式セルもまた、電圧プロファイルに関して良好に機能する。図８は、本開示の例示的な実施形態による、大量直接コーティング式ロールツーロールプロセスを使用して製造された電極を使用するセルの電圧プロファイルを示すプロットである。
図８に示されるプロットは、セル性能の尺度として、２つの異なる群（群８０１及び群８０３）に対応するセルについて、電圧プロファイル（例えば、放電容量の関数としての電圧）を比較している。これについて、群８０１は基準セルを表し、群８０３は直接コーティング式セルを表す。図８のプロットに示されるように、大量直接コーティング式ロールツーロールプロセスを使用して作製された電極を有するセルは、基準セルに非常に類似した電圧プロファイルを有する。
大量直接コーティング式ロールツーロールプロセスを使用して作製された電極、及びそのような電極を組み込んだ直接コーティング式セルもまた、サイクル寿命に関して良好に機能する。図９は、本開示の例示的な実施形態による、大量直接コーティング式ロールツーロールプロセスを使用して製造された電極を使用するセルの容量保持性能を示すプロットである。
図９に示されるプロットは、サイクル寿命性能の尺度として、２つの異なる群（群９０１及び群９０３）に対応するセルについて、サイクル数の関数としての容量保持を比較している。これについて、群９０１は基準セルを表し、群９０３は直接コーティング式セルを表す。両方のセル群の容量保持は、０．５Ｃ充電で４．２Ｖ及び０．５Ｃ放電で３．３Ｖ（４．２Ｖ～３．３Ｖ（０．５Ｃ／０．５Ｃ））の試験条件で測定する。
図９のプロットに示されるように、大量直接コーティング式ロールツーロールプロセスを使用して作製された電極を有するセルは、基準セルと同等のサイクル寿命（容量保持）性能を呈する。
大量直接コーティング式ロールツーロールプロセスを使用して作製された電極、及びそのような電極を組み込んだ直接コーティング式セルもまた、サイクル中の厚さ成長に関して良好に機能する。図１０は、本開示の例示的な実施形態による、大量直接コーティング式ロールツーロールプロセスを使用して製造された電極を使用するセルのサイクル寿命の間における１００％ＳＯＣ（充電状態）でのセル厚の成長を示すプロットである。
図１０に示されるプロットは、セル性能の尺度として、２つの異なる群（群１００１及び群１００３）に対応するセルについて、セル膨張を比較している。これについて、群１００１は基準セルを表し、群１００３は直接コーティング式セルを表す。両方のセル群のセル膨張は、充電／放電サイクル数に対するセル厚の変化に基づいて測定される。
図１０のチャートに示されるように、大量直接コーティング式ロールツーロールプロセスを使用して作製された電極を有するセルは、基準セルと比較して同等の又は低いセル膨張を呈する。
大量直接コーティング式ロールツーロールプロセスを使用して作製された電極、及びそのような電極を組み込んだ直接コーティング式セルもまた、高速充電能力に関して良好に機能する。図１１は、本開示の例示的な実施形態による、大量直接コーティング式ロールツーロールプロセスを使用して製造された電極を使用するセルの充電速度を示すプロットである。
図１１に示されるプロットは、例えば、７２０ｍＡの１Ｃについて、様々なＣレート（例えば、０．３３Ｃ、０．６７Ｃ、１Ｃ、２Ｃ、３Ｃ、５Ｃ、及び７Ｃ）を使用する直接コーティング式セルの充電速度を示す。直接コーティング式セルは、基準セルの高速充電能力に類似した高速充電能力を示す。
大量直接コーティング式ロールツーロールプロセスを使用して作製された電極、及びそのような電極を組み込んだ直接コーティング式セルもまた、高速充電寿命サイクルに関して良好に機能する。図１２は、本開示の例示的な実施形態による、大量直接コーティング式ロールツーロールプロセスを使用して製造された電極を使用するセルについて、高速充電サイクルでの容量低下を示すプロットである。
図１２に示されるプロットは、サイクル寿命性能の尺度として、２つの異なる群（群１２０１及び群１２０３）に対応するセルについて、高速充電寿命サイクル（例えば、４Ｃ、ここで、４Ｃは、例えば２８８０ｍＡである）のサイクル数の関数としてのセルの容量保持に基づいて、容量低下を比較している。これについて、群１２０１は基準セルを表し、群１２０３は直接コーティング式セルを表す。両方のセル群の容量保持は、４Ｃ充電で４．２Ｖ及び０．５Ｃ放電で３．３Ｖ（４．２Ｖ～３．３Ｖ（４Ｃ／０．５Ｃ））の試験条件で測定する。
図１２のプロットに示されるように、大量直接コーティング式ロールツーロールプロセスを使用して作製された電極を有するセルは、高速充電サイクルで、基準セルに類似した容量低下を有する。
図１３は、本開示の例示的な実施形態による、大量直接コーティング式ロールツーロールプロセスを使用して製造された電極を使用するセルについて、高速充電サイクルでの正規化された容量保持を示すプロットである。
図１３に示されるプロットは、サイクル寿命性能の尺度として、２つの異なる群（群１３０１及び群１３０３）に対応するセルについて、高速充電寿命サイクル（例えば、４Ｃ、ここで、４Ｃは、例えば２８８０ｍＡである）のサイクル数の関数としての（例えば、第２サイクルに対して）正規化された容量保持を比較している。これについて、群１３０１は基準セルを表し、群１３０３は直接コーティング式セルを表す。両方のセル群の容量保持は、４Ｃ充電で４．２Ｖ及び０．５Ｃ放電で３．３Ｖ（４．２Ｖ～３．３Ｖ（４Ｃ／０．５Ｃ））の試験条件で測定する。
図１３のプロットに示されるように、大量直接コーティング式ロールツーロールプロセスを使用して作製された電極を有するセルは、高速充電サイクルで、基準セルに類似した正規化された容量保持を有する。これについて、カーボン－ケイ素複合アノードは、この領域においてグラファイトセルに比べて大きな利点をもち得る。何故なら、グラファイトセルは、典型的には、リチウムめっきを理由に、４Ｃでの充電の場合に非常に速い低下を示すからである。
大量直接コーティング式ロールツーロールプロセスを使用して作製された電極、及びそのような電極を組み込んだ直接コーティング式セルもまた、構造的及び物理的特性に関して良好に機能する。大量ロールツーロール直接コーティング式システム（例えば、図４のシステム４００）を使用して作製されたケイ素主体アノードは、例えば、アノードの曲げ性に基づいて測定又は試験され得る柔軟性に関して、良好に機能する。例えば、システム４００を使用して作製された、厚さ１０μｍのＣｕ箔を有する複合電極膜が、十分な柔軟性を有し得る場合、（例えば、外径（Ｏ．Ｄ．）２ｍｍ、４ｍｍ、及び５ｍｍのロッドを使用して）巻き上げられる際に、これらの複合電極膜は、容易に、かつひび割れすることなく、巻き上げることができる。
本開示による、連続ロールツーロール電極処理のための例示的なシステムは、集電体上にコーティングされた前駆体複合膜を含む少なくとも１つの前駆体複合ロールを受容するように構成された１つ以上の構成部品と、前駆体複合ロールに熱処理を施して、前駆体複合膜を集電体上にコーティングされた熱分解複合膜に変換するための熱処理オーブンとを備え、このシステムは、前駆体複合ロールを連続的に処理するように構成されている。
例示的な実施形態では、熱処理オーブンは、還元雰囲気で熱処理を施すように構成されている。
例示的な実施形態では、熱処理オーブンは、還元雰囲気関連条件を創出するように構成されており、この還元雰囲気関連条件は、不活性雰囲気、真空、１つ以上の還元ガスの流れのうちの少なくとも１つを含む。
例示的な実施形態では、システムは、前駆体複合ロールを熱処理オーブンの中を移動させるように構成された１つ以上の移動構成部品を更に備える。
例示的な実施形態では、システムは、前駆体複合膜でコーティングされた集電体を前駆体複合ロールから熱処理オーブンに供給するように構成された１つ以上の供給構成部品を更に備える。
例示的な実施形態では、１つ以上の供給構成部品は、熱分解複合膜でコーティングされた集電体を熱処理オーブンから複合電極ロールに供給するように構成されている。
例示的な実施形態では、熱処理オーブンは、複数の温度ゾーンそれぞれで熱処理を施すように構成されている。
例示的な実施形態では、熱処理オーブンは、複数の温度ゾーンの少なくとも２つの異なるゾーンで異なる熱処理を施すように構成されている。
例示的な実施形態では、熱処理オーブンは、熱処理オーブンの少なくとも一部で冷却を施すように構成されている。
例示的な実施形態では、熱処理オーブンは、１つ以上の大気隔離チャンバを備える。
本開示による、連続ロールツーロール電極処理のための例示的な方法は、集電体膜に少なくとも１つの前駆体複合膜を付与する工程と、集電体膜を前駆体複合ロールへと巻き取る工程と、熱処理を集電体膜に施す工程とを含み、熱処理は、少なくとも１つの前駆体複合膜を熱分解複合膜に変換するように構成されている。熱処理を施す工程は、前駆体複合ロール全体に熱処理を施す工程、及び少なくとも１つの前駆体複合膜でコーティングされた集電体膜に、これを前駆体複合ロールから連続的に供給しながら熱処理を施す工程のうちの一方又は両方を含む。
例示的な実施形態では、この方法は、還元雰囲気で熱処理を施すことを更に含む。
例示的な実施形態では、この方法は、熱処理中に還元雰囲気関連条件を創出することを更に含み、この還元雰囲気関連条件は、不活性雰囲気、真空、１つ以上の還元ガスの流れのうちの少なくとも１つを含む。
例示的な実施形態では、この方法は、熱処理中に前駆体複合ロール全体を熱処理オーブンの中を移動させることを更に含む。
例示的な実施形態では、この方法は、前駆体複合膜でコーティングされた集電体を、熱処理中に前駆体複合ロールから熱処理オーブンに供給することを更に含む。
例示的な実施形態では、この方法は、熱分解複合膜でコーティングされた集電体を複合電極ロールへと巻き取ることを更に含む。
例示的な実施形態では、この方法は、複数の温度ゾーンそれぞれで別々に熱処理を施すことを更に含む。
例示的な実施形態では、この方法は、複数の温度ゾーンの少なくとも２つの異なるゾーンで、異なるように熱処理を施すことを更に含む。
例示的な実施形態では、熱処理は、冷却を施すことを含む。
本明細書で利用される場合、「及び／又は」とは、「及び／又は」によって繋がれた一覧内の任意の１つ以上の項目を意味する。例えば、「ｘ及び／又はｙ」とは、３つの要素の組｛（ｘ）、（ｙ）、（ｘ、ｙ）｝のうちの任意の要素を意味する。言い換えるなら、「ｘ及び／又はｙ」は、「ｘ及びｙのうちの一方又は両方」を意味する。別の例として、「ｘ、ｙ、及び／又はｚ」とは、７つの要素の組｛（ｘ）、（ｙ）、（ｚ）、（ｘ、ｙ）、（ｘ、ｚ）、（ｙ、ｚ）、（ｘ、ｙ、ｚ）｝のうちの任意の要素を意味する。言い換えるなら、「ｘ、ｙ、及び／又はｚ」とは、「ｘ、ｙ、及びｚのうちの１つ以上」を意味する。本明細書で利用される場合、「例示的」という用語は、非限定的な例、事例、又は例示として機能することを意味する。本明細書で使用される場合、「例えば（ｆｏｒ ｅｘａｍｐｌｅ）」及び「例えば（ｅ．ｇ．）」という用語は、１つ以上の非限定的な例、事例、又は例示の一覧の最初に置かれる。
本明細書で使用される場合、「回路」及び「電気回路」という用語は、物理的な電子部品（例えば、ハードウェア）と、ハードウェアを構成し得る、ハードウェアによって実行され得る、及び／又はハードウェアに関連し得る、任意のソフトウェア及び／又はファームウェア（「コード」）とを指す。本明細書で使用される場合、例えば、特定のプロセッサ及びメモリ（例えば、揮発性又は不揮発性メモリデバイス、一般的なコンピュータ可読媒体等）は、コードの第１の１つ以上の行を実行するとき、第１の「回路」を含み、コードの第２の１つ以上の行を実行するとき、第２の「回路」を含み得る。更に、回路は、アナログ及び／又はデジタル電気回路を含み得る。そのような電気回路は、例えば、アナログ及び／又はデジタル信号で動作することができる。回路は、単一のデバイス又はチップ内、単一のマザーボード上、単一のシャーシ内、単一の地理的位置にある複数のエンクロージャ内、複数の地理的位置に分散された複数のエンクロージャ内等にあり得ると理解されたい。同様に、「モジュール」という用語は、例えば、物理的な電子部品（例えば、ハードウェア）と、ハードウェアを構成し得る、ハードウェアによって実行され得る、及び／又はハードウェアに関連し得る、任意のソフトウェア及び／又はファームウェア（「コード」）とを指す。
本明細書で利用される場合、電気回路又はモジュールは、（例えば、ユーザにより構成可能な設定、工場でのトリム（ｆａｃｔｏｒｙ ｔｒｉｍ）等によって）機能の実行が無効であるか、又は有効になっていないにかかわらず、電気回路又はモジュールが機能を実行するのに必要なハードウェア及びコード（必要な場合）を含むときはいつでも、機能を実行するように「動作可能」である。
本発明の他の実施形態は、機械及び／又はコンピュータによって実行可能な少なくとも１つのコードセクションを有する機械コード及び／又はコンピュータプログラムが記憶された、非一時的コンピュータ可読媒体及び／若しくは記憶媒体、並びに／又は非一時的機械可読媒体及び／若しくは記憶媒体を提供し、それによって、機械及び／又はコンピュータに、本明細書に記載のプロセスを実行させることができる。
したがって、本発明による様々な実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、又はハードウェアとソフトウェアとの組み合わせで実現することができる。本発明は、少なくとも１つのコンピューティングシステムにおける集中型の方式で、又は異なる要素がいくつかの相互接続されたコンピューティングシステムにわたって分散されている分散型の方式で実現され得る。本明細書に記載の方法を実行するように適合された任意の種類のコンピューティングシステム又は他の装置が適している。ハードウェアとソフトウェアとの典型的な組み合わせは、ロード及び実行されるときに本明細書に記載の方法を実行するようにコンピューティングシステムを制御するプログラム又は他のコードを有する汎用コンピューティングシステムであり得る。別の典型的な実施は、特定用途の集積回路又はチップを含み得る。
本発明による様々な実施形態はまた、本明細書に記載の方法の実施を可能にするすべての特徴を含み、かつコンピュータシステムにロードされたときにこれらの方法を実行することができる、コンピュータプログラム製品に組み込まれ得る。本文脈におけるコンピュータプログラムとは、情報処理能力を有するシステムに、すぐに又は以下：ａ）別の言語、コード、又は表記法への変換；ｂ）異なる材料形態での再生の、いずれか若しくは両方の後に特定の機能を実行させることを目的とした一連の命令の任意の言語、コード、又は表記法における任意の表現を意味する。
特定の実施形態に関して本発明を説明してきたが、当業者には、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を加え、等価物を代用することができると理解されよう。更に、その範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料を本発明の教示に適合させるために多くの改変をなし得る。したがって、本発明が、開示されている特定の実施形態に限定されるのではなく、本発明が、添付の特許請求の範囲に含まれるすべての実施形態を含むことを意図している。
１００ 電池
１０１ アノード
１０３ セパレータ
１０５ カソード
１０７Ａ 集電体
１０７Ｂ 集電体
１０９ 負荷
２０１ 集電体
２０３ 接着剤
２０５ 活物質
３０１ ステップ
３０３ ステップ
３０５ ステップ
３０７ ステップ
３０９ ステップ
３１１ ステップ
３１３ ステップ
４００ システム
４０１ 前駆体複合ロール
４０２ 熱処理オーブン
４０３ 複合電極ロール
４０４ 前駆体複合膜
４０５ 集電体
４０６ 複合電極膜
５００ システム
５０１ 前駆体複合ロール
５０２ 連続熱処理オーブン
５０３ 複合電極ロール
６００ システム
６０１ 前駆体複合ロール
６０２ オーブン
６０３ 複合電極ロール
６０４ 前駆体複合膜
６０６ 複合電極膜
７０２ 集電体
７０３ａ 各コーティングされた混合物（したがって対応する電極複合膜）の幅
７０３ｂ コーティングされた混合物の各ストリップ間の距離
８０１ 群
８０３ 群
９０１ 群
９０３ 群
１００１ 群
１００３ 群
１２０１ 群
１２０３ 群
１３０１ 群
１３０３ 群

Claims (19)

  1. 連続ロールツーロール電極処理のためのシステムであって、
    集電体上にコーティングされた前駆体複合膜を含む、少なくとも１つの前駆体複合ロールを受容するように構成された１つ以上の構成部品と、
    前記前駆体複合ロールに熱処理を施して、前記前駆体複合膜を前記集電体上にコーティングされた熱分解複合膜に変換するための熱処理オーブンと
    を備え、
    前記前駆体複合ロールを連続的に処理するように構成された、システム。
  2. 前記熱処理オーブンが、還元雰囲気で前記熱処理を施すように構成された、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記熱処理オーブンが、還元雰囲気関連条件を創出するように構成されており、前記還元雰囲気関連条件が、不活性雰囲気、真空、１つ以上の還元ガスの流れのうちの少なくとも１つを含む、請求項２に記載のシステム。
  4. 前記前駆体複合ロールを前記熱処理オーブンの中を移動させるように構成された１つ以上の移動構成部品を備える、請求項１に記載のシステム。
  5. 前記前駆体複合膜でコーティングされた前記集電体を前記前駆体複合ロールから前記熱処理オーブンに供給するように構成された１つ以上の供給構成部品を備える、請求項１に記載のシステム。
  6. １つ以上の前記供給構成部品が、前記熱分解複合膜でコーティングされた前記集電体を前記熱処理オーブンから複合電極ロールに供給するように構成された、請求項５に記載のシステム。
  7. 前記熱処理オーブンが、複数の温度ゾーンそれぞれで熱処理を施すように構成された、請求項１に記載のシステム。
  8. 前記熱処理オーブンが、前記複数の温度ゾーンの少なくとも２つの異なるゾーンで異なる熱処理を施すように構成された、請求項７に記載のシステム。
  9. 前記熱処理オーブンが、前記熱処理オーブンの少なくとも一部に冷却を施すように構成された、請求項１に記載のシステム。
  10. 前記熱処理オーブンが、１つ以上の大気隔離チャンバを備える、請求項１に記載のシステム。
  11. 連続ロールツーロール電極処理のための方法であって、
    集電体膜に少なくとも１つの前駆体複合膜を付与する工程と、
    前記集電体膜を前駆体複合ロールへと巻き取る工程と、
    熱処理を前記集電体膜に施す工程と
    を含み、前記熱処理が、少なくとも１つの前駆体複合膜を熱分解複合膜に変換するように構成されており、
    前記熱処理を施す工程が、
    前記前駆体複合ロール全体に前記熱処理を施す工程、及び
    前記少なくとも１つの前駆体複合膜でコーティングされた前記集電体膜に、これを前記前駆体複合ロールから連続的に供給しながら前記熱処理を施す工程
    のうちの一方又は両方を含む、
    方法。
  12. 還元雰囲気で前記熱処理を施すことを含む、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記熱処理中に還元雰囲気関連条件を創出することを含み、前記還元雰囲気関連条件が、不活性雰囲気、真空、１つ以上の還元ガスの流れのうちの少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記熱処理中に前記前駆体複合ロール全体を熱処理オーブンの中を移動させることを含む、請求項１１に記載の方法。
  15. 前記前駆体複合膜でコーティングされた前記集電体を、前記熱処理中に前記前駆体複合ロールから熱処理オーブンに供給することを含む、請求項１１に記載の方法。
  16. 前記熱分解複合膜でコーティングされた前記集電体を複合電極ロールへと巻き取る工程を含む、請求項１１に記載の方法。
  17. 複数の温度ゾーンそれぞれで別々に前記熱処理を施すことを含む、請求項１１に記載の方法。
  18. 前記複数の温度ゾーンの少なくとも２つの異なるゾーンで、異なるように前記熱処理を施すことを含む、請求項１７に記載の方法。
  19. 前記熱処理が冷却を施すことを含む、請求項１１に記載の方法。
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