JP5619622B2 - 多孔性電極および関連方法 - Google Patents

Description

（技術分野）
本発明は、一般に、電極、電気化学的セル、および関連方法に関する。

（発明の背景）
代表的な電気化学的セルは、カソードおよびアノードを有し、これらは、上記セルの作動の間に電気化学的反応に関与する。上記電極は、電気活性物質を含み得、上記物質は、１個以上のセル構成要素と相互作用して、電極の間のイオンの伝導を促進し得る。

いくつかの電極は、しばしば、結合材物質の存在下で、伝導性基材（多孔性伝導性基材を含む）を電気活性物質でコーティングすることによって形成されて、上記電気活性物質の、上記電極への接着および密着を増強し得る。しかし、結合材物質を使用して電極を製造するための現在の方法は、一般に、完成した電極において顕著な機械的問題を発生させずに電気活性物質の高負荷（ｌｏａｄｉｎｇ）を達成し得ない。例えば、上記伝導性基材は、電気活性物質および不溶性結合材物質を含むスラリーを使用してコーティングされ得る。上記不溶性結合材物質は、代表的には、迅速なスラリー凝固を引き起こし、上記電極において達成される電気活性物質負荷の量を制限し得る。代わりに、可溶性結合材溶液は、上記スラリーを安定化し得、上記コーティングプロセスを容易にし得る。しかし、上記得られた電極構造の一部は、しばしば、その沈着した物質によってブロックされ、上記セルの作動の間に、電気活性種へ接近しにくくし得る。このことは、電気容量率（ｒａｔｅ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ）および電気活性物質利用が低下したセルを生じ得る。

従って、改善された方法が必要である。

（発明の要旨）
本発明は、電極を形成するための方法を提供し、上記方法は、多孔性物質の第１の部分の上に充填材物質を形成する工程であって、ここで上記多孔性物質は、炭素を含む、工程；上記多孔性物質の少なくとも第２の部分の上に電極物質を形成する工程であって、ここで上記電極物質は、活性電極種および結合材物質を含む、工程；ならびに上記充填材物質のうちの少なくともいくらかを、上記多孔性物質から除去し、それによって、上記電極を形成する工程を包含する。

本発明はまた、電極を形成するための方法を提供し、上記方法は、炭素を含む多孔性物質と、充填材物質を含む充填材溶液とを、上記充填材物質が上記多孔性物質の第１の部分の上にコーティングを形成するように接触させ、第１のコーティングされた多孔性物質を生成する工程；上記第１のコーティングされた多孔性物質と、活性電極種および結合材物質を含む電極物質とを、上記電極物質が上記多孔性物質の少なくとも第２の部分の上でコーティングを形成するように接触させ、第２のコーティングされた多孔性物質を生成する工程；ならびに上記充填材物質のうちの少なくともいくらかを、上記第２のコーティングされた多孔性物質から除去して、それによって、上記電極を形成する工程を包含する。

本発明はまた、電極を形成するための方法を提供し、炭素を含む多孔性物質と、活性電極種、流体キャリア、および上記多孔性物質に対して少なくとも５重量％の結合材物質を含む電極組成物とを、上記電極組成物が上記多孔性物質の少なくとも一部の上にコーティングを形成するように接触させ、コーティングされた多孔性物質を生成する工程；ならびに上記流体キャリアのうちの少なくともいくらかを、上記コーティングされた多孔性物質から除去し、それによって、上記電極を形成する工程を包含し、ここで上記電極は、少なくとも１．６ｍｇ／ｃｍ^２の活性電極種負荷および少なくとも５０％の多孔性を含む。

本発明はまた、カソード；アノード；および上記カソードと上記アノードとの電気化学的連絡状態にある電解質；を含む電気化学的セルに関し、上記カソードは、活性電極種、炭素を含む多孔性物質、および結合材物質を含み、ここで上記結合材物質は、上記活性電極種および上記多孔性物質が評価できる程度に可溶性ではない流体キャリア中において、少なくとも部分的に可溶性であり、ここで上記電気化学的セルは、上記活性物質の理論的電気容量のうちの少なくとも６０％の活性物質電気容量を有する。

本発明はまた、電極を形成するための方法を提供し、上記方法は、炭素ベースの導電性物質（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）および活性電極種を含む、電気化学的に活性な電極前駆物質を形成する工程；ならびに上記電極前駆物質から本質的に均一に物質を除去して、上記電極を形成する工程であって、それによって、上記炭素ベースの導電性物質、上記活性電極種、もしくはその両方の表面積を増大させ、上記表面積は、上記電極を使用する間に、電解質に露出可能である、工程、を包含する。
本発明は、例えば以下の項目を提供する。
（項目１）
電極を形成するための方法であって、該方法は、
多孔性物質の第１の部分の上に充填材物質を形成する工程であって、ここで該多孔性物質は、炭素を含む、工程；
該多孔性物質の少なくとも第２の部分の上に電極物質を形成する工程であって、ここで該電極物質は、活性電極種および結合材物質を含む、工程；ならびに
該充填材物質を、該多孔性物質から除去し、それによって、該電極を形成する工程、
を包含する、方法。
（項目２）
前記結合材物質および前記活性電極種は、該結合材物質、該活性電極種、および流体キャリアを含む混合物からの前記多孔性物質に適用され、該結合材物質は、該流体キャリア中に少なくとも部分的に可溶性である、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記充填材物質は、親水性物質であり、前記結合材物質は、疎水性溶媒に可溶性である、項目１に記載の方法。
（項目４）
前記充填材物質は、疎水性物質であり、前記結合材物質は、親水性溶媒に可溶性である、項目１に記載の方法。
（項目５）
前記結合材物質は、該結合材物質が実質的に可溶性である溶媒中に提供される、項目１に記載の方法。
（項目６）
前記除去する工程は、前記多孔性物質を加熱する工程を包含する、項目１に記載の方法。
（項目７）
前記充填材物質を形成する前に、前記多孔性物質の少なくとも一部を処理する工程をさらに包含する、項目１に記載の方法。
（項目８）
前記処理する工程は、前記多孔性物質の少なくとも一部の上にポリマー物質を形成する工程をさらに包含する、項目７に記載の方法。
（項目９）
前記ポリマー物質は、ポリ（エチレングリコール）コーティングである、項目８に記載の方法。
（項目１０）
前記充填材物質は固体である、項目１に記載の方法。
（項目１１）
前記充填材物質は、液体である、項目１に記載の方法。
（項目１２）
前記充填材物質は、オクタン、炭酸アンモニウム、もしくは炭酸水素アンモニウムである、項目１に記載の方法。
（項目１３）
前記結合材物質は、ポリマー物質である、項目１に記載の方法。
（項目１４）
前記結合材物質は、ポリ（エチレン−ｃｏ−プロピレン−ｃｏ−５−メチレン−２−ノルボルネン）（ＥＰＭＮ）である、項目１に記載の方法。
（項目１５）
前記活性電極種は、硫黄である、項目１に記載の方法。
（項目１６）
前記電極は、少なくとも１．５ｍｇ／ｃｍ ^２ の硫黄負荷を有する、項目１５に記載の方法。
（項目１７）
前記電極は、少なくとも２．５ｍｇ／ｃｍ ^２ の硫黄負荷を有する、項目１５に記載の方法。
（項目１８）
前記電極は、少なくとも５．０ｍｇ／ｃｍ ^２ の硫黄負荷を有する、項目１５に記載の方法。
（項目１９）
電極を形成するための方法であって、該方法は、
炭素を含む多孔性物質と、充填材物質を含む充填材溶液とを、該充填材物質が該多孔性物質の第１の部分の上にコーティングを形成するように接触させ、第１のコーティングされた多孔性物質を生成する工程；
該第１のコーティングされた多孔性物質と、活性電極種および結合材物質を含む電極物質とを、該電極物質が、該多孔性物質の少なくとも第２の部分の上にコーティングを形成するように接触させ、第２のコーティングされた多孔性物質を生成する工程；ならびに
該充填材物質の少なくともいくらかを、該第２のコーティングされた多孔性物質から除去し、それによって、該電極を形成する工程、
を包含する、方法。
（項目２０）
電極を形成するための方法であって、該方法は、
炭素を含む多孔性物質と、活性電極種、流体キャリア、および該多孔性物質に対して少なくとも５重量％の結合材物質を含む電極組成物とを、該電極組成物が該多孔性物質の少なくとも一部上にコーティングを形成するように接触させ、コーティングされた多孔性物質を生成する工程；ならびに
該流体キャリアの少なくともいくらかを、該コーティングされた多孔性物質から除去し、それによって、該電極を形成する工程であって、ここで該電極は、少なくとも１．６ｍｇ／ｃｍ ^２ の活性電極種負荷、および少なくとも５０％の多孔性を含む、工程
を包含する、方法。
（項目２１）
前記電極組成物は、前記多孔性物質に対して、少なくとも１０重量％の前記結合材物質を含む、項目２０に記載の方法。
（項目２２）
前記電極組成物は、前記多孔性物質に対して、少なくとも１５重量％の前記結合材物質を含む、項目２０に記載の方法。
（項目２３）
前記電極組成物は、前記多孔性物質に対して、少なくとも２０重量％の前記結合材物質を含む、項目２０に記載の方法。
（項目２４）
前記電極組成物は、前記多孔性物質に対して、少なくとも２５重量％の前記結合材物質を含む、項目２０に記載の方法。
（項目２５）
前記電極組成物は、前記多孔性物質に対して、少なくとも３０重量％の前記結合材物質を含む、項目２０に記載の方法。
（項目２６）
前記流体キャリアは、疎水性である、項目２０に記載の方法。
（項目２７）
前記流体キャリアは、親水性である、項目２０に記載の方法。
（項目２８）
前記流体キャリアは、水である、項目２０に記載の方法。
（項目２９）
前記結合材物質は、ポリマー物質である、項目２０に記載の方法。
（項目３０）
前記結合材物質は、ポリ（エチレン−ｃｏ−プロピレン−ｃｏ−５−メチレン−２−ノルボルネン）（ＥＰＭＮ）である、項目２０に記載の方法。
（項目３１）
前記活性電極種は、硫黄である、項目２０に記載の方法。
（項目３２）
前記電極は、少なくとも１．５ｍｇ／ｃｍ ^２ の硫黄負荷を有する、項目２０に記載の方法。
（項目３３）
前記電極は、少なくとも２．５ｍｇ／ｃｍ ^２ の硫黄負荷を有する、項目２０に記載の方法。
（項目３４）
前記電極は、少なくとも５．０ｍｇ／ｃｍ ^２ の硫黄負荷を有する、項目２０に記載の方法。
（項目３５）
電気化学的セルであって、
活性電極種と、炭素を含む多孔性物質と、結合材物質とを含むカソードであって、ここで該結合材物質は、該活性電極種および該多孔性物質が、評価できるほど可溶性ではない流体キャリア中において、少なくとも部分的に可溶性である、カソード；
アノード；および
該カソードおよび該アノードと電気化学的連絡状態にある電解質
を含み、
ここで該電気化学的セルは、該活性物質の理論的電気容量のうちの少なくとも６０％の活性物質電気容量を有する、電気化学的セル。
（項目３６）
前記電気化学的セルは、前記活性物質の理論的電気容量のうちの少なくとも７０％の活性物質電気容量を有する、項目３５に記載の電気化学的セル。
（項目３７）
前記電気化学的セルは、前記活性物質の理論的電気容量のうちの少なくとも８０％の活性物質電気容量を有する、項目３５に記載の電気化学的セル。
（項目３８）
前記電気化学的セルは、前記活性物質の理論的電気容量のうちの少なくとも９０％の活性物質電気容量を有する、項目３５に記載の電気化学的セル。
（項目３９）
前記活性電極種は、硫黄である、項目３５に記載の電気化学的セル。
（項目４０）
前記電極は、少なくとも１．５ｍｇ／ｃｍ ^２ の硫黄負荷を有する、項目３９に記載の電気化学的セル。
（項目４１）
前記電極は、少なくとも２．５ｍｇ／ｃｍ ^２ の硫黄負荷を有する、項目３９に記載の電気化学的セル。
（項目４２）
前記電極は、少なくとも５．０ｍｇ／ｃｍ ^２ の硫黄負荷を有する、項目３９に記載の電気化学的セル。
（項目４３）
電極を形成するための方法であって、該方法は、
炭素ベースの導電性物質および活性電極種を含む、電気化学的に活性な電極前駆物質を形成する工程；ならびに
該電極前駆物質から本質的に均一に物質を除去して、該電極を形成する工程であって、それによって、該炭素ベースの導電性物質、該活性電極種、もしくはその両方の表面積を増大させ、該表面積は、該電極を使用する間に、電解質に露出可能である、工程
を包含する、方法。
（項目４４）
前記電極は、前記活性物質理論的電気容量のうちの少なくとも６０％である相対的活性物質電気容量を有する、項目４３に記載の方法。

図１は、本発明の一実施形態に従う、電気化学的セルを示す。 図２は、本発明の一実施形態に従う、結合材物質の一例を示す。 図３は、温度の関数としての、炭酸水素アンモニウムの蒸気圧のグラフを示す。 図４は、（ａ）温度の関数としての炭酸水素アンモニウムの水中の溶解度、および（ｂ）水中の炭酸水素アンモニウムのサーマルサイクリンググラフ、を示す。 図５は、（ａ）ヘキサンおよび（ｂ）炭酸水素アンモニウムの蒸気圧のアレニウスプロットを示す。 図６は、２つの電気化学的セルについてのサイクル数の関数としての比電気容量（ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｃａｐａｃｉｔｙ）のプロットを示す。 図７は、（ａ）５００ｍＡ、（ｂ）２．２Ａ、および（ｃ）４．４Ａの放電電流において、液体充填材としてオクタンを使用して調製された電気化学的セル、ならびに（ｄ）５００ｍＡ、（ｅ）２．２Ａ、および（ｆ）４．４Ａの放電電流において、液体充填材としてのオクタンなしで調製された本質的に同一の電気化学的セル、についてのサイクル数の関数としての比電気容量のプロットを示す。

本発明の他の局面、実施形態および特徴は、添付の図面とともに考慮される場合に、以下の詳細な説明から明らかになる。添付の図面は一定比例で書かれていることを意図しない。明確にする目的で、あらゆる構成要素がすべて数字で表示されているわけではなく、本発明の各実施形態のあらゆる構成要素が示されているわけでもなく、図示は、当業者に本発明を理解させるのに必要ではない。本明細書に参考として援用されるすべての特許出願および特許は、その全体が参考として援用される。矛盾する場合には、本願明細書が、定義を含め、優先するものとする。

（発明の詳細な説明）
本発明は、電気化学的セル、電極、および関連方法に関する。

一般に、本発明は、改善されたセル性能および電気容量率を有する電気化学的デバイスを生成するために、電気化学的セルもしくはその構成要素の製造の間に、除去可能な充填材物質（例えば、犠牲物質）の使用を包含する。例えば、本発明は、作動の間に上記電気化学的セル内での増強された電気活性種の利用および／もしくは増大した電気活性種の利用しやすさを示す電気化学的セルを提供し得る。いくつかの場合には、本発明は、電気活性種の高負荷（例えば、１．５ｍｇ／ｃｍ^２より大きい）ならびに良好な接着および密着特性の両方を有利には有する電極を提供し得る。本発明のいくつかの電気化学的セル（例えば、再充電可能なバッテリー）は、１種以上の電気活性物質（例えば、電気活性硫黄含有物質）および結合材物質を含む多孔性電極を含み得る。

本発明の一局面は、電極の製造における充填材物質（例えば、犠牲物質）の使用が、いくつかの利点を提供し得るという発見である。いくつかの場合において、基材（例えば、多孔性炭素物質）内に充填材物質を組み込み、その後、上記充填材物質の少なくともいくらかを除去して、上記基材の一部を露出することは、上記セルの他の構成要素に対する上記基材表面積の改善された利用しやすさを提供し得る。例えば、上記充填材物質は、上記電解質が、セル作動の間に上記電極（例えば、多孔性）の内部部分に接触し得るように、電極物質の多孔性を維持するために使用され得る。本発明の別の有利な特徴は、上記活性電極種の高負荷、ならびに上記電極の安定性および良好な機械的特性をも維持しながら、改善された利用性／活性電極種の利用しやすさを達成する能力である。

本発明は、後半に種々の電気化学的デバイスにおける使用を見いだし得るが、１つのこのようなデバイスの例は、例示目的のみで図１に提供される。図１において、電気化学的セルの一般的実施形態は、カソード、アノード、および両方の電極と接触した状態にある電解質層を含み得る。上記構成要素は、上記電解質が、上記カソードとアノードとの間に、積み重ねられた配置において配置されるように、組み立てられ得る。図１は、本発明の電気化学的セルを図示する。示される実施形態において、セル１０は、基材２０の実質的に平らな表面の上に形成され得るカソード３０を含む。多孔性セパレーター物質４０は、上記カソード３０に隣り合って形成され得、上記カソード３０へと沈着させられ得る。アノード層５０は、多孔性セパレーター物質４０に隣り合うように形成され得、上記カソード３０と電気的連絡状態にあり得る。上記アノード５０はまた、カソード３０上に配置された電解質層上に形成され得る。当然のことながら、上記構成要素の配向は変動し得、例えば、上記アノード層もしくは上記電解質層が、上記基材の上に最初に形成されるように、上記層の配向が変動する他の実施形態が存在することが理解されるべきである。必要に応じて、さらなる層（示さず）（例えば、電気活性物質（例えば、電極）を上記電解質から保護する多層構造）は、米国特許出願第１１／４００，７８１号（２００６年４月６日出願、発明の名称「Ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ Ｌｉｔｈｉｕｍ／Ｗａｔｅｒ， Ｌｉｔｈｉｕｍ／Ａｉｒ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ」、Ａｆｆｉｎｉｔｏら（これは、その全体が本明細書に参考として援用される））に詳細に記載されるように、存在し得る。さらに、平面上でない配置、示されるものとは異なる物質の特性を有する配置、および他の代替の配置は、本発明と関連して有用である。代表的な電気化学的セルはまた、当然のことながら、集電装置、外部回路、ハウジング構造などを含む。当業者は、図１に示されかつ本明細書に記載されるような一般的模式的配置とともに利用され得る多くの配置があることを、十分に知っている。

上記に記載されるように、充填材物質は、電気化学的セル（例えば、電極）の構成要素を形成するための製造プロセスにおいて使用され得る。用語「充填材物質」とは、本明細書で使用される場合、複数の物質が所望の構造物（例えば、電気化学的構造物）を作るために処理される製造工程のシーケンスにおいて、機械式プレースホルダー（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｌａｃｅ ｈｏｌｄｅｒ）、もしくは犠牲物質として使用される物質をいう。いったん、上記構造物の関連する物質が形成されると、上記充填材物質のうちの少なくともいくらかは、他の物質が適所に配置され、それによって、所望の構造を作る間に除去され得る。いくつかの実施形態において、多孔性電極の製造の間の上記充填材物質の使用は、有利には、上記電極の多孔性を維持し得る。いくつかの場合において、多孔性電極の製造の間の上記充填材物質の使用はまた、上記多孔性電極の内部孔の表面上ではなく、上記多孔性電極の外側表面上に形成される活性電極種の量を増大させることによって、上記セルの作動の間に上記活性電極種の利用しやすさを増強し得る。

よって、いくつかの実施形態において、本発明は、電極を形成するための方法を提供する。いくつかの実施形態において、上記充填材物質は、物質（例えば、多孔性物質）の第１の部分の上に形成され得、電極物質は、上記物質の少なくとも第２の部分の上に形成され得る。上記電極物質は、活性電極種および結合材物質（例えば、可溶性結合材物質）を含み得る。次いで、上記充填材物質のうちの少なくともいくらかを、上記物質からその後に除去することは、所望の電極構造を生成し得る。

いくつかの場合において、上記方法は、多孔性物質（例えば、炭素を含む多孔性物質）の少なくとも一部の上に、上記多孔性物質表面の一部が上記充填材物質によってコーティングされるか、そして／または上記孔のうちの少なくともいくらかが上記充填材物質で「満たされる」ように、充填材物質を形成する工程を包含する。例えば、上記方法は、上記多孔性物質と、充填材物質を含む充填材溶液とを、上記充填材物質が上記多孔性物質の第１の部分の上にコーティングを形成するように接触させ、コーティングされた多孔性物質を形成する工程を包含し得る。上記充填材溶液は、上記充填材物質、および上記充填材物質が評価できる程度に可溶性である少なくとも１種の流体キャリアを含み得る。上記流体キャリアのうちの少なくともいくらかを、例えば、エバポレーションもしくは加熱を介して除去することは、上記多孔性物質の表面上の上記充填材物質の形成を生じ得る。いくつかの実施形態において、上記充填材物質は固体である。いくつかの実施形態において、上記充填材物質は流体（例えば、オクタン）である。充填材物質のいくつかの例としては、炭酸水素アンモニウムおよび水があげられるが、これらに限定されない。しかし、他の充填材物質が、以下により十分に記載されるように、本発明の状況において使用され得ることは、理解されるべきである。

いくつかの場合において、上記充填材物質は、正の温度溶解度勾配を有する物質（すなわち、温度が増大するにつれて増大する溶解度を有する物質）の温度サイクリングを介して多孔性物質の内部部分内に沈着させられ得る。例示的実施形態において、上記充填材物質は、上記多孔性物質と、充填材物質および流体キャリアを含む充填材溶液とを、上記充填材物質が上記流体キャリアに実質的に溶解される第１の温度において接触させることによって、上記多孔性物質上に形成され得る。上記充填材溶液および／もしくは多孔性物質の温度は、上記充填材物質を、上記多孔性物質の孔内で沈殿させ得る第２の低い温度に低下させられ得る。上記プロセスは、十分な量の充填材物質が上記多孔性物質の孔内に形成されるまで、反復（例えば、サイクル）させられ得る。

いくつかの場合において、上記充填材物質は、種々の飽和方法を介して上記多孔性物質の上に毛制され得る。ここで上記多孔性物質は、充填材物質蒸気に露出され得る。例えば、不活性ガス飽和方法が使用され得、ここで上記多孔性物質は、不活性乾燥ガス（例えば、窒素、アルゴン）が測定された流速でパージされる閉鎖容器中に配置される。蒸気形態中の充填材物質の流れは、単独で、もしくは不活性ガスの流れと組み合わせて、上記容器に導入され得る。いくつかの場合において、小さなビーズを含む容器が、不活性ガスラインに流動するように取り付けられ得、充填材物質流体（例えば、オクタン）の小さな流れが、上記小さなビーズの表面上に静かに流れるようにされ得る。上記充填材物質流体は、次いで、上記不活性ガス流へと気化されて、飽和不活性ガスを形成し、これは、上記炭素物質と接触し（例えば、通過し）、次いで、上記容器から出るようにされ得る。

次いで、上記充填材物質は、上記多孔性物質と接触する（例えば、通過する）ときに、上記充填材上記を数サイクルにわたって交互に加熱および冷却することによって、上記多孔性基材上に形成され得る。いくつかの場合において、加熱不活性ガスを生成するために、ボルテックスチューブが使用され得る。いくつかの実施形態において、周囲飽和方法（ａｍｂｉｅｎｔ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）が使用され得る。ここで上記多孔性物質は、閉じた容器に入れられ、上記容器の底にある充填材物質の溶液全体に（例えば、ワイヤクロスによって）懸濁される。あるいは、上記多孔性基材は、ボールミルジャーを使用して、充填材物質で飽和させられ得る。例えば、上記ボールミルジャーは、乾燥不活性ガスでパージされ得、上記多孔性基材は、上記ボールミルジャーに添加され得る。充填材物質蒸気が添加され得、上記多孔性基材および充填材物質蒸気は、十分に混合されるまで、転倒混和され得る。いくつかの実施形態において、上記多孔性物質は、飽和する前に乾燥させられ得る。

上記充填材物質は、特定の適用に適した任意の量において、上記多孔性物質上に形成され得る。例えば、上記多孔性物質の大部分が上記セルの他の構成要素（例えば、電解質）に接触するかもしくは接近する（例えば、露出される）ことが望ましい適用において、製造の間に、上記充填材物質は、上記多孔性物質表面の比較的大きな部分の上に形成され得、後に除去され得るか、もしくは多孔性物質の所望の量をさらすために部分的に除去され得る。あるいは、上記多孔性物質の小さな部分が接触されるかもしくは上記セルの他の構成要素に接近可能であることが望ましい適用において、製造の間に、上記充填材物質は、上記多孔性物質表面の比較的小さな部分の上に形成され得る。いくつかの場合において、上記多孔性物質上に上記充填材物質を形成する際に、上記多孔性物質は、上記多孔性物質（例えば、多孔性炭素物質）に対して約５〜９５重量％の充填材物質を含み得る。いくつかの場合において、上記多孔性物質は、上記多孔性物質に対して、約１５〜８５重量％、２５〜７５重量％、３５〜６５重量％、もしくはいくつかの場合において、約４５〜５５重量％の充填材物質を含み得る。１セットの実施形態において、上記多孔性物質は、上記多孔性物質（例えば、多孔性炭素物質）に対して、約５０重量％の充填材物質を含み得る。本発明の方法は、上記多孔性物質の少なくとも一部（充填材物質を含む部分および／もしくは充填材物質を含まない部分を含む）の上に電極物質もしくは電極組成物を形成することを包含し得る。いくつかの場合において、上記多孔性物質は、活性電極種（例えば、硫黄）および結合材物質を含む電極物質で処理（例えば、接触、コーティング）され得る。さらなる物質、流体キャリア、他の添加剤、および／もしくはこれらの組み合わせはまた、上記電極物質と組み合わせて、上記多孔性基材に適用され得る。

いくつかの場合において、上記結合材物質および上記活性電極種は、上記結合材物質、上記活性電極種、および少なくとも１種の流体キャリアを含む混合物（例えば、電極組成物）から、上記多孔性物質に適用され得る。上記流体キャリアのうちの少なくともいくらかの除去（例えば、エバポレーションもしくは乾燥）は、次いで、上記多孔性物質の表面上に上記電極物質を形成し得る。いくつかの場合において、上記混合物は、均一溶液、不均一分散物もしくはスラリーなどとして提供され得る。当業者は、所望の混合物を生成するために、結合材物質、活性電極種、および流体キャリアの適切な組み合わせを選択し得る。例えば、単純なスクリーニング試験は、上記混合物構成要素（例えば、結合材物質、活性電極種、流体キャリアなど）の少量を単純に組み合わせて、溶液もしくはスラリーが形成されるか否かを決定することによって、行われ得る。いくつかの場合において、上記混合物は、上記多孔性基材に適用する前に、さらに処理（例えば、加熱、攪拌、超音波処理、ミルなど）され得る。上記混合物は、均一な混合物を提供するため、凝集を防止するため、もしくは上記混合物に他の所望の特徴を付与するために、処理され得る。一実施形態において、上記混合物は、上記多孔性基材に適用する前に、ミルされ得る。

いくつかの実施形態において、上記電極組成物は、いくつかの場合において、活性電極種（例えば、硫黄）、流体キャリア、および上記多孔性物質に対して、少なくとも５重量％、少なくとも１０重量％、少なくとも１５重量％、少なくとも２０重量％、少なくとも２５重量％、少なくとも３０重量％、もしくはそれ以上の結合材物質を含む。

本明細書で記載されるように、可溶性結合材物質の使用は、上記コーティングプロセスを単純化し得、上記混合物内の活性電極物質の増大した量の使用を可能にし、高負荷の電気活性種を有する電極を生成し得る。いくつかの実施形態において、上記結合材物質は、上記電極組成物の上記流体キャリア中で少なくとも部分的に可溶性であり得る。いくつかの場合において、上記結合材物質は、上記活性電極種、多孔性物質、および／もしくは充填材物質が評価できる程度に可溶性ではない流体キャリア中で、少なくとも部分的に可溶性であり得る。いくつかの場合において、上記混合物は、活性電極種、結合材物質、および上記結合材物質が少なくとも部分的に可溶性でありかつ上記活性電極種および上記多孔性物質が評価できる程度に可溶性ではない流体キャリアを含むスラリーであり得る。

いくつかの場合において、上記電極組成物（例えば、スラリー）は、有利には、公知の方法に対して高い固体負荷を含み得る。例えば、以前の方法を使用して、多孔性炭素基材に対する、高い固体負荷を含む混合物の適用は、炭素基材による上記流体キャリアの望ましくない吸収を生じ得る。このことは、上記混合物を不安定化し得、そして／または上記混合物内の上記結合材物質の沈殿を引き起こし得る。しかし、本発明の方法を使用して、高い固体負荷を有する混合物は、充填材物質を含む炭素基材に容易に適用され得る。いくつかの場合において、上記充填材物質は、上記多孔性炭素基材の孔をブロックして、上記多孔性炭素基材によって上記流体キャリアの吸収を最小限にし得るかもしくは妨げ得る。いくつかの実施形態において、上記電極は、少なくとも１．６ｍｇ／ｃｍ^２の活性電極種負荷を含み得る。用語「活性電極種負荷」もしくは「電気活性種負荷」とは、上記電極上に形成されるかもしくは「負荷」される活性電極種の量をいう。いくつかの実施形態において、上記混合物は、少なくとも１０重量％、少なくとも２０重量％、少なくとも３０重量％、少なくとも４０重量％、もしくはそれ以上の固体含有量（例えば、活性電極種含有量）を有し得る。上記混合物はまた、他の添加剤（例えば、可塑剤および／もしくは結晶化改変剤）を含み得る。いくつかの実施形態において、上記添加剤は、上記添加剤が上記セルの性能に悪影響を及ぼさないように、上記スラリーの他の構成要素と適合性（例えば、上記他の構成要素に対して不活性、もしくはこれと混和性）であるように選択され得る。添加剤の例としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ポリエチレングリコールおよびポリプロピレングリコールが挙げられるが、これらに限定されない。

いくつかの実施形態において、上記基材（例えば、多孔性物質）のうちの少なくとも一部は、上記多孔性物質上に上記電極物質を形成する前に処理されて、上記充填材物質、活性電極種、結合材物質、もしくは上記製造プロセスと関連する他の構成要素に対する上記多孔性物質の親和性を変化（例えば、増強）させ得る。例えば、上記多孔性物質は、上記多孔性物質の親水性、疎水性、もしくは他の特徴を改変する適切な化学物質で処理され得る。いくつかの場合において、ポリマー物質は、上記多孔性物質の上に充填材物質を形成する前に、上記多孔性物質、もしくはその一部の上に形成されて、上記多孔性物質と上記充填材物質との間の相互作用を増強し得る。いくつかの実施形態において、上記ポリマー物質は、ポリ（エチレングリコール）であり得、これは、親水性充填材物質（例えば、水）に対する上記気質の親和性を増大させ得る。当業者は、所望の特徴（例えば、親水性、疎水性）を、上記多孔性物質の表面に付与し得る適切な化合物を選択し得る。．
いくつかの実施形態において、上記基材は、実質的に無水物質もしくは乾燥物質を生成するために処理され得る。例えば、未処理の多孔性の炭素物質は、その孔の中に水を含み得、この孔は、本明細書に記載される方法を使用して処理されるべきその性能および／もしくは能力を妨げ得る。いくつかの場合において、上記炭素物質から水を除去して、物質（例えば、充填材物質、結合材物質）が形成され得る適切な表面を提供することが望ましい。上記水は、種々の方法（加熱した不活性ガスサイクリングもしくは乾燥剤による乾燥を含む）を使用して、上記基材から少なくとも部分的に除去され得る。加熱した不活性ガスサイクリングは、代表的には、上記基材を密閉容器に入れ、それを介して不活性乾燥ガス（例えば、窒素、アルゴン）通過させることを包含する。上記不活性ガスは、上記炭素物質を通過させられ、次いで、上記容器から出るようにされ得る。上記不活性ガスは、数サイクルにわたって、交互に加熱もしくは冷却され得、それによって、上記基材を加熱および冷却し、最後のサイクルの後、上記容器は、貯蔵のために不活性ガス下で密閉され得る。乾燥剤による乾燥は、基材を、吸水性ビーズを含むデシケーター中に置いて、水蒸気を、上記基材の表面から除去することを包含する。上記充填材物質もしくはその一部は、種々の方法によって上記多孔性物質から除去され得る。例えば、上記充填材物質のうちの少なくともいくらかは、上記基材を加熱することによって除去され得る。他の実施形態において、上記充填材物質は、上記基材を、流体キャリアもしくは他の化学物質と接触させる（例えば、すすぐ）ことによって、少なくとも部分的に除去され得る。当業者は、特定の充填材物質を除去するために適した方法を選択し得る。例えば、上記電極の他の構成要素の分解温度より低い沸点を有する充填材物質は、加熱を介して、少なくとも部分的に除去され得る。別の例において、上記充填材物質は、上記充填材物質が上記流体キャリアでのすすぎを介して少なくとも部分的に除去され得るように、上記電極の他の構成要素が評価できる程度に可溶性でない流体キャリア中で、実質的に可溶性であり得る。上記充填材物質は、所望の適用に依存して、上記プロセスの間の任意の時点もしくはその後に除去され得る。いくつかの場合において、上記充填材物質は、上記電極物質の形成の間に、上記多孔性物質から除去され得る。

上記充填材物質もしくはその一部は、次いで、得られた多孔性物質が、選択された場所に位置した電極物質（活性電極種および結合材物質を含む）を含む表面を有し、上記表面上の他の場所に露出された伝導性基材物質を有するように、下にある多孔性物質の一部を露わにするように選択され得る。本明細書に記載されるように、上記充填材物質のうちの少なくともいくらかを選択的に除去する能力は、有利なことには、上記セルの他の構成要素に接近可能である上記多孔性物質表面積の量を増大させ得る一方で、上記電極の他の物質（例えば、活性電極種、結合材物質）は、上記電極表面上もしくはその表面内で維持される。

多孔性物質表面積の量は、上記電極の多孔性によって決定され得る。すなわち、上記電極の多孔性の増大が、上記電極の多孔性物質表面積の量の増大を示し得る。いくつかの実施形態において、上記電極は、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、少なくとも９０％、もしくはそれ以上の多孔性を有し得る。上記電極の多孔性は、公知の方法（例えば、ＢＥＴ測定値）を使用して決定され得る。

例示的実施形態において、多孔性炭素物質は、ポリ（エチレングリコール）で処理（例えば、コーティング）されて、水性流体キャリアに対する上記多孔性炭素物質の親和性を増大させ得る。次いで、上記多孔性炭素物質は、液体充填材物質（例えば、水）に露出され得（例えば、水によって接触させられ得）、これは、上記多孔性炭素物質の孔の少なくとも一部を満たし得る。次に、流体キャリアとしてのヘキサンの存在下で電極物質を含むスラリーは、上記多孔性炭素物質に適用され得る。上記電極物質は、上記活性電極種として硫黄、およびポリマー可溶性結合材（例えば、ポリ（エチレン−ｃｏ−プロピレン−ｃｏ−５−メチレン−２−ノルボルネン））を含み得る。上記多孔性炭素物質は、次いで、上記ヘキサンを除去するために第１の温度で加熱され得、上記多孔性炭素物質の表面上での上記電極物質の形成を生じる。水（例えば、充填材物質）は、次いで、上記多孔性炭素物質を、より高い第２の温度で加熱することによって除去して、上記電極を生成し得る。

１セットの実施形態において、電気化学的に活性な電極前駆物質が提供され得、上記電極前駆物質は、炭素ベースの導電性物質および活性電極種を含む。例えば、上記電極前駆物質は、多孔性炭素基材および上記基材上に形成される活性電極種（例えば、硫黄）を含み得る。物質は、上記電極前駆物質から本質的に均一に除去されて、上記電極を形成し得る。本明細書で使用される場合、上記電極前駆物質から「本質的に均一に」物質を除去することは、物質が上記電極前駆物質のバルク全体を通して均一に除去されることを意味する。例えば、上記電極前駆物質から「本質的に均一に」物質を除去することは、例えば、エッチングを介する、上記電極物質の別個の部分の除去に言及しないことがある。いくつかの場合において、少なくともいくらかの充填材物質は、上記電極前駆物質から除去され得る。物質の除去は、上記電極、上記活性電極種、もしくは両方の使用の間に、電解質に露出されるかもしくは露出可能な上記炭素ベースの導電性物質の表面積を増大させ得る。いくつかの場合において、上記電極前駆物質からの物質の除去は、上記活性物質理論的電気容量の少なくとも６０％である相対的活性物質電気容量を有する電極を生成し得る。

電極は、本明細書で記載される方法を使用して調製され得、電気化学的デバイス内に組み込まれ得る。よって、本発明のいくつかの実施形態はまた、電気化学的セルを提供する。上記電気化学的セルは、カソード、アノード、および上記カソードと上記アノードと電気化学的連絡状態にある電解質を含み得る。いくつかの実施形態において、上記カソードは、活性電極種、炭素を含む多孔性物質、および結合材物質（例えば、可溶性結合材物質）を含み得る。いくつかの場合において、上記カソードは、上記電極活性物質としての硫黄を含み得る。本明細書で記載されるように、本発明の方法を使用して製造される電極は、既知のセルに対して高い硫黄負荷を有し得る。いくつかの実施形態において、上記電極は、少なくとも１．５ｍｇ／ｃｍ^２（例えば、１．６ｍｇ／ｃｍ^２）、少なくとも２．５ｍｇ／ｃｍ^２、少なくとも５．０ｍｇ／ｃｍ^２、もしくはいくつかの場合において、それ以上の硫黄負荷を有する。

例示的実施形態において、上記電極は、４．３ｍｇ／ｃｍ^２の硫黄負荷および約１９０ミクロンの電極物質厚を有し得る。

いくつかの実施形態において、上記電気化学的セルは、高い活性電極種利用を示し得、すなわち、上記電極活性物質は、セル性能が増強されるように、作動の間に、上記セル内の他の構成要素もしくは種に容易に接近可能であり得かつこれらと接触し得る。いくつかの場合において、上記活性物質電気容量は、上記活性物質理論的電気容量の少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、もしくはいくつかの場合において、少なくとも９０％であり得る。特定の物質についての「活性物質理論的電気容量」は、以下の式を使用して計算され得る：
Ｑ＝１／３６００×ｎ×Ｆ／Ｍ
ここで：
Ｑ＝理論的電気容量 Ａｈ／ｇ（アンペア時間／グラム）、
３６００＝１時間単位での秒数、
ｎ＝物質１分子あたりの、電気化学的プロセスに関わる電子数
Ｆ＝ファラデー定数、９６４８５Ｃ／ｍｏｌ、および
Ｍ＝物質の分子質量（ｇ）。

当業者は、上記活性物質理論的電気容量を計算し、これと、特定の物質についての実験的活性物質電気容量とを比較して、上記実験的電気容量が、上記理論的電気容量の少なくとも６０％以上であるか否かを決定し得る。広い範囲の物質が、本明細書で記載されるように、充填材物質としての使用に適切であり得る。いくつかの場合において、上記充填材物質は、特定の基材（例えば、炭素基材）に対する親和性を有するように、選択され得る。いくつかの場合において、上記電極物質の形成の間に安定であり得る（例えば、分解しない、薄片に裂けない、反応しない、溶解しないなど）ように選択される上記充填材物質は、上記電極物質の形成の際に、１種以上のガスもしくは蒸気の中で容易に分解され得、迅速かつ完全な除去を促進し得る。当業者は、例えば、上記化学構造、または所定の温度における上記充填材物質の溶解度、揮発性、および／もしくは蒸気圧を考慮することによって、この挙動を示す物質を同定および選択し得る。例示的実施形態において、図３は、温度の関数として炭酸水素アンモニウムの蒸気圧のグラフを示し、これは、約５０〜６０℃、もしくはそれ以上の温度において分解／除去され得ることを示す。

他の実施形態において、上記充填材物質は、上記電極物質の形成の間に、上記多孔性物質に適用される上記電極組成物に関して実質的に不溶性であるように、選択される。単純なスクリーニング試験は、上記充填材物質が、処理の間に構造中で望ましくは維持される特定の環境において可溶性であるか不溶性であるかを決定するために使用され得る。単純な試験は、慣用的な実験環境において行われ得、上記充填材物質を種々の候補処理溶媒に単純に露出して、可溶性を決定することを包含する。充填材物質のあるクラスが、このようにして本発明における使用に潜在的に適切であると同定された場合、そのクラスの個々のメンバーは、実際の処理環境において使用する前にスクリーニングされて、それらの有効性を決定し得る。

上記充填材物質は、液体、固体、もしくはこれらの組み合わせのいずれかであり得る。適切な充填材物質の例としては、有機塩および無機塩（例えば、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、およびａｚｉｄｏｃａｒｂｏｎａｍｉｄｅ、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリウムおよび水素化ホウ素ナトリウムが挙げられるが、これらに限定されない。１セットの実施形態において、上記充填材物質は、炭酸アンモニウムもしくは炭酸水素アンモニウムである。いくつかの実施形態において、上記充填材物質は、液体（例えば、水もしくは炭化水素（例えば、オクタン））である。

いくつかの場合において、上記充填材物質は、流体キャリアと組み合わされて、充填材溶液を形成し得る。この充填材溶液は、上記多孔性基材に適用され得る。適切な流体キャリアとしては、水性流体キャリア、非水性流体キャリア、およびこれらの組み合わせが挙げられる。当業者は、適切な流体キャリアを選択して、充填材溶液を形成し得、単純なスクリーニング試験を、充填材物質が、上記多孔性物質の表面上での上記充填材物質の形成を促進するために、流体キャリア中で十分に可溶性であるか否かを決定するために使用され得る。例えば、少量の上記充填材物質は、一連の流体キャリアと組み合わされて、適合性が決定され得る。いくつかの実施形態において、上記流体キャリアは、穏やかな温度において除去され得るように、比較的低い沸点を有し得、高い乾燥速度を提供するために、低い気化エンタルピーを有し得る。例えば、上記流体キャリアは、１００℃以下、９０℃以下、８０℃以下、もしくはいくつかの場合において、さらに低い沸点を有し得る。

いくつかの実施形態において、上記充填材溶液における使用に適した流体キャリアとしては、ハロゲン化炭化水素もしくは部分的にハロゲン化された炭化水素（例えば、塩化メチレン）、炭化水素（例えば、ペンタンもしくはヘキサン）、芳香族化合物（例えば、ベンゼン、トルエン、もしくはキシレン）、アルコール（例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール）、他の水性溶媒（例えば、水）、これらの混合物などが挙げられる。

本明細書で記載されるように、「結合材物質」とは、上記電極内で存在する場合に、上記電極への上記活性電極種の接着および密着を増強し得る任意の物質をいう。いくつかの場合において、結合材物質の組み合わせが使用され得る。当業者は、本明細書で記載される方法および電気化学的セルと関連する他の物質と組み合わせて、本発明における使用に適した適切な結合材物質を選択し得る。上記結合材物質は、セルの他の構成要素（上記カソード、上記アノードおよび上記電解質が挙げられるが、これらに限定されない）と適合性（例えば、上記他の構成要素に対して不活性）であるように、選択され得る。例えば、上記電気化学的セルは、ポリスルフィドを含み得、上記結合材物質は、作動の間にセル内のポリスルフィドと反応し得、かつ実質的に不可逆的に形成される副生成物で上記セルを汚染し得る特定の官能基（例えば、カルボニル基（例えば、エステル、ケトン、アルデヒドなど））を含まないように選択され得る。上記結合材物質はまた、上記多孔性物質（例えば、多孔性炭素物質）に対して良好な接着を示し、そして／または処理の間にもしくはセルが作動する間に割れたり、薄片に裂けたりもしないように選択され得る。いくつかの実施形態において、実質的に非毒性の結合材物質が使用され得る。

いくつかの場合において、上記結合材物質は、上記電解質に対して実質的に不溶性であるように選択され得る。すなわち、上記結合材物質は、上記電解質によって溶解されないこともあり、そして／または流体キャリアに対して評価できる程度に可溶性であることもある。上記結合材物質は、上記結合材物質が実質的に可溶性である溶媒中に提供され得る。いくつかの場合において、上記結合材物質は、非水性流体キャリア中において実質的に可溶性であり得る。いくつかの場合において、上記結合材物質は、水性流体キャリア中において実質的に可溶性であり得る。

いくつかの実施形態において、上記結合材物質は、ポリマー物質であり得る。ポリマー結合材物質の例としては、ポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）ベースのポリマー（例えば、ポリ（ビニリデンフルオリド）（ＰＶＤＦ）、ならびにヘキサフルオロエチレンとのそのコポリマーおよびターポリマー）、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、ポリ（ビニルフルオリド）、ポリテトラエチレン（ＰＴＦＥ）、エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）、ポリブタジエン、シアノエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、およびスチレン−ブタジエンゴムとのそのブレンド、ポリアクリロニトリル、エチレンプロピレンジエンターポリマー、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリイミドまたはエチレン−ビニルアセテートコポリマーが挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの場合において、上記結合材物質は、水性流体キャリア中で実質的に可溶性であり得、セルロース誘導体（代表的には、メチルセルロース（ＭＣ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）およびヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ））、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリル酸塩、ポリアクリルアミド（ＰＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）もしくはポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）が挙げられ得るが、これらに限定されない。

１セットの実施形態において、上記結合材物質は、ポリ（エチレン−ｃｏ−プロピレン−ｃｏ−５−メチレン−２−ノルボルネン）（ＥＰＭＮ）である。これは、セル構成要素（ポリスルフィドを含む）に対して化学的に中性（例えば、不活性）であり得る。図２は、ＥＰＭＮの化学構造を示す。ＥＰＭＮはまた、例えば、多孔性炭素物質、もしくは他の基材物質（金属基材（例えば、アルミニウム）を含む）に対して十分な接着を提供し得る。

上記で記載されるように、上記結合材物質は、他の物質（例えば、活性電極種）に加えて、上記多孔性物質上での上記電極物質の形成の間に、流体キャリアと組み合わせられ得る。いくつかの場合において、上記結合材物質が評価できる程度に混和性もしくは可溶性である流体キャリアが、使用され得る。いくつかの実施形態において、上記流体キャリアは、上記充填材物質が、上記流体キャリアに対して評価できる程度に混和性もしくは可溶性ではないように選択され得、その結果、上記多孔性物質上で形成される上記充填材物質は、上記電極物質の形成の間に実質的にインタクトなままである。いくつかの実施形態において、上記流体キャリアは、上記活性電極種が上記流体キャリアに対して評価できる程度に混和性もしくは可溶性でないように、選択され得る。このことは、上記多孔性物質上の特定の位置に上記電極物質を選択的に配置することにおいて有利であり得る。例えば、多孔性物質の表面上に主に上記電極物質を形成し、上記多孔性物質の内部位置（例えば、孔）内の形成を最小限にするかもしくは防止することは望ましいことであり得る。結合材物質、活性電極種、ならびに上記結合材物質および活性電極種の両方が評価できる程度に可溶性である流体キャリアを含む電極組成物で、上記多孔性物質を処理することは、上記多孔性物質の孔内で上記活性電極種の望ましくない沈着もしくは結晶化を生じ得る。しかし、結合材物質、活性電極種、ならびに上記結合材物質が評価できる程度に可溶性でありかつ上記活性電極種が評価できる程度に可溶性でない流体キャリアを含む電極組成物での処理は、上記多孔性物質の表面で主に上記活性電極種の沈着を生じ得る。このことは、セル作動の間の上記活性電極種の利用を改善し得る。

例示的実施形態において、硫黄は、水および水溶性結合材物質の存在下で、多孔性炭素基材上に形成され得、ここで上記硫黄は、水中において評価できる程度に可溶性ではない。このことは、硫黄の比較的高い負荷が、上記孔の内部ではなく、上記多孔性炭素物質の外部表面上で形成され得る電極を生じ得る。このことは、セルが作動する間に、上記硫黄の増強された接近しやすさを生じる。

いくつかの場合において、上記電極物質の形成の間に使用される上記流体キャリアは、上記充填材物質が分解して、上記充填材物質の早期の除去を最小限にするかもしくは防止し得る温度未満の温度で、高い蒸発速度を示すように、選択され得る。すなわち、電極物質形成の間に使用される上記流体キャリアは、設定温度範囲内で、上記流体キャリアの蒸気圧が、上記充填材物質によって形成される任意の分解生成物の蒸気圧より高いように、選択され得る。例えば、上記流体キャリアは、分解温度未満の沸点もしくは気化エンタルピー、または上記充填材物質の気化エンタルピーを有し得る。これは、上記充填材物質の早期の除去を最小限にするかもしくは防止しながら、上記電極物質を形成するために上記流体キャリアの除去を可能にし得る。

任意の流体キャリアは、電極組成物における使用に適切であり得、これらとしては、水性流体キャリア、非水性流体キャリア、もしくはこれらの組み合わせが挙げられる。本発明の方法において使用され得る流体キャリアの例としては、溶媒（例えば、ベンゼン、ｐ−クレゾール、トルエン、キシレン、ジエチルエーテル、グリコールモノメチルもしくはジメチルエーテル、石油エーテル、ヘプタン、ヘキサン、ペンタン、シクロヘキサン、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、ジオキサン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ヘキサメチル−リン酸トリアミド、水、酢酸エチル、アセトン、ピリジン、トリエチルアミン、ピコリン、これらの混合物などが挙げられる。当業者は、特定の適用における使用に適した適切な流体キャリアを選択し得る。例えば、上記流体キャリアは、その揮発性（例えば、沸点）、可溶性もしくは他の物質との混和性などに基づいて、選択され得る。

例示的実施形態において、多孔性基材は、上記充填材物質として炭酸水素アンモニウムを含み得、ヘキサンは、上記多孔性物質上での上記電極物質の形成の間に、上記電極組成物流体キャリアとして使用され得る。ヘキサンは、沸点６８．８℃および気化エンタルピー３３０Ｊ／ｇを有する。図５は、（ａ） ヘキサンおよび（ｂ）炭酸水素アンモニウムの蒸気圧に対するアレニウスプロットを示す。図５に示されるように、５０〜６０℃未満の温度では、ヘキサン蒸気圧は、炭酸水素アンモニウムの蒸気圧を超える。従って、充填材物質として炭酸水素アンモニウムを含む多孔性物質は、ヘキサンの存在下で、電極物質で処理（例えば、コーティング）され得、上記ヘキサンは、約５０〜６０℃未満の温度で除去されて、上記多孔性基材の上に上記電極物質を形成し得る一方で、上記充填材物質は、インタクトなままである。上記ヘキサンのエバポレーションおよび上記電極物質の形成の際に、上記温度は、６０℃より高く上昇させられて、上記炭酸水素アンモニウムを除去（例えば、分解）し得、上記多孔性基材の孔を露出し得る。

本明細書で記載されるように、上記充填材物質、結合材物質、流体キャリア、ならびに上記製造プロセスと関連する他の物質は、溶解性、蒸気圧、分解温度などのような特性に基づいて、互いに関して特定の関係を有するように選択され得る。その結果、製造プロセスは、望ましい電気化学構造体を生成するために行われ得る。すなわち、上記充填材物質、結合材物質、および他の物質は、上記製造プロセスの間に、所望の物質が、物質の分解もしくは望ましくない損失を低下もしくは防止しながら、望ましくは、上記基材の上で形成されかつ／または維持され得るように、選択され得る。

例えば、疎水性充填材物質は、親水性結合材物質と組み合わせて使用され得る。別の例において、親水性充填材物質は、疎水性結合材物質と組み合わせて使用され得る。さらに、上記結合材および充填材物質は、上記充填材物質が、上記基材上での上記結合材物質の形成の後に、上記基材（例えば、電極）から除去され得るように、１種以上の流体キャリアと組み合わせて選択され得る。いくつかの実施形態において、上記充填材物質は、親水性物質であり、上記結合材物質は、疎水性溶媒中に可溶性である。いくつかの実施形態において、上記充填材物質は、疎水性物質であり、上記結合材物質は、親水性溶媒中に可溶性である。いくつかの場合において、上記充填材物質は、上記充填材流体キャリア中でいくらかの可溶性を示し得、上記結合材流体キャリア中で実質的に不溶性であり得る。いくつかの場合において、上記結合材物質は、上記結合材流体キャリア中でいくらか可溶性を示し得、上記充填材流体キャリア中で実質的に不溶性であり得る。

本明細書で使用される場合、「活性電極種」もしくは「電気活性種」とは、上記セルの作動の間に電気化学的反応を受ける、電極（例えば、カソード、アノード）と関連する種をいう。例えば、活性電極種は、上記電気化学的セルの充電／放電の間に酸化もしくは還元を受け得る。

本発明の電気化学的セルのカソードにおけるカソード活性物質として使用するのに適した電気活性物質としては、電気活性遷移金属カルコゲニド、電気活性伝導性ポリマー、電気活性硫黄含有物質、およびこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。本明細書で使用される場合、用語「カルコゲニド」とは、酸素、硫黄、およびセレンの元素のうちの１種以上を含む化合物に関する。適切な遷移金属カルコゲニドの例としては、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、およびＩｒからなる群より選択される遷移金属の電気活性オキシド、スルフィド、およびセレニドが挙げられるが、これらに限定されない。一実施形態において、上記遷移金属カルコゲニドは、ニッケル、マンガン、コバルト、およびバナジウムの電気活性オキシド、ならびに鉄の電気活性スルフィドからなる群より選択される。一実施形態において、カソードは、以下の物質のうちの１種以上を含む：二酸化マンガン、ヨウ素、クロム酸銀、酸化銀および五酸化バナジウム、酸化銅、銅オキシホスフェート（ｃｏｐｐｅｒ ｏｘｙｐｈｏｓｐｈａｔｅ）、硫化鉛、硫化鉄、ビスマス酸鉛、三酸化ビスマス、二酸化コバルト、塩化銅、二酸化マンガン、および炭素。別の実施形態において、上記カソード活性層は、電気活性伝導性ポリマーを含む。適切な電気活性伝導性ポリマーの例としては、ポリピロール、ポリアニリン、ポリフェニレン、ポリチオフェン、およびポリアセチレンからなる群より選択される電気活性かつ伝導性のポリマーが挙げられるが、これらに限定されない。導電性ポリマーの例としては、ポリピロール、ポリアニリン、およびポリアセチレンが挙げられる。

いくつかの実施形態において、本明細書に記載される電気化学的セルにおいてカソード活性物質として使用するための電気活性物質としては、電気活性硫黄含有物質が挙げられる。「電気活性硫黄含有物質」とは、本明細書で使用される場合、任意の形態で元素、硫黄を含むカソード活性物質に関し、ここで上記電気化学活性は、硫黄原子もしくは硫黄部分の酸化もしくは還元を包含する。本発明の実施において有用な上記電気活性硫黄含有物質の性質は、当該分野で公知のように、広く変動し得る。例えば、一実施形態において、上記電気活性硫黄含有物質は、元素である硫黄を含む。別の実施形態において、上記電気活性硫黄含有物質は、元素である硫黄および硫黄含有ポリマーの混合物を含む。従って、適切な電気活性硫黄含有物質としては、元素である硫黄、ならびに硫黄原子および炭素原子を含む有機物質が挙げられるが、これらに限定されず、これら物質は、ポリマーであってもよいし、そうでなくてもよい。適切な有機物質としては、ヘテロ原子、導電性ポリマーセグメント、複合材および導電性ポリマーをさらに含むものが挙げられる。

硫黄含有ポリマーの例としては、米国特許第５，６０１，９４７号および同第５，６９０，７０２号（Ｓｋｏｔｈｅｉｍら）；米国特許第５，５２９，８６０号および同第６，１１７，５９０号（Ｓｋｏｔｈｅｉｍら）；米国特許第６，２０１，１００号（共通にかかる譲受人であるＧｏｒｋｏｖｅｎｋｏらに対して２００１年３月１３日発行）、ならびにＰＣＴ公開番号ＷＯ ９９／３３１３０に記載されるものが挙げられる。ポリスルフィド連結を含む他の適切な電気活性硫黄含有物質は、米国特許第５，４４１，８３１号（Ｓｋｏｔｈｅｉｍら）；米国特許第４，６６４，９９１号（Ｐｅｒｉｃｈａｕｄら）、および米国特許第５，７２３，２３０号、同第５，７８３，３３０号、同第５，７９２，５７５号および同第５，８８２，８１９号（Ｎａｏｉら）において記載されている。電気活性硫黄含有物質のなおさらなる例としては、例えば、米国特許第４，７３９，０１８号（Ａｒｍａｎｄら）；米国特許第４，８３３，０４８号および同第４，９１７，９７４号（ともにＤｅ Ｊｏｎｇｈｅら）；米国特許第５，１６２，１７５号および同第５，５１６，５９８号（ともにＶｉｓｃｏら）；ならびに米国特許第５，３２４，５９９号（Ｏｙａｍａら）に記載されるジスルフィド基を含むものが挙げられる。

一実施形態において、カソード活性層の電気活性硫黄含有物質は、５０重量％より高い硫黄を含む。別の実施形態において、上記電気活性硫黄含有物質は、７５重量％より高い硫黄を含む。さらに別の実施形態において、上記電気活性硫黄含有物質は、９０重量％より高い硫黄を含む。

本発明のカソード活性層は、（例えば、適切な量の溶媒が上記カソード活性層から除去された後に、および／または上記層が適切に硬化された後に測定される場合）約２０〜１００重量％の電気活性カソード物質を含み得る。一実施形態において、上記カソード活性層中の電気活性硫黄含有物質の量は、上記カソード活性層の５〜３０重量％の範囲内である。別の実施形態において、上記カソード活性層中の電気活性硫黄含有物質の量は、上記カソード活性層の２０％〜９０重量％の範囲内である。

カソード（ならびに本明細書に記載されるセルの他の構成要素）の調製に適した液体媒体（例えば、溶媒）の非限定的な例としては、水性液体、非水性液体、およびこれらの混合物が挙げられる。いくつかの実施形態において、液体（例えば、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、プロパノール、ブタノール、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン、アセトン、トルエン、キシレン、アセトニトリル、シクロヘキサン、およびこれらの混合物）が使用され得る。当然のことながら、他の適切な溶媒もまた、必要であれば、使用され得る。

正電極層は、当該分野で公知の方法によって調整され得る。例えば、１つの適切な方法は、（ａ）液体媒体中に、本明細書に記載される上記電気活性硫黄含有物質を分散もしくは懸濁する工程；（ｂ）必要に応じて、上記工程（ａ）の混合物に導電性充填材および／もしくは結合材を添加する工程；（ｃ）工程（ｂ）から得られた組成物を混合して、上記電気活性硫黄含有物質を分散させる工程；（ｄ）工程（ｃ）から得られた組成物を適切な基材上にキャストする工程；ならびに（ｅ）上記液体のうちのいくらかもしくはすべてを、工程（ｄ）から得られた組成物から除去して、上記カソード活性層を形成する工程を包含する。

本明細書に記載されるアノード活性層についての適切な負の電極物質は、リチウム金属（例えば、リチウム箔および伝導性基材上に沈着させられたリチウム、ならびにリチウム合金（例えば、リチウム−アルミニウム合金およびリチウム−スズ合金）が挙げられるが、これらに限定されない。これらは好ましい負の電極物質であるが、上記集電装置は、他のセル化学とともに使用され得る。

負の電極物質（例えば、アルカリ金属アノード（例えば、リチウム））を基材上に沈着させるための方法としては、サーマルエバポレーション、スパッタリング、ジェット蒸着（ｊｅｔ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、およびレーザーアブレーションのような方法が挙げられ得る。あるいは、上記アノードがリチウム箔、もしくはリチウム箔および基材を含む場合、これらは、アノードを形成するために、当該分野で公知の積層プロセスによって一緒に積層され得る。

正および／もしくは負の電極は、適切な電解質（例えば、米国仮特許出願第６０／８７２，９３９号（２００６年１２月４日出願、発明の名称「Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ」，Ｍｉｋｈａｙｌｉｋら）（これらは、その全体が本明細書に参考として援用される）に記載されるもの）と都合よく相互作用する１つ以上の層を必要に応じて含み得る。

電気化学的セルもしくはバッテリー電池において使用される上記電解質は、イオンの貯蔵および輸送のための媒体として機能し得、固体電解質およびゲル電解質の特別な場合においては、これら物質は、上記アノードと上記カソードとの間のセパレーターとしてさらに機能し得る。イオンを貯蔵および輸送し得る任意の液体、固体、もしくはゲル物質は、上記物質が上記アノードおよび上記カソードに関して電気化学的にかつ化学的に非反応性であり、上記アノードと上記カソードとの間のイオン（例えば、リチウムイオン）の輸送を促進する限りにおいて、使用され得る。上記電解質は、上記アノードと上記カソードとの間の短絡を防止するために電子的に非導電性である。

上記電解質は、イオン導電性を提供するための１種以上のイオン性電解質塩および１種以上の液体電解質溶媒、ゲルポリマー物質、もしくはポリマー物質を含み得る。適切な非水性電解質は、液体電解質、ゲルポリマー電解質、および固体ポリマー電解質からなる群より選択される１種以上の物質を含む有機性電解質を含み得る。リチウムバッテリーのための非水性電解質の例は、Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ，Ｎｅｗ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ，第４章，ｐｐ．１３７−１６５，Ｅｌｓｅｖｉｅｒ，Ａｍｓｔｅｒｄａｍ（１９９４）においてＤｏｒｎｉｎｅｙによって記載されている。ゲルポリマー電解質および固体ポリマー電解質の例は、Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ， Ｎｅｗ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ，第３章，ｐｐ．９３−１３６，Ｅｌｓｅｖｉｅｒ，Ａｍｓｔｅｒｄａｍ（１９９４）においてＡｌａｍｇｉｒらによって記載されている。本明細書で記載されるバッテリーにおいて使用され得る不均一電解質組成物は、米国仮特許出願第６０／８７２，９３９号（２００６年１２月４日出願）に記載されている。有用な非水性液体電解質溶媒の例としては、非水性有機溶媒（例えば、例えば、Ｎ−メチルアセトアミド、アセトニトリル、アセタール、ケタール、エステル、カーボネート、スルホン、スルファイト、スルホラン、脂肪族エーテル、環式エーテル、グライム、ポリエーテル、ホスフェートエステル、シロキサン、ジオキソラン、Ｎ−アルキルピロリドン、前述のものの置換形態、なおよびこれらのブレンドが挙げられるが、これらに限定されない。前述のもののフッ素化誘導体はまた、液体電解質溶媒として有用である。

いくつかの場合において、水性溶媒は、リチウム電池のための電解質として使用され得る。水性溶媒としては、水があげられ得、これは、他の構成要素（例えば、イオン性塩）を含み得る。上記のように、いくつかの実施形態において、上記電解質は、水酸化リチウムのような種、もしくは上記電解質における水素イオンの濃度を低下させるために上記電解質を塩基性にする他の種を含み得る。

液体電解質溶媒はまた、ゲルポリマー電解質、すなわち、半固体ネットワークを形成している１種以上のポリマーを含む電解質のための可塑剤として有用であり得る。有用なゲルポリマー電解質の例としては、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリアクリロニトリル、ポリシロキサン、ポリイミド、ポリホスファゼン、ポリエーテル、スルホン化ポリイミド、過フッ素化膜（ＮＡＦＩＯＮ樹脂）、ポリジビニルポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、前述の誘導体、前述のコポリマー、前述の架橋およびネットワーク構造、ならびに前述のブレンド、および必要に応じて、１種以上の可塑剤からなる群より選択される１種以上のポリマーを含むものが挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態において、ゲルポリマー電解質は、容積単位で、１０〜２０％の間、２０〜４０％の間、６０〜７０％の間、７０〜８０％の間、８０〜９０％の間、もしくは９０〜９５％の間の不均一電解質を含む。

いくつかの実施形態において、１種以上の固体ポリマーは、電解質を形成するために使用され得る。有用な固体ポリマー電解質の例としては、ポリエーテル、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリイミド、ポリホスファゼン、ポリアクリロニトリル、ポリシロキサン、前述の誘導体、前述のコポリマー、前述の架橋およびネットワーク構造、ならびに前述のブレンドからなる群より選択される１種以上のポリマーを含むものが挙げられるが、これらに限定されない。

電解質溶媒、ゲル化剤、および電解質の形成について当該分野で公知のポリマーに加えて、上記電解質は、イオン電導性を増大するために当該分野でも公知の１種以上のイオン性電解質塩をさらに含み得る。

本発明の電解質において使用するためのイオン性電解質塩の例としては、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＳＯ_３ＣＦ_３、ＬｉＳＯ_３ＣＨ_３、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＢ（Ｐｈ）_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＣ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_３、およびＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２が挙げられるが、これらに限定されない。有用であり得る他の電解質塩としては、リチウムポリスルフィド（Ｌｉ_２Ｓ_ｘ）、および有機イオン性ポリスルフィドのリチウム塩（ＬｉＳ_ｘＲ）_ｎ（ここでｘは、１〜２０の整数であり、ｎは、１〜３の整数であり、Ｒは、有機基である）、ならびに米国特許第５，５３８，８１２号（Ｌｅｅら）に記載されるものが挙げられる。

いくつかの実施形態において、電気化学的セルは、上記カソードと上記アノードとの間に挟まれたセパレーターをさらに含み得る。上記セパレーターは、上記アノードと上記カソードとを互いに分離もしくは絶縁し、短絡を防止し、上記アノードと上記カソードとの間のイオンの輸送を許容する、固体の非導電性もしくは絶縁性の物質であり得る。

上記セパレーターの孔は、電解質で部分的にもしくは実質的に満たされ得る。セパレーターは、セルの製造の間に上記アノードと上記カソードとを挟み込む多孔性自立構造フィルムとして供給され得る。あるいは、上記多孔性セパレーター層は、例えば、ＰＣＴ公開番号ＷＯ ９９／３３１２５（Ｃａｒｌｓｏｎら）および米国特許第５，１９４，３４１号（Ｂａｇｌｅｙら）に記載されるように、上記電極のうちの一方の表面に直接適用され得る。

種々のセパレーター物質が、当該分野で公知である。適切な固体多孔性セパレーター物質の例としては、ポリオレフィン（例えば、ポリエチレンおよびポリプロピレン）、ガラス繊維濾紙、およびセラミック材料が挙げられるが、これらに限定されない。本発明における使用に適したセパレーターおよびセパレーター物質のさらなる例は、微孔性キセロゲル層（例えば、微孔性偽ベーマイト層（ｐｓｅｕｄｏ−ｂｏｅｈｍｉｔｅ ｌａｙｅｒ））を含むものであり、この層は、米国特許第６，１５３，３３７号および同第６，３０６，５４５号（共通の譲受人のＣａｒｌｓｏｎらによる）に記載されるように、自立構造フィルムとして、または上記電極のうちの一方の上に直接コーティング適用によってかのいずれかで適用され得る。固体電解質およびゲル電解質はまた、それらの電解質機能に加えて、セパレーターとして機能し得る。

本開示に付随する図面は、模式的であるに過ぎず、実質的に平らなバッテリーの配置を例示する。任意の電気化学的セル配置が、任意の構成において、本発明の原理を使用して構築され得ることが理解されるべきである。例えば、さらなる構成は、米国特許出願第１１／４００，０２５号（２００６年４月６日出願、発明の名称「Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ｂｏｔｈ Ａｑｕｅｏｕｓ ａｎｄ Ｎｏｎ−Ａｑｕｅｏｕｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｅｌｌｓ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ」（Ａｆｆｉｎｉｔｏら））（これは、その全体が本明細書に参考として援用される）に記載されている。

本発明のいくつかの実施形態が、本明細書で記載されかつ例示されてきたが、当業者は、本明細書に記載される機能を発揮し、そして／または結果および／もしくは利点のうちの１つ以上を得るために、種々の他の手段および／もしくは構造を容易に想起し、このようなバリエーションおよび／もしくは改変の各々が、本発明の範囲内にあるとみなされる。より一般に、当業者は、本明細書に記載されるすべてのパラメーター、寸法、物質および構成が、例示手あることが意味されること、および実際のパラメーター、寸法、物質、および／もしくは構成が、本発明の教示が使用される特定の適用に依存することを容易に認識する。当業者は、本明細書に記載される、本発明の特定の実施形態に対する多くの等価物を認識するかまたは単に慣用的な実験を使用して確認し得る。従って、前述の実施形態は、例示によってのみ示されること、そして添付の特許請求の範囲およびその等価物の範囲内で、具体的に記載されかつ特許請求されているもの以外の方法で本発明が実施され得ることが理解されるべきである。本発明は、本明細書に記載される各個々の特徴、システム、物品、物質、キット、および／もしくは方法に関する。さらに、２種以上のこのような特徴、システム、物品、物質、キット、および／もしくは方法の任意の組み合わせは、このような特徴、システム、物品、物質、キット、および／もしくは方法が相互に矛盾しなければ、本発明の範囲内に含まれる。

不定冠詞「１つの、ある（ａ）」および「１つの、ある（ａｎ）」は、本明細書および特許請求の範囲において使用される場合、そうでないと明確に示されなければ、「少なくとも１つ」を意味することが理解されるべきである。

語句「および／もしくは」とは、本明細書および特許請求の範囲において使用される場合、そのように結合されている要素の「いずれかもしくは両方」、すなわち、いくつかの場合には、接続的に存在している要素を、および他の場合には、離接的に存在している要素を意味することが理解されるべきである。他の要素は、そうでないと明確に示されなければ、具体的に同定されるものに関連していようと関連していまいと、必要に応じて、「および／もしくは」文節によって具体的に同定される要素以外に存在し得る。従って、非限定的な例として、「含む」のような開放系言語と関連して使用される場合、「Ａおよび／もしくはＢ」に対する言及は、一実施形態において、Ａあり、Ｂなし（必要に応じてＢ以外の要素を含む）；別の実施形態において、Ｂあり、Ａなし（必要に応じてＡ以外の要素を含む）；さらに別の実施形態において、ＡもＢも両方ある（必要に応じて他の要素を含む）；などに言及し得る。

本明細書および特許請求の範囲において使用される場合、「もしくは、または」は、上記で定義されるように「および／もしくは」と同じ意味を有することが理解されるべきである。例えば、リスト中の項目を分離する場合に、「もしくは」もしくは「および／もしくは」は、包括的である、すなわち、少なくとも１つの包含として解釈されるものとするが、同様に、要素の数もしくはリストの１つより多いも含み、そして必要に応じて、列挙されていない事項を含むとして解釈されるものとする。ただ、そうでないと明確に示される用語（例えば、「〜のうちのただ１つ」もしくは「〜のうちの正確に１つ」）、または特許請求の範囲において使用される場合、「〜からなる」とは、要素の数もしくはリストのうちの正確に１つの要素の包含に言及する。一般に、用語「もしくは」とは、本明細書で使用される場合、排他性の用語（例えば、「いずれか一方」もしくは「〜のうちの１つ」、「〜のうちのただ１つ」もしくは「〜のうちの正確に１つ」）が先行する場合、排他的な選択肢（すなわち、「一方もしくは他方であって、両方ではない」）を示すと解釈されるものとする。「〜から本質的になる」とは、特許請求の範囲において使用される場合、特許法の分野において使用される場合とその通常の意味を有するものとする。

本明細書および特許請求の範囲において使用される場合、１つ以上の要素のリストに言及して語句「少なくとも１つ」とは、要素のリストにおける要素のうちのいずれか１つ以上から選択されるが、必ずしも要素のリスト内で具体的に列挙される各々のおよびあらゆる要素のうちの少なくとも１つを含むわけではなく、要素のリストにおける要素の任意の組み合わせを排除しない少なくとも１つの要素を意味することが理解されるべきである。この定義はまた、要素が、必要に応じて、語句「少なくとも１つ」が具体的に同定される要素に関連するか関連しないかにかかわらず言及する要素のリスト内で具体的に同定される要素以外に存在し得ることを可能にする。従って、非限定的例として、「ＡおよびＢのうちの少なくとも一方」（または、等価なことには、「ＡもしくはＢのうちの少なくとも一方」、または等価なことには、「Ａおよび／もしくはＢのうちの少なくとも一方」）は、一実施形態においては、少なくとも１つのＡ（必要に応じて、１つより多いＡを含む）とＢが存在しない（および必要に応じて、Ｂ以外の要素を含む）；別の実施形態においては、少なくとも１つのＢ（必要に応じて、１つより多いＢを含む），とＡが存在しない（および必要に応じて、Ａ以外の要素を含む）；さらに別の実施形態においては、少なくとも１つのＡ（必要に応じて、１つより多いＡを含む）および少なくとも１つのＢ（必要に応じて１つより多いＢを含む）（および必要に応じて、他の要素を含む）；などに言及し得る。

特許請求の範囲および上記の明細書において、すべての接続語句（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌ ｐｈｒａｓｅ）（例えば、「〜を含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「〜を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「〜を有する（ｃａｒｒｙｉｎｇ）」、「〜を有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「〜を含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「〜を包含する（ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」、「〜を保持する（ｈｏｌｄｉｎｇ）」などは、開放系であることが理解されるべきであり、すなわち、〜が挙げられるが、これらに限定されないことを意味することが理解されるべきである。ただ、接続する語句「〜からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」および「〜から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ ）」は、米国特許庁審査基準第２１１１．０３節に記載されるように、それぞれ、閉鎖系もしくは半閉鎖系の接続語句であるとする。

（実施例１）
以下の実施例は、本発明の一実施形態に従って、多孔性炭素物質の孔内での充填材物質の形成を記載する。

充填材物質は、上記多孔性炭素物質の孔内に充填材物質を繰り返し溶解しかつ沈殿させるために、サーマルサイクリングによって多孔性炭素物質上に形成した。この実施例において、炭酸アンモニウムもしくは炭酸水素アンモニウムを、上記充填材物質として使用した。なぜなら、各々が、水中で正の温度溶解性勾配を示す、すなわち、上記炭酸アンモニウムもしくは炭酸水素アンモニウムの水中での溶解度は、温度が上昇するにつれて増大し、温度が低下するにつれて減少するからである。図４は、（ａ）温度の関数としての炭酸水素アンモニウムの水中での溶解度、および（ｂ）炭酸水素アンモニウムの水中でのサーマルサイクリング線図のグラフを示す。

図４Ｂにおけるサーマルサイクリング線図によれば、炭酸アンモニウムもしくは炭酸水素アンモニウムの水溶液を、上記多孔性炭素物質と接触させ、約５０℃へと加熱し、上記炭素孔を上記溶液で満たした。次いで、上記溶液温度を、ほぼ０℃へと低下させ、上記充填材物質を上記炭素孔内に沈殿させた。上記プロセスを２〜３回繰り返して、上記孔内に所望の量の充填材物質を沈着させた。上記多孔性炭素物質に対して、約７５〜９０重量％の充填材含有量が達成された。

（実施例２）
以下の実施例において、電気化学的セルを、本明細書で記載されるように、充填材物質および可溶性結合材物質を使用して調製し、その硫黄比電気容量を測定した。

ＸＥ２炭素（１１．１重量％）および炭酸水素アンモニウム（８８．９重量％）を含む複合材を、ＸＥ２を、５０℃以上において炭酸水素アンモニウムの飽和溶液に添加することによって調製した。上記混合物を、次いで、０℃へと冷却し、ＮＨ_４ＨＣＯ_３を、上記炭素孔に沈殿させた。上記沈殿したＮＨ_４ＨＣＯ_３を濾過して、上記ＸＥ２複合材を提供し、次いで、これを、エタノールで洗浄した。次いで、上記複合材（２１．３７ｇ）を、３３．３ｇの、ヘキサン中の３重量％ ＥＰＤＭＮ結合材の溶液および６．６３ｇの硫黄粉末と混合した。さらに３５．３ｇのヘキサンを、上記スラリー混合物に添加し、次いで、これを、バイアル中で、４０分間にわたってステンレス鋼のボールでミルした。

上記カソードをコーティングするために、上記ミルしたスラリー混合物を、炭素コーティングされた１２ミクロンのＡｌ基材（ＡＬ Ｒｅｘａｍ ｐｒｉｍｅｒ）上に手で引き延ばし、上記コーティングされたカソードを、オーブン中で＋７０℃において１時間にわたって乾燥させて、上記溶媒および充填材物質を除去した。上記得られた複合材は、硫黄（６６．３重量％）、ＸＥ２（２３．７重量％）、およびＥＰＤＭＮ（１０重量％）を含んでいた。上記カソードは、良好な接着および密着を有した。上記硫黄コーティングされた負荷は、５．１８ｍｇ／ｃｍ^２であった。

次いで、電気化学的セルを、上記電極（活性面積３３ｃｍ^２）として上記のコーティングされたカソードおよび６ミルのＬｉ箔、９ ｍ Ｔｏｎｅｎセパレーターおよび１．０２ｇ電解質を使用して組み立てた。上記電解質は、特定の実験に依存して、種々のおよび少量のＣＦ_３ＳＯ_２）_２ＮＬｉおよびＬｉＮＯ_３とともに、１，３−ジオキソラン（ＤＯＬ）および１−メトキシ−２−エトキシエタン（ＭＥＥ）を主に含んでいた。１つの特定の実施形態において、上記電解質は、６９．１６重量％ ＤＯＬ、２１．３４重量％ ＭＥＥ、６．７２重量％（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２ＮＬｉ、および２．７７重量％ ＬｉＮＯ_３を含んでいた。上記セルを、１５ｍＡ １．７Ｖへと放電および１５ｍＡ ２．５Ｖへと充電においてサイクルさせた。５回目のサイクルにおける上記硫黄比電気容量は、１０４８ｍＡｈ／ｇであり、４０回目のサイクルでは、１０１１ｍＡｈ／ｇであった。

コントロール実験として、同じ電気化学的セルを、ＸＥ２−炭酸水素アンモニウム複合材の代わりに、充填材なしの純粋なＸＥ２を使用して、上記スラリーを調製して上記カソードをコーティングしたことを除いて、上記のように調製した。上記カソードコーティングは、上記ＸＥ２基材に対して非常に不十分な接着および密着を有した。上記カソードは、２．１７ｍｇ／ｃｍ^２の硫黄負荷を有し、上記のように、電気化学的セルへと組み立てた。上記硫黄比電気容量は、５回目のサイクルにおいて９３７ｍＡｈ／ｇであり、４０回目のサイクルにおいて８４５ｍＡｈ／ｇに低下した。

（実施例３）
以下の実施例において、電気化学的セルを、本明細書で記載されるように、充填材物質および可溶性結合材物質を使用して調製し、その硫黄比電気容量を評価した。

１５．７重量％のＸＥ２含有量および８４．３重量％の炭酸水素アンモニウム含有量を有するＸＥ２−炭酸アンモニウム（ＮＨ_４）_２ＣＯ_３複合材を、実施例２に記載される方法に従って調製した。次いで、上記複合材を、３３．３ｇの、ヘキサン中の３重量％ ＥＰＤＭＮ結合材の溶液および６．６３ｇの硫黄粉末と混合した。次いで、上記ＸＥ２−（ＮＨ_４）_２ＣＯ_３複合材を、実施例２に記載されるように、９．９７重量％ 硫黄、２２．０６重量％ ＸＥ２−（ＮＨ_４）_２ＣＯ_３複合材、および１．５重量％ ＥＰＭＮ可溶性結合材を含む、ミルしたヘキサンスラリーを使用して、コーティングした。上記コーティングしたカソードを、オーブン中、＋７０℃において１時間にわたって乾燥させて、上記溶媒および充填材物質を除去した。上記得られた複合材は、硫黄（６６．３重量％）、ＸＥ２（２３．７重量％）、ＥＰＤＭＮ（１０重量％）を含んでいた。上記カソードは、良好な接着および密着を有していた。上記硫黄コーティングされた負荷は、４．３ｍｇ／ｃｍ^２であった。

次いで、電気化学的セルを、上記のコーティングされたカソードを使用して、実施例２と同様に組み立てた。上記セルを、実施例２と類似の条件でサイクルさせた。５回目のサイクルでの硫黄比電気容量は、１２１４ｍＡｈ／ｇであった。

コントロール実験として、ＸＥ２−炭酸水素アンモニウム複合材の代わりに、充填材なしの純粋なＸＥ２を使用して、上記スラリーを調製して上記カソードをコーティングしたことを除いて、同じ電気化学的セルを調製した。上記カソードコーティングは、上記ＸＥ２基材に対して低い硫黄負荷および非常に不十分な接着および密着を有し、電気化学的セルへと組み立てた場合、実施例２に記載されるコントロール実験と同様に、不十分な硫黄比電気容量を示した。

（実施例４）
以下の実施例において、電気化学的セルを、本明細書で記載されるように、充填材物質および可溶性結合材物質を使用して調製し、その硫黄比電気容量を評価した。

２８．５重量％のＸＥ２含有量および７１．５％の水含有量を有するＸＥ２−水複合材を、炭素を沸騰水に添加し、撹拌子、室温へと冷却することによって調製した。次いで、上記ＸＥ２−Ｈ_２Ｏ複合材を、９．９７ｇのＸＥ２−Ｈ_２Ｏ複合材、７．９６ｇ 硫黄、４０ｇの、ヘキサン中の３重量％ ＥＰＤＭＮ溶液、および１０ｇ ヘキサンを含む、ミルしたヘキサンスラリー混合物を使用してコーティングした。上記コーティングしたカソードを、＋７０℃においてオーブン中１時間にわたって乾燥させて、上記溶媒を除去し、次いで、１時間にわたって１００℃において、充填材物質を除去した。上記得られた複合材は、硫黄（６６．３重量％）、ＸＥ２（２３．７重量％）、ＥＰＤＭＮ（１０重量％）を含んでいた。上記カソードは、良好な接着および密着を有していた。上記硫黄コーティングした負荷は、３．４ｍｇ／ｃｍ^２であった。

次いで、電気化学的セルを組み立て、実施例２と同様にサイクルさせた。５回目のサイクルでは、硫黄比電気容量は１０７０ｍＡｈ／ｇであり、４０回目のサイクルでは、９４７ｍＡｈ／ｇであった。

コントロール実験として、同じ電気化学的セルを、ＸＥ２−水複合材の代わりに、充填材なしの純粋なＸＥ２を使用して、上記スラリーを調製し上記カソードをコーティングしたことを除いて、上記のように調製した。上記カソードコーティングは、上記ＸＥ２基材に対して低い硫黄負荷および非常に不十分な接着および密着を有し、電気化学的セルへと組み立てた場合、実施例２に記載されるコントロール実験と同様に、不十分な硫黄比電気容量を示した。

（実施例５）
以下の実施例において、上記充填材物質が炭素多孔性および表面領域を保護する能力を研究した。

多孔性ＸＥ２炭素を、（１）ヘキサン中にＥＰＭＮを含むスラリー（例えば、充填材物質なし）または（２）炭酸水素アンモニウム充填材物質、およびヘキサン中のＥＰＭＮを含むスラリーのいずれかを使用して、実施例２に記載されるようにコーティングした。上記コーティングしたＸＥ２炭素を、室温において乾燥させ、次いで、７０℃へと加熱して、上記溶媒および充填材物質を除去し、炭素 対 結合材の重量比が３：１のコーティングされたＸＥ２炭素を生成した。

ＢＥＴ表面積測定を、上記乾燥ＸＥ２炭素サンプルに対して行った。結合材の非存在下で、ヘキサンで処理したＸＥ２炭素サンプルは、９７７ｍ^２／ｇの表面積を有した一方で、上記結合材溶液で処理した保護されていないＸＥ２炭素サンプルは、９６ｍ^２／ｇの低下した表面性を示す。上記結合材溶液で処理したＸＥ２−ＮＨ_４ＨＣＯ_３複合材物質は、３１９ｍ^２／ｇの表面積を保持した。

これらの測定値は、上記充填材物質が、上記ＸＥ２炭素サンプルの孔の保護物質として作用することを示した。

（実施例６）
２つの電気化学的セルＡおよびＢを、実施例３に記載される方法を使用して調製した。セルＡは、放電電流密度０．５ｍＡ／ｃｍ^２および充電電流密度０．５ｍＡ／ｃｍ^２においてサイクルさせた。セルＢについては、放電電流密度０．５ｍＡ／ｃｍ^２および充電電流密度０．５ｍＡ／ｃｍ^２を最初の５サイクルにわたって適用した。セルＢの以下の３サイクルについては、放電電流密度１．０ｍＡ／ｃｍ^２および充電電流密度０．５ｍＡ／ｃｍ^２を適用した。

図６は、セルＡおよびセルＢのサイクル数の関数として、上記比電気容量を示す。セルＡは、１１６０〜１２６０ｍＡｈ／ｇの比電気容量、または最初の８サイクルについては、６９〜７５％の硫黄利用を与えた。セルＢは、９４０ｍＡｈ／ｇの比電気容量、または放電電流密度１．０ｍＡ／ｃｍ^２において５６％の硫黄利用を与えた。

（実施例７）
以下の実施例において、いくつかの電気化学的セルを、本明細書で記載されるように、多孔性基材および可溶性結合材物質上に存在する液体充填材物質で調製したカソードを用いて調製した。これら電気化学的セルを、次いで、多孔性基材および可溶性結合材物質を有するが、上記多孔性基材上に適用された液体充填材物質を有さないカソードを使用して調製した実質的に類似のセルと比較した。これら電気化学的セルの比電気容量を、いくつかの放電電流において比較した。この実施例において使用した液体充填材はオクタンであり、充填材を、上記の技術に類似の飽和方法を使用して、上記多孔性基材に適用した。

１３０ｇのＶｕｌｃａｎ炭素粉末を、金属シーブに入れた。上記シーブメッシュは、上記シーブを通して物質の損失なく、上記炭素粉末を維持するのに十分小さい。次いで、このシーブを、ガラスデシケーター中に入れ、数ｇの乾燥剤物質の上につるした。次いで、上記容器を、通常の機械式粗ポンプ（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｒｏｕｇｈｉｎｇ ｐｕｍｐ）によって脱気した；上記容器を、数分間、この方法によってガスをパージした、上記炭素粉末を、脱気した容器中に一晩（約１６時間）静置させた。次いで、上記デシケーターを乾燥雰囲気中で開け、上記炭素を含むシーブを取り出した。上記乾燥剤を、室温において７０ｇのオクタンと交換し、マグネチックスターラーバーを、上記容器の底に入れた。上記シーブ中の炭素を、上記デシケーター中に入れ替え、上記容器を、数分間機械式粗ポンプを使用して、再び脱気した。いったん上記容器を脱気したら、これを、磁性式攪拌／加熱プレート上に置き、上記オクタンを、もっとも遅い設定で攪拌した。次いで、上記炭素を静置して、上記オクタンを２日間にわたって雰囲気から吸収させた。３日目に、上記攪拌／加熱プレートにおける加熱要素をオンにして、上記容器の温度を８０℃に上昇させて、蒸気からのオクタン吸収の速度を増大させた。いったん上記デシケーターの底の目に見える液体がなくなったら、上記炭素を取り出し、上記カソードスラリーを調製するために適切に使用した。

上記オクタン充填炭素を、４７．５重量％ 水を含む２１５６．３ｇの溶媒、３４．４ｇのＰＶＯＨ、および１７８．８ｇの硫黄の溶液と混合し、これを、２５分間にわたってミルした。いったん上記炭素がこの溶液と混合されたら、それらを、さらに５分間にわたって一緒にミルして、１３．７５％ 固体スラリーを作った。このスラリーを、大気圧スロットダイコーター（ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｓｌｏｔ ｄｉｅ ｃｏａｔｅｒ）を使用して基材上にコーティングし、次いで、ＩＲオーブンを使用して約１００℃において約３分間にわたって乾燥させた。上記得られた乾燥カソードは、５２重量％ 硫黄、３８重量％ Ｖｕｌｃａｎ炭素および１０重量％ ＰＶＯＨを含んでいた。上記カソードの負荷は、１．８５ｍｇ／ｃｍ^２であった。コントロールカソードを、スラリーとしてＶｕｌｃａｎ炭素を使用してこれらを材料供給器から受け取った以外は、上記のように調製した。上記コントロールカソードのために調製したスラリーに、上記のように同じミル手順、混合手順、およびコーティング手順のすべてを行った。

上記の両方のカソードを使用し、３ミル Ｌｉ箔を向かい合わせ、９μｍ Ｔｏｎｅｎセパレーターを使用して、電気化学的セルを製造した。いくつかの電気化学的セルを、液体充填材で調製し、いくつかを、液体充填材なしで調製した。いくつかの実験を行い、ここで種々の電気化学的セルを、変動する条件の電解質を使用して調製した。セルを、異なる特定の条件において、制限されかつ種々の量のＬｉイミド、ＬｉＮＯ_３、硝酸グアニジン、および硝酸ピリジンとともに、主に１，３ ジオキソラン（ＤＯＬ）およびジメトキシエタン（ＤＭＥ）を含む７．６ｇの電解質溶液で各々満たした。類似の組成の３０個の電気化学的セルを、以下の表に示されるように、６群で試験した。５個のセルの各群を、放電電流が５００ｍＡ、２．２Ａ、もしくは４．４Ａのいずれか、２．５Ｖから１．７Ｖへ、続いて、３１５ｍＡにおいて２．５Ｖへの充電でサイクルさせた。

図７は、液体充填材としてオクタンを使用して調製されたセルのサイクル数の関数としての、（ａ）５００ｍＡ（群１）、（ｂ）２．２Ａ（群２）、および（ｃ）４．４Ａ（群３）の放電電流において、ならびに液体充填材としてのオクタンなしで調製されたセルの群については、（ｄ）５００ｍＡ（群４）、（ｅ）２．２Ａ（群５）、および（ｆ）４．４Ａ（群６）の放電電流での、平均比電気容量のプロットを示す。上記多孔性基材に適用された液体充填材系を使用して調製されたカソードで製造したセルは、放電電流がそれぞれ、５００ｍＡ、２．２Ａおよび４．４Ａで、１０回目の放電において、１０８７ｍＡｈ／ｇ_硫黄比電気容量、１００５ｍＡｈ／ｇ_硫黄比電気容量、および９２０ｍＡｈ／ｇ_硫黄比電気容量を有した。上記多孔性基材に適用された液体充填材系なしで調製されたカソードから製造したセルは、放電電流がそれぞれ、５００ｍＡ、２．２Ａおよび４．４Ａで、１０回目の放電において、１０８９ｍＡｈ／ｇ_硫黄 比電気容量、９２９ｍＡｈ／ｇ_硫黄 比電気容量、および７１７ｍＡｈ／ｇ_硫黄 比電気容量を有した。図７に示されるように、液体充填材としてオクタンを使用して調製されたセルは、液体充填材なしで調製された本質的に同じセルと比較して、高い放電電流において改善された性能を示した。

Claims (18)

1. 電極を形成するための方法であって、該方法は、
   多孔性物質の表面上および／または孔内に充填材物質を形成する工程であって、ここで該多孔性物質は、多孔性炭素を含む、工程；
   該多孔性物質の該表面上および／または該孔内に該充填材物質を形成した後に、該多孔性物質の少なくとも一部分の上に電極物質を形成する工程であって、ここで該電極物質は、活性電極種および結合材物質を含む、工程；ならびに
   該充填材物質を、該多孔性物質から除去し、それによって、該電極を形成する工程、
   を包含する、方法。
2. 前記結合材物質および前記活性電極種は、該結合材物質、該活性電極種、および流体キャリアを含む混合物からの前記多孔性物質に適用され、該結合材物質は、該流体キャリア中に少なくとも部分的に可溶性である、請求項１に記載の方法。
3. 前記充填材物質は、親水性物質であり、前記結合材物質は、疎水性溶媒に可溶性である、請求項１に記載の方法。
4. 前記充填材物質は、疎水性物質であり、前記結合材物質は、親水性溶媒に可溶性である、請求項１に記載の方法。
5. 前記結合材物質は、該結合材物質が実質的に可溶性である溶媒中に提供される、請求項１に記載の方法。
6. 前記除去する工程は、前記多孔性物質を加熱する工程を包含する、請求項１に記載の方法。
7. 前記充填材物質を形成する前に、前記多孔性物質の少なくとも一部の上にポリマー物質を形成する工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
8. 前記ポリマー物質は、ポリ（エチレングリコール）コーティングである、請求項７に記載の方法。
9. 前記充填材物質は固体である、請求項１に記載の方法。
10. 前記充填材物質は、液体である、請求項１に記載の方法。
11. 前記充填材物質は、オクタン、炭酸アンモニウム、もしくは炭酸水素アンモニウムである、請求項１に記載の方法。
12. 前記結合材物質は、ポリマー物質である、請求項１に記載の方法。
13. 前記結合材物質は、ポリ（エチレン−ｃｏ−プロピレン−ｃｏ−５−メチレン−２−ノルボルネン）（ＥＰＭＮ）である、請求項１に記載の方法。
14. 前記活性電極種は、硫黄である、請求項１に記載の方法。
15. 前記電極は、少なくとも１．５ｍｇ／ｃｍ^２の硫黄負荷を有する、請求項１４に記載の方法。
16. 前記電極は、少なくとも２．５ｍｇ／ｃｍ^２の硫黄負荷を有する、請求項１４に記載の方法。
17. 前記電極は、少なくとも５．０ｍｇ／ｃｍ^２の硫黄負荷を有する、請求項１４に記載の方法。
18. 電極を形成するための方法であって、該方法は、
    多孔性炭素を含む多孔性物質と、充填材物質を含む充填材溶液とを、該充填材物質が該多孔性物質の表面上および／または孔内にコーティングを形成するように接触させ、第１のコーティングされた多孔性物質を生成する工程；
    該第１のコーティングされた多孔性物質と、活性電極種および結合材物質を含む電極物質とを、該電極物質が、該多孔性物質の少なくとも一部分の上にコーティングを形成するように接触させ、第２のコーティングされた多孔性物質を生成する工程；ならびに
    該充填材物質の少なくともいくらかを、該第２のコーティングされた多孔性物質から除去し、それによって、該電極を形成する工程、
    を包含する、方法。