JP2023523626A - リチウムイオンバッテリ用ソリッドステートポリマーセパレータ - Google Patents

Abstract

リチウムイオンバッテリ用の安全で、薄く、高伝導性のソリッドステートポリマーセパレータ。セパレータは、溶媒を欠きリチウムイオンが重合構造を介してチャネルを通過することを可能にするバッテリに、配備することができる。リチウム伝導性ポリマーは、フリーラジカル重合によって形成することができ、反復スペーサーの間に重合されたカーボネート溶媒、リチウム伝導性材料及び補強添加剤を有するリチウム伝導性ポリマーを含んでもよい。所望により長期間の作動を確実にするために界面被覆がセパレータの１つ又は複数の側面上に存在してもよい。このようなセパレータを固体リチウムバッテリに利用することにより、セル組立が簡素化され収縮が低減され安全性が高まる可能性がある。リチウムイオンバッテリ用ソリッドステートポリマーセパレータの種々の製造方法が開示されている。

Description

本開示は、化学、即ち電流生成装置、に関する。より詳細には、本開示は、バッテリ全体の性能、安全性及び伝導性を高めるために、セパレータの製造に一定の改良を加えたバッテリ構成要素の製造に関する。

リチウムイオンバッテリ、即ちＬｉイオンバッテリ、は、携帯用電子機器や電気自動車に一般的に使用されている一種の充電式バッテリである。リチウムイオンバッテリは、これまでのバッテリ技術と比較して、充電の高速化、大容量化及び高出力密度化を実現し、パッケージの小型化及び軽量化による高性能化を実現している。リチウムがバッテリ技術において好ましい元素になった理由は多数あるが、最も重要な理由はその元素構造と関わらなければならない。リチウムは、最も外側の電子を容易に失うので反応性が高く、バッテリに電流を容易に流す。リチウムは、最も軽い金属であるため、バッテリに一般的に使用されている他の金属（例えば、鉛）よりも遥かに軽い。この性質は、電話のような小さな物体にとって重要であるが、多くのバッテリを必要とする自動車にも重要である。最後に、リチウムイオン及び電子は容易に正極（陰極）に戻り、数多くの再充電サイクルを可能にする。リチウムイオンバッテリ技術の革新は、電子デバイスのフォームファクタを最小化しながら、その能力を高めるのに役立ってきた。スマートフォン、スマートウォッチ、ウェアラブル装置及び他の現代の電子的な高級品は、ここ数十年に目にしたリチウムイオンバッテリの進歩のいくつかがなければ、不可能であったろう。

従来のリチウムイオンバッテリは、液体電解質を使用する。液体電解質リチウムイオンバッテリ中の液体電解質溶液は、充放電中の電流の流れを調節するために使用される。電流は、バッテリユーザがバッテリに蓄積された電気エネルギを蓄積して使用することを可能にするために、陰極と陽極との間の液体電解液を通って「流れ」る。より具体的には、リチウムイオンは、放電時には負極（陰極）から電解質を通って正極（陰極）に移動し、充電時には逆に移動する。これらのリチウムイオンバッテリは、通常、陰極における材料としてインターカレートされたリチウム化合物を使用し、陽極においては黒鉛を使用する。ＬｉＣ_６の完全にリチウム化された状態のグラファイトは、最大容量３７２ｍＡｈ／ｇに相関する。

液体リチウムイオンバッテリは、エネルギ密度が高く、メモリー効果がなく、自己放電が少ない反面、可燃性の電解質を含むため、安全性を損なう危険性がある。損傷して空気に曝されたり不適切に充電されたりした場合、これらのバッテリは爆発や火災につながり又はこれらを引き起こす恐れがある。火災の危険性によるリムーバブルリチウムイオンバッテリのリコールは、よく起こり、費用が掛かり、いくつかの携帯電子機器製造者は、リチウムイオン火災のために、取外し可能なバッテリのない高価な電子機器をリコールすることさえ余儀なくされている。この問題は、電気自動車（ＥＶ）に液体リチウムイオンバッテリが組み込まれているため、関心が高まっている。ＥＶの液体リチウムイオンバッテリは、事故発生時や事故直後に、空気中の水に曝されると容易に発火する可能性があり、安全上の大きな問題となっている。この安全性の問題は、電気自動車が商業的にますます実現可能になり、より広く採用されるようになるにつれて、対処がより重要になってきている。

液体リチウムイオンバッテリに関するこれらの懸念に対処するための研究開発の多くは、液体を含まない構成要素を有するバッテリの開発に焦点が当てられてきた。固体状態では、リチウムは、ＬｉＣ_６のほぼ１０倍の３６００ｍＡｈ／ｇの最大可能容量を有する。しかし、リチウム金属は、固体状態においても反応性が高く、非常に不均一に平板化する。液体電解質リチウムイオンバッテリにおいてさえ、めっき速度が、通常、低臨界電流（０．５ｍＡ／ｃｍ^２）と考えられるものを超える場合、リチウムは、平滑又は平坦な板ではなく、樹枝状又はコケ状の構造を形成することができる。これは、液体リチウムイオンバッテリの電解液分解、膨潤、膨張、及び更には穿孔の理由の多くである。レガシー版のソリッドステートリチウム箔陽極バッテリでは、この電流速度は更に小さい（０．１ｍＡ／ｃｍ^２）。レガシー版のソリッドステートリチウム箔陽極バッテリでは、この電流速度は更に小さい（０．１ｍＡ／ｃｍ^２）。従って、液体電解質リチウムイオンバッテリにおける多くの進歩が樹枝状又はコケ状の形成の可能性を減少させたのと全く同様に、この発生の防止の進歩は、ソリッドステートリチウムイオン陽極を製造しようとする場合、更に重要である。充放電速度が、消費者及び製造業者が現代の液体リチウムイオンバッテリから期待するものと、同じ範囲にあれば、遥かに大きなエネルギ貯蔵容量を有するバッテリが有利であろう。

ソリッドステートリチウムバッテリ技術のいくつかの研究開発は、液体電解質を含まないソリッドステートリチウムイオンバッテリを容易にするのに適したセパレータの開発に焦点を当ててきた。セパレータは、通常、各ソリッドステート構成要素間の内部短絡を防止するために、バッテリ陽極と陰極との間に電子的分離を提供することができる絶縁体である。固体陽極及び固体陰極の製造は、それらの他のソリッドステート構成要素（例えば、陽極及び陰極）の組み込みを可能にするのに十分な構造、化学及び組成を有するバッテリセパレータを必要とする。液体リチウムイオンバッテリのために以前に開発されたいくつかのセパレータは、しばしばポリエチレン及び／又はポリプロピレン（ＰＥ／ＰＰ）から構築されたポリマーシートを含んでいた。これらのシートは、様々な多孔率（例えば、３５％～６０％の多孔率）を提供する。これらのポリマーシートセパレータは、充填剤電解質を使用し、しばしば、有機溶媒（例えば、エチルメチルカーボネート又はジメチルカーボネート）に溶解されたリチウム塩（例えば、ＬｉＰＦ_６）を含む。厚さは様々であり、１５μｍの薄さであってもよい。開発された多孔質ポリマーシートセパレータは、これらの細孔にも拘わらず、通常、依然として「完全」絶縁体であり、これは、リチウムイオン又は電子を伝導せず、セパレータを横切るリチウムイオン又は電子の輸送を可能にすることを意味する。代わりに、リチウムイオンは、多孔質ポリマーシートセパレータの細孔を満たす液体電解質を通って移動する。有機溶媒中の液体電解質のバルク伝導率は室温で約１０ｍＳ／ｃｍである。しかしながら、それらが絶縁性多孔質ポリマーシートセパレータを満たすとき、セパレータ全体のリチウム伝導率は、室温で、０．１ｍＳ／ｃｍに隣接する値まで、１００ｘほど低下する可能性がある。更に、多孔質ポリマーシートセパレータは、使用中に陽極が陰極に接触すると、１００℃程度の低温で面収縮を起こし、内部短絡及び熱暴走の危険性を伴う。更に、ＰＥ／ＰＰセパレータの使用は、通常、液体形態の有機溶媒を必要とし、これは、固体形態因子が所望される場合、上記の理由のために適切でない可能性があることを意味する。

従って、リチウムイオンのバルク移動経路を可能にするソリッドステートバッテリのための真に固体のセパレータを可能にするためのバッテリセパレータの改善に対して、認識されている未達成の要求があることは容易に明らかである。本開示は、上述の問題の少なくともいくつかの側面に対処しながら、本明細書に開示される陽極を始めとする構成要素及び内部構造に対する様々な改良を通じて、この必要性に対処するように設計されている。

簡単に説明すると、好ましいと考えられる実施形態では、本開示は、ソリッドステートリチウムイオンバッテリ内に固体セパレータを収容するためのバッテリの製造、構成及び設計に様々な改良を導入することによって、上述の欠点を克服し、そのようなセパレータに対する認識済の必要性を満たす。これらには、一般に、新規な及び／又は新たに適合されたリチウム伝導性ポリマー、固体ポリマー電解質（ＳＰＥ）複合体及び界面被覆（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃｏａｔｉｎｇ）を、別々に又は組み合わせて、組み込むことが含まれるが、これらに限定されない。ソリッドステートリチウムイオン固体セパレータを可能にすることにより、これらの改良は、固体セパレータ全体に亘る伝導率を犠牲にすることなく、リチウムイオンバッテリのエネルギ蓄積容量を、液体電解質形態におけるその理論的最大値からエネルギ密度のより高い固体形態へと、増加させる可能性を有する。更に、これらの改善は、単独で及び／又は組み合わせて、リチウムイオンバッテリの膨張、膨潤又は損傷から生じる火災などの危害の可能性を減少させるのに役立つ。これらの改善は、単独で及び／又は組み合わせて、充電速度の低下、伝導率の低下、体積又は重量の追加及びデバイスへの電力供給の低下といった犠牲を伴うことなく、これらの利点を可能にし得る。

ソリッドステートリチウムイオンバッテリ用の固体セパレータの一態様は、新規なリチウム伝導性ポリマーの組み込みであり得る。リチウム伝導性ポリマーは、種々の形態で製造することができ、それぞれが対応する利点及びトレードオフを有する。形態のこれらの変形は、リチウム伝導性ポリマーの別個の異なる実施形態であると、より良好に、理解することができ、又は利点及びトレードオフのバランスを達成するために組み合わせて使用することができる。

好ましいと考えられる実施形態では、リチウム伝導性ポリマーは、ポリエチレングリコール系ブロック（ポリエチレンオキシド又はＰＥＯ）よりも、むしろ、重合カーボネートブロック（即ち、カーボネート溶媒の重合によって誘導されるポリマー）を含み得る。カーボネート溶媒は、極性が高く、リチウムイオンに対してより高い伝導性を提供する。カーボネート溶媒は、また、カルボニル基上の自由電子の非局在化のおかげで、改善された酸化安定性を有する。従って、ビニレンカーボネート、エチレンカーボネート又はプロピレンカーボネートなどのカーボネート溶媒からのポリマーブロックは、固体リチウムイオンセパレータ構造に関して、ＰＥＯよりも好ましい場合がある。更に、カーボネートは、ＰＥＯよりも伝導率の利点を更に有し得る。伝導率の増加により、高電圧陰極（例えば、ニッケル－マンガン－コバルト、ニッケル－コバルト－アルミニウム酸化物、及び／又はリチウム－コバルト－酸化物の陰極）の使用、製造及び実装に関連して、多くの利益が導かれ得る。エーテル系溶媒及びそれから誘導されるポリマー（ＰＥＯなど）は、一般に、高電圧陰極と適合性がなく、より低い電圧の陰極（例えば、リン酸鉄リチウム陰極）にのみ使用することができる。カーボネート由来ポリマーは、電子非局在化を促進し、より高い酸化安定性を有し、それによって、適切なセパレータ技術を用いて、これらのより高い電圧の陰極技術を展開することを可能にする。このようなカーボネート溶媒を重合する一つの例示的な方法は、フリーラジカル重合により溶媒中でアルケン結合を重合することによる。溶解度の増加、化学構造上の考慮、リチウム伝導率の増加並びにスペーサー及び環状モノマーの導入を始めとする、重合形態でのこれらのカーボネート溶媒の使用に対する種々の改良は、添付の図面又は図解に照らして読めば、以下の図面の簡単な説明、例示的な実施形態の詳細な説明及び特許請求の範囲から、当業者により明らかになるであろう。

ソリッドステートリチウムイオンバッテリ用の固体セパレータの別の態様は、固体高分子電解質（ＳＰＥ）複合体であってもよい。固体高分子に基づくセパレータは、電子絶縁特性を有するリチウム伝導性材料を含んでいてもよい。低い材料密度を有するものは、高いエネルギ密度を有するセルを生じるために必要とされ得る。一般に、今日製造されている最低密度の固体材料は、低密度マクロ構造に寄与する化学構造（ミクロ構造）を有するポリマーである。従って、リチウムを伝導することができるポリマーは、高エネルギ密度を有する固体セルのそのようなセパレータの１つのための構造を形成するための適切な材料であり得る。ポリマー中のリチウム伝導性は、高い移動度を有する構造内のＬｉ＋配位又は伝導性部位によって促進され又は可能にされ得る。このような群は、エーテル性酸素、カーボネート酸素又はシロキサンのような同様の官能性を有するケイ素ベースのポリマーを含み得る。ポリマー上の他のＬｉ＋伝導性部位は、ポリドーパミン、ポリイミド、ポリホスファゼン又はポリスルホネートに見られるような、窒素－、リン－又は硫黄ベースであり得る。２０ミクロン未満の厚さを有するセパレータは、湿った空気中での自立構造及び安定性の両方を可能にし得るので、好ましい場合がある。このような構造の製造は、既存のバッテリ産業による容易な採用にも寄与する可能性がある。バッテリ産業におけるこのようなセパレータ材料の採用を妨げてきた既存の問題は、高いリチウム伝導性を有するポリマーが一般に短い鎖を有し、このことによって、薄い自立性フィルムを形成するのを妨げられたことであり得る。これらのリチウム伝導性ポリマーの強度弾性率は、無機材料との混合によって複合体を作製することによって、改善され得る。これらの無機材料は、リチウム伝導性及び低密度特性を共有することが望ましい場合がある。このような無機添加物は、リン酸リチウムアルミニウムチタン（ＬＡＴＰ、Ｌｉ_１．５Ａｌ_０．５Ｔｉ_１．５（ＰＯ_４）_３）、リチウムランタンジルコニウムオキサイド（ＬＬＺＯ、Ｌｉ_７Ｌａ_３Ｚｒ_２Ｏ_１２）、ＬＳＰＳＣｌ（Ｌｉ_９．５４Ｓｉ_１．７４Ｐ_１．４４Ｓ_１１．７Ｃｌ_０．３）、ＬＧＰＳ（Ｌｉ_１０ＧｅＰ_２Ｓ_１２）、又はリチウムの伝導性ハライド及びクロソ－／ニド－ホウ酸塩である。電子絶縁性炭素系添加剤及びクレーも使用することができる。最後に、無機添加剤は、重量、体積及び／又は質量基準で、全セパレータの１０％未満などの、複合体の小さな画分として残留することが重要であり得る。

この態様の特定の様々な潜在的に好ましい実施形態では、固体セパレータ及びソリッドステートリチウムイオンバッテリの両方の製造に、種々の製造技術及び基準が重要であり得る。これらには、伝導性ポリマー及びＳＰＥの電界紡糸、伝導性ポリマー及びＳＰＥのブレードキャスティング（ｂｌａｄｅ ｃａｓｔｉｎｇ）が含まれる。当業者は、特定のポリマー、特定のＳＰＥ及びこれらの特定の組合せが、これらの技術のいずれか又は組合せを必要とし得ることを理解し得る。以下の図面の簡単な説明、例示的な実施形態の詳細な説明及び特許請求の範囲を、添付の図面又は図解に照らして読めば、ＳＰＥへの伝導性ポリマーの導入に対する種々の改良が、当業者にとって、より明らかになるであろう。

ソリッドステートリチウムイオンバッテリ用の固体セパレータの更に別の態様では、薄い（２０ミクロン未満の）固体セパレータ全体に亘ってリチウム伝導率が最大化され得るので、セパレータは、１つ又は複数の界面被覆を含んでもよい。この厚さでは、陽極又は陰極との界面は、長期間の作動を確実にするために追加の処理を必要とし得る。これは、特に露出したリチウム金属陽極との界面において、安定性、長寿命、耐久性及び安全性にとって重大な問題となる可能性がある。いくつかの被覆は、この界面を安定化し促進し得る。これらには、黒鉛及びグラフェンなどの炭素材料及び高分子、窒化物、ホウ酸塩、合金、硫黄ベースの被覆、陰極安定剤添加剤を有するフルオロエチレンカーボネートなど及び／又はそれらの組合せが含まれる。以下の図面の簡単な説明、その例示的な実施形態の詳細な説明及び特許請求の範囲を、添付の図面又は図解に照らして読めば、界面被覆の様々な改良が当業者にとって、より明らかになるであろう。

単独で又はソリッドステートリチウムイオンバッテリに関連する特徴との組合せで、一般的に、ソリッドステートリチウムイオンバッテリ用の固体セパレータの様々な態様及び特徴は、従来の液体電解質リチウムイオンバッテリ並びに既存の、利用可能な、実験的な及び／又は提案されたソリッドステートリチウムイオンバッテリ及びそれぞれのセパレータを上回る。ソリッドステートリチウムイオンバッテリ用の固体セパレータの利点は、バッテリのエネルギ密度を、液体セルを有する現在市販されているバッテリよりも、増加させるその能力であり得る。ソリッドステートリチウムイオンバッテリ用の固体セパレータの別の利点は、ソリッドステートバッテリについて現在観察されている０．１～０．５ｍＡ／ｃｍ^２を超え、１０ｍＡ／ｃｍ^２に近づく高作動電流を可能にする能力であり得る。これは、高エネルギ密度のバッテリを３０分未満で充電するための商業的に重要な意味を持つ可能性がある。ソリッドステートリチウムイオンバッテリ用の固体セパレータの別の特徴は、（例えば、４０００サイクルを超える）高いサイクル寿命をもたらすリチウム親和性界面を有する安全なリチウム金属バッテリ構造を可能にするその能力であり得、これは、電気自動車及び設置されたバッテリの長寿命を必要とする他の耐久財にとって商業上重要であり得る。ソリッドステートリチウムイオンバッテリ用の固体セパレータの別の特徴は、現在入手可能な市販の液体ベースのバッテリ（－３０℃～６０℃）よりも、遥かに広い温度範囲（例えば－６０℃～１５０℃）で作動する能力であり得る。ソリッドステートリチウムイオンバッテリ用の固体セパレータの別の特徴は、製造中に予めリチウム化された陽極を可能にする能力であり得る。ソリッドステートリチウムイオンバッテリ用の固体セパレータの別の特徴は、バイポーラセルの製造を可能にするその能力であり得る。バイポーラセルは、一面に陽極を他方に陰極を有するバイポーラ集電器を利用する。これは、他の方法では不可能であるかもしれず、液体がスタック間を流れ、イオン短絡を引き起こし電解質を分解するので、液体含有セパレータを含む液体で可能であることは知られていない。液体を含まない固体セパレータは、バイポーラセル全体の内部抵抗がより低いおかげでより高い充電速度を可能にし得る１つの要因であるバイポーラセルを可能にする。バイポーラセルは、また、作動時のセルジュール発熱がより少ないことを始めとする、多くの理由から、より安全であり得る。ソリッドステートリチウムイオンバッテリ用の固体セパレータの別の特徴は、或る実施形態では、可燃性ではなく、液体含有セパレータよりも安全な難燃剤を含有していてもよいポリマー／無機複合体であってもよい。ソリッドステートリチウムイオンバッテリ用の固体セパレータの別の特徴は、バッテリの他の要素をソリッドステートリチウムイオン（例えば、固体陽極、固体陰極）とすることを可能にすることであり得る。最後に、ソリッドステートリチウムイオンバッテリ用の固体セパレータの様々な他の特徴には、これは例示であって限定ではないが、低密度及び軽量材料、高エネルギ密度、大きな表面積を有するシートで製造する能力、未処理の大気中で製造する能力、高い電気化学的安定性、重量又はモル比当たり高いリチウム比の溶媒和、陽極／陰極との界面でのリチウムの高い安定性、高い強度など、及び／又はそれらの組合せの追加の潜在的利点が含まれる。

ソリッドステートリチウムイオンバッテリ用固体セパレータのこれら及び他の特徴は、添付の図面又は図解に照らして読めば、前述の概要、図面の簡単な説明、例示的な実施形態の詳細な説明及び特許請求の範囲から、当業者にとって、より明らかになるであろう。

ソリッドステートリチウムイオンバッテリ用固体セパレータは、添付の図面を参照して詳細な説明を読むことにより、より良く理解されるであろう。添付の図面は、必ずしも縮尺どおりに描かれておらず、同様の参照番号は同様の構造を示し、全体に亘って同様の要素を指す。

図１は、本開示のソリッドステートリチウムイオンバッテリ用の高エネルギ密度リチウム金属ベースのバッテリの例示的な実施形態の一部の斜視図である。

図２は、従来技術のバッテリの構成要素の図である。

図３は、ソリッドステートリチウムイオンバッテリ用固体セパレータの例示的な実施形態の一部の斜視図である。

図４は、バッテリのブロック図である。

提示される図面は、単に例証を目的とするものであり、従って、それらは、特許請求される開示に不可欠であると考えられる場合を除いて、本開示を、示された構成の正確な細部のいずれか又は全てに限定することを望むものではなく、意図するものでもないことに留意されたい。

本発明のソリッドステートリチウムイオンバッテリ用固体セパレータの例示的な実施形態を説明する際に、図１～５に示されるように、明瞭化のために特定の用語を使用している。しかしながら、本開示は、そのように選択された特定の用語に限定されることを意図しておらず、各特定の要素は、同様の機能を達成するために同様の様式で作動する全ての技術的等価物を含むと理解されるべきである。しかしながら、特許請求の範囲の実施形態は、多くの異なる形態で実施することができ、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈されるべきではない。本明細書中に記載される実施例は、非限定的な例であり、他の可能な実施例の中での単なる例である。バッテリ、セル、陽極、陰極及びセパレータという用語は、それらの単数形及び複数形で、本開示のソリッドステートリチウムイオンバッテリ用の高エネルギ密度リチウム金属ベースの陽極に関して使用されるとともに、これらに限定されるものではないが、液体電解質を有するリチウムイオンバッテリを始めとする他のバッテリの記述にも使用されることに留意されたい。本明細書には、バッテリの単一セルが記述されるが、バッテリ製造の当業者は、複数のセルを、バッテリの設計、構築、製造及び組立に使用することができ、複数のバッテリを、完成した製造物内に配置及び／又は設置することができることを理解するであろう。繊維骨格及び繊維シートは、詳細な説明を通して一貫して使用されるが、それぞれ、繊維バッテリ骨格及びセパレータ微細構造としても、また、理解され得る。

ここで、限定ではなく例として図１～５を参照すると、ソリッドステートバッテリ１００用の高エネルギ密度リチウムソリッドステート陽極１１１に加えて、ソリッドステートリチウムイオンバッテリ用の固体セパレータ１３１の実施例が図示されている。ソリッドステートバッテリ１００、液体電解質バッテリ２００及びバッテリ３００は、本明細書では、まさしくバッテリと呼ぶことができる。ソリッドステートリチウムイオンバッテリ及び多孔質セパレータ２３１用の固体セパレータ１３１は、本明細書では単にセパレータと呼ぶことがある。高エネルギ密度リチウム金属ベースのソリッドステート陽極１１１、液体電解質陽極２１１及び陽極３１１は、本明細書では、単に陽極と呼ぶことがある。構造、設計、組成、化学及び組立における変形は、陰極３１２に当てはまる可能性があるが、図１～５全体を通して、明瞭性及び一貫性のために、陰極３１２への任意の言及は単に陰極であり、他の関連する特徴は、ソリッドステートバッテリ１００、液体電解質バッテリ２００及びバッテリ３００に関連する際に、説明において参照され得る。ソリッドステートバッテリ１００、液体電解質バッテリ２００及びバッテリ３００は、充電器３５１を介して充電されてもよく、受電装置３５２に放電されてもよい。本明細書に記載されているように、ソリッドステートバッテリ１００、液体電解質バッテリ２００及びバッテリ３００は、それぞれ、単一のセルを有してもよく、又は、陽極３１１、陰極３１２及びセパレータ３３１の複数の層に接続され及び／又は組み立てられた複数のセルを有してもよい。リチウム、リチウム金属、元素リチウム及びリチウムイオンは、本明細書では互換的に言及され、本開示は、その電気的流れ要素としてリチウム金属を有するバッテリに限定されない。他の元素としては、これらに限定されないが、亜鉛、ナトリウム、コバルト、ニッケル、鉛、カリウム、他の金属、それらの塩など、及び／又はそれらの組合せが挙げられ得る。

好ましいと考えられる１つの例示的な実施形態では、ソリッドステートバッテリ１００は、以下の構成要素－繊維骨格を有し、金属イオン堆積物１２０と共に示されている固体電解質１１２を有するソリッドステート陽極１１１、固体セパレータ１３１、及び固体陰極集電体１３２を有する陰極３１２を含むことができる。液体電解質バッテリ２００の実施形態では、液体電解質バッテリ２００は、以下の構成要素－黒鉛陽極活物質２１２及び陽極集電体２３３を有する液体電解質陽極２１１、多孔質セパレータ２３１、及び液体電解質陰極集電体２３２を有する陰極３１２を含むことができる。バッテリ３００の実施形態では、バッテリ３００は、以下の構成要素及び接続－陽極３１１、陰極３１２、セパレータ３３１、充電器３５１及び受電装置３５２を含んでもよい。

次に、図１をより具体的に参照すると、そこに示されているのは、ソリッドステートバッテリ１００の一例である。頂部に向かって始まるのは、ソリッドステート陽極１１１の上下両方に固体セパレータ１３１を有するソリッドステート陽極１１１である。ソリッドステート陽極１１１は、固体電解質１１２の１つ以上の層から形成されてもよく、固体電解質１１２の各層は、繊維骨格から形成されてもよい。一般に、ソリッドステート陽極１１１は、外部回路（図４参照）に電子を
放出し、電気化学反応中に酸化する負電極又は還元電極として理解され得る。陰極３１２は、外部回路（図４参照）から電子を獲得し、電気化学反応中に還元される正電極又は酸化電極として理解され得る。この好ましいと考えられる実施形態では、ソリッドステート陽極１１１は、固体電解質１１２を含むことができ、これは、相互接続された繊維の骨格として理解することができる。相互接続された繊維の骨格であるソリッドステート陽極１１１は、様々な特性を有することができ、可撓性であっても剛性であってもよい。セラミックファイバ骨格の場合、セラミックを利用して、構造体、ソリッドステート陽極１１１及びソリッドステートバッテリ１００への支持体、並びにリチウム又は他の金属がその上に堆積し得る表面を提供することができる。金属イオン堆積物１２０におけるリチウム金属は、ソリッドステートバッテリ１００のための電子伝導性を提供することができ、一方、固体セラミック骨組み／骨格は、体積支持体、金属堆積物１２０のための表面層、及びリチウムイオン伝導性を提供することができる。ソリッドステートバッテリ１００の充放電中に、金属堆積物１２０は、固体セパレータ１３１に向かってサイズが大きくなったり、ソリッドステート陽極１１１の中心に向かって収縮したりする。金属イオン堆積物１２０を、固体電解質１１２の繊維骨格と結合し、製造し及び／又は作動可能に係合させる１つの手段は、処理されたセラミック骨格へのリチウム金属の溶融注入であり得る。最初は、僅かな量のリチウム金属のみがソリッドステート陽極１１１のプレセル組立体に注入するのに必要とされる。ソリッドステート陽極１１１のプレセル組立体にごく少量しか注入されないこのような場合、セルにその容量を与える殆ど又は全ての可逆的リチウムは、最終組立体中の陰極３１２から来ることができる。従って、第１の充電の間及びソリッドステートバッテリ１００のその後の全ての充電の間、金属イオン堆積物１２０は、ソリッドステート陽極１１１の中心又はその近くで非常に小さいことが検知され又は観察され得る。ソリッドステートバッテリ１００の充電プロセスの間、金属イオン堆積物１２０は、固体セパレータ１３１の方向に外側に向かって、固体電解質１１２に沿ってソリッドステート陽極１１１の繊維骨格内の全ての空間を占めるように成長するほどにも、サイズが大きくなることが検知され又は観察され得る。リチウム及び／又は他の金属の堆積は、更に、フェロリン酸リチウム（ＬＦＰ）、酸化リチウムコバルト（ＬＣＯ）、ニッケル／マンガン／コバルト（ＮＭＣ）などの高電圧挿入陰極、及び／又はそれらの種々の陰極の組合せの一時的な使用によって起こり得る。セラミック繊維骨格を有する固体電解質１１２の表面積がより大きくなることにより、平坦なリチウム箔と比較した場合、ソリッドステートバッテリ１００の作動速度（リチウムのめっき／剥離）がより高くなり得る。しかしながら、平坦なリチウム箔を金属イオン堆積物１２０の初期形態として使用することもでき、また、固体電解質１１２内のソリッドステート陽極１１１の中心に沿って溶融注入することもできる。

エネルギ密度の観点から、固体電解質１１２のセラミック繊維骨格の重要な要件は、低密度セラミックの使用であり得る。低密度軽量セラミックの提案例は、Ｌｉ_１＋ｘＡｌ_ｘＴｉ_２－ｘＰ_３Ｏ_１２（ＬＡＴＰ）である。セラミックを含有する固体電解質１１２を有するソリッドステート陽極１１１のこの実施形態では、追加の構成要素、製造方法及び様々な利点及びトレードオフを含む更なる変形物が存在し得る。これらは、活物質及び機能性材料処理のタイプの選択を含み得る。固体電解質１１２のセラミックバージョンの潜在的に好ましい実施形態では、特定の金属を引きつける品質を有する被覆材料は、内部繊維骨格に沿った平滑で一貫しためっきを促進する増大した利点を提供し得る。これらは、エンジニアリングソリッドステート陽極１１１を含んでいてもよい。これは、固体電解質１１２を有し、このものは、層あたりの厚さの合計が約８０～９０μｍ、固体セパレータ１３１に沿って約５ｃｍ×５ｃｍの全長及び幅を有し、７０％を超えるパーセンテージの内部繊維骨格の空隙率を有し、０．３５μｍ未満の個々の及び／又は平均の繊維直径を有し、１ｍｍを超える個々の及び／又は平均の繊維長を有し、約１０ｎｍの被覆厚さを有し、そして、酸化物、窒化物、ポリマー又はセラミックスを含む被覆材料を有する。固体電解質１１２内の繊維のための酸化物被覆材料には、これは例示であって限定ではないが、ニオブ、Ａｌ_２Ｏ_３＋ＺｎＯ（ＡＺＯ）、アルミニウム、インジウム、亜鉛、ビスマス、マグネシウム、ケイ素、金、ヨウ素及びイオウ酸化物など、並びに／又はそれらの組合せが含まれる。固体電解質１１２内の繊維のための窒化物被覆材料は、一例として、これは限定ではないが、ボロン、窒化バナジウムなど、及びそれらの組合せを含む。固体電解質１１２内の繊維のためのポリマー被覆材料は、これは例示であって限定ではないが、スクシノニトリル（ＳＣＮ）を含む。固体電解質１１２内の繊維のためのセラミック被覆材料は、これは例示であって限定ではないが、クロソボレート（ＣＢ）、リン酸リチウムオキシナイトライド（ＬｉＰＯＮ）など、及び／又はそれらの組合せを含む。固体電解質１１２のセラミック繊維構造体に１つ以上の被覆を使用することによって、リチウム又は他の金属に容易には結合しないセラミックがリチウムに結合することが促進され、それによって、リチウムイオンを始めとする固体金属がその上を充放電中に自由に移動し得る電解質として作用し得る。

ソリッドステートバッテリ１００用のソリッドステート陽極１１１のリチウム伝導体側面の第２の可能な好ましい実施形態では、固体電解質１１２中のポリマー骨格が好ましい。ソリッドステート陽極１１１内の固体電解質１１２のポリマー骨格は、可撓性であるという追加の利点を提供することができ、ソリッドステート陽極１１１内の固体電解質１１２の以前のセラミック繊維骨格は、剛性であると記載することができる。これは、ソリッドステートバッテリ１００の個々のセルのレベル又は層のレベルの両方で、様々な利点及びトレードオフを提供することができるが、ソリッドステートバッテリ１００が設置された受電装置３５２に様々なトレードオフ及び利点を提供することもできる。ソリッドステート陽極１１１のポリマー骨格及びその中に堆積される材料の要件は、（ａ）リチウム金属の融点（１８０℃）以上の融点を有すること、（ｂ）リチウムイオンの非伝導性、及び（ｃ）対応するリチウム塩（例えば、リチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド／ＬｉＣ_２Ｆ_６ＮＯ_４ｓＳ_２／ＬｉＴＦＳＩ）を有する他の伝導性ポリマーやポリマー中に及び／又はその表面に埋め込んだセラミック粒子などのリチウム伝導性材料を、固体電解質１１２の構造に注入することであってもよい。固体電解質１１２のポリマー骨格を有するソリッドステート陽極１１１のこの実施形態では、様々な利点及びトレードオフを含む追加の構成要素、製造方法及び更なる変形物が存在し得る。これらは、ソリッドステート陽極１１１及び固体電解質１１２全体に延びる繊維マットを含むことができ、これは、アラミド及びポリイミドフレームを更に含むことができる。更に、セラミック繊維骨格のための全ての被覆がポリマー又はポリマー繊維骨格に適用可能であるわけではなく、セラミック繊維骨格の全ての特性及び特徴がポリマー又はポリマー繊維骨格に直接適用可能であるわけではないが、いくつかは適用可能であり得る。これらは、エンジニアリングソリッドステート陽極１１１を含んでいてもよい。これは、固体電解質１１２を有し、このものは、層あたりの厚さの合計が約８０～９０μｍ、固体セパレータ１３１に沿って約５ｃｍ×５ｃｍの全長及び幅を有し、７０％を超えるパーセンテージの内部繊維骨格の空隙率を有し、０．３５μｍ未満の個々の及び／又は平均の繊維直径を有し、１ｍｍを超える個々の及び／又は平均の繊維長を有し、約１０ｎｍの被覆厚さを有し、そして、酸化物、窒化物、ポリマー又はセラミックスを含む被覆材料を有する。固体電解質１１２内の繊維のための酸化物被覆材料は、これは例示であって限定ではないが、ニオブ、Ａｌ_２Ｏ_３＋ＺｎＯ（ＡＺＯ）、アルミニウム、インジウム、亜鉛、ビスマス、マグネシウム、ケイ素、金、ヨウ素、及びイオウ酸化物など、及び／又はそれらの組合せを含む。固体電解質１１２内の繊維のための窒化物被覆材料は、これは例示であって限定ではないが、ボロン、窒化バナジウムなど、及びそれらの組合せを含む。固体電解質１１２内の繊維のためのポリマー被覆材料は、これは例示であって限定ではないが、スクシノニトリル（ＳＣＮ）を含む。固体電解質１１２内の繊維のためのセラミック被覆材料は、これは例示であって限定ではないが、クロソボレート（ＣＢ）、リン酸リチウムオキシナイトライド（ＬｉＰＯＮ）など、及び／又はそれらの組合せを含む。固体電解質１１２のセラミック繊維構造体に１つ以上の被覆を使用することによって、リチウム又は他の金属に容易には結合しないセラミックがリチウムに結合することが促進され、それによって、リチウムイオンを始めとする固体金属がその上を充放電中に自由に移動し得る電解質として作用し得る。

リチウムの初期堆積は、ソリッドステート陽極１１１及び固体電解質１１２のセラミック繊維骨格又はポリマー繊維骨格のいずれかの潜在的に好ましい実施形態に含まれ、いくつかの理由のために重要であり得る。これらは、最初は、金属イオン堆積物１２０において、非常に小さく、ほとんど非現実的な量で形成され得るが、サイズ、重量及び体積において成長し、更には、ソリッドステート陽極１１１及び固体電解質１１２内の全ての空きスペースを占有し得る。これは、種々の手段を介して達成され得るが、固体電解質１１２及びその繊維の表面上、ソリッドステート陽極１１１の中心付近及びその繊維に金属を最初に堆積させるための潜在的に好ましいプロセスは、リチウム箔の溶融注入を介してであり得る。

更に、セラミックであってもポリマーであっても、繊維自体の製造は、固体電解質１１２、ソリッドステート陽極１１１及びソリッドステートバッテリ１００の構造、形成及び全体的な特性に対して、様々な重要な改良を提供することができる。これらの技術は、バッテリ技術産業においてほとんど乃至全く知られていない用途を有し得るが、材料科学及び不織材料産業において有意な用途を有し得る。そのようなプロセスの１つには、ゾル－ゲルプロセスが含まれ、これは、好ましくは、金属イオン堆積物１２０の堆積の前に起こり得る。この化学的過程では、「ゾル」（コロイド溶液）を形成することができ、次いで、これが、液相及び固相の両方を含有し離散粒子から連続ポリマーネットワークまでのモルフォロジー範囲を有するゲル状二相系の形成に向かって徐々に進展する。コロイドの場合、粒子の体積分率が低く、ゲル様特性が認識されるためには、かなりの量の流体を最初に除去する必要があり得る。このような液体除去手段の１つは、単に沈降が起こるまでの時間を待ってから、残りの液体を流し出すことである。遠心分離も、また、相分離のプロセスを加速するために使用され得る。残存する液体（溶媒）相の除去は、乾燥プロセスを必要とし、有意な量の収縮及び緻密化をもたらし得る。溶媒を除去できる速度は、最終的にゲル内の空隙率の分布によって決まる。最終成分の最終的な微細構造は、処理のこの段階中に構造テンプレートに課される変化によって強く影響され得る。最終焼結、緻密化及び粒子成長を介して、更なる重縮合を促進し、機械的特性及び構造安定性を高めるために、熱処理又は焼成プロセスがしばしば必要である。より伝統的な処理技術とは対照的に、この方法論を使用する際立った利点の１つは、緻密化が、しばしば、遥かに低い温度で達成されることである。前駆体ゾルは、（例えば、浸漬被覆、スピンコーティング又は電界紡糸によって）基板上に堆積されてフィルムを形成し、（例えば、モノリシックセラミック、ガラス、繊維、膜、エアロゲルを得るために）所望の形状を有する適切な容器にキャストされ、又は粉末（例えば、ミクロスフェア、ナノスフェア）を合成するために使用され得る。この技術は、電界紡糸と組み合わせて、金属、即ちリチウムイオン、の堆積に非常に適した開放キャビティを有する紙様材料を作製することが知られている。開示されたセラミック及びポリマーの種々の組成物を使用して、固体電解質１１２のこの空間充填及び開放キャビティ特徴を更に増強し得る更なるプロセスは、共沈、蒸発及び自己集成並びにナノ粒子の利用を含み得る。

固体電解質１１２のセラミック又はポリマーのいずれの実施形態においても、繊維構造体が開放キャビティを有する材料、繊維構造体が親リチウム被覆を有する材料は、活性材料と考えることができ、ソリッドステート陽極１１１はこのものを含む。換言すれば、ソリッドステート陽極１１１の活物質は、リチウムイオンがそれを通って移動し、金属イオン堆積物１２０で凝集する活物質である固体電解質１１２であってもよい。ソリッドステート陽極１１１を作製するために製造されたいずれの活物質も、これらの特性を有し、ソリッドステートバッテリ１００の固体電解質１１２として作用する機能材料に加工することができる。このプロセスの第１段階は、ＬＡＴＰ、クロソボレート及び硫化物セラミックなどの物質を含む繊維マットの合成であり得る。固体電解質１１２の開放キャビティ構造を形成するためのゾル－ゲル又は他のプロセスにおける段階は、アリオバレント置換（ａｌｉｏｖａｌｅｎｔ ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎ）の実施によって必要とされる焼成温度を低下させることによって改善され得る。他の改良としては、フラックス添加剤（例えば、Ｌｉ_２Ｏ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ｌｉ_３ＰＯ_４、Ｌｉ_３ＢＯ_３、Ｂ_２Ｏ_３、ＬｉＢＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｔａ、Ｎｂ、Ｙ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａ、ＹＳＺ、ＮｉＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３等、及び／又はそれらの組合せ）を使用することによって密度を最大化することが含まれる。固体電解質１１２の機能材料処理を達成するために、予備組立体固体電解質１１２の活性材料は、ソリッドステート陽極１１１として使用するための頑丈な機能積層体、シート又はマットを得ることが必要とされ得る。スラリー添加剤が急速焼結のプロセス中にグリーン積層体を処理するために添加されてもよい。これらのスラリー添加剤には、樹脂、油及び分散剤（例えば、ＰＡＡ、グルコース、ＰＶＰ、エチレングリコール、オレイン酸、超音波ホーンなど、及び／又はそれらの組合せ）が含まれ得るが、これらに限定されない。当業者に公知の伝統的な技術を使用するグリーン材料の焼結は、（１０時間を超える）長いプロセスであり得、（１２５０℃を超える）高温で起こる必要があり得る。これらの従来の要件は、高い操作コスト、またスケールアップの困難さ、及び焼結中の蒸発によるリチウムの望ましくない損失を必要とする場合がある。これらの時間及び温度におけるリチウムの損失は、合成中に余分なリチウム塩を使用することによって対処する必要があり得るが、これは、コストを更に増加させるだけである。代わりに、開放大気中での規模拡大可能な適用を可能にし、リチウムの損失又は消費を防止する方法で代替すべきである。得られた焼結グリーン積層体は、焼結に続くリチウム金属溶融物注入－これは、室温で起こり得るが－のための空隙を含むべきである。得られた固体電解質１１２は、金属イオン堆積物１２０に沿ったリチウムの堆積に適している。

固体電解質１１２内でこれらの特性を促進し、それによって最適なソリッドステート陽極１１１を作り出すための代替的な手段は、これらに限定されないが、出発材料の反応焼結、電場内での焼結、マイクロ波焼結、ＳＰＳ又はスパークプラズマ、溶媒蒸発及び塩ＣＳＰを使用する冷間焼結、及び高電流を使用するフラッシュ焼結を含む。これに代えて又は固体電解質１１２の開発のこれらの技術と組み合わせて、多孔質シートは、除去及び／又は破壊されて繊維マットに開口部を残すことができる低気化温度の種々のプラスチック又は炭素である犠牲ビーズ（ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ ｂｅａｄ）を用いて又は電界紡糸によるセラミック繊維マットの開発を使用して製造され得る。固体電解質１１２のポリマー繊維バージョンに具体的に適用することを検討している他の手段には、リチウム金属の溶融点（１８０℃）を有するポリマーの使用が含まれる。しかしながら、これらのポリマーは、典型的にはリチウムイオンを伝導しないので、その上で、追加のリチウム伝導性材料を他の伝導性ポリマー（ＬｉＴＦＳＩなどの対応するリチウム塩と共に）又はセラミック粒子などの構造に注入することができる構造的役割を果たす。更なる例としては、アラミド、ポリイミドフレームが挙げられる。固体電解質１１２のための適切な形成を提供する更に別の例は、ポリマー繊維特性及びセラミック繊維特性の両方を有するハイブリッド複合構造であってもよい。ハイブリッド複合繊維マットには、表面上にホウ素／バナジウム（又は他の窒化物）ドーピングを有するヒュームドシリカ及びＧ４／ＬｉＴＦＳＡが含まれる。

固体電解質１１２の表面構造及び組成にとって更に重要なのは、単独で又は組み合わせて、金属イオン堆積物１２０の堆積、運動性及び平滑なめっきに更なる利点を提供し得る被覆代替形態であり得る。これらには、ＡＺＯ蒸着と組み合わせたＣＶＤ／ＰＶＤ／ＰＥＣＶＤ及び／又はＡＬＤ蒸着、Ｉ_２、Ｌｉ_３Ｎ、Ｌｉ_３ＰＯ_４、ＬＬＺＯ、Ｌｉ_９ＡｌＳｉＯ_８、Ｌｉ_３ＯＣｌ、ＬｉＩ：_４ＣＨ_３ＯＨの使用、又は、これらに限定されないが、アルミニウム、インジウム、亜鉛、マグネシウム、ケイ素及び／又は金を始めとするリチウムとうまく合金を作る金属の使用が含まれる。溶液被覆は、また、固体電解質１１２上で使用されてもよく、又はその臨界構成要素を形成してもよく、これは、例えば、ＤＥＧＤＭＥに溶解された、例えば、ポリスルフィド、溶解された硫黄ＺｎＯドープアルジロダイトＬｉ_６ＰＳ_５Ｂｒ、Ｌｉ_２Ｓ_３又はＬｉ_３Ｓ_４、の溶液による硫黄ベース溶液被覆法を使用して展開されてもよい。ポリマー被覆は、固体電解質１１２への表面被覆として、追加的に使用することができ、これには、添加剤及び塩（例えば、ＣｓＰＦ_６、ＣｓＴＦＳＩ、ＬｉＮＯ_３、ＬｉＦ、ＣｕＦ_２）を有するＳＮ／ＦＥＣ、ＳＨＰなどのエラストマー、並びにポリドーパミン及び／又はポリシロキサンなどの接着剤さえも含まれ得る。固体電解質１１２へのこれらの種々の被覆は、金属イオン堆積物１２０での及び固体電解質１１２上でのめっき中のリチウムの樹枝状成長の減少、種々の用途のための固体電解質１１２組成のための可能な範囲の可能性の拡大、並びにソリッドステート陽極１１１及びリチウム又は他の金属の構築のための種々の非常に有用な材料の間の防止反応を始めとする種々の利点を提供する。

或いは、本明細書では、金属イオン堆積物１２０は、固体電解質１１２内のソリッドステート陽極１１１内に配置された陽極集電体によって置き換えることができることが企図される。これらには、金属、特にリチウム、がその上に堆積される箔又は被膜が含まれる。固体電解質１１２内のソリッドステート陽極１１１内に配置される陽極集電体のための例示的な材料は、これらに限定されないが、窒化バナジウム、リチウム－アルミニウム合金、ガリウム、インジウム、スズなどを含む液体金属、及び／又はそれらの組合せを含む。

次に、図２を具体的に参照すると、そこで示されているのは、液体電解質バッテリ２００のセルの断面図の一例である。一般に、従来のリチウムイオンバッテリは、液体電解質バッテリ２００として、黒鉛陽極活物質２１２及び陽極集電体２３３を有する液体電解質陽極２１１、多孔質セパレータ２３１、及び液体電解質陰極集電体２３２を有する陰極３１２を含むことができる。液体電解質を有するリチウムイオンバッテリの既知の態様は、２７５Ｗｈ／ｋｇの容量を達成し、再充電機能を備えている場合があるが、上記の背景技術の項で説明した重大な欠点がある。

構造、リチウム平滑めっき、並びに本明細書に記載される他の考慮事項を維持しながら十分な開放空間が達成される場合、ソリッドステートバッテリ１００は、耐久性、安全性、急速充電並びに他の上述の利点などの追加の利点を可能にしながら、実質的により高い容量を達成し得る。例えば、液体電解質バッテリ２００の２７５Ｗｈ／ｋｇ容量は、様々な形態及び組み合わせで６３５Ｗｈ／ｋｇ以上を達成した本開示のソリッドステートバッテリ１００と比肩される。

ここまで、ソリッドステートリチウムイオンバッテリのための様々な例示的かつ適切なソリッドステート陽極を説明してきたが、ここで、図３を具体的に参照すると、そこでは、ソリッドステートリチウムイオンバッテリのための固体セパレータ１３１の例示的な実施形態の一部の斜視図が図示されている。大まかに説明すると、固体リチウムイオンバッテリ用の固体セパレータ１３１は、１つ以上のシートで形成することができ、各シートは、本明細書に記載のさまざまな改善及び特徴を特徴とする微視的構造を有する。これらには、主ポリマー５２０（固体セパレータ１３１全体に亘る長繊維の２つの群のより厚い方として示されている）、構造ポリマー５３０（固体セパレータ１３１全体に亘る長繊維の２つの群のより薄い方として示されている）及び補強添加剤５１０（固体セパレータ１３１全体に亘る円の群として示されている）が含まれ得るが、これらに限定されない。固体セパレータ１３１の各面は、独自の又は別個の特徴、品質、化学組成など、及び／又はそれらの組み合わせを有することができるが、頂面３１３及び底面１１３は、本開示において不明瞭な特徴を有すると考えられ得ることを理解されたい。とは言え、頂面３１３が陰極３１２と作動可能に係合するべきであり、底面１１３が陽極３１１（又は液体電解質陽極２１１）と作動可能に係合するであろう。これは、底面１１３が陰極３１２と作動可能に係合し又は頂面３１３が陽極３１１と作動可能に係合できるということではなく、単に陽極が固体セパレータ１３１の陰極の反対側にあるということである。一定の縮尺で描かれておらず、固体セパレータ１３１の微視的な外観又は構造を明示的に描写していないが、図３は、固体セパレータ１３１の目的、構造及び形成を更に実証するために、例示的な図を描写している。更に、当業者は、図３の例証の断面的性質を理解し、それが単一セルのソリッドステートリチウムイオンバッテリにさえも必要とされ得る材料のごく一部を表わしている可能性があることを理解するであろう。固体セパレータ１３１の厚さは、概して均一であると理解することができるが、微視的レベルでは、厚さの勾配が明らかであり得る。固体セパレータ１３１は、非常に薄く、大きな表面積を有し、低密度であると理解することができる。固体セパレータ１３１の他の客観的品質は、本明細書において理解され、説明される。

ここで、固体セパレータ１３１の基本的な構造的及び化学成分組成に戻ると、図３に示すように、主ポリマー５２０、構造ポリマー５３０及び補強添加剤５１０がここに記載されている。

主ポリマー５２０は、図３に示すように、固体セパレータ１３１の長さ、幅及び深さに亘って重複することができ、固体セパレータ１３１全体に亘って一般的及び／又は一様に分布していると理解することができる。上述のように、従来のリチウム伝導性ポリマー電解質は、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）ベースであってもよい。このファミリーの電解質は、０．１ｍＳ／ｃｍを超える、典型的には約６０℃の、伝導率を提供するために４５℃を超える温度を必要とする。業界で適切に採用するには、同様の伝導率を提供するもっと幅広い温度範囲が必要である。ＰＥＯは、リチウムイオンを伝導することが知られているエーテル溶媒の重合バージョンである。エーテル溶媒は、その低い極性からリチウムイオンの伝導性を低くするため、液体セルでは使用されない。言い換えれば、ＰＥＯポリマーは、それらのモノマー成分の欠点を受け継いでいる。しかしながら、カーボネート溶媒は、エーテル溶媒よりも高い極性を有し、一般にリチウムイオンに対して、より高い伝導性を提供する。カーボネート溶媒は、また、カルボニル基上の自由電子の非局在化のおかげで、改善された酸化安定性を有する。従って、固体セパレータが酸化安定性を改善しながらリチウムイオンを伝導することを可能にするために、主ポリマー５２０中にカーボネート溶媒モノマーからのポリマーを使用することが望ましい。ビニレンカーボネート、エチレンカーボネート又はプロピレンカーボネートは、それぞれ、カーボネートポリマーのシーケンスにおけるモノマーとしてのこれらのカーボネートの組合せと同様に、それぞれのポリマーに適切なモノマーを提供する。更に、電子の非局在化を可能にする特性のおかげで、カーボネートから誘導されるポリマーを含有する例示的な固体セパレータ１３１は、ＰＥＯベースのセパレータでは不可能である場合よりも、陰極３１２の許容電圧を増加させるという更なる利益を提供することができる。カーボネートは、フリーラジカル重合により溶媒中のアルケン結合を重合する例示的な化学反応などの様々な化学反応を介して重合され得る。

主ポリマー５２０のための特定の様々な代表的なポリマーが本明細書に記載されており、これらの各々は、単独で又は組み合わせて、固体セパレータ１３１において使用され得る。主ポリマー５２０のための各候補ポリマーに重要なのは、スペーサーモノマーの概念である。炭酸ビニレン（ＶＣ）は、リチウムイオンに対して最も高い伝導率を有し、従って、主ポリマー５２０の重要な候補ブロック材料である。しかしながら、その環構造のおかげで、それは重合されると高剛性であり、得られるビニレンカーボネートポリマーのリチウム伝導性を非常に低くする。その鎖可動性及び最終的にはそのリチウムイオン伝導性を増加させるために、（一連の）「スペーサー」線状モノマーが、嵩高いＶＣ環状モノマーの間に挿入され得る。このような「スペーサー」線状モノマーは、ジオールアクリレート（例えば、ブタンジオール及びヘキサンジオール）又はグリコールアクリレート（例えば、トリアクリレート、ジアクリレート及びモノアクリレート）であり得る。溶液中でのこれらの分子の組合せの溶解度は挑戦的なものであり得るので、これらの材料の溶解度は、高極性エポキシオキシラン（例えば、グリシジルアクリレート）の小さいモル比によって改善され得る。オキシランは、未処理の大気中で、組立後に低沸点アミンと重合させてセパレータ強度を増加させることができる。アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）又はアミンのような過剰の未重合開始剤又は重合反応剤の除去は、サイクル寿命を最大にし、バッテリ作動を改善するために重要であり得る。未除去のままでは、これらの反応性の高い材料は、バッテリの劣化を加速する可能性がある。従って、重合機構を利用して、低沸点反応物質でセパレータを強化し、乾燥工程中に任意の過剰量を容易に蒸発させることができるようにすることが重要である。要約すると、このポリマー候補は、その基本的な三成分構成要素において、スペーサー＋ＶＣ＋オキシランとして理解され得る。

主ポリマー５２０のための他のそのようなポリマー候補は、他の基本的な三成分構成要素において、スペーサー＋プロパ－１－エン １，３－スルトン（ＰＥＳ）＋オキシラン、スペーサー＋４－ビニル－１，３－ジオキソラン－２－オン＋オキシラン、スペーサー＋アリルメチルカーボネート＋オキシラン、及びポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）＋スクシノニトリル（ＳＣＮ）として理解され得る。具体的には、スクシノニトリル（ＳＣＮ）は、そのポリマー状態におけるリチウムイオンのための高伝導性ワックスとしての特性のおかげで、主ポリマー５２０に対する重要な添加剤であり得る。ＳＣＮは、必要に応じて、その伝導率を改善するために、固体セパレータ１３１に様々な比率で添加することができる。例えば、ＰＡＮの低い伝導率は、僅かな比率のＳＣＮによって高めることができる。

構造ポリマー５３０は、図３に示すように、固体セパレータ１３１の長さ、幅及び深さに亘って重複することができ、固体セパレータ１３１中に全般的に及び／又は均一に分布すると理解してよい。固体セパレータ１３１にとっておそらく最も重要又は致命的でさえある特性は、（ｉ）リチウム伝導性及び（ｉｉ）電子絶縁性である。致命的ではないにしても有益であると考えられる追加の特性は、高エネルギ密度のセルを生成するために必要とされ得る低材料密度であり得る。上述のように、最低密度の固体材料はポリマーであり、ソリッドステートセルの骨格を提供し、それに高エネルギ密度の特性を与えるために、リチウム伝導性ポリマーを、固体セパレータ１３１の優れた候補とする。高分子中のリチウム伝導率は、高い可動性を有するＬｉ＋配位サイトによって与えられる。このような群には、シロキサンのような同様の官能性を有するエーテル性酸素、カーボネート酸素又はケイ素ベースのポリマーが含まれ得る。ポリマー上の他のＬｉ＋伝導性部位は、ポリドーパミン、ポリイミド、ポリホスファゼン又はポリスルホネートに見られるもののような、窒素－、リン－、又は硫黄ベースであり得る。好ましくは、固体セパレータ１３１の全体の厚さは、厚さ２０ミクロン未満であるべきである。固体セパレータ１３１は、また、湿気のある空気中で自立し、安定していなければならない。これらの要件は、固体セパレータ１３１の全体的な有用性及び機能性に利益をもたらすことに加えて、さまざまな市場のバッテリメーカーによる固体セパレータ１３１及び一般的なソリッドステートバッテリの採用を促進する可能性がある。高いリチウム伝導性を有するポリマーは、一般に、短い鎖を有し、従って、それら自体では薄い自立膜を形成しない場合がある。それらの強度弾性率は、補強添加剤５１０などの無機材料との混合により複合体を作製することによって改善され得る。主ポリマー５２０及び構造ポリマー５３０に加えて、補強添加剤５１０を含むこれらの無機材料もリチウム伝導性であり、密度が低いことが望ましい。補強添加剤５１０を含み得るこのような無機添加剤は、ＬＡＴＰ、ＬＬＺＯ、ＬＳＰＳＣｌ、ＬＧＰＳ、リチウム伝導性ハロゲン化物、クロソ－／ニド－ボレートなど、及び／又はそれらの組合せであり得る。補強添加剤５１０を形成するために、電子絶縁性炭素系添加剤を使用することもできる。無機物であろうと炭素ベースであろうと、補強添加剤５１０は、その強化目的のために有用であり続けながら、複合体の小さな部分として残存することが重要であり得る。補強添加剤５１０の例示的な量は、１０％未満であり得る。

主ポリマー５２０、構造ポリマー５３０及び補強添加剤５１０、又はそれらの任意の２つを組み合わせる方法は、固体セパレータ１３１の全体的な有用性、構造、機能及び使用に影響を与えるのに重要であり得る。主ポリマー５２０、構造ポリマー５３０及び補強添加剤５１０の組合せの例示的な方法は、電界紡糸であってもよい。これは、ポリマー及び無機材料を組み合わせて複合体にするか、又はポリマー／無機複合体を形成する方法として理解され得る。無機成分をポリマー成分に電界紡糸及び／又は焼結することによる固体セパレータ１３１の製造は、高度に多孔性のマット（即ち、９０％を超える多孔率を有する繊維マット）を製造することと理解でき、その後、導電性ポリマーが注入され得る。不織材料製造の当業者は、実験室規模の電界紡糸が、一般に、金属シリンジ針と伝導性プレートとの間に高電圧を印加することによって実施され得ることを理解し得る。電界紡糸は、伝統的な溶融紡糸よりも適応可能な繊維紡糸技術であり得る。電界紡糸は、室温プロセスを介して行なうことができ、所望のマット構造に応じて、ランダムに整列した繊維マット又は十分に整列した繊維マットを生成することができる。次いで、このプロセスを介して製造された繊維マットは、室温で非反応性のまま、周囲空気に暴露され続けることができる。ニードル電界紡糸方法を使用する場合、同軸ニードルを使用することによって中空コア繊維を得ることさえできる。このアプローチは、固体セパレータ１３１の重量を更に低減することができる。残念なことに、このよく知られた実験手順を規模拡大する既知の方法は現在存在しない。しかしながら、ビスコロイドは、同じ原理に従って、針を使用せずに回転伝導性スパイラルを介して電圧下で繊維を回転させるように改変できる。針を使用せずに回転伝導性スパイラルを介して電圧下で繊維を回転させるように改変したビスコロイドを使用すると、規模拡大できるプロセスになる可能性がある。これらの条件下で繊維に電界紡糸できる例示的な材料としては、これらに限られないが、ＬＡＴＰ、ＬＬＺＯ（無機）、ＰＩ（ポリイミド－有機ポリマー）、炭素（有機）、アラミド（ポリマー）など、及び／又はそれらの組合せが挙げられる。これらの例示的な材料を使用する改変ビスコロイド技術の利用は、固体多孔性マット中に固体セパレータ１３１を形成するために、主ポリマー５２０、構造ポリマー５３０及び補強添加剤５１０、又はそれらのうちの任意の２つの組合せの電界紡糸の規模拡大可能な製造に重要であり得る。

主ポリマー５２０、構造ポリマー５３０及び補強添加剤５１０、又はそれらの任意の２つの組み合わせを組み合わせる方法は、固体セパレータ１３１を形成するためのブレードキャスティングを含んでもよい。ポリマー、無機、及び／又はリチウム塩混合物をブレードキャスティングすることにより、当業者は、固体セパレータ１３１として適した、本明細書に記載の軽量特性を有する頑丈で多孔質の繊維マットを形成することができる。ブレードキャスティングは、既に規模拡大可能なプロセスであるという更なる利点を有し、これは、バッテリ産業において既に知られている従来のプロセスでもある。例えば、事実上全てのバッテリ電極は、この技術によって組み立てることができる。この混合物のブレードキャスティング法は、必要な厚さで所望の強度を達成するためにポリマーブレンドを含む固体セパレータ１３１内でより多くの利点を提供することができる。しかしながら、固体セパレータ１３１の大部分の構成組成物がポリマー組成物である場合、もしこのポリマー組成物も自立しているならば、薄い（２０ミクロン未満の）大面積固体セパレータ１３１を得ることは困難であり得る。代わりに、この方法は、上から下までの完全なインハウスマルチセルバッテリアセンブリの電極の上に固体セパレータ１３１が重ねられる完全なレイヤリング セル アセンブリ手順により適している場合がある。この場合、組立は、固体セパレータ１３１の製造と同時に起こり得るので、上述の自立要件の必要性はない。固体セパレータ１３１を製造するためのブレードキャストスラリーの成分として使用することができるいくつかの材料は、ヒュームドシリカ（無機添加剤）＋Ｇ４（テトラグライム、溶媒）及び／又はＬｉＴＦＳＡ（Ｌｉ塩）、ＬｉＢＯＢ、ＬｉＴＦＳＩ、ＬｉＢＦ_２（Ｃ_２Ｏ_４）、ＬｉＢＦ_２（Ｃ_２Ｏ_４）、Ｃ_２Ｏ_４Ｌｉ_２、ＣＦ_３ＣＯ_２Ｌｉ、Ｃ_６Ｈ_５ＣＯＯＬｉ、他のリチウム塩など、及び／又はそれらの組合せを含むが、これらに限定されない。

固体セパレータ１３１を形成するための電界紡糸又はブレードキャスティングを介した主ポリマー５２０、構造ポリマー５３０及び補強添加剤５１０の組み合わせ又はそれらの任意の２つの組み合わせに加えて、ソリッドステートバッテリ１００を可能にし及び／又は改善するために、陽極３１１又は陰極３１２との界面における界面被覆（又は界面被覆（ｉｎｔｅｒｆａｃｉｎｇ ｃｏａｔｉｎｇ））を提供することが更に重要であり得る。薄い（２０ミクロン未満）固体セパレータ１３１を横切るリチウム伝導率を最大にすることが望ましい場合があるので、固体セパレータ１３１の存在下であっても、陽極３１１及び陰極３１２がそのように接近して存在することを可能にするために、固体セパレータ１３１の頂面３１３及び／又は底面１１３に対する追加処理が必要となり得る。換言すれば、陽極３１１及び／又は陰極３１２と固体セパレータ１３１との間の界面は、ソリッドステートバッテリ１００の長期間の作動、耐久性及び持続性を確実にするために、更なる処理を必要とし得る。これは、特にソリッドステート陽極１１１の露出したリチウム金属との界面において深刻な問題であり得る。界面被覆は、一般に、頂面３１３及び／又は底面１１３に塗布され、形成され、又は他の方法で存在してもよい。この界面を安定化し及び促進し得る例示的な被覆は、これらに限定されないが、グラファイト／グラフェン（即ち、炭素）、窒化物／ホウ酸塩（例えば、窒化ホウ素、ＭｇＢ_２、Ｃｕ_３Ｎ）、金属合金（例えば、溶液中に溶解したＡｌＸ_３又はＡｌ（ＮＯ_３）_３塩からのＡｌ被覆、溶液中に溶解したＩｎ（ＴＦＳＩ）_３、ＩｎＦ_３、Ｉｎ（ＮＯ_３）_３又はそれらの塩からのＩｎ被覆）、硫黄（例えば、Ｌｉ_２Ｓ＋Ｓ、ＬＰＳ）、又はＦＥＣ（即ち、フルオロエチレンカーボネート、陰極安定剤添加物）を含む。

ここで具体的に図４を参照すると、そこに図示されているのは、陽極３１１、陰極３１２、セパレータ３３１、充電器３５１及び受電装置３５２を有するバッテリ３００のための単純なブロック図である。陰極３１２が充電器３５１と導電接触しているとき、陽極３１１と回路が形成され、それによってバッテリ３００が充電される。或いは、陰極３１２が受電装置３５２と導電接触している場合、陽極３１１と共に回路が形成され、受電装置３５２に給電される。充電及び電力供給のそれぞれは、陽極３１１と陰極３１２との間の公知の電気化学プロセスの任意の形態を介して行なわれる。本明細書に記載されるような、ソリッドステートバッテリ１００の様々な特徴、構成要素、製造方法及びソリッドステート陽極１１１の改善に加えて、バッテリ３００の部品及び特徴は、ソリッドステートバッテリ１００を完全に製造し及び使用するために必要とされ得る。更に、ソリッドステートバッテリ１００の製造を含む、バッテリ製造の技術分野で知られ且つ開発されたバッテリ３００の部品に対する様々な改良は、本明細書に記載されたソリッドステート陽極１１１の利点を更に増加させることができる。陽極３１１をソリッドステート陽極１１１で単に置換するだけでは十分ではなく、バッテリ設計及び製造の当業者は、本明細書の開示を完全に利用するように、ソリッドステート陽極１１１の特徴を実施しバッテリ３００に適応させてもよい。

上記の説明に関して、最適な寸法関係は、サイズ、材料、形状、形態、位置、機能及び作動方法、アセンブリ、陽極／陰極／バッテリ容器のタイプ、接続のタイプ並びに使用における変形を含むことが理解されるべきであり、これらの全ては、本開示に包含されることが意図されている。高エネルギ密度リチウム金属ベースの陽極、又はソリッドステートリチウムイオンバッテリ（ソリッドステートバッテリ１００）のためのソリッドステート陽極１１１、固体セパレータ１３１、並びに、本明細書に記述した様々な部品及び構成要素は、ソリッドステート陽極１１１、固体電解質１１２、金属イオン堆積物１２０、固体セパレータ１３１、陰極３１２、陰極集電体１３２など、及び／又はそれらの組み合わせを始めとする、これらに限られないが、種々の部品の様々な全体的なサイズ及び対応するサイズを含むことができることが企図されている。実際、ソリッドステートバッテリ１００のこれらの種々の部品及び構成要素は、ソリッドステートバッテリ１００の標準的な作動中に、サイズ、形状等が変化し得る。固体セパレータ１３１と組み合わせたソリッドステートバッテリ１００用の高エネルギ密度リチウム金属ベースのソリッドステート陽極１１１の記載は、本明細書では、電気自動車及び他の電子デバイスに対する利益に言及しているが、本発明はそれだけに限定されない。本開示のソリッドステートリチウムイオンバッテリ用の固体セパレータ１３１並びにそれから製造されるバッテリは、他の運送手段、コンピュータ、ビジネス、家庭、産業施設、消費者及び携帯用電子機器、病院、工場、倉庫、政府施設、データセンター、緊急バックアップ、航空宇宙、宇宙旅行、ロボット工学、ドローンなど、及び／又はそれらの組み合わせに給電するための用途を有し得る。本明細書中に提供される化学式、金属、原子及び分子組成（「開示された式」）は、例示にすぎない。当業者は、開示された式の変形は、ソリッドステートリチウムイオンバッテリのための開示された固体セパレータ１３１にトレードオフを提供することができ、本開示のソリッドステートリチウムイオンバッテリ用の固体セパレータ１３１と同様の利点を達成するために置き換えることができることを知っているであろう。更に、これらに限定されないが、ポリマー、合金、金属、アセンブリ、タブ、溶接、大気組成など及びそれらの組合せを始めとする材料及び製造技術の変動のおかげで、バッテリ製造に関して種々の考慮が考慮され得ることが企図されている。更に、本発明者は、より大きな質量当たりの蓄電容量（エネルギ密度）の結果を達成し、高い作動電流を提供し、バッテリの耐久性及び寿命を増加させ、バッテリが信頼性良く作動し得る範囲を増加させ、より安全なバッテリを提供し、より効率的な生産手段を達成するためにバッテリを製造し組み立てる様々な方法を企図してきたが、本開示は、特定の構成要素、本明細書に列挙され記載される利点及び／又は本明細書に列挙される製造方法に限定されない。

上記の説明及び図面は、例示的な実施形態を含む。ここまで例示的な実施形態を記述してきたが、当業者は、本明細書の開示内容は例示にすぎず、本開示の範囲内で、他の様々な代替、適応及び修正を行なうことができることに留意すべきである。方法のステップをある順序で単に列挙し又は番号付けすることは、その方法のステップの順序に対するいかなる制限も構成しない。多くの修正及び他の実施形態が、前述の説明及び関連する図面に提示される教示の利益を有し本開示が関連する当業者に想起されるであろう。本明細書では特定の用語が使用されているが、それらは、限定の目的のためではなく、一般的且つ記述的な意味でのみ使用される。従って、本開示は、本明細書で説明される特定の実施形態に限定されず、以下の請求項の範囲によってのみ限定される。

１００ ソリッドステートバッテリ
１１１ ソリッドステート陽極
１１２ 固体電解質
１１３ 底面
１２０ 金属イオン堆積物
１３１ 固体セパレータ
１３２ 陰極集電体
３１２ 陰極
２００ 液体電解質バッテリ
２１１ 液体電解質陽極
２１２ 黒鉛陽極活物質
２３２ 液体電解質陰極集電体
２３３ 陽極集電体
３００ バッテリ
３１１ 陽極
３１２ 陰極
３１３ 頂面
３３１ セパレータ
３５１ 充電器
３５２ 受電装置
５１０ 補強添加剤
５２０ 主ポリマー
５３０ 構造ポリマー

Claims (20)

1. 少なくとも１つの陰極；
   少なくとも１つの陽極；及び
   前記少なくとも１つの陰極及び前記少なくとも１つの陽極と接触している少なくとも１つの固体セパレータであって、組み合わさって固形繊維マットを形成する主ポリマー、構造ポリマー及び補強添加剤を含有する固体セパレータ
   を含有してなるバッテリ。
2. 前記少なくとも１つの固体セパレータが自立性であって且つ室温で非反応性である請求項１に記載のバッテリ。
3. 前記主ポリマーが少なくとも１つのスペーサーモノマー及び少なくとも１つのカーボネートモノマーからなる請求項１に記載のバッテリ。
4. 前記スペーサーモノマーが、ブタンジオール、ヘキサンジオール、トリアクリレート、ジアクリレート及びモノアクリレートからなるモノマー群から選ばれる少なくとも１つのモノマーである請求項３に記載のバッテリ。
5. 前記少なくとも１つのカーボネートモノマーがビニレンカーボネート、オキシラン、グリシジルアクリレート、プロパ－１－エン １，３－スルトン、４－ビニル－１，３－ジオキソラン－２－オン、スクシノニトリル、ポリアクリロニトリル及びアリルメチルカーボネートからなるモノマー群から選ばれる少なくとも１つのモノマーである請求項３に記載のバッテリ。
6. 前記構造ポリマー及び前記補強添加剤が結合して固体ポリマー電解質複合体を形成する請求項１に記載のバッテリ。
7. 前記構造ポリマーがリチウム伝導性ポリマーである請求項１に記載のバッテリ。
8. 前記リチウム伝導性ポリマーが、エーテル性酸素、カーボネート酸素、ケイ素、窒素、リン及び硫黄からなる群から選ばれるリチウムイオン配位部位の群から選ばれる少なくとも１つのリチウムイオン配位部位を、含有する請求項７に記載のバッテリ。
9. 前記リチウム伝導性ポリマーが、ポリドーパミン、ポリイミド、ポリホスファゼン及びポリスルホネートからなるポリマーの群から選ばれる少なくとも１つのポリマーである請求項７に記載のバッテリ。
10. 前記固体セパレータの厚さが２０ミクロン未満である請求項１に記載のバッテリ。
11. 更に前記セパレータと前記少なくとも１つの陰極との間に界面被覆を含有する請求項１に記載のバッテリ。
12. 更に前記少なくとも１つの固体セパレータと前記少なくとも１つの陽極との間に界面被覆を含有する請求項１に記載のバッテリ。
13. 前記バッテリがリチウムイオンソリッドステートバッテリであり、前記少なくとも１つの陽極及び前記少なくとも１つの陰極が液体電解質を含有しない請求項１に記載のバッテリ。
14. 前記補強添加剤が１０重量％を超えない量で存在する請求項１に記載のバッテリ。
15. 前記補強添加剤が、ＬＡＴＰ、ＬＬＺＯ、ＬＳＰＳＣｌ、ＬＧＰＳ、リチウム伝導性ハロゲン化物、クロソホウ酸塩及びニドホウ酸塩からなる添加剤の群から選ばれる、少なくとも１つの添加剤である請求項１に記載のバッテリ。
16. 前記構造ポリマー及び前記補強添加剤が電界紡糸によって組み合わされて繊維マットとなっている請求項１に記載のバッテリ。
17. 前記構造ポリマー及び前記補強添加剤がブレードキャスティングによって組み合わされて繊維マットとなっている請求項１に記載のバッテリ。
18. バッテリ用固体セパレータであって、
    少なくとも１つのスペーサーポリマー及び少なくとも１つのカーボネートモノマーを含有する主ポリマー；
    少なくとも１つのリチウム配位部位を有する構造ポリマー；及び
    無機補強添加剤；
    を含有してなり、
    ここで、前記主ポリマー、前記構造ポリマー及び前記無機補強添加剤が、多孔質繊維マットに形成され、少なくとも一側面においてリチウム伝導性界面で被覆されている、
    バッテリ用固体セパレータ。
19. 少なくとも１つの陽極；
    少なくとも１つの陰極；及び
    前記少なくとも１つの陽極及び前記少なくとも１つの陰極と接触している固体セパレータであって、リチウム伝導性ポリマー及び固体ポリマー電解質複合体を含有する不織繊維マットからなる固体セパレータ
    を含有してなるバッテリ。
20. 前記不織繊維マットが、前記リチウム伝導性ポリマー及び固体ポリマー電解質複合体を電界紡糸又はブレードキャスティングすることによって製造される、請求項１９に記載のバッテリ。
    
    

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