JP7041692B2 - 電池および電池を形成する方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に電池に関し、より詳細には、リチウム酸素電池内の薄い炭素カソードの使用に関する。

リチウム・イオン電池は、家電製品、自動車、医療装置、および家庭蓄電装置などの分野で広く用いられている。リチウム・イオン・インサーション反応では、ホスト・カソードへと挿入することができるリチウム・イオンの数が、電池に蓄えるエネルギーの量を決定する。その結果として、大きなカソードが電池の蓄電容量を大きくするために必要である。したがって、役に立つエネルギー密度を提供しながら、効果的なリチウム・イオン電池をどれだけ小さく作ることができるかについての限界がある。

リチウム酸素電池の化学的性質の重量エネルギー密度および体積エネルギー密度は、最も一般的に使用されているカソード材料のうちの１つ、ＬｉＣｏＯ_２（例えば、カソード質量または体積だけに関してそれぞれ約１，０９５Ｗｈ／ｋｇおよび約５，５４３Ｗｈ／Ｌ）よりも大きい（例えば、カソード質量または体積だけに関してそれぞれ約３，２１３Ｗｈ／ｋｇおよび約７，４２２Ｗｈ／Ｌ）。リチウム酸素電池は、それゆえさらなる小型化に向けての道筋を示し、エネルギー容量を犠牲にせずに電池の重さおよび体積を減少させる。しかしながら、既存のリチウム酸素電池実装形態は、小型化された用途にとって体積的な不利益を依然として強いる大きな多孔質カソードを使用している。

電池および電池を形成する方法を提供することである。

電池は、リチウム・アノードと、リチウム・イオンおよび酸素に対する高い溶解度を有する電解質と、基板の上に形成された薄いグラフェン・カソードとを含む。リチウム・イオンは、上記薄いグラフェン・カソードの表面のところにＬｉ_２Ｏ_２を形成させるために上記リチウム・アノードから上記電解質を通って泳動する。

電池は、リチウム・アノードと、リチウム・イオンおよび酸素に対する高い溶解度を有する電解質と、金属メッシュから形成され上記電解質中の電流コレクタと、単層または二層グラフェン材料から基板の上に形成された薄いグラフェン・カソードとを含む。リチウム・イオンは、上記薄いグラフェン・カソードの表面のところにＬｉ_２Ｏ_２を形成させるために上記リチウム・アノードから上記電解質を通って泳動する。

電池を形成する方法は、基板の上に薄いグラフェン・カソードを形成することを含む。リチウム・アノードが設けられ、電解質が上記薄いグラフェン・カソードと上記リチウム・アノードとの間に供給される。

これらのおよび他の特徴および利点が、例示の実施形態の下記の詳細な説明から明らかになるだろう。この例示の実施形態は、添付の図面とともに読まれるはずである。

下記の説明は、下記の図を参照して好ましい実施形態の詳細を与えるだろう。

本発明の実施形態による薄いグラフェン・カソードを有するリチウム酸素電池の断面図である。 本発明の実施形態による薄いグラフェン・カソードを有するリチウム酸素電池を形成する方法のブロック／流れ図である。 本発明の実施形態によるベア基板の使用と比較してリチウム酸素電池において薄いグラフェン・カソードを使用する効果を図示しているグラフである。

本発明の実施形態は、溶液媒介型のリチウム酸素電池放電反応のための核形成シードとして使用するために、リチウム酸素電池を形成するための、例えば、数原子の厚さを有するグラフェンから形成した薄いカソード層を採用している。本実施形態は、これによりＬｉ_２Ｏ_２に対してＬｉＣｏＯ_２の同様の体積で得られるＬｉＣｏＯ_２のカソード容量の２倍である約０．０５ｍＡｈ／ｃｍ^２よりも大きなカソード容量を提供する。本実施形態は、さらにその上、ＬｉＣｏＯ_２のカソード質量当たりの重量エネルギー密度よりも２０００倍大きく、そして放電生成物の重さが含まれるときのカソード質量当たり４倍大きいカソード質量当たりの重量エネルギー密度を提供する。

ここで図１を参照して、リチウム酸素電池１００の断面図が示されている。アノード１０２は、電解質１０４およびセパレータ１０６によってカソード１０８から分離されている。電解質１０４は、放電反応中にアノード１０２からカソード１０８への電荷キャリアの移動のための導電性チャネルを形成する。セパレータ１０６は、非導電性であり、アノード１０２とカソード１０８とが互いに電気的に接触することを防止している多孔質構造である。いくつかの実施形態では、電解質１０４は、流体である。他の実施形態では、電解質１０４は、やはりセパレータ１０６の役割を行う固体材料である。カソード１０８を基板層１１０の上に形成し、基板層１１０は、柔軟であっても硬くてもよく、導電性であっても非導電性であってもよく、平坦であっても凸凹であってもよく、そしてカソード１０８を移動させるために使用される。

１つの特定の実施形態では、アノード１０２をリチウム金属の層から形成するが、例えば、ナトリウムまたは他のアルカリ金属などの他の金属を代わりに使用してもよいことが理解されるはずである。１つの特定の実施形態では、カソード１０８を、グラフェン、単原子の厚さに形成することができる非常に薄い種類の炭素から形成する。１つの特定の実施形態では、セパレータ１０６は、例えば、ポリエチレンまたはポリプロピレンまたは石英（ＳｉＯ_２）マイクロファイバ・フィルタなどの多孔質高分子膜であってもよく、そして約２５μｍと４５０μｍとの間の厚さで形成してもよい。機械的な強さをともなう実施形態では、（セパレータとして機能することができる）固体電解質１０４は、数百ナノメートルの薄さであってもよい。１つの特定の実施形態では、基板１１０は、例えば、シリコンもしくは二酸化シリコン・ウェハ、ステンレス鋼パッド、ガラス、またはポリイミド膜で形成してもよい。

１つの特定の実施形態では、電解質１０４を、例えば、溶剤としての１，２－ジメトキシエタン（ＤＭＥ）またはテトラエチレン・グリコール・ジメチル・エーテル（ＴＥＧＤＭＥ）と混合した、塩としてのＬｉＮＯ_３または（リチウム・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド）（ＬｉＴＦＳＩ）を有する溶液などの適切な液体電解質物質から形成する。電解質は、単層および二層グラフェン・カソードで電池容量を高めそしてＬｉ_２Ｏ_２の形成中には中間種（例えば、Ｌｉ^＋およびＯ_２ ^－）の高い溶解度を有する。中間種が放電中に電解質に溶解できるという理由で、これらの種は、膜へと凝集することそしてカソード表面を不動態化させることよりはむしろＬｉ_２Ｏ_２の大きな粒子を形成するためにさらに遠くへ泳動することができる。このような電解質は、少量の水をさらに含むことができる。

電流コレクタ１０７を、電解質１０４中に配置し、いくつかの実施形態では、ステンレス鋼またはチタンから形成することができる。電流コレクタ１０７を、例えば、いずれかの適切な金属または電解質１０４と反応しないもしくはそれ以外には腐食しない他の導電体から形成した導電性ワイア・メッッシュから形成することができることが具体的に考えられる。電流コレクタ１０７は、約３８μｍよりも小さな開口を有するメッシュを含むことができる。このサイズは、ほんの１つの例を示し、メッシュが細かいほど、より良い電子分布を形成するだろう。電流コレクタ１０７は、電池１００を外部回路に接続したままにする。

本実施形態が電池内での薄い炭素カソードの使用のほんの１つの可能な例を図示しているに過ぎないことを理解すべきである。この実施形態では、カソード１０８を、例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ）またはいずれかの他の適切な機構によって銅の層の上に形成することができることが、具体的に考えられる。例えば、グラフェンの層を、炭素ＣＶＤにより銅層の上に形成することができる、ここで炭素の原子は、１原子または複数原子の厚さである平坦なシートへと自己組織化する。

いくつかの実施形態は、基板１１０として直接銅層を利用することができる。しかしながら、実験事実は、グラフェン／銅電極が２．１ＶまでＬｉ_２Ｏ_２の形成、続いて２．１Ｖ未満の電位で銅からの電気化学反応を示すことを示している。このように、本実施形態は、グラフェンを代わりの基板材料まで移動させる。したがって、カソード１０８を、例えば、ポリ（メタクリ酸メチル）（ＰＭＭＡ）、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、または銅層とのエッチ選択性を有するいずれかの他の適切な材料から形成された中間ハンドリング層に載置することができる。銅層を、次いで、例えば、ＦｅＣｌ_３を使用してエッチングして除去し、カソード１０８を基板層１１０まで移動させることを可能にする。ハンドリング層を、次いで、例えば、ＰＭＭＡに対してはアセトンをまたはＥＶＡに対してはキシレンを使用してエッチングして除去し、そして基板１１０およびカソード１０８を電池１００にはり付ける。カソード１０８を作成しそして移送するこのプロセスには、このプロセスが、リチウム・イオン・カソードが必要とするような高温アニールを必要とせず、そしてカソード１０８を非導電性または導電性表面へと転移させることができるという利点がある。しかしながら、これは薄いカソード層を形成するためのほんの１つの可能なプロセスを説明しているに過ぎず－いずれかの他の適切なプロセスを代わりに使用することができる。いくつかの実施形態では、カソードは、約１ｎｍから約２ｎｍの厚さであってもよい。

リチウム酸素電池の動作中に、リチウム・イオンは、アノード１０２からカソード１０８まで電解質を横切って拡散し、ここでリチウム・イオンがカソード１０８のところで酸素と反応して、Ｌｉ_２Ｏ_２を形成する。正イオンのこの移動は、放電作用を表しており、デバイス１００に向かう電流コレクタ１０７内の電子の流れによって実現される。Ｌｉ_２Ｏ_２は、この放電作用中にカソード１０８の表面に蓄積する。

ここで図２を参照して、電池を製造する方法を示している。ブロック２０２では、第１の基板の上にカソード１０８を形成する。上に記したように、カソード１０８をグラフェンから形成しそして非常に薄く（例えば、約１ｎｍと２ｎｍとの間）にすることができこと、および第１の基板を例えば、銅またはニッケルとすることができることが具体的に考えられる。カソード１０８を、ＣＶＤによりまたはカソード材料（例えば、炭素）の原子が第１の基板の表面の上で自己組織化することを可能にするいずれかの他の適切な堆積プロセスにより形成することができる。

ＣＶＤは、堆積される種が室温よりも高い温度（例えば、約２５℃から約９００℃）でガス状の反応物質同士の間の化学反応の結果として形成される堆積プロセスである。反応の固体生成物が、固体生成物の膜、コーティング、または層を形成しようとする表面の上に堆積される。ＣＶＤプロセスの変形形態は、限定しないが、常圧ＣＶＤ（ＡＰＣＶＤ）、低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）、プラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、および有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）を含み、これらの組み合わせもやはり利用することができる。

ブロック２０４では、ハンドリング層をカソード層１０８に付ける。ハンドリング層を、例えば、ＰＭＭＡから形成することができることが具体的に考えられるが、第１および第２の基板ならびにカソード１０８とのエッチ選択性を有するいずれかの材料を代わりに使用することができることが理解されるべきである。ハンドリング層を、例えば、スピン・コーティングを含めいずれかの適切な機構により取り付けることができる。本明細書において使用するように、材料除去プロセスに関連する「選択的な」という用語は、第１の材料についての材料除去速度が、材料除去プロセスを適用しようとする構造の少なくとももう１つの材料についての除去速度よりも大きいことを示している。

ブロック２０６では、次いで、例えば、ＦｅＣｌ_３などの適切なウェット・エッチまたはドライ・エッチを使用して第１の基板をエッチングして除去する。カソード１０８は、ハンドリング層に取り付けられたままであり、第２の基板（これは完成した電池１００の基板１１０を形成する）の上方の位置へと移動させることができる。第２の基板により覆われたカソード１０８を、フォトレジストとしてハンドリング層を使用してブロック２０７において任意選択でパターニングすることができる。ハンドリング層により覆われていないカソード表面を選択的に除去することができる。カソード１０８をグラフェンから形成し、ハンドリング層をＰＭＭＡから形成する例では、グラフェン・カソードを、酸素プラズマを使用してエッチングすることができる。無機カソードが厳しい化学エッチング法を必要とするという理由で、酸素プラズマを使用することは、例えば、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＦｅＰＯ_４、またはＬｉＮｉ_ｘＭｎ_ｙＣｏ_２Ｏ_２から形成される無機カソードをパターニングすることよりも単純なプロセスである。電池のアレイを構築することおよび付随する回路設計が、特にミクロン・スケールのデバイスに関して、グラフェン系のカソードの単純なマイクロパターニングによって同様に単純化される。

カソード１０８を、ブロック２０８において第２の基板に付ける。カソード１０８を第２の基板に付けるために、接着剤を必要としなくてもよく、代わりに引力が、例えば、ファン・デル・ワールス相互作用のために存在する。ハンドリング層を、次いで、例えば、アセトンなどのいずれかの適切なウェットまたはドライ・エッチャントを使用してエッチングして除去し、基板１１０の上にカソード１０８を残す。

ブロック２１２では、カソード層１０８の最上部に導電性メッシュの形態の電流キャリア１０７を付加する。ブロック２１４では、電流キャリア１０７の上にセパレータ１０６を付加し、電流キャリア１０７およびカソード層１０８を覆う。セパレータを、例えば、多孔質メンブレンの薄いシートから形成することができる。ブロック２１６では、セパレータ１０６の上にアノード１０２を付加する。アノード１０２を、例えば、リチウム、ＬｉＣ_６、Ｌｉ_７Ｔｉ_５Ｏ_１２、またはＬｉ_４．４Ｓｉなどの適切な金属から形成する。ブロック２１８では、次いで、アノード１０２とカソード１０８との間に液体電解質を導入する。電解質を、エーテル系の溶剤（例えば、ＤＭＥ、ＴＥＧＤＭＥ）に混合される塩としてのＬｉＮＯ_３またはＬｉＴＦＳIから形成することができるが、任意の適切な電解質組成物を代わりに使用することができることが具体的に考えられる。

本発明の態様は、所与の例示のアーキテクチャに関して説明するだろう、しかしながら、他のアーキテクチャ、構造、基板材料、ならびにプロセスの構成およびステップを、本発明の態様の範囲内で変えることができることを理解すべきである。

ここで図３を参照して、ボルトで測定した縦軸３０２のセル電圧と、４μＡ／ｃｍ^２の電流密度においてｍＡｈ／ｃｍ^２で測定した横軸３０４の電荷容量との間の関係のグラフは、溶液媒介型のリチウム酸素電池放電反応を促進させるためにＬｉＮＯ_３と混合したＤＭＥ系の電解質中の２つの異なるカソード材料について示している。ベア・シリコンまたは二酸化シリコン層が、曲線３０８により示され、シリコンまたは二酸化シリコン層の上に載置されたグラフェン層が、曲線３０６により示されている。これらのカソードを、アノードとしてのリチウム金属に対して試験した。平坦な電圧プロファイルが、曲線３０６に関して２．５Ｖ付近に示されているが、顕著な放電容量は、ベア・ウェハによっては与えられない。同様な結果が、ＴＥＧＤＭＥに基づく電解質溶液により与えられる。

放電反応の放電生成物は、初期および放電後のグラフェン・カソードの（例えば、５３２ｎｍレーザを使用して）ラマン・スペクトルを測定することによってＬｉ_２Ｏ_２であると確認された。Ｌｉ_２Ｏ_２のＯ－Ｏ結合伸縮に対応する７９０ｃｍ^－１付近のピークが、放電後に現れる。Ｌｉ_２Ｏ_２の成長を、グラフェンの単層／二層を有することにより可能にする。グラフェン表面は、非導電性基板１１０が存在してさえもＬｉ_２Ｏ_２成長のためのシードとして機能することができる。ＴＥＧＤＭＥ電解質および０．５Ｍ ＬｉＮＯ_３溶液を用いて、本実施形態は、２４μＡ／ｃｍ^２の電流密度で約６０μＡｈ／ｃｍ^２の容量を提供することができる。

層、領域または基板などのある要素がもう１つの要素の「上に（on）」または「上をおおって（over）」いると呼ばれるときには、他の要素の直接上にあってもよいことも、介在する要素がやはり存在してもよいことがやはり理解されるだろう。対照的に、ある要素がもう１つの要素の「直接上に（directly on）」または「直接上をおおって（directly over）」いると呼ばれるときには、介在する要素は存在しない。ある要素がもう１つの要素に「接続される（connected）」または「結合される（coupled）」と呼ばれるときには、他の要素と直接接続されるまたは結合されてもよいし、介在する要素が存在してもよいことがやはり理解されるだろう。対照的に、ある要素がもう１つの要素に「直接接続される（directly connected）」または「直接結合される（directly coupled）」と呼ばれるときには、介在する要素は存在しない。

本実施形態は、グラフィカル・コンピュータ・プログラミング言語で作成することができ、そしてコンピュータ・ストレージ媒体（ディスク、テープ、物理ハード・ドライブ、またはストレージ・アクセス・ネットワークなどの仮想ハード・ドライブなど）に記憶することができる集積回路チップに関する設計を含むことができる。設計者が、チップまたはチップを製造するために使用するフォトリソグラフィ用マスクを製造しない場合には、設計者は、物理的な手段によって（例えば、設計を記憶しているストレージ媒体のコピーを提供することによって）または電子的に（例えば、インターネットを介して）このようなエンティティに、直接または間接的に得られた設計を伝達することができる。記憶された設計は、次いで、フォトリソグラフィ用のマスクの製造のために適切なフォーマット（例えば、ＧＤＳＩＩ）へと変換され、このマスクは、ウェハの上に形成しようとしている当該チップ設計の複数のコピーを典型的には含む。フォトリソグラフィ用のマスクを、エッチしようとするまたはそれ以外では処理しようとするウェハ（またはウェハ上の層あるいはその両方）の領域を画定するために利用する。

本明細書において説明するような方法を、集積回路チップの製造において使用することができる。得られる集積回路チップを、生ウェハの形態で（すなわち、多数のパッケージングしていないチップを有する単一のウェハとして）、生のダイとして、またはパッケージした形態で製造者により配布することができる。後者のケースでは、チップを、（マザーボードもしくは他の高次レベル・キャリアにはり付けられるリード線を有するプラスチック・キャリアなどの）シングル・チップ・パッケージにまたは（表面相互接続部もしくは埋め込み相互接続部のいずれかもしくは両方を有するセラミック・キャリアなどの）マルチチップ・パッケージに載置する。いずれにせよ、チップは、次いで、いずれか（ａ）マザーボードなどの中間製品、または（ｂ）最終製品の一部として他のチップ、個別回路素子、または他の信号処理デバイスあるいはこれらの組み合わせと集積される。最終製品を、玩具および他のロー・エンド用途からディスプレイ、キーボードまたは他の入力装置、および中央プロセッサを有する先端コンピュータ製品までの範囲にわたる集積回路チップを含むいずれかの製品とすることができる。

材料化合物が、記載した成分、例えば、ＳｉＧｅに関して説明されるだろうことをやはり理解すべきである。これらの化合物は、化合物内に異なる割合の成分を含み、例えば、ＳｉＧｅは、Ｓｉ_ｘＧｅ_１－ｘを含み、ここでｘは１以下である、等。加えて、他の成分を、化合物に含ませることができ、本原理にしたがって依然として機能することができる。追加成分を有する化合物を、本明細書では合金と呼ぼう。

「１つの実施形態（one embodiment）」または「ある実施形態（an embodiment）」、ならびにこれらの他の変形形態への明細書における言及は、実施形態に関連して説明したある特定の特徴、構造、特性、等が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、明細書全体を通して様々な場所に現れる「１つの実施形態では（in one embodiment）」または「ある実施形態では（in an embodiment）」という句、ならびにいずれかの他の変形形態の出現は、すべてが同じ実施形態を必ずしも参照する必要はない。

下記の「／」、「．．．または．．．あるいはその両方（and/or）」および「のうちの少なくとも１つ（at least one of）」のいずれかの使用が、例えば、「Ａ／Ｂ」、「ＡまたはＢあるいはその両方（A and/or B）」ならびに「ＡおよびＢのうちの少なくとも１つ（at least one of A and B）」のケースでは、最初に記載した選択肢（Ａ）だけの選択、または２番目に記載した選択肢（Ｂ）だけの選択、または両方の選択肢（ＡおよびＢ）の選択を包含するものであることを認識されたい。さらなる例として、「ＡまたはＢまたはＣあるいはその組み合わせ（A, B, and/or C）」ならびに「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つ（at least one of A, B, and C）」のケースでは、このような言い回しは、最初に記載した選択肢（Ａ）だけの選択、または２番目に記載した選択肢（Ｂ）だけの選択、または３番目に記載した選択肢（Ｃ）だけの選択、または最初および２番目に記載した選択肢（ＡおよびＢ）だけの選択、または最初および３番目に記載した選択肢（ＡおよびＣ）だけの選択、または２番目および３番目に記載した選択肢（ＢおよびＣ）だけの選択、またはすべての３つの選択肢（ＡおよびＢおよびＣ）の選択を包含するものである。これを、記載した多くの項目に関して、本技術および関連技術の当業者には容易に明らかであるとして拡張することができる。

本明細書において使用する用語法は、特定の実施形態だけを説明する目的のためであり、例の実施形態を限定するものではない。本明細書において使用するように、「１つ（a）」、「１つ（an）」、および「その（the）」という単数形は、文脈が明らかに別なふうに指示しない限り、同様に複数形を含むものとする。「備える（comprises）」、「備えている（comprising）」、「含む（includes）」または「含んでいる（including）」あるいはその組み合わせの用語は、本明細書において使用されるときに、述べた特徴、整数、ステップ、動作、要素、または構成部品あるいはその組み合わせの存在を特定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成部品またはそのグループあるいはそれらの組み合わせの存在または追加を排除しないことが、さらに理解されるだろう。

「下に（beneath）」、「下方に（below）」、「下側に（lower）」、「上方に（above）」、「上側に（upper）」、等などの空間的に相対的な用語を、図に図示されたように、１つの要素のまたは構成のもう１つの要素または構成に対する関係を説明するため説明の容易さのために本明細書において使用することがある。空間的に相対的な用語は、図に描かれた向きに加えて、使用中または動作中のデバイスの異なる向きを含むものであることが理解されるだろう。例えば、図のデバイスがひっくり返されるのであれば、他の要素または構成の「下方に」または「下に」と記述された要素は、そのときには他の要素または構成の「上方に」向けられるはずである。したがって、「下方に」という用語は、上方および下方の両方の向きを含むことができる。デバイスを、別なふうに（９０°回転させるまたは他の向きで）向けることができ、本明細書において使用した空間的に相対的な記述を、それに応じて解釈することができる。加えて、ある層が２つの層の「間に」あると呼ばれるときには、２つの層の間にその層だけがあることも、または１つもしくは複数の介在する層がやはり存在してもよいことがやはり理解されるだろう。

第１の、第２の、等という用語を、様々な要素を記述するために本明細書において使用することができるとは言え、これらの要素は、これらの用語により限定されるべきはないことが理解されるだろう。これらの用語は、１つの要素をもう１つの要素とは区別するために使用されるに過ぎない。したがって、下記に論じられる第１の要素を、本概念の範囲から逸脱せずに第２の要素と名付けることができる。

（例示的であり限定するものではない）システムおよび方法の好ましい実施形態を説明してきており、修正形態および変形形態を、上記の教示を考慮して当業者なら行い得ることに留意されたい。変更を、別記の特許請求の範囲によって概要を示したように、発明の範囲内である開示した特定の実施形態において行ってもよいことを、したがって理解すべきである。特許法により要求される詳細および独自性とともに、発明の態様をこのように説明してしまうと、特許証によって何が権利を主張され、望ましくは保護されるかが、別記の特許請求の範囲に記載されている。

Claims (20)

1. リチウム・アノードと、
   電解質と、
   グラフェン・カソードの表面のところにＬｉ_２Ｏ_２を形成させるためにリチウム・イオンが前記リチウム・アノードから前記電解質を通って泳動するように、基板の上に形成された前記グラフェン・カソードと、
   前記電解質中の電流コレクタと、
   を備える、電池。
2. 前記電解質が、１，２－ジメトキシエタンおよびテトラエチレン・グリコール・ジメチル・エーテルからなる群から選択される溶剤を含む、請求項１に記載の電池。
3. 前記電解質が、ＬｉＮＯ_３および（リチウム・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド）からなる群から選択される溶質を含む、請求項１または２に記載の電池。
4. リチウム・アノードと、
   電解質と、
   グラフェン・カソードの表面のところにＬｉ_２Ｏ_２を形成させるためにリチウム・イオンが前記リチウム・アノードから前記電解質を通って泳動するように、基板の上に形成された前記グラフェン・カソードと
   前記グラフェン・カソードとセパレータとの間または前記グラフェン・カソードと前記電解質との間に配置された電流コレクタと
   を備える、電池。
5. 前記電流コレクタが、ステンレス鋼およびチタンからなる群から選択される材料から形成された金属メッシュであり、前記金属メッシュが、３８μｍよりも小さい開口を有する、請求項４に記載の電池。
6. 前記グラフェン・カソードが、単層グラフェンおよび二層グラフェンからなる群から選択される材料である、請求項１～５のいずれか１項に記載の電池。
7. 前記グラフェン・カソードが、１ｎｍ～２ｎｍの厚さを有する、請求項１～５のいずれか１項に記載の電池。
8. 前記電流コレクタは、金属メッシュから形成され、前記グラフェン・カソードが単層または二層グラフェン材料から形成される、請求項１に記載の電池。
9. 前記電解質が、１，２－ジメトキシエタンおよびテトラエチレン・グリコール・ジメチル・エーテルからなる群から選択される溶剤を含む、請求項８に記載の電池。
10. 前記電解質が、ＬｉＮＯ_３および（リチウム・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド）からなる群から選択される溶質を含む、請求項９に記載の電池。
11. 電池を形成する方法であって、
    基板の上にグラフェン・カソードを形成することと、
    リチウム・アノードを設けることと、
    前記グラフェン・カソードと前記リチウム・アノードとの間に電解質を供給することと
    を含み、前記電解質中に電流コレクタを設けることをさらに含む、方法。
12. 前記電解質が、１，２－ジメトキシエタンを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記電解質が、テトラエチレン・グリコール・ジメチル・エーテルを含む、請求項１１に記載の方法。
14. 前記電解質が、ＬｉＮＯ_３および（リチウム・ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド）からなる群から選択される溶質を含む、請求項１１～１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記電流コレクタが、ステンレス鋼およびチタンからなる群から選択される材料から形成された金属メッシュであり、前記金属メッシュが、３８μｍよりも小さい開口を有する、請求項１１～１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 電池を形成する方法であって、
    基板の上にグラフェン・カソードを形成することと、
    リチウム・アノードを設けることと、
    前記グラフェン・カソードと前記リチウム・アノードとの間に電解質を供給することと
    を含み、前記グラフェン・カソードを形成することが、
    初期表面の上にグラフェン層を堆積することと、
    前記初期表面から中間表面へと前記グラフェン層を移動させることと、
    前記中間表面から前記基板へと前記グラフェン層を移動させることと
    を含む、方法。
17. マスクとして前記中間表面を使用して、前記グラフェン層を前記中間表面へと移動させた後で前記グラフェン層をパターニングすることをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記初期表面が、銅から形成され、前記中間表面が、ポリ（メチル・メタアクリレート）およびエチレン・ビニル・アセテートからなる群から選択される材料から形成される、請求項１６または１７に記載の方法。
19. 前記グラフェン・カソードが、単層グラフェンおよび二層グラフェンからなる群から選択される層である、請求項１１～１８のいずれか１項に記載の方法。
20. 前記グラフェン・カソードが、１ｎｍ～２ｎｍの厚さを有する、請求項１１～１８のいずれか１項に記載の方法。

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