JP2023104917A - 高電圧バッテリーにおいて安全性および性能を向上させるための小さな分子の添加物を含む組成物 - Google Patents

高電圧バッテリーにおいて安全性および性能を向上させるための小さな分子の添加物を含む組成物 Download PDF

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Abstract

【課題】性能および安全性のプロファイルが向上したバッテリーセルを提供する。【解決手段】バッテリーセルは、電解質と、第１電極と、第２電極と、セパレータと、少なくとも１つの保護層とを含んでよい。第１電極は、第１電極層と第１集電体とを含んで成る。第２電極は、第２電極層と第２集電体とを含んで成る。セパレータは、第１電極と第２電極との間に配置されている。例えば、保護層は、第１電極層と第１集電体との間、第２電極層と第２集電体との間、セパレータと第１電極との間、および／または、セパレータと第２電極との間に配置されてよい。活性化されたとき、１以上の保護層は、バッテリーセルを通る電流の流れを減少または阻止することができる。１以上の保護層の組成物は、１以上の小さな分子の添加物を含んでよい。それにより、バッテリーセルの安定性および伝導性が向上する。【選択図】なし

Description

（関連出願の相互参照）
この出願は、米国仮出願第６３／３００，５３３号（名称 “COMPOSITION WITH SMALL MOLECULE ADDITIVES FOR IMPROVED SAFETY AND PERFORMANCE IN HIGH VOLTAGE LITHIUM-ION BATTERIES” （２０２２年１月１８日付出願））の優先権を主張するものであり、その開示内容は、その全体が参考として本明細書中に組み込まれている。
（技術分野）
本開示に記載の主題は、概して、バッテリーセル（又は電池セル又は電池）に関する。より具体的には、バッテリーセルで使用するための小さな分子（又は小分子又は低分子）の添加物（又は添加剤）（又はスモール・モレキュラ・アディティブ）を含む保護層（又はプロテクト層又はプロテクティブ・レイヤー）に関する。
（背景）
バッテリーセル（又は電池セル又は電池）は、操作（又は作動又は運転又はオペレーション）の間、過充電（又はオーバーチャージ）、過熱（又はオーバーヒート）および／または短絡（又はショート・サーキット）の可能性がある。
例えば、過電流（又はオーバーカレント）は、バッテリーセル（又は電池セル又は電池）において、過充電（又はオーバーチャージ）および／または内部での短絡（又はショート・サーキット）（又は内部短絡）が拡がるとき（又は展開するとき）に引き起こされ得るものである。過電流（又はオーバーカレント）は、バッテリーセル（又は電池セル又は電池）に不可逆的なダメージ（又は損傷）を引き起こす可能性がある。特に、過電流（又はオーバーカレント）は、熱暴走（又はサーマル・ランナウェイ）、つまり、危険な状態（又は状況又はコンディション）をもたらす可能性がある。このような状態では、過熱したバッテリーセル（又は電池セル又は電池）から放散された熱（又は放熱）がバッテリーセル（又は電池セル又は電池）の内部で発熱性の反応を加速させて、バッテリー（又は電池）の温度をさらに上昇させる。熱暴走の結果として、とりわけ、恐ろしいこと（例えば、火災および／または爆発など）などが生じ得る。
（要旨）
バッテリーセル（又は電池セル又は電池）の保護層（又はプロテクト層又はプロテクティブ・レイヤー）を製造するための方法、システムおよび物（又は物品又はアーティクル）を提供する。本願の主題の１つの態様において、バッテリーセルは、保護層を含んでよい。保護層は、バッテリーセルの操作（又は作動又は運転又はオペレーション）の間に生じ得る危険（又はハザード）を軽減（又は緩和）および／または排除するように構成されている。保護層は、１以上の小さな分子（又は小分子又は低分子）の添加物（又は添加剤）（又はスモール・モレキュラ・アディティブ）を含んでよい。それによって、架橋（又はクロス・リンク）を促進し、保護層の安定性（又はスタビリティ）および伝導性（又は導電性又はコンダクティビティ）を向上（又は改善）させることができる。さらに、保護層は、バッテリーセルの内部において、電流の流れ（又はフロー）を阻止（又は中断又はインタラプト）することによって、温度、電圧および／または電流の増加に応答（又は反応又は対応又は追従）するように構成されてよい。保護層は、バッテリーセルの少なくとも１つの集電体（又は集電層又はカレント・コレクタ）または電極（又はエレクトロード）の片側または両側の表面に配置されてよい。したがって、いくつかの場合において、第１保護層は、バッテリーセルの第１集電体（又は第１集電層又はファースト・カレント・コレクタ）と、対応する第１電極との間に配置（又は挿入）されてよい。代替および／または追加として、第２保護層は、バッテリーセルの第２集電体（又は第２集電層又はセカンド・カレント・コレクタ）と、対応する第２電極との間に配置（又は挿入）されてよい。
いくつかの場合において、保護層は、多機能層（又は多官能層又はマルチファンクション層又はマルチファンクショナル・レイヤー）の一部であってよい。多機能層は、保護層と、シール層（又はシーリング層又は封止層）とを含んで成るものである。多機能層は、バッテリーセルの電極と、集電体との間に配置（又は挿入）されてよい。さらに、シール層は、電極と保護層との間に配置（又は挿入）されている。シール層は、バッテリーセルの他の要素（又は成分又は構成又はコンポーネント）（特にバッテリーセルに含まれる電極（又はエレクトロード）および電解質（又は電解液又はエレクトロライト））から保護層を分離（又は隔離又は単離又はアイソレート）することができる層である。このようにして、シール層の存在によって、保護層を形成するために使用される材料の選択に柔軟性（又はフレキシビリティ）をもたらすことができる。例えば、保護層を形成する材料を選択してよく、性能（又はパフォーマンス）を最大化することができる。バッテリーセルの他の要素（又は成分又は構成又はコンポーネント）との適合性（又はコンパチビリティ）に必要な考慮（又は配慮）が最小になる。
別の態様において、１以上の小さな分子（又は小分子又は低分子）の添加物（又は添加剤）（又はスモール・モレキュラ・アディティブ）を含む（又は小さな分子の添加物（又は添加剤）を伴う）保護層（又はプロテクト層又はプロテクティブ・レイヤー）を含む（又は有する又は伴う）バッテリーセル（又は電池セル又は電池）を提供する。
バッテリーセルは、電解質と、第１電極と、第２電極と、セパレータと、第１保護層とを含んでよい。
上記第１電極は、第１電極層と第１集電体とを含んで成り、
上記第２電極は、第２電極層と第２集電体とを含んで成り、
上記セパレータは、上記第１電極と上記第２電極との間に配置（又は挿入）されており、
上記第１保護層は、活性化すると、当該バッテリーセルの内部で電流の流れ（又はフロー）（又はカレント・フロー）を減少または阻止（又は中断又はインタラプト）する層であり、
上記第１保護層は、機能性材料（又は官能性材料又はファンクション材料又はファンクショナル・マテリアル）および／または伝導性材料（又は導電性材料又はコンダクティブ材料又はコンダクティブ・マテリアル）と組み合わされた１以上の小さな分子の添加物（又は添加剤）を含む組成物（又は組成又はコンポジション）から形成されている。
製造のための方法、システムおよび物（又は物品又はアーティクル）のいくつかのバリエーション（又は変形）において、１以上の以下の特徴（又はフィーチャ）を、必要に応じて、任意の実行可能な組み合わせとして含ませることができる。
いくつかのバリエーション（又は変形）において、上記１以上の小さな分子の添加物（又は添加剤）は、芳香族アミン、脂肪族アミン、脂肪族カルボン酸、芳香族カルボン酸、脂肪族ヒドロキシ化合物、芳香族ヒドロキシル化合物、脂肪族チオール化合物、芳香族チオール化合物、エポキシ置換脂肪族化合物もしくはエポキシ置換芳香族化合物、芳香族置換ピロール－２，５－ジオンもしくは脂肪族置換ピロール－２，５－ジオン、エチレン置換脂肪族化合物もしくはエチレン置換芳香族化合物および／またはフリーラジカル開始剤を含んでよい。
いくつかのバリエーション（又は変形）において、上記第１保護層の上記組成物は、重量で０．１％～９０％の上記１以上の小さな分子の添加物、重量で１％～５０％の上記１以上の小さな分子の添加物、重量で１％～１０％の上記１以上の小さな分子の添加物、または重量で１％～５％の上記１以上の小さな分子の添加物を含んでよい。
いくつかのバリエーション（又は変形）において、上記機能性材料は、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、架橋したポリアクリル酸（ＰＡＡ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリ（メチルアクリレート）（ＰＭＡ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（エチルメタクリレート）（ＰＥＭＡ）および／またはポリ（２－ヒドロキシエチルメタクリレート）（ｐＨＥＭＡ）を含んでよい。
いくつかのバリエーション（又は変形）において、上記伝導性材料が、カーボンブラックまたは伝導性ポリマーであってよい。上記伝導性ポリマーが、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホネート（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）、ポリピロール（ドープ（又はドープもしくはドーピングされているもの））、ポリ（ｎ－アルキルチオフェン）、ポリアルキルフルオレン（polyalylfluorene）、およびポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）－コ－ポリ（エチレングリコール）（ＰＥＤＯＴ－ＰＥＧ）（ドープ（又はドープもしくはドーピングされているもの））から選択される。
いくつかのバリエーション（又は変形）において、上記第１保護層の上記組成物は、１以上の塩基性材料（又はベース材料又はベース・マテリアル）および／またはバインダ材料（又はバインダ・マテリアル）をさらに含んでよい。
いくつかのバリエーション（又は変形）において、上記第１保護層は、（ｉ）上記第１電極層と上記第１集電体との間、または（ｉｉ）上記セパレータと上記第１電極層との間に配置（又は挿入）されていてよい。
いくつかのバリエーション（又は変形）において、上記第１保護層は、シール層と結合されてよい。上記シール層は、第２トリガーによって活性化されるまで、当該バッテリーセルの上記第１保護層と、上記第１電極層および上記電解質の少なくとも１つとの間の反応を防止（又は抑制）する。
いくつかのバリエーション（又は変形）において、当該バッテリーセルは、第２保護層をさらに含んでよい。上記第２保護層は、上記機能性材料および／または上記伝導性材料と組み合わされる上記１以上の小さな分子の添加物を含む上記組成物から形成されている。上記第２保護層は、（ｉ）上記第２電極層と上記第２集電体との間、または（ｉｉ）上記セパレータと上記第２電極層との間に配置（又は挿入）されてよい。
いくつかのバリエーション（又は変形）において、上記第２保護層は、シール層と結合してよく、上記シール層は、温度トリガー、電圧トリガー、電流トリガーおよび当該バッテリーセルへの物理的なダメージ（又は損傷）の少なくとも１つで活性化されるまで、当該バッテリーセルの上記第２保護層と、上記第２電極層および上記電解質の少なくとも１つとの間の反応を防止（又は抑制）する。
いくつかのバリエーション（又は変形）において、上記第１保護層は、温度トリガー、電圧トリガー、電流トリガーおよび当該バッテリーセルへの物理的なダメージ（又は損傷）の少なくとも１つで活性化されてよい。
いくつかのバリエーション（又は変形）において、上記第１保護層の上記組成物は、以下の（ｉ）、（ｉｉ）または（ｉｉｉ）：
（ｉ）
カルボポール、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、スーパーＰ、４，４’－（９－フルオレニリデン）ジアニリンおよび水、
（ｉｉ）
カルボポール、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、スーパーＰ、ビフェニル－４，４’－ジカルボン酸および水、または
（ｉｉｉ）
カルボポール、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、スーパーＰ、ペンタエリスリトール テトラキス（３－メルカプトプロピオネート）、トリス［２－（アクリロイルオキシ）エチル］イソシアヌレートおよび水
を含んでよい。
いくつかのバリエーション（又は変形）において、上記第１保護層の上記組成物は、以下の（ｉ）、（ｉｉ）または（ｉｉｉ）：
（ｉ）
６８．５３％のカルボポール、２４．４７％の水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、５％のスーパーＰ、２％の４，４’－（９－フルオレニリデン）ジアニリンおよび水、
（ｉｉ）
６７．７９％のカルボポール、２４．２１％の水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、５％のスーパーＰ、３％のビフェニル－４，４’－ジカルボン酸および水、または
（ｉｉｉ）
６８．５３％のカルボポール、２４．４７％の水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、５％のスーパーＰ、１％のペンタエリスリトール テトラキス（３－メルカプトプロピオネート）、1％のトリス［２－（アクリロイルオキシ）エチル］イソシアヌレートおよび水
を含んでよい。
別の態様において、電解質と、第１電極と、第２電極と、セパレータと、第１保護層とを含んで成るバッテリーセルを提供する。
上記第１電極は、第１電極層と第１集電体とを含んで成り、
上記第２電極は、第２電極層と第２集電体とを含んで成り、
上記セパレータは、上記第１電極と上記第２電極との間に配置（又は挿入）されており、
上記第１保護層は、活性化すると、当該バッテリーセルの内部で電流の流れ（又はフロー）（又はカレント・フロー）を減少または阻止（又は中断又はインタラプト）する層であり、
上記第１保護層は、１以上の金属塩、１以上のセラミック・ナノ材料（又はセラミック・ナノ・マテリアル）および１以上の伝導性（又は導電性）のナノ添加物（又はナノ添加剤又はナノ・アディティブ）を含む組成物（又は組成又はコンポジション）から形成されている。
製造の方法、システムおよび物（又は物品又はアーティクル）のいくつかのバリエーション（又は変形）において、１以上の以下の特徴（又はフィーチャ）を、必要に応じて、任意の実行可能な組み合わせとして含ませることができる。
いくつかのバリエーション（又は変形）において、上記１以上の金属塩は、有機の塩（又はオーガニック・ソルト）であってよい。上記有機の塩が、ポリ酸の塩［－ＣＲ２－（ＣＲ２）０－１００－ＣＯＯＭ－］ｐ、ポリメタクリル塩（又はポリメタクリル酸の塩）［－ＣＲ２－（ＣＲ２）０－１００－Ｃ（ＣＲ３）（ＣＯＯＭ）－］ｐ、ポリアクリレート塩［－ＣＲ２－（ＣＲ２）０－１００－ＣＲ（ＣＯＯＭ）－］ｐ、ポリメチルメタクリル塩（又はポリメチルメタクリル酸の塩）［－ＣＲ（ＣＲ３）－（ＣＲ２）０－１００－Ｃ（ＣＲ３）（ＣＯＯＭ）－］ｐ、ポリオール－Ｍ［－ＣＲ２－（ＣＲ２）０－１００－ＣＲ－ＯＭ－］ｐ、ポリスルフィド－Ｍ［－ＣＲ２－（ＣＲ２）０－１００－ＣＲ－ＳＭ－］ｐ、および有機ケイ酸塩（又は有機シリケート）［－Ｒ２Ｓｉ－Ｏ－ＳｉＲ２－］ｐから選択される。式中、Ｍは、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）、カドミウム（Ｃｄ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、マンガン（Ｍｎ）、鉛（Ｐｂ）、ストロンチウム（Ｓｒ）および亜鉛（Ｚｎ）を含む金属の群から選択される。Ｒは、Ｈ、－ＣＨ３および－ＣＨ２ＣＨ３から選択される。
いくつかのバリエーション（又は変形）において、上記１以上のセラミック・ナノ材料は、金属炭酸塩（又はメタル・カーボネート）、金属炭酸水素塩（又はメタル・ハイドロゲン・カーボネート）、金属酸化物（又はメタル・オキシド）、金属チタン酸塩（又はメタル・チタネート）および／または金属ケイ酸塩（又はメタル・シリケート）を含んでよい。
いくつかのバリエーション（又は変形）において、上記１以上の伝導性のナノ添加物は、カーボンナノ材料、カーボンファイバ、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、金属の粉末、および／または炭素の粉末と金属の粉末との組み合わせを含んでよい。
いくつかのバリエーション（又は変形）において、上記第１保護層は、（ｉ）上記第１電極層と上記第１集電体との間、または（ｉｉ）上記セパレータと上記第１電極層との間に配置（又は挿入）されてよい。
いくつかのバリエーション（又は変形）において、上記第１保護層は、温度トリガー、電圧トリガー、電流トリガーおよび当該バッテリーセルへの物理的なダメージ（又は損傷）の少なくとも１つで活性化されてよい。
いくつかのバリエーション（又は変形）において、第２保護層は、上記機能性材料および／または上記伝導性材料と組み合わされる上記１以上の小さな分子の添加物（又は添加剤）を含む上記組成物（又は組成又はコンポジション）から形成されてよい。上記第２保護層は、（ｉ）上記第２電極層と上記第２集電体との間、または（ｉｉ）上記セパレータと上記第２電極層との間に配置（又は挿入）されている。
本開示に記載の主題の１以上のバリエーション（又は変形）の詳細については、添付の図面および以下の詳細な説明に示す。本開示に記載の主題の他の特徴（又はフィーチャ）および利点（又はアドバンテージ）は、詳細な説明および図面ならびに特許請求の範囲の記載からも明らかである。本願で開示される主題の特定の特徴は、例示を目的としたものとして記載されている。かかる特徴については、これらに限定されないことを意図していることを容易に理解するべきである。本開示に続く特許請求の範囲の記載は、保護を求める主題の範囲を規定することを意図したものである。
（図面の説明）
添付の図面（この明細書の一部に含まれて、この明細書の一部を成すものである）は、明細書とともに、本願に開示の主題の特定の態様を示し、開示される実施態様に関連する原理のいくつかを説明するのに役立つ。図面は、以下の通りである。
図１Ａは、本願（又は現行又は今回）の主題の実施態様と一致する１以上の保護層を有するバッテリーセルの例を示す概略図である。 図１Ｂは、本願（又は現行又は今回）の主題の実施態様と一致する１以上の保護層を有するバッテリーセルの別の例を示す概略図である。 図１Ｃは、本願（又は現行又は今回）の主題の実施態様と一致する１以上の保護層を有するバッテリーセルの別の例を示す概略図である。 図２Ａは、本願（又は現行又は今回）の主題の実施態様と一致する１以上の多機能層を有するバッテリーセルの例を示す概略図である。 図２Ｂは、本願（又は現行又は今回）の主題の実施態様と一致する１以上の多機能層を有するバッテリーセルの別の例を示す概略図である。 図２Ｃは、本願（又は現行又は今回）の主題の実施態様と一致する１以上の多機能層を有するバッテリーセルの別の例を示す概略図である。 図３Ａは、本願（又は現行又は今回）の主題の実施態様と一致する小さな分子の添加物の例を示す。 図３Ｂは、本願（又は現行又は今回）の主題の実施態様と一致する小さな分子の添加物のさらなる例を示す。 図３Ｃは、本願（又は現行又は今回）の主題の実施態様と一致する機能性ポリマーの例を示す。 図３Ｄは、本願（又は現行又は今回）の主題の実施態様と一致する機能性の伝導性のポリマーの例を示す。 図４は、本願（又は現行又は今回）の主題の実施態様と一致するバッテリーセルを組み立てるためのプロセスを示すフローチャートである。 図５Ａは、サイクル試験（又はサイクル・テスト）の結果を示すグラフである。サイクル試験は、本願（又は現行又は今回）の主題の実施態様と一致する第１バッテリーセル（保護層を含む（添加物あり））、第２バッテリーセル（保護層を含む（添加物なし））および第３バッテリーセル（保護層を含まない）で行った。 図５Ｂは、オーバーチャージ試験（又は過充電試験）の結果を示すグラフである。オーバーチャージ試験は、本願（又は現行又は今回）の主題の実施態様と一致する第１バッテリーセル（保護層を含む（添加物あり））で行った。 図５Ｃは、パンク試験（又は穿刺試験）の結果を示すグラフである。パンク試験は、本願（又は現行又は今回）の主題の実施態様と一致する第１バッテリーセル（保護層を含む（添加物あり））で行った。
実務上、図面では、同一または類似の部材（又はアイテム）を指すために、同様の符号を用いている。
（詳細な説明）
バッテリーセル（又は電池セル又は電池）は、少なくとも１つの保護層（又はプロテクト層又はプロテクティブ・レイヤー）を含んでよい。それにより、バッテリーセルの操作上（又は運転上又は作動上又はオペレーション上）の危険（又はハザード）（例えば、過充電（又はオーバーチャージ）、過熱（又はオーバーヒート）および／または短絡（又はショート・サーキット）など）などを軽減（又は緩和）および／または排除することができる。バッテリーセルの過充電（又はオーバーチャージ）、過熱（又はオーバーヒート）および／または短絡（又はショート・サーキット）は、熱暴走（又はサーマル・ランナウェイ）、つまり危険な状態（又は状況又はコンディション）をもたらす可能性がある。このような状態において、バッテリーセルは、温度の急激な上昇を受ける。従って、保護層は、バッテリーセルの内部において、電流の流れ（又はフロー）（又はカレント・フロー）を阻止（又は中断又はインタラプト）することによって、温度の上昇に対して応答（又は反応又は対応又は追従）するように構成されてよい。例えば、バッテリーセルが閾値（又はスレショールド・バリュー）を超える温度に曝されるとき、保護層は、相転移（又は相変化又はフェーズ・トランジション）を受けることができる。このような相転移によって、保護層の膨張（又はエキスパンション）および／または収縮（又はコントラクション）が生じる。保護層の膨張（又はエキスパンション）および／または収縮（又はコントラクション）によって、バッテリーセルの内部、例えば、バッテリーセルの電極（又はエレクトロード）と、対応する集電体（又は集電層又はカレント・コレクタ）との間において、電気的な分離（又はデカップリング）（又はエレクトリック・デカップリング）を引き起こすことができる。電気的な分離（又はデカップリング）（又はエレクトリック・デカップリング）によって、バッテリーセルの内部において、電流の流れ（又はフロー）を阻止（又は中断又はインタラプト）することができる。それによって、バッテリーセルの内部において、発熱反応を阻止して、バッテリーセルの温度がさらに上昇することを阻止する。
本願（又は現行又は今回）の主題のいくつかの実施態様では、保護層の安定性（又はスタビリティ）および伝導性（又は導電性又はコンダクティビティ）を改善（又は向上）することによって、バッテリーセルの性能（又はパフォーマンス）をさらに向上（又は増加）させてよい。例えば、１以上の小さな分子（又は小分子又は低分子）の添加物（又は添加剤）（又はスモール・モレキュラ・アディティブ）を含む組成物（又は組成又はコンポジション）から、保護層を形成することによって、保護層の安定性（又はスタビリティ）および伝導性（又は導電性又はコンダクティビティ）を改善（又は向上）させることができる。いくつかの場合において、保護層を形成する組成物は、１以上の機能性材料（又は官能性材料又はファンクション材料又はファンクショナル・マテリアル）（例えば、ポリマー（例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）など））に対して、１～９０％の小さな分子の添加物（又は添加剤）を含んでよい。本開示で使用する通り、用語「小さな分子（又は小分子又は低分子）の添加物（又は添加剤）（又はスモール・モレキュラ・アディティブ）」は、例えば、閾値（又はスレショールド・バリュー）よりも低い、例えば、１０００ダルトン（Daltons）、６００ダルトン（Daltons）、５００ダルトン（Daltons）未満、４００ダルトン（Daltons）未満などの分子量を有する添加物（又は添加剤）を意味する。いくつかの場合において、小さな分子の添加物（又は添加剤）は、多くの同じ繰り返し単位（例えば、モノマー）によって形成されるミクロポリマーであってよい。小さな分子の添加物（又は添加剤）の例として、以下のものが挙げられる。
芳香族アミン（類）、脂肪族アミン（類）、脂肪族カルボン酸（類）、芳香族カルボン酸（類）、脂肪族ヒドロキシ化合物（類）、芳香族ヒドロキシル化合物（類）、脂肪族チオール化合物（類）、芳香族チオール化合物（類）、エポキシ置換脂肪族化合物（類）もしくはエポキシ置換芳香族化合物（類）、芳香族置換ピロール－２，５－ジオンもしくは脂肪族置換ピロール－２，５－ジオン、エチレン置換脂肪族化合物（類）もしくはエチレン置換芳香族化合物（類）および／またはフリーラジカル開始剤など（例えば、１，５－ナフタレンジアミン、４，４’－（９－フルオレニリデン）ジアニリン、２，６－ジアミノアントラセン、脂肪族ジオール、脂肪族ジアミン、脂肪族ジカルボン酸、ブタン－１，２，３，４－テトラカルボン酸、ペンタエリスリトール、ビフェニル－４，４’－ジカルボン酸、２，６－ナフタレン ジカルボン酸、４－（ビニルオキシ）アニリン、２－アリルフェノール、トリメチロールプロパン トリス（３－メルカプトプロピオネート）、ペンタエリスリトール テトラキス（３－メルカプトプロピオネート）、１，３，５－トリアリル－１，３，５－トリアジン－２，４，６（１Ｈ，3Ｈ，5Ｈ）－トリオン、トリス［２－（アクリロイルオキシ）エチル］イソシアヌレート、エチレン グリコール ビス－メルカプトアセテート、２，２’－（エチレンジオキシ）ジエタンチオール、４－アミノチオフェノール、トリス（２，３－エポキシプロピル）イソシアヌレートおよび／または１－（４－アミノフェニル）－１Ｈ－ピロール－２，５－ジオンなど）。小さな分子の添加物（又は添加剤）は、少なくとも、大きな分子の添加物（又は添加剤）の代替として使用できることを理解するべきである。なぜなら、大きな分子の添加物（又は添加剤）は、バッテリーの製造に典型的に関連する製造スケールにおいて、あまりにもコストが高くなり得るからである。
保護層を形成するために、１以上の小さな分子の添加物（又は添加剤）は、１以上の活性な機能性材料（又は官能性材料又はファンクション材料又はファンクショナル・マテリアル）または無機材料（又は無機マテリアル）と合わされてよい（又は一緒にしてよい）。このとき、１以上の塩基性材料（又はベース材料又はベース・マテリアル）（例えば、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）および／または水酸化カリウム（ＫＯＨ）など）、バインダ材料（又はバインダ・マテリアル）および／または伝導性材料（又は導電性材料又はコンダクティブ・マテリアル）と一緒であってよい（又は伴ってよい）。機能性材料の例として、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、架橋したポリアクリル酸（ＰＡＡ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリ（メチルアクリレート）（ＰＭＡ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（エチルメタクリレート）（ＰＥＭＡ）、および／またはポリ（２－ヒドロキシエチルメタクリレート）（ｐＨＥＭＡ）などが挙げられる。いくつかの場合において、保護層の組成物（又は組成又はコンポジション）は、伝導性ポリマー（又は導電性ポリマー又はコンダクティブ・ポリマー）を含んでよい。例えば、いくつかの場合において、保護層の組成物は、その中に含まれる１以上の伝導性材料に対して、１～１００％の伝導性ポリマーを含んでよい。あるいは、保護層の組成物は、その中に含まれる１以上のバインダ材料に対して、１～１００％の伝導性ポリマーを含んでよい。あるいは、いくつかの場合において、伝導性ポリマーは、保護層の組成物に存在する単独（又は単一又はソロ）の伝導性材料および活性な機能性材料であってよい。伝導性ポリマーの例として、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）－ポリ（スチレンスルホネート）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）、ポリピロール（ドープ（又はドープもしくはドーピングされているもの））、ポリ（ｎ－アルキルチオフェン）、ポリアルキルフルオレン（polyalylfluorene）および／またはポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）－コ－ポリ（エチレングリコール）（ＰＥＤＯＴ－ＰＥＧ）（ドープ（又はドープもしくはドーピングされているもの）などが挙げられる。
保護層をバッテリーセルの他の成分（又は構成又はコンポーネント）（例えば、電極および／または電解質）に曝すことによって、望ましくない反応（例えば、保護層の分解および／または保護層の早期活性化など）のトリガー（又は誘因又は引き金又はきっかけ）になる場合がある（又は引き起こす可能性がある）。それ故、本願（又は現行又は今回）の主題のいくつかの実施態様において、保護層は、多機能層（又は多官能層又はマルチファンクション層又はマルチファンクション・レイヤー）の一部であってよい。多機能層は、保護層と、シール層（又はシーリング層又は封止層）とを含むものである。多機能層は、バッテリーセルの電極と、集電体との間に配置（又は挿入）されてよい。さらに、シール層は、電極と保護層との間に配置（又は挿入）されるものである。保護層を含む多機能層が存在することによって、セル・サイクルを含むバッテリーセルの性能（又はパフォーマンス）（例えば、容量維持率（又はキャパシティ・リテンション））およびバッテリーセルの高温安定性をさらに改善（又は向上）させることができる。
本願（又は現行又は今回）の主題のいくつかの実施態様において、シール層（又はシーリング層又は封止層）は、バッテリーセルの反応性の成分（又は構成又はコンポーネント）（例えば、電極および／または電解質）の存在下で不活性（又はイナート）である１以上の材料から形成されてよい。したがって、シール層の存在によって、保護層を形成する材料の選択において、柔軟性（又はフレキシビリティ）がもたらされ得る。なぜなら、シール層は、保護層がバッテリーセルの反応性の成分に曝されることを防止（又は抑制）し得るからである。さらに、シール層が存在することによって、製造プロセス（例えば、電極のカレンダー成形（又はカレンダー処理またはカレンダリング）など）ならびに高温環境への曝露（例えば、電極のコーティングおよび乾燥の間）に対して、さらなる耐性を保護層に与えることができる。それにもかかわらず、シール層が任意であってもよいことを理解すべきである。例えば、保護層およびシール層を含む多機能層は、バッテリーセルの第１電極に結合されてよい。対して、バッテリーセルの第２電極は、シール層なしで保護層に結合されてよい。
多数のトリガー（又は誘因又は引き金又はきっかけ）に応答（又は反応又は対応又は追従）するように単一（又はシングル）の保護層を構成することは、チャレンジなこと（又はチャレンジング又は挑戦的）であってよい。対照的に、シール層および保護層は、様々な目的に役立つように構成されている。従って、様々なトリガー（例えば、温度トリガー、電圧トリガーおよび／または電流トリガーなど）などの際に活性化するように構成されてよい。例えば、シール層は、より正確（又は精密又は緻密）なトリガー・ポイント（例えば、第１閾値温度、第１閾値電圧および／または第１閾値電流など）に応答（又は反応又は対応又は追従）するように構成されてよい（保護層を曝露する（又は露出させる）ことによる）。対して、保護層は、曝露（又は露出）および／またはより正確（又は精密又は緻密）でないトリガー・ポイント（例えば、第２閾値温度、第２閾値電圧および／または第２閾値電流など）の際に活性化するように構成されてよい。
本願（又は現行又は今回）の主題のいくつかの実施態様において、保護層は、バッテリーセルの他の成分（又は構成又はコンポーネント）（例えば、電極および／または電解質など）に対して、不安定性を示すことができる。その一方で、シール層は、これらと同じ成分が存在する場合、イナート（又は不活性）であってよい。対して、例えば、保護層は、電解質が存在する場合、反応性（又は反応的）になってよい。シール層は、非混和性であってよい。従って、バッテリーセルにおいて、保護層と、対応する電極との間において、物理的な分離（又は隔離又はセパレーション）を提供してよい。通常の操作（又は運転又は作動又はオペレーション）の間において（例えば、任意のトリガーが存在しない場合）、シール層が存在することによって、保護層が電解質に曝されて、望ましくない反応を受けないように保護層を護ってよい。しかし、シール層に関連するトリガー（例えば、温度トリガー、電圧トリガーおよび／または電流トリガーなど）による活性化の際、シール層は、分解（又は崩壊）してよい。それにより、保護層を曝露（又は露出）させてよい。この点（又はポイント）において、適切な反応が進行してよい。それにより、バッテリーセルにおいて、熱暴走を防止（又は抑制）することができる。また、保護層は、シール層によって曝露（又は露出）されてよい。シール層は、機械的応力（又は力学的応力又はメカニカル・ストレス）の適用（又は付与）に起因して破壊（又は崩壊）されていてよい。
この反応は、物理的な反応（例えば、保護層の膨潤（又はスウェリング）または他の膨張（又はエキスパンション）を含んでよい。このような反応によって、電子伝導経路（又はエレクトロニック・コンダクション・パスウェイ）の阻止（又は中断又はインタラプト）が引き起こされ、これは正温度係数（positive temperature coefficient（ＰＴＣ））のコンポジット（又は複合体）に類似している。代替的および／または追加的なものとして、この反応は、化学的な反応（例えば、保護層の分解および／または電極と保護層との間の反応）を含んでよい。このような化学反応によって、集電体と電極との間に非伝導性（又は非導電性）の間隙（又はギャップ）（又はノンコンダクティブ・ギャップ）を形成（又は生成）する。また、この反応は、保護層と電解質との間の化学的な反応を含んでよい。このような反応によって、電解質のイオン伝導性（又はイオン伝導度又はイオン導電性又はイオン導電率）が低下する。
本願（又は現行又は今回）の主題のいくつかの実施態様において、シール層は、ポリマーの層であってよい。１以上の溶液ベースの噴霧（又はスプレー）、コーティング（又は被覆）および／または蒸着（又はベーパー・デポジション）などで適用（又は塗布）されてよい。代替的および／または追加的なものとして、シール層は、金属の層であってよい。１以上の金属蒸発（又はメタル・エバポレーション）および／または蒸着（又はベーパー・デポジション）などで適用（又は塗布）されてよい。代替的および／または追加的なものとして、シール層は、モノマーから形成されてよい。モノマーは、熱、紫外光、Ｘ線および／またはレーザーなどに曝されることによって架橋されるものである。代替的および／または追加的なものとして、シール層は、１以上の伝導性（又は導電性）のポリマーおよび／または伝導性（又は導電性）のセラミック（例えば、金属酸化物および／または遷移金属酸化物など）から形成されてよい。また、シール層は、スパッタリングおよび／または原子層堆積（又はアトミック・レイヤー・デポジション）によって形成されてもよい。
本願（又は現行又は今回）の主題のいくつかの実施態様において、保護層（単独の保護層あるいはシール層をさらに含む多機能層の一部としての保護層）は、バッテリーセルの集電体の片側または両側に塗布（又はコーティング）されてよい。バッテリーセルの用途（例えば、フォーマット）に応じて、１以上の集電体が金属箔（又はメタル・ホイル）またはバッテリーセルのケースから形成されてよい。代替的および／または追加的なものとして、保護層は、バッテリーセルの電極の片側または両側に塗布（又はコーティング）されてよい。形成（又は生成）されるバッテリーセルは、第１保護層を含んでよい。第１保護層は、第１電極と第１集電体との間に配置（又は挿入）されるものである。さらに、いくつかの場合において、バッテリーセルは、第２保護層も含んでよい。第２保護層は、第２電極と第２集電体との間に配置（又は挿入）されるものである。
図１Ａ～図１Ｃは、バッテリーセル１００の例を示す概略図である。バッテリーセル１００は、１以上の保護層１３０を有する。保護層１３０は、本願（又は現行又は今回）の主題の実施態様と一致するものである。いくつかの場合において、バッテリーセル１００は、金属バッテリーセル（又はメタル・バッテリーセル）または金属イオンバッテリーセル（又はメタル・イオン・バッテリーセル）であってよい。金属イオンバッテリーセルとして、例えば、リチウム（Ｌｉ）イオンバッテリーセル、ナトリウム（Ｎａ）イオンバッテリーセル、アルミニウム（Ａｌ）イオンバッテリーセルおよび／またはマグネシウム（Ｍｇ）イオンバッテリーセルなどが挙げられる。さらに、バッテリーセル１００は、任意のフォーマット（又は構成又は形）であってよい。フォーマットとして、例えば、円筒形のバッテリーセル（又はシリンダー・バッテリーセル又はシリンダー電池）、ボタン形のバッテリーセル（又はボタン・バッテリーセル又はボタン電池）、プリズム形のバッテリーセル（又はプリズム・バッテリーセル又はプリズム電池）および／または袋状のバッテリーセル（又はパウチ・バッテリーセル又はパウチ電池）などが挙げられる。本願（又は現行又は今回）の主題の様々な実施態様によると、少なくとも１つの保護層１３０が、バッテリーセル１００のセパレータ１４０、電極層１２０および／または集電体（又は集電層又はカレント・コレクタ）１３０の表面に配置されてよい。
図１Ａ～図１Ｃに示す通り、バッテリーセル１００は、第１電極層１２０ａ、第１集電体（又は第１集電層又は第１カレント・コレクタ）１３０ａ、第２電極層１２０ｂおよび第２集電体（又は第２集電層又は第２カレント・コレクタ）１３０ｂを含んでよい。第１電極層１２０ａおよび第２電極層１２０ｂは、極性（又はポラリティ）が反対であってよい。例えば、バッテリーセル１００の第１電極層１２０ａおよび第１集電体１３０ａが第１電極１２５ａ（例えば、正（又はポジティブ）の電極（又は正極））を形成する場合、第２電極層１２０ｂおよび第２集電体１３０ｂは、バッテリーセル１００の第２電極１２０ｂ（例えば、負（又はネガティブ）の電極（又は負極））を形成してよい。セパレータ１４０（ポリマーのフィルムであってよい）は、第１電極層１２０ａと第２電極１３０ｂとの間に配置（又は挿入）されてよい。いくつかの場合において、第１集電体１３０ａおよび第２集電体１３０ｂは、金属ホイル（又はメタル・ホイル）または金属化（又はメタライゼーション）されたホイル（又はメタライズ・ホイル）（例えば、銅（Ｃｕ）ホイル、アルミニウム（Ａｌ）ホイル、鉄（Ｆｅ）ホイル、チタン（Ｔｉ）ホイル、ニッケル（Ｎｉ）ホイルが挙げられる）、炭素（Ｃ）ホイルおよび／または金属化されたポリマーホイルなどから形成されてよい。
図１Ａに示すバッテリーセル１００の例において、バッテリーセル１００は、第１保護層１３０ｂを含んでよい。第１保護層１３０ｂは、第１電極層１２０ａと第１集電体１２０ｂとの間に配置（又は挿入）されている。図１Ｂに示すバッテリーセル１００の例において、さらに、第２保護層１３０ｂが、第２電極１２０ｂと第２集電体１３０ｂとの間に配置（又は挿入）されていてよい。図１Ｃに示すバッテリーセル１００の例において、１以上の保護層１１０は、セパレータ１４０の１以上の表面にコーティング（又は被覆）されている。従って、いくつかの場合において、第１保護層１１０ａは、セパレータ１４０と第１電極層１２０ａとの間に配置（又は挿入）されていてよい。さらに、いくつかの場合において、第２保護層１１０ｂは、セパレータ１４０と第２電極層１２０ｂとの間に配置（又は挿入）されていてよい。
図２Ａ～図２Ｂは、バッテリーセル１００の例を示す概略図である。バッテリーセル１００は、１以上の多機能層（又は多官能層又はマルチファンクション層又はマルチファンクション・レイヤー）１５０を有する。多機能層１５０は、本願（又は現行又は今回）の主題の実施態様と一致するものである。本願（又は現行又は今回）の主題のいくつかの実施態様において、バッテリーセル１００の保護層１１０は、それぞれ、シール層（又はシーリング層又は封止層）１５５とさらに結合されていてよい。それにより、１以上の多機能層（又は多官能層又はマルチファンクション層又はマルチファンクション・レイヤー）１５０を形成することができる。例えば、図２Ａにおいて、第１多機能層（又は第１多官能層又は第１マルチファンクション層又は第１マルチファンクション・レイヤー）１５０ａは、第１保護層１１０ａおよび第１シール層１５５ａを含むものであり、第１電極層１２０ａと第１集電体１３０ａとの間に配置（又は挿入）されていてよい。図２Ａに示す例において、第１保護層１１０ａは、第１電極層１２０ａと第１シール層１５５ａとの間に配置（又は挿入）されていてもよい。その一方で、第１シール層１５５ａは、第１保護層１１０ａと第１集電体１３０ａとの間にさらに配置（又は挿入）されている。
図２Ｂは、バッテリーセル１００の別の例を示す。バッテリーセル１００は、第１多機能層（又は第１多官能層又は第１マルチファンクション層又は第１マルチファンクション・レイヤー）１５０ａと、第２多機能層（又は第２多官能層又は第２マルチファンクション層又は第２マルチファンクション・レイヤー）１５０ｂとを含んで成る。第１多機能層１５０ａは、第１電極層１２０ａと、第１集電体１３０ａとの間に配置（又は挿入）されている。第２多機能層１５０ｂは、第２電極層１２０ｂと、第２集電体１３０ｂとの間に配置（又は挿入）されている。図２Ｂに示す通り、第２多機能層１５０ｂは、第２保護層１１０ｂおよび第２シール層１５５ｂを含んでよい。第２保護層１１０ｂは、第２電極層１２０ｂと第２シール層１５５ｂとの間に配置（又は挿入）されている。その一方で、第２シール層１５５ｂは、第２保護層１１０ｂと第２集電体１３０ｂとの間にさらに配置（又は挿入）されている。
図２Ｃは、バッテリーセル１００の別の例を示す。バッテリーセル１００において、多機能層（又は多官能層又はマルチファンクション層又はマルチファンクション・レイヤー）１５０は、セパレータ１４０と、第１電極層１２０ａおよび／または第２電極層１２０ｂとの間に配置（又は挿入）されている。例えば、いくつかの場合において、第１多機能層１５０ａは、セパレータ１４０と、第１電極層１２０ａとの間に配置（又は挿入）されてよい。第１保護層１１０ａは、セパレータ１４０と第１シール層１５５ａとの間に配置（又は挿入）されている。その一方で、第１シール層１５５ａは、さらに、第１保護層１１０ａと第１電極層１２０ａとの間に配置（又は挿入）されている。代替的および／または追加的なものとして、第２多機能層１５０ｂは、セパレータ１４０と第２電極層１２０ｂとの間に配置（又は挿入）されていてよい。第２保護層１１０ｂは、セパレータ１４０と第２シール層１５５ｂとの間に配置（又は挿入）されている。その一方で、第２シール層１５５ｂは、さらに、第２保護層１１０ｂと第２電極層１２０ｂとの間に配置（又は挿入）されている。
本願（又は現行又は今回）の主題のいくつかの実施態様において、バッテリーセル１００の１以上の保護層１１０は、危険な作動条件（又は操作条件又は運転条件又はオペレーション・コンディション）（例えば、過熱（又はオーバーヒート）、過充電（又はオーバーチャージ）および／または内部での短絡（又はショート・サーキット）（又は内部短絡））を中和する（又はニュートラルにする）ことができる。例えば、いくつかの場合において、バッテリーセル１００の１以上の保護層１１０は、電流リミッタ（又はカレント・リミッタ）として少なくとも作用（又は作動）することによって、危険な作動条件（又は操作条件又は運転条件又はオペレーション・コンディション）を中和することができる。電流リミッタによって、過熱、過充電および／または内部での短絡の事象（又はイベント）の際にバッテリーセル１００を通る電流の流れ（又はフロー）が減少する。いくつかの場合において、１以上の保護層１１０によって、インピーダンスの増加を少なくとも示すことによって、バッテリーセル１００を通る電流の流れ（又はフロー）を減少させてよい（温度、電圧および／またはバッテリーセル１００を通る電流が、１以上の閾値を満たす場合）（例えば、通常の作動（又は安全な作動）に関連した温度、電圧および／または電流を超えることによる）。代替的および／または追加的なものとして、バッテリーセル１００の１以上の保護層１１０は、電流遮断層（又は電流遮断部又は電流遮断器又は電流インタラプタ又はカレント・インタラプタ）として少なくとも作用（又は作動）することによって、危険な作動条件（又は操作条件又は運転条件又はオペレーション・コンディション）を中和することができる。電流遮断層によって、過熱、過充電および／または内部での短絡の事象（又はイベント）の際にバッテリーセル１００を通る電流の流れ（又はフロー）が排除される。例えば、いくつかの場合において、１以上の保護層１１０は、非伝導性（又は非導電性）の間隙（又はギャップ）（又はノンコンダクティブ・ギャップ）を少なくとも形成することによって、バッテリーセル１００を通る電流の流れ（又はフロー）を停止させることができる（温度、電圧および／またはバッテリーセル１００を通る電流が、１以上の閾値を満たす場合）（例えば、通常の作動（又は安全な作動）に関連した温度、電圧および／または電流を超えることによる）。
本願（又は現行又は今回）の主題のいくつかの実施態様において、バッテリーセル１００の１以上の保護層１１０は、１以上の小さな分子（又は小分子又は低分子）の添加物（又は添加剤）（又はスモール・モレキュラ・アディティブ）を含むように調製されてよい。１以上の保護層１１０の組成物（又は組成）において、１以上の小さな分子の添加物（又は添加剤）が存在することによって、１以上の保護層１１０の安定性を増加させることができる。なおかつ、いくつかの場合において、１以上の保護層１１０の伝導性（又は導電性）を増加させることができる。このようにして、１以上の小さな分子の添加物（又は添加剤）を含ませることによって、バッテリーセル１００の性能（又はパフォーマンス）（例えば、セル・サイクル（例えば、容量維持率（又はキャパシティ・リテンション））および／または高温安定性などが挙げられる）を向上させることができる。例えば、いくつかの場合において、１以上の保護層１１０に存在する１以上の小さな分子の添加物（又は添加剤）と、他の化合物（例えば、ポリマー）との間の反応の結果として、１以上の保護層１１０の安定性を増加させることができる。記載する通り、小さな分子の添加物（又は添加剤）の例として、芳香族アミン（類）、脂肪族アミン（類）、脂肪族カルボン酸（類）、芳香族カルボン酸（類）、脂肪族ヒドロキシ化合物（類）、芳香族ヒドロキシル化合物（類）、脂肪族チオール化合物（類）、芳香族チオール化合物（類）、エポキシ置換脂肪族化合物（類）もしくはエポキシ置換芳香族化合物（類）、芳香族置換ピロール－２，５－ジオンもしくは脂肪族置換ピロール－２，５－ジオン、エチレン置換脂肪族化合物（類）もしくはエチレン置換芳香族化合物（類）および／またはフリーラジカル開始剤（又はフリーラジカル・イニシエータ）などが挙げられる。いくつかの場合において、１以上の保護層１１０は、重量で０．１％～９０％の小さな分子の添加物（又は添加剤）、重量で１％～５０％の小さな分子の添加物（又は添加剤）、重量で１％～１０％の小さな分子の添加物（又は添加剤）および／または重量で１％～５％の小さな分子の添加物（又は添加剤）などを含んでよい。
図３Ａ～図３Ｂは、小さな分子（又は小分子又は低分子）の添加物（又は添加剤）（又はスモール・モレキュラ・アディティブ）の様々な例を示す。小さな分子の添加物（又は添加剤）として、１，５－ナフタレンジアミン、４，４’－（９－フルオレニリデン）ジアニリン、２，６－ジアミノアントラセン、脂肪族ジオール、脂肪族ジアミン、脂肪族ジカルボン酸、ブタン－１，２，３，４－テトラカルボン酸、ペンタエリスリトール、ビフェニル－４，４’－ジカルボン酸、２，６－ナフタレンジカルボン酸、４－（ビニルオキシ）アニリン、２－アリルフェノール、トリメチロールプロパン トリス（３－メルカプトプロピオネート）、ペンタエリスリトール テトラキス（３－メルカプトプロピオネート）、１，３，５－トリアリル－１，３，５－トリアジン－２，４，６（1Ｈ，３Ｈ，5Ｈ）－トリオン、トリス［２－（アクリロイルオキシ）エチル］イソシアヌレート、エチレングリコール ビス－メルカプトアセテート、２，２’－（エチレンジオキシ）ジエタンチオール、４－アミノチオフェノール、トリス（２，３－エポキシプロピル）イソシアヌレートおよび１－（４－アミノフェニル）－１Ｈ－ピロール－２，５－ジオンが挙げられる。
１以上の保護層１１０を形成（又は生成）するために、１以上の小さな分子の添加物（又は添加剤）は、１以上の活性な機能性材料（又は官能性材料又はファンクション材料又はファンクショナル・マテリアル）または無機材料と組み合わされてよい。また、１以上の塩基性材料（又はベース材料又はベース・マテリアル）（例えば、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）および／または水酸化カリウム（ＫＯＨ）など）、バインダ材料（又はバインダ・マテリアル）および／または伝導性材料（又は導電性材料又はコンダクティブ・マテリアル）と一緒にしてもよい。例えば、いくつかの場合において、１以上の保護層の組成物（又は組成又はコンポジション）は、１以上の金属塩（例えば、有機の塩（又はオーガニック・ソルト）など）、セラミック・ナノ材料（又はセラミック・ナノ・マテリアル）および伝導性（又は導電性）のナノ添加物（又はナノ添加剤又はナノ・アディティブ）を含んでよい。いくつかの場合において、１以上の保護層の組成物（又は組成又はコンポジション）は、他の化合物（例えば、１以上の機能性材料）に対して、１～９０％の小さな分子の添加物（又は添加剤）を含んでよい。図３Ｃに示す通り、機能性材料の例として、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、架橋したポリアクリル酸（ＰＡＡ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリ（メチルアクリレート）（ＰＭＡ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（エチルメタクリレート）（ＰＥＭＡ）および／またはポリ（２－ヒドロキシエチルメタクリレート）（ｐＨＥＭＡ）などが挙げられる。
１以上の保護層１００の組成物（又は組成又はコンポジション）に存在してよい１以上の金属塩の例として、以下のものが挙げられる。
ポリ酸の塩（polyacid salts） ［－ＣＲ２－（ＣＲ２）０－１００－ＣＯＯＭ－］ｐ，
ポリメタクリル塩（又はポリメタクリル酸の塩）（polymethacrylic salts） ［－ＣＲ２－（ＣＲ２）０－１００－Ｃ（ＣＲ３）（ＣＯＯＭ）－］ｐ，
ポリアクリレート塩（polyacrylate salts） ［－ＣＲ２－（ＣＲ２）０－１００－ＣＲ（ＣＯＯＭ）－］ｐ，
ポリメチルメタクリル塩（又はポリメチルメタクリル酸の塩）（polymethylmethacrylic salts） ［－ＣＲ（ＣＲ３）－（ＣＲ２）０－１００－Ｃ（ＣＲ３）（ＣＯＯＭ）－］ｐ，
ポリオール－Ｍ ［－ＣＲ２－（ＣＲ２）０－１００－ＣＲ－ＯＭ－］ｐ，
ポリスルフィド－Ｍ ［－ＣＲ２－（ＣＲ２）０－１００－ＣＲ－ＳＭ－］ｐ および
有機シリケート（又はオーガニック・シリケート） ［－Ｒ２Ｓｉ－Ｏ－ＳｉＲ２－］ｐ
式中、
Ｍは、金属の群から選択されるものであり、このような金属として、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）、カドミウム（Ｃｄ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、マンガン（Ｍｎ）、鉛（Ｐｂ）、ストロンチウム（Ｓｒ）および亜鉛（Ｚｎ）が挙げられる。
式中、
Ｒは、Ｈ、－ＣＨ３、－ＣＨ２ＣＨ３および他の有機の置換基から選択される。
１以上の金属塩が１以上の保護層１１０の組成物（又は組成又はコンポジション）に存在する場合、１以上の金属塩は、重量で１％～９９％の１以上の保護層１１０、重量で１０％～９０％の１以上の保護層１１０および／または重量で２０％～７０％の１以上の保護層１１０などであってよい。
記載の通り、１以上の保護層１１０の組成物（又は組成又はコンポジション）は、１以上のセラミック・ナノ材料（又はセラミック・ナノ・マテリアル）をさらに含んでよい。いくつかの場合において、１以上の保護層１１０の組成物（又は組成又はコンポジション）に存在してよい１以上のセラミック・ナノ材料は、例えば、特定の寸法（又は大きさ又は次元又はディメンジョン）を示してよい（例えば、少なくとも１つの５００ナノメートル未満の寸法、および／または少なくとも１つの１００ナノメートル未満の寸法など）。１以上の保護層１１０の組成物（又は組成又はコンポジション）に存在してよい１以上のセラミック・ナノ材料の例として、
金属炭酸塩（又はメタル・カーボネート）（例えば、Ｌｉ２ＣＯ３，Ｎａ２ＣＯ３，Ｋ２ＣＯ３，ＣａＣＯ３，ＢｅＣＯ３，ＭｇＣＯ３，ＳｒＣＯ３，ＢａＣＯ３および／またはＦｅＣＯ３など）、
金属炭酸水素塩（又はメタル・ハイドロゲン・カーボネート）（例えば、ＬｉＨＣＯ３，ＮａＨＣＯ３，ＫＨＣＯ３，ＣｓＨＣＯ３，Ｃａ（ＨＣＯ３）２および／またはＭｇ（ＨＣＯ３）２など）、
金属酸化物（又はメタル・オキシド）（例えば、ＣａＯ，ＭｇＯ，ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，ＣｕＯ，ＳｎＯ２，ＧｅＯ２，Ｃｏ３Ｏ４および／またはＺｎＯなど）、
金属チタン酸塩（又はメタル・チタネート）（例えば、Ｌｉ２ＴｉＯ３，ＣａＴｉＯ３，ＭｇＴｉＯ３，ＢａＴｉＯ３および／またはＺｎＴｉＯ３など）、および
金属ケイ酸塩（又はメタル・シリケート）（例えば、Ｌｉ２ＳｉＯ３，Ｎａ２ＳｉＯ３，ＭｇＳｉＯ３，ＣａＳｉＯ３，ＦｅＳＯ３，ＭｎＳｉＯ３，Ｋ２ＳｉＯ３，Ｚｎ２ＳｉＯ４，Ｍｇ２ＳｉＯ４，Ｆｅ２ＳｉＯ４，Ｍｎ２ＳｉＯ４，ＺｒＳｉＯ４および／またはＢｅ２ＳｉＯ４など）
を含んでよい。
１以上のセラミック・ナノ材料が１以上の保護層１１０の組成物（又は組成又はコンポジション）に存在する場合、１以上のセラミック・ナノ材料は、重量で０．１％～９８．９％の１以上の保護層１１０、および／または重量で５％～８０％の１以上の保護層１１０などであってよい。
いくつかの場合において、１以上の保護層１１０の組成物（又は組成又はコンポジション）は、１以上の伝導性（又は導電性）のナノ添加物（又はナノ添加剤又はナノ・アディティブ）を含んでよい。例えば、１以上の伝導性のナノ添加物が１以上の保護層１１０の組成物（又は組成又はコンポジション）に存在する場合、１以上の伝導性のナノ添加物は、重量で０．１％～２０％の１以上の保護層１１０、および／または重量で０．５％～１０％の１以上の保護層１１０などであってよい。１以上の伝導性のナノ添加物の少なくとも１つの寸法（又は大きさ又は次元又はディメンジョン）は、対応する閾値（又はスレショールド）を満たすものであってよい。例えば、いくつかの場合において、１以上の伝導性のナノ添加物の少なくとも１つの寸法（又は大きさ又は次元又はディメンジョン）は、１００ナノメートル未満、および／または５００ナノメートル未満などであってよい。１以上の伝導性のナノ添加物の例として、カーボンナノ材料およびカーボンファイバ（例えば、グラフェン、グラフェンオキシドおよび／またはカーボンブラックなど）、単層カーボンナノチューブもしくは多層カーボンナノチューブ、金属の粉末（又はメタル・パウダー）（例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）および／またはマンガン（Ｍｎ）など）、または炭素の粉末（又はカーボン・パウダー）と金属の粉末（又はメタル・パウダー）との組み合わせが挙げられる。
いくつかの場合において、１以上の保護層１１０の組成物（又は組成又はコンポジション）は、１以上の伝導性ポリマー（又は導電性ポリマー）を含んでよい。保護層１１０の組成物（又は組成又はコンポジション）は、その中に含まれる１以上の伝導性材料に対して、１～１００％の伝導性ポリマーを含んでよい。または、保護層１１０の組成物（又は組成又はコンポジション）は、その中に含まれるバインダ材料に対して、１～１００％の伝導性ポリマーを含んでよい。あるいは、いくつかの場合において、伝導性ポリマーは、単独（又は単一又はソロ）の伝導性材料および活性な機能性材料であってよく、これらは、保護層の組成物（又は組成又はコンポジション）に存在していてよい。例えば、いくつかの場合において、保護層１１０の組成物（又は組成又はコンビネーション）は、重量で１％～９０％の伝導性ポリマー、重量で１％～５０％の伝導性ポリマー、および／または重量で１％～１０％の伝導性ポリマーなどを含んでよい。図３Ｄに示す伝導性ポリマーの例として、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホネート（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）、ポリピロール（ドープ（又はドープもしくはドーピングされているもの））、ポリ（ｎ－アルキルチオフェン）、ポリアルキルフルオレン（polyalylfluorene）および／またはポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）－コ－ポリ（エチレングリコール）（ＰＥＤＯＴ－ＰＥＧ）（ドープ（又はドープもしくはドーピングされているもの））などが挙げられる。
本願（又は現行又は今回）の主題のいくつかの実施態様において、保護層１１０は、シール層（又はシーリング層又は封止層）１５５と結合されていてよい。そうすることで、図２Ａ～図２Ｃに示される多機能層（又は多官能層又はマルチファンクション層又はマルチファンクション・レイヤー）１５０の例を形成してよい。シール層１５５は、１以上の材料（又はマテリアル）から形成されてよい。かかる材料は、バッテリーセル１００の反応性の成分（又はコンポーネント）（例えば、電極（例えば、第１電極層１１０および／または第２電極層２１０など）および／または電解質（又は電解物又は電解液又はエレクトロライト）など）の存在下で不活性（又はイナート）である。いくつかの場合において、保護層１５０を形成する材料は、電気的に伝導性（又は導電性）であってよい。保護層１５０を形成する材料の例は、ポリ（エチレン－コ－ビニルアセテート）（ＰＥＣＶＡ）、スチレンブタジエンゴム（又はスチレンブタジエンラバー）（ＳＢＲ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ワックス、シリコン（Ｓｉ）ゴム（又はシリコン（Ｓｉ）ラバー）、ポリアクリル（系）ポリマー、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）ゴム（又はエチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）ラバー）およびその類似体（又は類縁体又はアナログ）、負の熱膨張（negative thermal expansion（ＮＴＥ））係数を示す材料（例えば、シアン化亜鉛（ＺｎＣＮ２）など）、および電解質の分解副生成物と反応する材料を含んでよい。
負の熱膨張（ＮＴＥ）係数を有する材料からシール層１５５が形成される場合、より高い温度（例えば、特定の閾値（又はスレショールド）を超える温度）に多機能安全層（又は多機能セーフティ層）１５０が曝されると、保護層１１０の収縮（又はシュリンク）によって、シール層１５５に結合した保護層１１０が曝露（又は露出）されてよい。あるいは、より高い温度および／または電圧（例えば、特定の閾値（又はスレショールド）を超える温度および／または電圧）で分解する傾向がある材料からシール層１５５が形成される場合において、より高い温度および／または電圧に多機能安全層（又は多機能セーフティ層）１５０が供されるとき、対応する保護層１１０が曝露（又は露出）されることになってよい。バッテリーセル１００の電解質、電極層１２０または他の反応性の成分（又はコンポーネント）に保護層１１０が曝されると、それらの間の反応によって、危険な作動条件（又は操作条件又は運転条件又はオペレーション・コンディション）（例えば、過熱（又はオーバーヒート）、過充電（又はオーバーチャージ）および／または内部での短絡（又はショート・サーキット）（又は内部短絡））を中和する（又はニュートラルにする）ことができる。この反応は、物理的な反応（例えば、保護層１１０の膨潤（又はスウェリング）または他の膨張（又はエキスパンション））を含んでよい。このような物理的な反応は、バッテリーセル１００の内部での電子伝導経路（又はエレクトロニック・コンダクション・パスウェイ）の阻止（又はインタラプション）を引き起こす。代替的および／または追加的なものとして、この反応は、化学反応を含んでよい（例えば、保護層１１０の分解および／または電極層１２０と保護層１１０との間の反応）。このような化学反応によって、集電体１３０と、対応する電極層１２０との間に非伝導性（又は非導電性又はノンコンダクティブ）の間隙（又はギャップ）が形成（又は生成）される。また、この反応は、バッテリーセル１００の保護層１１０と電解質との間の化学反応を含んでよい。このような化学反応によって、電解質のイオン伝導性（又はイオン導電性又はイオン・コンダクティビティ）が減少する。
本願（又は現行又は今回）の主題のいくつかの実施形態において、保護層１１０およびシール層１５５は、様々なトリガー（又は誘因又は引き金又はきっかけ）によって活性化されてよい。例えば、シール層１５５は、第１トリガー（例えば、第１温度閾値（又は第１温度スレショールド）、第１電圧閾値（又は第１電圧スレショールド）、第１電流閾値（又は第１電流スレショールド）、金属の浸透（又はメタル・ペネトレーション）によって引き起こされる物理的なダメージ（又は損傷）、および／またはバッテリーセル１００の破壊（又はクラッシュ）および衝撃（又はインパクト）など）に応答（又は反応又は対応又は追従）してよい。第１トリガーは、第２トリガーとは異なるものであり、かつ／または第２トリガーよりも正確（又は精密又は緻密）である。第２トリガーは、保護層１１０を活性化させるトリガーである。従って、第１トリガーによって活性化されているとき、シール層１５５は、保護層１１０を少なくとも曝露（又は露出）させることによって、応答（又は反応又は対応又は追従）してよい。保護層１１０は、この曝露（又は露出）（例えば、バッテリーセル１００の内部の電極１２０、電解質および／または他の反応性の成分（又はコンポーネント）への曝露（又は露出））および／または第２トリガー（例えば、第２温度閾値（又は第２温度スレショールド）、第２電圧閾値（又は第２電圧スレショールド）、第２電流閾値（又は第２電流スレショールド）および／または物理的なダメージ（又は損傷）など）によって活性化されてもよい。
図４は、本願（又は現行又は今回）の主題の実施態様に一致するバッテリーセルを組み立てるためのプロセス（又は方法又は工程）４００の例を示すフローチャートである。図４を参照すると、いくつかの場合において、プロセス４００は、バッテリーセル１００を組み立てるために行われてよい。そうすることで、１以上の保護層１１０、あるいは、いくつかの場合において、１以上の多機能層（又は多官能層又はマルチファンクション層又はマルチファンクション・レイヤー）１５０（シール層１５５に結合した保護層１１０を含んで成る）を含ませることができる。
４０２において、保護層（又はプロテクト層又はプロテクティブ・レイヤー）を形成することができる。本願（又は現行又は今回）の主題のいくつかの実施態様では、バッテリーセル１００の１以上の保護層１１０は、複合材料（又はコンポジット材料又はコンポジット・マテリアル）から形成（又は生成）されてよい。このような複合材料は、１以上の小さな分子（又は小分子又は低分子）の添加物（又は添加剤）（又はスモール・モレキュラ・アディティブ）を含んで成る。１以上の小さな分子（又は小分子又は低分子）の添加物（又は添加剤）は、１以上の機能性材料（又は官能性材料又はファンクション材料又はファンクショナル・マテリアル）（例えば、ポリマーなど）、塩基性材料（又はベース材料又はベース・マテリアル）（例えば、水酸化金属（又は金属水酸化物又は金属ヒドロキシド又はメタル・ヒドロキシド）（例えば、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）および／または水酸化カリウム（ＫＯＨ）など））、バインダ材料（又はバインダ・マテリアル）および／または伝導性材料（又は導電性材料又はコンダクティブ・マテリアル）（例えば、カーボンブラックおよび／または伝導性ポリマー（又は導電性ポリマー）など）と組み合わされている。例えば、いくつかの場合において、バッテリーセル１００の１以上の保護層１１０を形成（又は生成）する複合材料は、１以上の金属塩、セラミック・ナノ材料および伝導性（又は導電性）のナノ添加物（又はナノ添加剤またはナノ・アディティブ）を含んでよい。さらに、いくつかの場合において、１以上の保護層１１０を形成（又は生成）する複合材料は、スラリーであってよい。スラリーは、次いで、バッテリーセル１００の１以上の電極１２０、集電体１３０およびセパレータ１４０にコーティング（又は被覆）されている。いくつかの場合において、１以上の保護層１１０は、１以上のシール層１５５に結合されていてよい。そうすることで、１以上の多機能層１５０を形成（又は発生）することができる。いくつかの場合において、１以上の保護層１１０を形成（又は生成）する複合材料は、スラリーであってよい。スラリーは、１以上のシール層１５５の表面にコーティング（又は被覆）されている。あるいは、１以上のシール層１５５を形成（又は生成）する材料は、１以上の保護層１１０の表面にコーティング（又は被覆）されてよい。それにより、１以上の多機能層１５０を形成（又は生成）することができる。
本願（又は現行又は今回）の主題のいくつかの実施態様において、１以上の保護層１１０を形成（又は生成）する複合材料のスラリーを、例えば、１以上の電極１２０、集電体１３０、セパレータ１４０および／またはシール層１５５の表面にコーティング（又は被覆）した後、乾燥させてよい。いくつかの場合、１以上の保護層１１０を形成（又は生成）する複合材料のスラリーは、高温での処理（又は高温処理）を受けてよい。例えば、長期間（例えば、約８時間～２４時間）にわたって、高温下（例えば、約８０℃～１５０℃）での減圧乾燥による高温処理を受けてよい。形成（又は生成）の間、１以上の保護層１１０を形成（又は生成）する複合材料のスラリーを高温処理に供することによって、小さな分子の添加物（又は添加剤）と、複合材料に含まれる活性な機能性ポリマー（又は官能性ポリマー又はファンクショナル・ポリマー）との間の反応が促進されてよい。例えば、高温処理の温度および／または期間を選択してよい。それにより、全ての（または実質的に全ての）小さな分子の添加物（又は添加剤）を活性な機能性ポリマー（又は官能性ポリマー又はファンクショナル・ポリマー）と確実に反応させることができる。それにより、バッテリーセル１００を組み立てると、電解質の汚染（又はコンタミネーション）の可能性を排除することができる。
４０４において、第１電極を形成（又は生成）してよい。例えば、第１電極１２５ａ（例えば、正（又はポジティブ）の電極（又は正極）)は、第１電極層１２０ａを形成（又は生成）する１以上の材料（例えば、１以上の材料を含むスラリー）を第１集電体１３０ａの表面にコーティング（又は被覆）することによって形成（又は生成）されてよい。その後、例えば、１０時間にわたって１４０℃で１以上の材料を乾燥させる。バッテリーセル１００の第１電極１２５ａは、適切に成形（又はシェイピング）および／または寸法合わせ（又はサイジング）した部品（又はピース）になるように、第１電極層１２０ａをパンチングする（又は打ち抜く）ことによって、さらに形成（又は生成）されてよい。いくつかの場合において、第１保護層１１０ａを形成（又は生成）する複合材料は、第１電極層１２０ａの表面にコーティング（又は被覆）されてよい。さらに、いくつかの場合において、第１シール層１５５ａを形成（又は生成）する材料は、第１保護層１１０ａを形成（又は生成）する複合材料と、第１電極層１２０ａを形成（又は生成）する材料との間に配置（又は挿入）されてよい。
４０６において、第２電極を形成（又は生成）してよい。例えば、第２電極１２５ｂ（例えば、負の電極（又は負極））は、第２電極層１２０ｂを形成（又は生成）する１以上の材料（例えば、１以上の材料を含むスラリー）を第２集電体１３０ｂの表面にコーティング（又は被覆）することによって、形成（又は生成）されてよい。乾燥後、例えば、１０時間にわたって１２５℃で１以上の材料を乾燥させる。バッテリーセル２００の第２電極１２５ｂは、適切に成形（又はシェイピング）および／または寸法合わせ（又はサイジング）した部品（又はピース）になるように、第２電極層１２０ｂをパンチングする（又は打ち抜く）ことによって、さらに形成（又は生成）されてよい。いくつかの場合において、第２保護層１１０ｂを形成（又は生成）する複合材料は、第２電極層１２０ｂの表面にコーティング（又は被覆）されてよい。さらに、いくつかの場合において、第２シール層１５５ｂを形成（又は生成）する材料は、第２保護層１１０ｂを形成（又は生成）する複合材料と、第２電極層１２０ｂを形成（又は生成）する材料との間に配置（又は挿入）されてよい。
４０８において、バッテリーセルを組み立てることができる。そうすることで、バッテリーセルは、保護層、第１電極、第２電極、セパレータおよび電解質（又は電解物又は電解液又はエレクトロライト）を含むことができる。例えば、バッテリーセル１００を形成（又は生成）することができる。そうすることで、バッテリーセル１００は、１以上の保護層１１０と、第１電極１２５ａ（第１電極層１２０ａと、第１集電体１３０ａと含んで成る）と、第２電極１２５ｂ（第２電極層１２０ｂと、第２集電体１３０ｂとを含んで成る）と、セパレータ１４０と電解質（又は電解物又は電解液又はエレクトロライト）とを含むことができる。バッテリーセル１００が円筒形のセル（又は電池）（又はシリンダー・セル又はシリンダー電池）である場合、セパレータ１４０の層が、バッテリーセル１００の第１電極１２５ａと、第２電極１２５ｂとの間に配置（又は挿入）されてよい。そうすることで、シートが形成される。このようなシートは、次いで、例えば、マンドレルの周囲に巻き付けられて、ジェリー・ロールが形成される。その後、ジェリー・ロールは、ケースの内部に配置される。バッテリーセル１００がパウチ状のセル（又は電池）（又はパウチ・セル又はパウチ電池）である場合、第１電極１２５ａおよび第２電極１２５ｂは、セパレータ１４０の層とともにスタッキング（または積層）されてよい。セパレータ１４０は、第１電極１２５ａと第２電極１２５ｂとの間に配置（又は挿入）されている。次いで、１以上のこのようなスタックをパウチの内部に配置することができる。バッテリーセル１００は、電解質（又は電解物又は電解液又はエレクトロライト）で満たされてよい。その後、密封した後、保存（又はエージング）（例えば、室温で２４時間）し、１以上の充放電サイクル（例えば、Ｃ／２０の充電速度）に供する。いくつかの場合において、上記の高温処理に追加して、および／または上記の高温処理の代わりに、形成方法（又は形成プロセス又はフォーメーション・プロセス）の一部として、１以上の保護層１１０が放射線処理（又はラディエーション処理）を受けてもよい（例えば、ガンマ線（又はγ線）、例えばエックス線（又はＸ線）、ベータ線（又はβ線）および／または紫外光（ＵＶ光）など）。放射線処理によって、１以上の保護層１１０を形成（又は生成）する複合材料に含まれるポリマーの架橋がさらに促進されてよい。
記載の通り、１以上の保護層１１０を含ませることによって、バッテリーセル１００の安全性のプロファイル（又はセーフティ・プロファイル）を向上させることができる（バッテリーセル１００の場合を含む）。例えば、１以上の保護層１１０は、電流リミッタ（又はカレント・リミッタ）および／または電流インタラプタ（又はカレント・インタラプタ）として作用（又は作動）してよい。そうすることで、バッテリーセル１００における危険な作動条件（又は操作条件又は運転条件又はオペレーション・コンディション）（例えば、過熱（又はオーバーヒート）、過充電（又はオーバーチャージ）および／または内部での短絡（又はショート・サーキット）（又は内部短絡）などが挙げられる）を中和する（又はニュートラルにする）ことができる。バッテリーセル１００の性能（又はパフォーマンス）として、セル・サイクル（例えば、容量維持率（又はキャパシティ・リテンション）および／または高温安定性などが挙げられる。バッテリーセル１００の性能は、１以上の保護層１１０を形成することによって、さらに向上させることができる。１以上の保護層１１０は、複合材料から形成されるものであり、複合材料は、１以上の小さな分子の添加物（又は添加剤）を含んで成る。さらなる例示として、図５Ａは、第１バッテリーセル（添加物（又は添加剤）ありの保護層を含んで成る）、第２バッテリーセル（添加物（又は添加剤）なしの保護層を含んで成る）、第３バッテリーセル（保護層なし）のサイクル性能（又はサイクル・パフォーマンス）を比較するグラフを示す。第１バッテリーセル、第２バッテリーセルおよび第３バッテリーセルをそれぞれサイクル試験（又はサイクル・テスト）に供した。サイクル・テストは、０．７クーロン（Ｃ）で４．４８ボルト（Ｖ）の電圧までの充電と、０．５クーロン（Ｃ）で３ボルト（Ｖ）の電圧までの放電とを含むものであった。各バッテリーセルのサイクル性能は、各バッテリーセルの容量維持率（又はキャパシティ・リテンション）（最大で１５０回の充放電サイクルを受けた後のバッテリーセルの容量維持率）に基づいて評価してよい。図５Ａに示す通り、第１バッテリーセル（添加物（又は添加剤）ありの保護層を含んで成る）は、第２バッテリーセル（添加物（又は添加剤）なしの保護層を含んで成る）と比較して、より良好なサイクル性能（又はサイクル・パフォーマンス）を示した（例えば、連続した充放電サイクルにわたって、より高い容量維持率（又はキャパシティ・リテンション）の割合（％）を示した）。さらに、図５Ａの比較は、第１バッテリーセルの保護層に添加物（又は添加剤）を含ませることによって、第１バッテリーセルにサイクル性能をさらに与えることを示している。これは、保護層を含まない第３バッテリーセルによって示されるサイクル性能に匹敵する。従って、第３バッテリーセルは、第１バッテリーセルと比較して、危険な作動条件（又は操作条件又は運転条件又はオペレーション・コンディション）に対して、より敏感である（又は感受性が高い）。換言すると、１以上の添加物（又は添加剤）が存在すると（例えば、小さな分子の添加物（又は添加剤）（本開示に記載の通り）が存在すると）、バッテリーセルのサイクル性能に対して、１以上の保護層を含ませることが与え得る衝撃（又はインパクト）を最小にすることができる。その一方で、そこから得られる安全性の利点（又はセーフティ・ベネフィット）をなおも維持（又は保持）することができる。
図５Ｂ～図５Ｃは、バッテリーセルの安全性のプロファイル（又はセーフティ・プロファイル）を示すグラフである。ここで、バッテリーセルは、１以上の保護層を含むものであり、保護層は、１以上の添加物（又は添加剤）（例えば、本開示に記載の小さな分子の添加物（又は添加剤））を含むように調製されている。図５Ｂにおいて、例えば、バッテリーセルは、過充電され得るが、１以上の保護層が電流の流れ（又はフロー）を減少および／または阻止することができる。そうすることで、バッテリーセルの温度および電圧が安定なままとなり、バッテリーセルは、過熱（又はオーバーヒート）しないし、熱暴走（又はサーマル・ランナウェイ）を受けることもない。図５Ｃは、バッテリーセルが物理的なダメージ（又は損傷）を受けた後（例えば、浸透（又はペネトレーション）、変形（又はデフォーメーション）および／または衝撃（又はインパクト）など）、バッテリーセルの温度および電圧の変化を示す。図５Ｃに示す通り、１以上の保護層が存在することによって、バッテリーセルの温度および電圧に顕著なスパイクが誘発（又はトリガー又はトリガリング）されることから、バッテリーセルへの物理的なダメージ（又は損傷）を抑制する。その代わり、バッテリーセルの温度および電圧は、安定なままであり、１以上の保護層が存在することによっても、バッテリーセルにおいて過熱（又はオーバーヒート）および熱暴走（又はサーマル・ランナウェイ）を引き起こすことから、バッテリーセルへの物理的なダメージ（又は損傷）を抑制することを示している。
（実施例Ｉ）
本願（又は現行又は今回）の主題のいくつかの実施態様において、カルボポールと、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）と、スーパーＰ（super P）と、４，４’－（９－フルオレニリデン）ジアニリンと、水とを含んで成る複合材料（又はコンポジット材料又はコンポジット・マテリアル）から、１以上の保護層１１０を形成することができる。
本願（又は現行又は今回）の主題のいくつかの実施態様において、カルボポール（６８．５３％）と、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）（２４．４７％）と、スーパーＰ（super P）（５％）と、４，４’－（９－フルオレニリデン）ジアニリン（２％）と、水とを含んで成る複合材料（又はコンポジット材料又はコンポジット・マテリアル）から、１以上の保護層を形成することができる。
（実施例ＩＩ）
本願（又は現行又は今回）の主題のいくつかの実施態様において、カルボポールと、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）と、スーパーＰ（super P）と、ビフェニル－４，４’－ジカルボン酸と、水とを含んで成る複合材料（又はコンポジット材料又はコンポジット・マテリアル）から、１以上の保護層１１０を形成することができる。
本願（又は現行又は今回）の主題のいくつかの実施態様において、カルボポール（６７．７９％）と、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）（２４．２１％）と、スーパーＰ（super P）（５％）と、ビフェニル－４，４’－ジカルボン酸（３％）と、水とを含んで成る複合材料（又はコンポジット材料又はコンポジット・マテリアル）から、１以上の保護層１１０を形成することができる。
（実施例ＩＩＩ）
本願（又は現行又は今回）の主題のいくつかの実施態様において、カルボポールと、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）と、スーパーＰ（super P）と、ペンタエリスリトール テトラキス（３－メルカプトプロピオネート）と、トリス［２－（アクリロイルオキシ）エチル］イソシアヌレートと、水とを含んで成る複合材料（又はコンポジット材料又はコンポジット・マテリアル）から、１以上の保護層１１０を形成することができる。
本願（又は現行又は今回）の主題のいくつかの実施態様において、カルボポール（６８．５３％）と、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）（２４．４７％）と、スーパーＰ（super P）（５％）と、ペンタエリスリトール テトラキス（３－メルカプトプロピオネート）（１％）と、トリス［２－（アクリロイルオキシ）エチル］イソシアヌレート（１％）と、水とを含んで成る複合材料（又はコンポジット材料又はコンポジット・マテリアル）から、１以上の保護層１１０を形成することができる。
上記の説明および特許請求の範囲において、「少なくとも１つの（at least one of）」または「１以上の（one or more of）」などの語句が存在してよく、その後に、構成（又は要素又はエレメント）および特徴（又はフィーチャ）の接続的な列挙が続く。また、２以上の構成（又は要素又はエレメント）および特徴（又はフィーチャ）の列挙において、用語「および／または（and/or）」が存在していてもよい。使用される文脈によって他に暗示的または明示的に矛盾しない限り、そのような語句は、記載された構成（又は要素又はエレメント）または特徴（又はフィーチャ）のいずれかを個別に、または記載された構成（又は要素又はエレメント）または特徴（又はフィーチャ）のいずれかを、他に記載された構成（又は要素又はエレメント）または特徴（又はフィーチャ）のいずれかと組み合わせて意味することを意図している。例えば、「少なくとも１つのＡおよびＢ（又はＡおよびＢの少なくとも１つ）（at least one of A and B）」、「１以上のＡおよびＢ（又はＡおよびＢの１以上）（one or more of A and B）」および「Ａおよび／またはＢ（A and/or B）」などの語句は、いずれも、「Ａ単独、Ｂ単独、あるいはＡおよびＢの両方」を意味することが意図されている。また、３以上の項目（又はアイテム）を含む列挙についても、同様の解釈が意図されている。例えば、「少なくとも１つのＡ、ＢおよびＣ（又はＡ、ＢおよびＣの少なくとも１つ）（at least one of A, B and C）」、「１以上のＡ、ＢおよびＣ（又はＡ、ＢおよびＣの１以上）（one or more of A, B and C）」および「Ａ、Ｂおよび／またはＣ（A, B and/or C）」などの語句は、いずれも、「Ａ単独、Ｂ単独、Ｃ単独、ＡおよびＢの両方、ＡおよびＣの両方、ＢおよびＣの両方、あるいはＡ、ＢおよびＣの全部」を意味することが意図されている。上記および特許請求の範囲における用語「基づいて（based on）」の使用は、「少なくとも一部に基づく（based at least in part on）」ことを意味することが意図されている。そうすることで、記載されていない特徴（又はフィーチャ）または構成（又は要素又はエレメント）が存在することも許される。
本開示に記載の主題は、所望の構造（又は構成又は形状又はコンフィギュレーション）に応じて、システム、装置、方法および／または物（又は物品又はアーティクル）として具体化することができる。上記の説明に記載の実施態様は、本開示に記載の主題と一致する実施態様の全てを表すものではない。それよりも、本開示に記載の主題に関連する態様と一致する例を単にいくつか示すに過ぎない。いくつかのバリエーション（又は変形）を上記に詳細に説明しているが、他の変更（又はモディフィケーション）または追加（又はアディション）も可能である。特に、本開示に記載の特徴（又はフィーチャ）および／またはバリエーション（又は変形）に加えて、さらなる特徴（又はフィーチャ）および／またはバリエーション（又は変形）を提供することができる。例えば、上記で説明した実施態様は、開示された特徴（又はフィーチャ）の様々な組み合わせ（又はコンビネーション）および部分的な組み合わせ（又はサブコンビネーション）ならびに／あるいは上記で開示されたさらなるいくつかの特徴（又はフィーチャ）の様々な組み合わせ（又はコンビネーション）および部分的な組み合わせ（又はサブコンビネーション）に向けられてよい。さらに、添付の図面に記載のロジック・フロー（又は論理フロー又は論理流れ）および／または本開示において説明されるロジック・フロー（又は論理フロー又は論理流れ）は、所望の結果を達成するために、必ずしも、示すような特定の順序（又はオーダー）または連続した順序（又はオーダー）を必要としない。他の実施態様も以下の特許請求の範囲に包含されてよい。

Claims (20)

  1. 電解質と、第１電極と、第２電極と、セパレータと、第１保護層とを含んで成るバッテリーセルであって、
    前記第１電極は、第１電極層と第１集電体とを含んで成り、
    前記第２電極は、第２電極層と第２集電体とを含んで成り、
    前記セパレータは、前記第１電極と前記第２電極との間に配置されており、
    前記第１保護層は、活性化すると、当該バッテリーセルの内部で電流の流れを減少または阻止する層であり、
    前記第１保護層は、機能性材料および／または伝導性材料と組み合わされる１以上の小さな分子の添加物を含む組成物から形成されている、
    バッテリーセル。
  2. 前記１以上の小さな分子の添加物は、芳香族アミン、脂肪族アミン、脂肪族カルボン酸、芳香族カルボン酸、脂肪族カルボキシ化合物、芳香族ヒドロキシル化合物、脂肪族チオール化合物、芳香族チオール化合物、エポキシ置換脂肪族化合物もしくはエポキシ置換芳香族化合物、芳香族置換ピロール－２，５－ジオンもしくは脂肪族置換ピロール－２，５－ジオン、エチレン置換脂肪族化合物もしくはエチレン置換芳香族化合物および／またはフリーラジカル開始剤を含む、請求項１に記載のバッテリーセル。
  3. 前記第１保護層の前記組成物は、重量で０．１％～９０％の前記１以上の小さな分子の添加物、重量で１％～５０％の前記１以上の小さな分子の添加物、重量で１％～１０％の前記１以上の小さな分子の添加物、または重量で１％～５％の前記１以上の小さな分子の添加物を含む、請求項１または２に記載のバッテリーセル。
  4. 前記機能性材料は、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、架橋したポリアクリル酸（ＰＡＡ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリ（メチルアクリレート）（ＰＭＡ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（エチルメタクリレート）（ＰＥＭＡ）および／またはポリ（２－ヒドロキシエチルメタクリレート）（ｐＨＥＭＡ）を含む、請求項１～３のいずれか１項に記載のバッテリーセル。
  5. 前記伝導性材料が、カーボンブラックまたは伝導性ポリマーであり、前記伝導性ポリマーが、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホネート（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）、ポリピロール（ドープ）、ポリ（ｎ－アルキルチオフェン）、ポリアルキルフルオレン、およびポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）－コ－ポリ（エチレングリコール）（ＰＥＤＯＴ－ＰＥＧ）（ドープ）から選択される、請求項１～４のいずれか１項に記載のバッテリーセル。
  6. 前記第１保護層の前記組成物は、１以上の塩基性材料および／またはバインダ材料をさらに含む、請求項１～５のいずれか１項に記載のバッテリーセル。
  7. 前記第１保護層は、（ｉ）前記第１電極層と前記第１集電体との間、または（ｉｉ）前記セパレータと前記第１電極層との間に配置されている、請求項１～６のいずれか１項に記載のバッテリーセル。
  8. 前記第１保護層は、シール層と結合されていて、前記シール層は、第２トリガーによって活性化されるまで、当該バッテリーセルの前記第１保護層と、前記第１電極層および前記電解質の少なくとも１つとの間の反応を防止する、請求項１～７のいずれか１項に記載のバッテリーセル。
  9. 第２保護層をさらに含み、前記第２保護層は、前記機能性材料および／または前記伝導性材料と組み合わされる前記１以上の小さな分子の添加物を含む前記組成物から形成されていて、前記第２保護層は、（ｉ）前記第２電極層と前記第２集電体との間、または（ｉｉ）前記セパレータと前記第２電極層との間に配置されている、請求項１～８のいずれか１項に記載のバッテリーセル。
  10. 前記第２保護層は、シール層と結合しており、前記シール層は、温度トリガー、電圧トリガー、電流トリガーおよび当該バッテリーセルへの物理的なダメージの少なくとも１つで活性化されるまで、当該バッテリーセルの前記第２保護層と、前記第２電極層および前記電解質の少なくとも１つとの間の反応を防止する、請求項９に記載のバッテリーセル。
  11. 前記第１保護層は、温度トリガー、電圧トリガー、電流トリガーおよび当該バッテリーセルへの物理的なダメージの少なくとも１つで活性化される、請求項１～１０のいずれか１項に記載のバッテリーセル。
  12. 前記第１保護層の前記組成物は、以下の（ｉ）、（ｉｉ）または（ｉｉｉ）：
    （ｉ）
    カルボポール、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、スーパーＰ、４，４’－（９－フルオレニリデン）ジアニリンおよび水、
    （ｉｉ）
    カルボポール、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、スーパーＰ、ビフェニル－４，４’－ジカルボン酸および水、または
    （ｉｉｉ）
    カルボポール、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、スーパーＰ、ペンタエリスリトール テトラキス（３－メルカプトプロピオネート）、トリス［２－（アクリロイルオキシ）エチル］イソシアヌレートおよび水
    を含む、請求項１～１１のいずれか１項に記載のバッテリーセル。
  13. 前記第１保護層の前記組成物は、以下の（ｉ）、（ｉｉ）または（ｉｉｉ）：
    （ｉ）
    ６８．５３％のカルボポール、２４．４７％の水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、５％のスーパーＰ、２％の４，４’－（９－フルオレニリデン）ジアニリンおよび水、
    （ｉｉ）
    ６７．７９％のカルボポール、２４．２１％の水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、５％のスーパーＰ、３％のビフェニル－４，４’－ジカルボン酸および水、または
    （ｉｉｉ）
    ６８．５３％のカルボポール、２４．４７％の水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、５％のスーパーＰ、１％のペンタエリスリトール テトラキス（３－メルカプトプロピオネート）、1％のトリス［２－（アクリロイルオキシ）エチル］イソシアヌレートおよび水
    を含む、請求項１～１２のいずれか１項に記載のバッテリーセル。
  14. 電解質と、第１電極と、第２電極と、セパレータと、第１保護層とを含んで成るバッテリーセルであって、
    前記第１電極は、第１電極層と第１集電体とを含んで成り、
    前記第２電極は、第２電極層と第２集電体とを含んで成り、
    前記セパレータは、前記第１電極と前記第２電極との間に配置されており、
    前記第１保護層は、活性化すると、当該バッテリーセルの内部で電流の流れを減少または阻止する層であり、
    前記第１保護層は、１以上の金属塩、１以上のセラミック・ナノ材料および１以上の伝導性のナノ添加物を含む組成物から形成されている、
    バッテリーセル。
  15. 前記１以上の金属塩は、有機の塩であり、前記有機の塩が、ポリ酸の塩［－ＣＲ２－（ＣＲ２）０－１００－ＣＯＯＭ－］ｐ、ポリメタクリル塩［－ＣＲ２－（ＣＲ２）０－１００－Ｃ（ＣＲ３）（ＣＯＯＭ）－］ｐ、ポリアクリレート塩［－ＣＲ２－（ＣＲ２）０－１００－ＣＲ（ＣＯＯＭ）－］ｐ、ポリメチルメタクリル塩［－ＣＲ（ＣＲ３）－（ＣＲ２）０－１００－Ｃ（ＣＲ３）（ＣＯＯＭ）－］ｐ、ポリオール－Ｍ［－ＣＲ２－（ＣＲ２）０－１００－ＣＲ－ＯＭ－］ｐ、ポリスルフィド－Ｍ［－ＣＲ２－（ＣＲ２）０－１００－ＣＲ－ＳＭ－］ｐ、および有機ケイ酸塩［－Ｒ２Ｓｉ－Ｏ－ＳｉＲ２－］ｐから選択され、式中、Ｍは、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）、カドミウム（Ｃｄ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、マンガン（Ｍｎ）、鉛（Ｐｂ）、ストロンチウム（Ｓｒ）および亜鉛（Ｚｎ）を含む金属の群から選択され、Ｒは、Ｈ、－ＣＨ３および－ＣＨ２ＣＨ３から選択される、請求項１４に記載のバッテリーセル。
  16. 前記１以上のセラミック・ナノ材料は、金属炭酸塩、金属炭酸水素塩、金属酸化物、金属チタン酸塩および／または金属ケイ酸塩を含む、請求項１４～１５のいずれか１項に記載のバッテリーセル。
  17. 前記１以上の伝導性のナノ添加物は、カーボンナノ材料、カーボンファイバ、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、金属の粉末、および／または炭素の粉末と金属の粉末との組み合わせを含む、請求項１４～１６のいずれか１項に記載のバッテリーセル。
  18. 前記第１保護層が、（ｉ）前記第１電極層と前記第１集電体との間、または（ｉｉ）前記セパレータと前記第１電極層との間に配置されている、請求項１４～１７のいずれか１項に記載のバッテリーセル。
  19. 前記第１保護層は、温度トリガー、電圧トリガー、電流トリガーおよび当該バッテリーセルへの物理的なダメージの少なくとも１つで活性化される、請求項１４～１８のいずれか１項に記載のバッテリーセル。
  20. 前記機能性材料および／または前記伝導性材料と組み合わされる前記１以上の小さな分子の添加物を含む前記組成物から形成される第２保護層をさらに含んで成り、
    前記第２保護層は、（ｉ）前記第２電極層と前記第２集電体との間、または（ｉｉ）前記セパレータと前記第２電極層との間に配置されている、
    請求項１４～１９のいずれか１項に記載のバッテリーセル。
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