JP2020514208A - リチウムイオン電池および他の用途のための電気活性物質 - Google Patents

リチウムイオン電池および他の用途のための電気活性物質 Download PDF

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Abstract

本発明は、概して、電池および他の用途のための物質に関する。例えば、ある特定の実施形態は、例えばリチウムイオン電池における使用のための正電気活性物質に関する。一部の実施形態では、物質は、式ＬｉａＭｂ［ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ］１−ｂＯ２を有してもよく、式中、１．００≦ａ＜１．０１、０＜ｂ≦０．０８、０．３４＜ｘ≦０．５８、０．２１≦ｙ≦０．３８、および０．２１≦ｚ≦０．３８である。一部の場合において、物質は、４．０から７．８マイクロメートルの範囲のＤ５０、２．００から２．４０ｇ／ｃｍ３のタップ密度、および／または（０．１Ｃで得られる容量に対して）３０Ｃの電流レートで７４．０％から８０．３％の範囲の放電容量を有し得る。様々な物質および配合物を調製または使用するための方法、ならびにその物質を含有する電気化学セルもまた、様々な実施形態において説明される。

Description

関連出願
本出願は、２０１６年１２月１６日に出願された、発明の名称「Electroactive Materials for Lithium-Ion Batteries and Other Applications」の米国仮特許出願第62/435,669号の利益を主張し、この出願は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
分野
本発明は、概して、例えばリチウムイオン電池等の電池、および他の用途のための物質に関する。
背景
現在、世界のエネルギーの大半は、再生不能なエネルギー源により供給されている。これによって地球の持続可能性は不安定な状況となり、石油の供給の変動および温室効果ガス放出による地球温暖化の影響を受けやすくなっている。世界のエネルギー消費は今後５０年以内に２倍となることが予測される一方で、全石油生産量はまもなく頭打ちとなると予測される。したがって、エネルギー供給不足が差し迫った状況となり得る。我々の環境を保護するとともに化石燃料への依存を低減するのに役立つ、再生可能エネルギーの生成および貯蔵における打開策が、至急必要とされている。米国では、全石油消費の７１％が輸送産業に起因している。したがって、電気自動車用のエネルギー生成および貯蔵技術を開発するための取り組みが、かつてないほど行われている。現在、電気自動車の商業化に対する最も大きな障害は、自動車に使用される電池の制約であり、これによって消費者市場において競合するのに十分な範囲または利便性が提供されていない。したがって、電気自動車におけるエネルギー貯蔵の最も一般的な形態であるリチウムイオン電池（ＬＩＢ）における技術的向上が、輸送の電化の強い要求を満たすために至急必要とされている。
リチウムイオン電池系の特質、例えばそのエネルギー密度、安全性、コスト等は、大きな改善を必要としている。リチウムイオン電池は、通常、負電気活性物質、正電気活性物質、電解質、およびセパレータで構成されている。現在の技術において、リチウムイオン電池の作動電圧、容量、および出力特性（rate capability）は、主に、正電気活性物質の限定された容量および熱力学によって決定付けられる。これに起因して、特に電気自動車用途におけるより良好な正電気活性物質の開発が望ましい。
現在、リチウムコバルト酸化物（ＬＣＯ）、リン酸鉄リチウム（ＬＦＰ）、リチウムマンガン酸化物（ＬＭＯ）およびリチウムニッケルマンガンコバルト酸化物（ＮＭＣ）の少なくとも４つの主要な種類の正電気活性物質が、リチウムイオン電池において使用されている。それぞれの物質が、ある特定の用途においては有用となり、ある特定の用途には不適切となる特質を有する。例えば、ＬＣＯ正電気活性物質は、市販の電子機器において広く使用されているが、コバルトは、電気自動車等の大規模用途において使用するには極めて高価である。ＬＦＰ正電気活性物質は、安全であり、高いサイクル寿命を提供するが、エネルギー密度が最も低い。ＬＭＯ電気活性物質は、高い熱安定性を提供するが、比較的低い容量を有し、マンガン溶解の問題がある。ＮＭＣ正電気活性物質は、そのバランスの取れたエネルギー密度、サイクル寿命、およびコストに起因して、電気自動車エネルギー貯蔵の最良の候補であると考えられている。
しかしながら、今日のＮＭＣ正電気活性物質のレート容量は、特に高出力用途、例えば比較的高い充電／放電スピードを必要とする用途における電気自動車での使用には不十分である。したがって、そのような物質における改善が必要である。
要旨
本発明は、概して、電池および他の用途のための物質に関する。ある特定の態様では、このような物質は、リチウムイオン電池または他の用途において使用され得る。本発明の主題は、一部の場合において、相互に関連した生成物、特定の問題に対する代替の解決策、ならびに／または１つもしくは１つより多くの系および／もしくは物品の複数の異なる使用を含む。
一態様では、本発明は、例えばリチウムイオン電池系における高出力正電気活性物質として使用され得る、ニッケル／マンガン／コバルトベースリチウム金属複合酸化物に関する。また、本発明は、一部の態様では、そのような物質調製するための方法、またはそのような物質を含むリチウムイオン電気化学セルもしくは電池に関する。
さらなる別の態様では、本発明は、概して組成物に関する。１組の実施形態によれば、組成物は、式ＬｉａＭｂ［ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ］１−ｂＯ２を有する物質を含み、式中、Ｍは、Ｓｍ、Ｌａ、およびＺｎのうちの１つまたは１つより多くを含み、ａは、１．００から１．０１（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｂは、０から０．０８（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｘは、０．３４から０．５８（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｙは、０．２１から０．３８（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｚは、０．２１から０．３８（これらの数値を含む）の範囲の数値である。一部の場合において、物質は、４マイクロメートルから７．８マイクロメートルの間の平均Ｄ５０粒子サイズ、および／または２．００から２．４０ｇ／ｃｍ３の間のタップ密度を有する。
別の組の実施形態では、組成物は、式Ｌｉａ［ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ］Ｏ２を有する物質を含み、式中、ａは、１．００から１．０１（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｘは、０．３３から０．５８（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｙは、０．２１から０．３８（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｚは、０．２１から０．３８（これらの数値を含む）の範囲の数値である。一部の場合において、物質は、４マイクロメートルから７．８マイクロメートルの間の平均Ｄ５０粒子サイズ、および／または２．００から２．４０ｇ／ｃｍ３の間のタップ密度を有する。
さらに別の組の実施形態によれば、組成物は、式Ｌｉａ［ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ］Ｏ２を有する物質を含み、式中、ａは、１．００から１．０１（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｘは、０．３３から０．５８（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｙは、０．２１から０．３８（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｚは、０．２１から０．３８（これらの数値を含む）の範囲の数値である。一部の場合において、物質は、ニッケル塩、マンガン塩、およびコバルト塩を溶媒に溶解するステップと；少なくとも１０のｐＨで塩を水酸化物と反応させて、金属前駆体を生成するステップと；金属前駆体をリチウム含有塩と混合して、リチウム−金属前駆体混合物を形成するステップと；リチウム−金属前駆体混合物をか焼するステップとを含むプロセスにより形成される。
さらに別の態様では、本発明は、概して電気化学セルに関する。ある特定の実施形態では、電気化学セルは、式ＬｉａＭｂ［ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ］１−ｂＯ２を有する物質を含む正電気活性物質を含み、式中、Ｍは、Ｓｍ、Ｌａ、およびＺｎのうちの１つまたは１つより多くを含み、ａは、１．００から１．０１（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｂは、０から０．０８（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｘは、０．３４から０．５８（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｙは、０．２１から０．３８（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｚは、０．２１から０．３８（これらの数値を含む）の範囲の数値である。セルはまた、負電気活性物質と、正電気活性物質と負電気活性物質とを分離するセパレータとを含んでもよい。ある特定の実施形態では、電気化学セルは、０．１Ｃで少なくとも１７０ｍＡｈ／ｇの容量、および／または３０Ｃで少なくとも１３０ｍＡｈ／ｇの容量を示す。
１組の実施形態では、電気化学セルは、式Ｌｉａ［ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ］Ｏ２を有する物質を含む正電気活性物質を含み、式中、ａは、１．００から１．０１（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｘは、０．３３から０．５８（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｙは、０．２１から０．３８（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｚは、０．２１から０．３８（これらの数値を含む）の範囲の数値である。セルはまた、負電気活性物質と、正電気活性物質と負電気活性物質とを分離するセパレータとを含んでもよい。一部の場合において、電気化学セルは、０．１Ｃで少なくとも１７０ｍＡｈ／ｇの容量、および／または３０Ｃで少なくとも１４０ｍＡｈ／ｇの容量を示す。
本発明の別の組の実施形態は、本明細書に記載のような正電気活性物質を含む正電極、リチウムインターカレーション負電気活性物質、好適な非水性電解質、および負電気活性物質と正電気活性物質との間のセパレータで構成される、リチウムイオン電気化学セルを提供する。
さらに、ある特定の態様では、本主題は、より高い出力密度をもたらす高電流レートでのより高い容量をもたらし得る、有利に小さい粒子サイズを有するリチウムニッケルマンガンコバルト酸化物化合物である正電気活性物質を含む。
１組の実施形態では、正電気活性物質は、リチウム（Ｌｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、およびコバルト（Ｃｏ）を含む電気活性組成物を有してもよい。組成物は、Ｌｉａ［ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ］Ｏ２の式を有してもよく、式中、ａは、ほぼ１．００から１．０１の間の第１の範囲内の数値であり、ｘは、ほぼ０．３４から０．５８の間の第２の範囲内の数値であり、ｙは、ほぼ０．２１から０．３８の間の第３の範囲内の数値であり、ｚは、ほぼ０．２１から０．３８の間の第４の範囲内の数値である。
別の組の実施形態では、正電気活性物質は、リチウム（Ｌｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、およびコバルト（Ｃｏ）を含む電気活性組成物を有してもよい。正電気活性物質は、サマリウム（Ｓｍ）、ランタン（Ｌａ）、亜鉛（Ｚｎ）またはそれらの組合せから選択される元素Ｍをさらに含んでもよい。一部の実施形態では、組成物は、ＬｉａＭｂ［ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ］１−ｂＯ２の式を有してもよく、式中、ａは、ほぼ１．００から１．０１の間の第１の範囲内の数値であり、ｂは、ほぼ０から０．０８の間の第２の範囲内の数値であり、ｘは、ほぼ０．３４から０．５８の間の第３の範囲内の数値であり、ｙは、ほぼ０．２１から０．３８の間の第４の範囲内の数値であり、ｚは、ほぼ０．２１から０．３８の間の第５の範囲内の数値である。
ある特定の実施形態では、正電気活性物質は、約４．０マイクロメートル（μｍ）から約７．８マイクロメートル（μｍ）の粒子サイズ（Ｄ５０）を有する。
ある特定の実施形態では、正電気活性物質は、２．００から２．４０ｇ／ｃｍ３のタップ密度を有する。
ある特定の実施形態では、正電気活性物質は、（０．１Ｃで得られた容量に対して）３０Ｃの電流レートで７４．０％から８０．３％の範囲の放電容量を示した。
一部の実施形態では、正電気活性物質は、高出力リチウムイオン電池または他の用途における使用のための優れた出力特性を提供する。
本明細書に記載の物質またはセルのいずれかを含むそのような電気活性物質または電気化学セルを作製または使用する方法もまた、様々な実施形態において企図される。
さらに、１組の実施形態では、本発明は、概して、正電気活性物質と、負電気活性物質と、正電気活性物質と負電気活性物質とを分離するセパレータとを含む電気化学セルを、０．１Ｃ以下のレートで放電させるステップを含む方法に関する。一部の場合において、電気化学セルは、少なくとも１７０ｍＡｈ／ｇの容量を示す。ある特定の実施形態では、正電気活性物質は、式Ｌｉａ［ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ］Ｏ２を有する物質を含み、式中、ａは、１．００から１．０１（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｘは、０．３３から０．５８（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｙは、０．２１から０．３８（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｚは、０．２１から０．３８（これらの数値を含む）の範囲の数値である。
別の組の実施形態は、概して、正電気活性物質と、負電気活性物質と、正電気活性物質と負電気活性物質とを分離するセパレータとを含む電気化学セルを、少なくとも３０Ｃのレートで放電させることに関する。一部の場合において、電気化学セルは、少なくとも１４０ｍＡｈ／ｇの容量を示す。一実施形態では、正電気活性物質は、式Ｌｉａ［ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ］Ｏ２を有する物質を含み、式中、ａは、１．００から１．０１（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｘは、０．３３から０．５８（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｙは、０．２１から０．３８（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｚは、０．２１から０．３８（これらの数値を含む）の範囲の数値である。
さらに、１組の実施形態は、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物正電気活性物質の合成的調製法に関する。一部の実施形態では、方法は、（ｉ）ニッケル、マンガンおよびコバルトで構成される金属前駆体を調製するステップと；（ｉｉ）金属前駆体をリチウム含有塩と混合して、リチウム−金属前駆体混合物を形成するステップと；（ｉｉｉ）リチウム−金属前駆体混合物をか焼することにより正電気活性物質を得るステップとを含む。混合物は、空気雰囲気下で、約８２０℃から約９６０℃の範囲内の温度でか焼され得る。合成法は、単純で拡張可能である。
ある特定の実施形態では、ニッケル、マンガン、およびコバルトを含む金属前駆体は、蒸留水、メタノール、エタノール、またはそれらの混合物等の溶媒中に溶解したニッケル、マンガン、およびコバルトの塩を含む溶液の沈殿により得ることができる。
ある特定の実施形態では、ニッケル、マンガンおよびコバルトを含む金属前駆体は、（ｉ）蒸留水、メタノール、エタノール、またはそれらの混合物等の溶媒に、ニッケル、マンガン、およびコバルト塩を溶解するステップと；（ｉｉ）窒素雰囲気下で反応器内に溶液をポンピングしながら、別個に、所望量の水酸化ナトリウムおよび水酸化アンモニアを同時に反応器内にポンピングするステップと；（ｉｉｉ）ｐＨを約１０．８から約１２．０の範囲内に、および温度を約５５℃から約８５℃の範囲内に維持するステップと；（ｉｖ）溶液から金属前駆体を沈殿させるステップとを含む方法により調製され得る。
１組の実施形態では、本発明は、概して、ニッケル塩、マンガン塩、およびコバルト塩を溶媒に溶解するステップと；少なくとも１０のｐＨで塩を水酸化物と反応させて、金属前駆体を生成するステップと；金属前駆体をリチウム含有塩と混合して、リチウム−金属前駆体混合物を形成するステップと；リチウム−金属前駆体混合物をか焼するステップとを含む方法に関する。
別の態様では、本発明は、本明細書に記載の実施形態の１つまたは１つより多く、例えばリチウムイオン電池用の物質を作製する方法を包含する。さらに別の態様では、本発明は、本明細書に記載の実施形態の１つまたは１つより多く、例えばリチウムイオン電池用の物質を使用する方法を包含する。本発明のさらに他の態様は、以下でより詳細に説明される。
さらに、本発明の他の利点および新規な特徴は、付随する図面と併せて考慮すれば、以下の本発明の様々な限定されない実施形態の詳細な説明から明らかとなる。
付随する図面を参照しながら、本発明の限定されない実施形態を例として説明するが、図面は概略であり、縮尺通りに描かれることを意図しない。図中、示されるそれぞれの同一またはほぼ同一の構成要素は、典型的には単一の番号で表される。明確性を目的として、当業者が本発明を理解できるように、全ての図面において全ての構成要素が標示されているわけではなく、また図示が不要である場合、本発明の各実施形態の全ての構成要素が示されているわけではない。
図１Ａおよび１Ｂは、本発明のある特定の実施形態のＮＭＣ物質の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。
図２は、本発明の別の実施形態での、０．１Ｃ充電−放電レートでの高出力ＮＭＣ物質の電圧対容量の例示的プロットである。
図３は、本発明のさらに別の実施形態による、＋２．８から＋４．４５Ｖ対Ｌｉ＋／Ｌｉの間の電圧における、室温での高出力ＮＭＣおよび市販のＮＭＣ物質の放電容量対電流レートを示す図である。
詳細な説明
本発明は、概して、電池および他の用途のための物質に関する。例えば、ある特定の実施形態は、例えばリチウムイオン電池における使用のための、正電気活性物質に関する。一部の実施形態では、物質は、式ＬｉａＭｂ［ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ］１−ｂＯ２を有してもよく、式中、１．００≦ａ≦１．０１、０≦ｂ≦０．０８、０．３４≦ｘ≦０．５８、０．２１≦ｙ≦０．３８、および０．２１≦ｚ≦０．３８である。一部の場合において、物質は、４．０から７．８マイクロメートルの範囲のＤ５０、２．００から２．４０ｇ／ｃｍ３のタップ密度、および／または（０．１Ｃで得られる容量に対して）３０Ｃの電流レートで７４．０％から８０．３％の範囲の放電容量を有し得る。様々な物質および配合物を調製または使用するための方法、ならびにその物質を含有する電気化学セルもまた、様々な実施形態において説明される。一部の場合において、物質は、比較的小さい粒子サイズから形成されてもよく、これは性能の改善をもたらし得る。さらに、一部の場合において、そのような物質は、大きな性能損失なしに高レート充電および放電に繰り返し耐えることが可能となり得る。
本発明の一部の態様は、概して、正電気活性物質に関する。一部の場合において、以下でより詳細に論じられるように、そのような物質は、（例えば、２０Ｃまたは３０Ｃ電流レートでの）高速放電および充電の要求を満たす優れた出力特性を示すことができる。１組の実施形態では、例えば、電極物質は、比較的小さい平均粒子サイズを有してもよく、これは、急速なリチウムイオンインターカレーションを、ならびに急速な充電および放電を促進し得る。
いかなる理論にも束縛されることを望まないが、より小さい粒子サイズにより提供される高電気化学的表面および短いイオン拡散距離が、効率的な表面反応および急速なイオン抽出／挿入に寄与し得、次いで得られる電極物質に高い放電出力特性を付与し得ると考えられる。一般に、そのような高いＣレートで容量を保持する物質は他に存在しないと考えられる。さらに、そのような物質は、より小さい粒子サイズにより提供される高電気化学的表面および／または短いイオン拡散距離のために、優れた出力特性を提供し得ると考えられる。これは、効率的な表面反応、および／または急速なイオン抽出／挿入に寄与し得る。したがって、本発明のある特定の実施形態は、概して、（これらに限定されないが）特にある特定の高出力用途におけるリチウムイオン電池を含む様々な用途における使用のための、優れた出力特性を有する高性能リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物正電気活性物質に関する。
本発明のある特定の実施形態は、概して、正電気活性物質、特にＮＭＣ（ニッケルマンガンコバルト酸化物）物質に関する。ＮＭＣ正電気活性物質は、様々な基準にわたるそのバランスの取れた性能に起因して、電気自動車等の様々な用途に有利である。現在、電気自動車および他の高出力用途の増加する要求に対応するために利用可能な正電気活性物質はない。そのような用途には、優れた出力特性を有する高出力正電気活性物質が望ましい。
したがって、本発明のある特定の実施形態は、概してＮＭＣ物質に関する。一部の場合において、本明細書で論じられるように、そのようなＮＭＣ物質は、比較的高い電気化学的表面積および／または短いイオン拡散距離を有することができ、これは効率的な表面反応および／または急速イオン抽出／挿入に寄与し得る。したがって、本明細書で論じられるように、本発明のある特定の実施形態は、概して、得られる電極物質に高い放電出力特性を付与し得るＮＭＣ物質に関する。
本発明の１つの態様は、概して、ある特定の型のＮＭＣまたはニッケルマンガンコバルト酸化物物質に関する。そのようなニッケルマンガンコバルト酸化物物質はそれぞれ、それらの構造内に存在する様々な量の範囲のニッケル、マンガン、およびコバルトのそれぞれを有し、それらは固定された整数比で存在する必要はないことが理解されるべきである。例えば、１組の実施形態では、正電気活性物質は、式Ｌｉａ［ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ］Ｏ２を有してもよく、式中、１．００≦ａ≦１．０１、０．３４≦ｘ≦０．５８、０．２１≦ｙ≦０．３８、および０．２１≦ｚ≦０．３８（これらは全て、それ未満またはそれに等しい）であり；すなわち、ａは、１．００から１．０１未満の範囲の数値であり；ｘは、０．３４から０．５８の範囲の数値であり；ｙは、０．２１から０．３８の範囲の数値であり、ｚは、０．２１から０．３８の範囲の数値である。
別の組の実施形態では、正電気活性物質は、式ＬｉａＭｂ［ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ］１−ｂＯ２を有してもよく、式中、１．００≦ａ≦１．０１、０≦ｂ≦０．０８、０．３４≦ｘ≦０．５８、０．２１≦ｙ≦０．３８、および０．２１≦ｚ≦０．３８（これらは全て、それ未満またはそれに等しい）であり；すなわち、ａは、１．００から１．０１未満の範囲の数値であり；ｂは、０から０．０８未満の範囲の数値であり；ｘは、０．３４から０．５８の範囲の数値であり；ｙは、０．２１から０．３８の範囲の数値であり、ｚは、０．２１から０．３８の範囲の数値である。
そのような正電気活性物質の限定されない例は、Ｌｉａ［ＮｉｘＭｎｙＣｏ１−ｘ−ｙ］Ｏ２を含む。いくつかの例は、ａ＝１．０１、ｘ＝０．３４、ｙ＝０．３３、ｚ＝０．３３；ａ＝１．００、ｘ＝０．５８、ｙ＝０．２１、ｚ＝０．２１；ａ＝１．００、ｘ＝０．４１、ｙ＝０．３８、ｚ＝０．２１；ａ＝１．０１、ｘ＝０．４９、ｙ＝０．２６、ｚ＝０．２５を含む。別の例は、ＬｉａＭｂ［ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ］１−ｂＯ２である。いくつかの具体例は、ａ＝１．０１、ｂ＝０、ｘ＝０．３４、ｙ＝０．３３、ｚ＝０．３３；ａ＝１．００、ｘ＝０．５８、ｂ＝０．０４、ｙ＝０．２１、ｚ＝０．２１；ａ＝１．００、ｂ＝０、ｘ＝０．４１、ｙ＝０．３８、ｚ＝０．２１；ａ＝１．０１、ｂ＝０、ｘ＝０．４９、ｙ＝０．２６、ｚ＝０．２５を含む。さらに他の例は、以下で詳細に論じられる。
一部の場合において、物質は、リチウムを含んでもよく、すなわち、物質は、リチウムＮＭＣ物質である。しかしながら、ある特定の場合において、例えばリチウムに加えて、および／またはその代わりに、他のアルカリ金属イオン、例えばナトリウムもまた存在してもよい。一部の場合において、ＮＭＣ組成物中の少なくとも５０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、または少なくとも９９％（モルによる）のアルカリ金属イオンが、リチウムである。
物質はまた、様々な量のニッケル、マンガン、およびコバルトを含有してもよい。これらは、例えば式ＮｉｘＭｎｙＣｏｚにおいて、互いに独立して変動してもよい。一部の場合において、ｘ、ｙ、およびｚの合計は１であり、すなわち、ＮＭＣ組成物中にこれらの３種を除く（アルカリ金属イオン以外の）他のイオンは存在しない。したがって、ｚは、（１−ｘ−ｙ）に等しくてもよい。しかしながら、他の場合において、ｘ、ｙ、およびｚの合計は、実際には１より小さくてもよく、または１より大きくてもよく、例えば、０．８から１．２、０．９から１．１、０．９５から１．０５、または０．９８から１．０２であってもよい。したがって、物質は、オーバードープもしくはアンダードープであってもよく、ならびに／または、ニッケル、マンガン、およびコバルトに加えて存在する他のイオンを含有してもよい。
１組の実施形態では、存在するニッケルの量（すなわち、ｘ）は、少なくとも０．３４、少なくとも０．３５、少なくとも０．４、少なくとも０．４５、少なくとも０．５、または少なくとも０．５５であってもよい。一部の場合において、ｘは、独立して、０．６以下、０．５８以下、０．５５以下、０．５以下、０．４５以下、０．４以下、０．３５以下、または０．３４以下であってもよい。様々な実施形態において、これらのいずれかの組合せもまた可能であり、例えば、ｘは０．３４から０．５８の間（これらの値は全て包含される）の範囲であってもよい。
ある特定の実施形態によれば、存在するマンガンの量（すなわち、ｙ）は、少なくとも０．２、少なくとも０．２１、少なくとも０．２５、少なくとも０．３、または少なくとも０．３５であってもよい。一部の実施形態では、ｙは、０．３８以下、０．３５以下、０．３以下、または０．２５以下であってもよい。様々な実施形態において、これらのいずれかの組合せもまた可能であり、例えば、ｙは、０．２１から０．３８の間（これらの値は全て包含される）の範囲であってもよい。
同様に、ある特定の実施形態では、存在するコバルトの量（すなわち、ｚ）は、少なくとも０．２、少なくとも０．２１、少なくとも０．２５、少なくとも０．３、または少なくとも０．３５であってもよい。一部の実施形態では、ｚは、０．３８以下、０．３５以下、０．３以下、または０．２５以下であってもよい。様々な実施形態において、これらのいずれかの組合せもまた可能であり、例えば、ｚは、０．２１から０．３８の間（これらの値は全て包含される）の範囲であってもよい。
１組の実施形態では、物質は、サマリウム（Ｓｍ）、ランタン（Ｌａ）、および／または亜鉛（Ｚｎ）のいずれか１つ、２つまたは３つ等の元素を含有してもよい。しかしながら、これらは、全ての実施形態において存在しなくてもよい。いかなる理論にも束縛されることを望まないが、そのような元素は、例えば式ＬｉａＭｂ［ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ］１−ｂＯ２の場合のように、結晶構造内のＮＭＣのいくつかに置き換わるように機能し得、これにより結晶構造の安定性、および高電流出力特性が改善され得ると考えられる。例えば、そのような構造において、ｂは、０であってもよく（Ｓｍ、Ｌａ、もしくはＺｎが存在しないことを示す）、または、ｂは、少なくとも０．０１、少なくとも０．０２、少なくとも０．０３、少なくとも０．０４、少なくとも０．０５、少なくとも０．０６、もしくは少なくとも０．０７であってもよい。さらに、ｂは、一部の実施形態では、０．０８以下、０．０７以下、０．０６以下、０．０５以下、０．０４以下、０．０３以下、０．０２以下、または０．０１以下であってもよい。ある特定の実施形態では、これらのいずれかの組合せもまた可能であり、例えば、ｂは、０から０．０８の間、０．０１から０．０４の間、０．０３から０．０７の間等（これらの値は全て包含される）であってもよい。
上述のように、一部の場合において、Ｓｍ、Ｌａ、およびＺｎの１つより多くが存在してもよい。そのような場合、それらは等モル濃度で存在してもよく、または、それらは異なる濃度で存在してもよい。例えば、Ｍｂは、ＳｍｉＬａｊＺｎｋを表してもよく、式中、ｉ、ｊ、およびｋの合計はｂである。しかしながら、ｉ、ｊ、およびｋは、独立して、同じまたは互いに異なってもよい。一部の場合において、ｉ、ｊ、およびｋの１つまたは１つより多くが０であり、すなわち、Ｓｍ、Ｌａ、およびＺｎのうちの１つまたは１つより多くが存在しない。ｉ、ｊ、およびｋのそれぞれは、独立して、例えばｉ、ｊ、およびｋの合計がｂであるように、ｂに関して上述された範囲内であってもよい。
一態様では、そのような物質は、例えば本明細書において論じられるもの等の方法を使用して、粒子として形成され得る。いかなる理論にも束縛されることを望まないが、そのような小さな粒子は、特にそのようなタップ密度では、以前は達成可能ではなかったと考えられる。ほとんどの場合において、ＮＭＣ物質は、以前は、それらの粒子サイズまたはサイズ分布を考慮せずに、電気活性物質に形成された。しかしながら、本明細書において論じられるように、ＮＭＣ粒子を形成するためのプロセスの制御、例えばｐＨまたは反応温度の制御は、例えば成長速度を制御すること等によって、本明細書に記載の特質を有する粒子の創出を促進することができる。したがって、１組の実施形態は、概して、粒子として形成された電気活性物質に関する。物質は、本明細書に記載のようなリチウムＮＭＣ物質等のＮＭＣ物質を含み得る。粒子は、比較的単分散性であってもよく、または、粒子は、あるサイズ範囲内で存在してもよい。粒子はまた、球状または非球状であってもよい。
ある特定の場合において、粒子サイズ（またはサイズ分布）は、Ｄ５０を使用して決定され得る。複数の粒子のＤ５０は、全粒子の５０パーセントを超える粒子直径（しばしば、例えば対数正規分布における粒子の中央値または質量中央直径と呼ばれる）である。したがって、Ｄ５０は、質量により決定される平均粒子直径の尺度である。試料のＤ５０を決定するための機器は、例えば実施例３に記載されるように、商業的に容易に入手可能であり、篩い分けまたはレーザー光散乱等の技術を含み得る。本明細書において論じられるように、Ｄ５０は、粒子の形成中のｐＨまたは温度を制御することにより制御され得る。Ｄ５０は概して平均粒子直径を指すが、これは必ずしも粒子が完全に球状でなければならないことを暗に意味するわけではなく、粒子はまた非球状であってもよいことが留意されるべきである。
ある特定の場合において、Ｄ５０は、少なくとも約３マイクロメートル、少なくとも約３．５マイクロメートル、少なくとも約４マイクロメートル、少なくとも約４．５マイクロメートル、少なくとも約５マイクロメートル、少なくとも約５．５マイクロメートル、少なくとも約６マイクロメートル、少なくとも約６．５マイクロメートル、少なくとも約７マイクロメートル、少なくとも約７．５マイクロメートル、少なくとも約７．８マイクロメートル、または少なくとも約８マイクロメートルであってもよい。さらに、Ｄ５０は、約９マイクロメートル、約８．５マイクロメートル以下、約８マイクロメートル以下、約７．８マイクロメートル以下、約７．５マイクロメートル以下、約７マイクロメートル以下、約６．５マイクロメートル以下、約６マイクロメートル以下、約５．５マイクロメートル以下、約５マイクロメートル以下、約４．５マイクロメートル以下、または約４マイクロメートル以下であってもよい。さらなる環境においてはこれらのいずれかの組合せもまた可能であり、例えば、Ｄ５０は、約４．０マイクロメートルから約７．８マイクロメートルであってもよい。
ある特定の実施形態によれば、粒子の形状／サイズは、それらのタップ密度を測定することにより決定され得る。タップ密度は、典型的には粒子を落ち着かせるための試料のタッピング（例えば３，０００回）を伴う圧密プロセス後の試料の質量／体積に等しい。したがって、タップ密度は、粒子の形状（形状のいかなる不規則性にもかかわらず粒子がどれほど良好に圧密試料にまとまるか）および粒子のサイズ（より大きい粒子は、典型的には容易には互いに密に充填することができず、より低いタップ密度をもたらす）の両方の関数である。
したがって、タップ密度は、粒子の相対的サイズ、形状、および／または均一性の実際的な一般的尺度であり、粒子の綿密な、または微視的な分析を必ずしも必要としない。タップ密度は、（例えば一様な塊となるまでの）粒子の圧縮または破砕を伴う技術とは区別されるべきであり（そうすることよって粒子の形状が保存されないため）、そのような技術は、個々の粒子の密度ではなく物質のかさ密度の尺度となることが理解されるべきである。さらに、タップ密度は、粒子のサイズの単純な関数ではなく、タップ密度は、その平均直径またはＤ５０測定値を使用して（例えば、粒子が面心立方充填における完全な球であると仮定することにより）計算することができないことが理解されるべきであるが、これは、そうすることが、粒子の形状分布および均一性を無視することになるためである。
タップ密度を決定するためには、典型的には、例えば物質を含有する容器（contained）を繰り返し上昇させてその自重下で指定された比較的短い距離だけ落下させることによる、機械的タッピングが使用される。これは、複数回、例えば数百もしくは数千回、または、（例えば、粒子を試料内で最大限に落ち着かせてから）体積のさらなる大きな変化が観察されなくなるまで行われてもよい。一部の場合において、タッピングの代わりに、物質を回転させるデバイスが使用されてもよい。タップ密度を決定する標準的方法は、例えば、ＡＳＴＭ法Ｂ５２７またはＤ４７８１を含む。試料のタップ密度を決定するため（例えば自動タッピングのため）の機器は、商業的供給源から容易に入手可能である（例えば、実施例４を参照のこと）。いかなる理論にも束縛されることを望まないが、タップ密度がより大きいと、より多量の正電気活性物質が限定または特定体積内に貯蔵され得、それによってより高い体積容量または改善された体積エネルギー密度がもたらされると考えられる。
１組の実施形態では、粒子は、少なくとも２．００ｇ／ｃｍ３、少なくとも２．１０ｇ／ｃｍ３、少なくとも２．２０ｇ／ｃｍ３、少なくとも２．３０ｇ／ｃｍ３、または少なくとも２．４０ｇ／ｃｍ３のタップ密度を有する。さらに、タップ密度は、約２．５０ｇ／ｃｍ３以下、約２．４０ｇ／ｃｍ３以下、約２．３０ｇ／ｃｍ３以下、約２．２０ｇ／ｃｍ３以下、または約２．１０ｇ／ｃｍ３以下であってもよい。様々な実施形態において、これらのいずれかの組合せも可能であり、例えば、本発明の粒子は、２．００から２．４０ｇ／ｃｍ３のタップ密度を有してもよい。
上述のように、本明細書で論じられる物質は、ある特定の態様では、特に高速の放電および充電レート（例えば、２０Ｃまたはそれより高い、例えば３０Ｃのレート）に供された場合、驚くほど高い容量を有し得る。これは、様々な用途に、例えば充電／放電スピードが重要となるある特定の高出力用途において有用となり得る。いかなる理論にも束縛されることを望まないが、本明細書で論じられる粒子のサイズおよび形状（例えば、Ｄ５０、タップ密度等により測定される）は、急速リチウムイオンインターカレーションを、ならびに急速充電および放電を促進し得ると考えられる。
「Ｃ」は、充電または放電のレートの一般的に使用される尺度であり、例えば、１Ｃは、（例えば１時間以内の）物質の定格容量の１倍の充電電流を指す。一部の実施形態では、物質は、電池または他の好適な電気化学デバイス内で使用される場合、０．１Ｃのレートで少なくとも１５０ｍＡｈ／ｇ、少なくとも１５５ｍＡｈ／ｇ、少なくとも１６０ｍＡｈ／ｇ、少なくとも１６５ｍＡｈ／ｇ、少なくとも１７０ｍＡｈ／ｇ、少なくとも１７５ｍＡｈ／ｇ、または少なくとも１８０ｍＡｈ／ｇの容量を示す。一部の場合において、物質は、より高い容量であっても驚くほど高い容量を示すことができ、例えば、物質は、電池または他の好適な電気化学デバイス内で使用される場合、２０Ｃ、２５Ｃ、または３０Ｃのレートで少なくとも１２０ｍＡｈ／ｇ、少なくとも１２５ｍＡｈ／ｇ、少なくとも１３０ｍＡｈ／ｇ、少なくとも１３５ｍＡｈ／ｇ、少なくとも１４０ｍＡｈ／ｇ、少なくとも１４５ｍＡｈ／ｇ、少なくとも１５０ｍＡｈ／ｇ、少なくとも１５５ｍＡｈ／ｇ、または少なくとも１６０ｍＡｈ／ｇの容量を示すことができる。さらに、一部の場合において、物質は、０．１Ｃに対して、２０Ｃ、２５Ｃ、または３０Ｃのレートで少なくとも５０％、少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、または少なくとも８５％の容量の変化を示すことができる。一部の実施形態では、そのような物質は、反復充電／放電サイクル後であっても、例えば１、２、３、５、１０、１５、２０、３０、５０、または１００サイクル後であっても、そのような容量を示すことができる。
対照的に、多くの従来技術の物質は、同様のレート比較において、３０％未満、２０％未満、１０％未満、またはさらに５％未満の容量の変化を示す。この比較は、まず物質の異なる試料を（例えば好適な電気化学セル内で）様々なレートで充電および放電し、次いでそれぞれの容量を比較することにより行うことができ、すなわち、新たな未使用試料が各実験に使用されるべきである。
また、本発明のある特定の態様は、概して、本明細書に記載のもの等の物質を作製するための技術に関する。一例において、物質は、ニッケル、マンガンおよびコバルトを含む金属前駆体を調製するステップと、金属前駆体を所望量のリチウム源と組み合わせることによりリチウム−金属前駆体混合物を形成するステップと、リチウム−金属前駆体混合物を高温で所望の期間か焼して、正電気活性物質を得るステップとを含む方法により合成され得る。別の例として、物質は、ニッケル塩、マンガン塩、およびコバルト塩を溶媒に溶解し、少なくとも１０のｐＨで塩を水酸化物と反応させて、金属前駆体を生成し、金属前駆体をリチウム含有塩と混合して、リチウム−金属前駆体混合物を形成し、リチウム−金属前駆体混合物をか焼することにより調製され得る。例えば約８２０℃から約９６０℃の範囲内の温度、および例えば１０から１８時間の範囲内の期間が、空気雰囲気下でのリチウム−金属前駆体混合物のか焼プロセスに使用され得る。
さらに別の組の実施形態では、本明細書に記載のもの等の物質は、まずニッケル塩、マンガン塩、およびコバルト塩を溶媒に溶解することにより調製され得る。様々な実施形態において、多種多様なそのような塩が使用され得る。例えば、ニッケル塩の例は、これらに限定されないが、硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ４もしくはＮｉＳＯ４・６Ｈ２Ｏ）、酢酸ニッケル（Ｎｉ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）、塩化ニッケル（ＮｉＣｌ２）、または硝酸ニッケル（Ｎｉ（ＮＯ３）２もしくはＮｉ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ）を含む。また、一部の場合において、１種より多くのニッケル塩が使用され得る。同様に、マンガン塩の限定されない例は、硫酸マンガン（ＭｎＳＯ４もしくはＭｎＳＯ４・Ｈ２Ｏ）、酢酸マンガン（Ｍｎ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）、塩化マンガン（ＭｎＣｌ２）、または硝酸マンガン（Ｍｎ（ＮＯ３）２もしくはＭｎ（ＮＯ３）２・４Ｈ２Ｏ）を含む。また、ある特定の場合において、１種より多くのマンガン塩が使用され得る。コバルト塩の例は、これらに限定されないが、硫酸コバルト（ＣｏＳＯ４もしくはＣｏＳＯ４・７Ｈ２Ｏ）、酢酸コバルト（Ｃｏ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）、塩化コバルト（ＣｏＣｌ２）、または硝酸コバルト（Ｃｏ（ＮＯ３）２もしくはＣｏ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ）を含む。また、一部の場合において、１種より多くのコバルト塩が使用され得る。使用され得る「Ｍ」元素（例えば、Ｓｍ、Ｌａ、および／またはＺｎ）の可溶塩は、関連の塩化物、シュウ酸塩、硫酸塩、硝酸塩、および酢酸塩の１つまたは１つより多くを含む。様々な実施形態において、これらの塩および／または他の塩のいずれかの任意の組合せが使用されてもよい。塩は、例えば０．１モル／ｌからそのそれぞれの最大溶解度レベルまでの任意の好適な濃度で使用され得、正確な濃度は重要ではない。一部の実施形態では、金属溶液の濃度は、Ｎｉ：Ｍｎ：Ｃｏの所望のモル比に基づいて選択され得る。さらに、塩は、様々な溶媒のいずれに溶解されてもよい。溶液を調製するために使用される溶媒は、例えば、蒸留水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、プロパノール等であってもよい。一部の場合において、これらの溶媒のいずれかの組合せもまた使用され得る。
一部の場合において、塩は、水酸化物と反応して金属前駆体を形成し得る。一部の場合において、金属前駆体は、ニッケル、マンガン、およびコバルトを、例えば水酸化物と相互作用させて共沈させることにより調製され得る。使用され得る水酸化物の例は、これらに限定されないが、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、または水酸化アンモニウムを含む。さらに、ある特定の場合において、１種より多くの水酸化物が使用されてもよい。
ある特定の実施形態によれば、この反応中のｐＨが重要となり得る。いかなる理論にも束縛されることを望まないが、ｐＨを使用して、例えば粒子の成長スピードを制御することによりその創出を制御することができると考えられる。したがって、一部の場合において、少なくとも１０のｐＨが使用されてもよく、一部の場合において、ｐＨは、少なくとも１０．２、少なくとも１０．５、少なくとも１０．８、少なくとも１１、または少なくとも１１．５であってもよい。また、一部の場合において、ｐＨは、ある特定の限度内に、例えば１２以下、１１．５以下、１１以下、１０．８以下、または１０．５以下に維持されてもよい。また、ｐＨは、これらの組合せの範囲内に維持されてもよく、例えば、ｐＨは、反応中、１０．８から１２の間に維持されてもよい。ｐＨは、例えば反応に添加される水酸化物の量を制御することにより制御され得る。
さらに、１組の実施形態では、例えば成長を制御するために温度が制御され得る。一部の場合において、例えば、反応の温度は、少なくとも５０℃、少なくとも５５℃、少なくとも６０℃、少なくとも６５℃、少なくとも７０℃、少なくとも７５℃、少なくとも８０℃、少なくとも８５℃等であってもよい。さらに、温度は、９０℃以下、８５℃以下、８０℃以下、７５℃以下、７０℃以下、７５℃以下、６０℃以下、５５℃以下等に制御されてもよい。さらに、他の実施形態では、これらのいずれかの組合せもまた可能であり、例えば、反応の温度は、５５℃から８５℃の間に維持されてもよい。
一部の実施形態では、成長を制御するために期間もまた制御され得る。例えば、反応の期間は、少なくとも１、少なくとも２、少なくとも５、もしくは少なくとも１０時間、および／または３０時間以内、２５時間以内、２４時間以内、２０時間以内、もしくは１８時間以内の滞留時間を提供するように制御され得る。
ある特定の実施形態では、反応は、酸素（Ｏ２）にほとんど、または全く接触させずに行われてもよい。したがって、例えば、反応は、窒素雰囲気、不活性ガス雰囲気（例えばアルゴン）等、およびこれらの組合せ、ならびに／または、酸素を含有しない他の好適なガスを含有する反応器内で行われてもよい。
ある特定の実施形態では、水酸化ナトリウム、水酸化アンモニア等の反応成分の量および／または供給速度、ｐＨ値、温度等は、金属前駆体のサイズを制御するために正確に監視されてもよい。例えば、限定されない例示的な例として、ニッケル塩、マンガン塩、およびコバルト塩の適切量を含む溶液が、窒素雰囲気下で反応器内に添加されてもよい。同時に、ｐＨを約１０．８から約１２．０の範囲に、および温度を約５５℃から約８５℃の範囲に維持しながら、所望量の水酸化ナトリウム（所望のｐＨを維持するように使用され得る）および水酸化アンモニアが反応器内に添加されてもよい。
さらに、金属前駆体は、リチウム含有塩、または他の好適なリチウム源と混合されて、リチウム金属前駆体混合物を形成してもよい。例えば、金属前駆体は、沈殿後、除去および乾燥され（例えば過剰の溶媒を除去するために）、次いで好適なリチウム源に曝露されてもよい。リチウム源の例は、これらに限定されないが、水酸化リチウム（ＬｉＯＨもしくはＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ）または炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）を含む。また、一部の場合において、１種より多くのリチウム源が使用され得る。一部の場合において、リチウム源および金属前駆体は、機械的に互いに混合される。添加されるリチウムの量は、物質の所望の化学式により決定され得る。しかしながら、一部の場合において、例えば形成中に生じ得る浪費分または他の無効分を埋め合わせるために、過剰量のリチウムおよび／または金属前駆体が使用されてもよい。
リチウム−金属前駆体混合物は、次いで、加熱またはか焼され得る。そのような加熱は、混合物から水および／または様々な不純物を除去して、最終組成物を形成するために使用され得る。例えば、か焼によって、例えば水酸化物が水（Ｈ２Ｏ）として除去され、炭酸塩がＣＯ２として除去され、硫酸塩がＳＯｘとして除去され、硝酸塩がＮＯｘとして除去され得る。一部の実施形態では、例えば少なくとも７００℃、少なくとも７２０℃、少なくとも７４０℃、少なくとも７６０℃、少なくとも８００℃、少なくとも８２０℃、少なくとも８４０℃、少なくとも８６０℃、少なくとも８８０℃、少なくとも９００℃の温度等の比較的高い温度が使用され得る。さらに、一部の実施形態では、温度は、１０００℃以下、９８０℃以下、９６０℃以下、９４０℃以下、９２０℃以下、９００℃以下等に維持され得る。ある特定の実施形態では、これらのいずれかの組合せ、例えば８２０℃から９６０℃の間もまた可能である。一部の場合において、加熱またはか焼の期間は、少なくとも１時間、少なくとも２時間、少なくとも５時間、もしくは少なくとも１０時間、および／または３０時間以内、２５時間以内、２４時間以内、２０時間以内、もしくは１８時間以内であってもよい。１組の実施形態では、例えば、か焼は、約８２０℃から約９６０℃の範囲の温度で、１０から１８時間の範囲の期間行われてもよい。一部の場合において、物質の所望の電気化学的性能が、か焼温度および／またはその調製期間を決定付け得る。か焼または加熱後、組成物は、例えば本明細書において論じられるように粒子を形成し得る。
一部の場合では、電気化学セルは、本明細書に記載のような物質を使用して生成され得る。例えば、リチウムイオン電気化学セルは、本明細書に記載のような正電気活性物質を含むカソード、負電気活性物質（例えば、リチウムインターカレーション物質）、好適な電解質（例えば非水性電解質）、および負電気活性物質と正電気活性物質との間のセパレータを使用して調製され得る。
電気化学セルにおいて、例えば本明細書に記載の電気活性物質と併せて様々なカソード物質が使用され得る。多くのそのようなカソード物質が当業者に公知であり、いくつかは商業的に容易に入手可能である。例えば、本明細書に記載の電気活性物質は、カーボンブラックおよび好適な結合剤と組み合わされて、電気化学セルにおける使用のためのカソードを形成し得る。
限定されない例として、一実施形態では、カソードは、以下のステップ：（ｉ）Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）中に２〜３ｗｔ％のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）結合剤を混合して、ＮＭＰ−結合剤混合物を形成するステップと；（ｉｉ）正電気活性物質およびカーボンブラックをＮＭＰ−結合剤混合物と混合して、８０ｗｔ％の正電気活性物質、１０ｗｔ％のカーボンブラックおよび１０ｗｔ％のＮＭＰ−結合剤混合物を含有する混合物（「８０：１０：１０混合物」）を形成するステップと；（ｉｉｉ）８０：１０：１０混合物をボールミル内に移し、混合物を８００ｒｐｍで３０分間、１０個の５ｍｍ径ジルコニアボールを用いて粉砕してスラリーを形成するステップと（ジルコニアボールはより効果的な混合のための媒体として機能する）；（ｉｖ）アルミニウム箔をガラス板の上に広げ、アセトンを噴霧してガラス板と箔との間での気泡の形成を防止することによって、集電体を調製するステップと；（ｖ）スラリーをアルミニウム箔上に塗布し、剃刀の刃を使用して箔上に均一に広げて、コーティングフィルムを形成するステップと；（ｖｉ）コーティングを真空中１１０℃で１２時間乾燥させて、正電気活性物質を形成するステップとを使用して調製され得る。
同様に、様々な負電気活性物質が使用されてもよく、その多くは、商業的に入手可能である。例えば、グラファイトまたはリチウム箔は、電気化学セルにおいてリチウムインターカレーション負電気活性物質として使用され得る。
また、様々な実施形態において、様々な電解質が使用され得る。電解質は、水性または非水性であってもよい。好適な非水性電解質の限定されない例は、エチレンカーボネート（ＥＣ）およびジメチルカーボネート（ＤＭＣ）中の六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、エチレンカーボネート（ＥＣ）およびジエチルカーボネート（ＤＥＣ）中の六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、またはエチレンカーボネート（ＥＣ）およびエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）中の六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を含む。
また、様々な実施形態において、様々なセパレートが使用され得る。セパレータの例は、これらに限定されないが、Ｃｅｌｇａｒｄ ２４００、２５００、２３４０、および２３２０モデルを含む。
２０１６年９月２０日に出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ１６／５２６２７号、発明の名称「Nickel-Based Positive Electrode Materials」は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。さらに、２０１６年１２月１６日に出願された米国仮特許出願第６２／４３５，６６９号、発明の名称「Electroactive Materials for Lithium-Ion Batteries and Other Applications」も、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
以下の実施例は、本発明のある特定の実施形態を例示することを意図するが、本発明の全範囲を例証するわけではない。
（実施例１）
この実施例では、正電気活性物質の５つの試料を、以下のように調製した。各試料に対応して表１に列挙される量で、ＮｉＳＯ４・６Ｈ２Ｏ、ＭｎＳＯ４・Ｈ２Ｏ、ＣｏＳＯ４・７Ｈ２Ｏ、およびＬａ（ＮＯ３）３をそれぞれ蒸留水に溶解して、２モル／Ｌの混合金属硫酸塩溶液を形成した。
次いで、混合金属硫酸塩溶液を、窒素雰囲気下で６５℃の温度で反応器内に徐々にポンピングした。同時に、１８％のＮＨ４ＯＨ溶液および２３％のＮａＯＨ溶液を別個に反応器内にポンピングし、金属複合水酸化物を沈殿させた。溶液を反応器内にポンピングする前およびポンピングした後のｐＨは、１１．８で一定に維持された。プロセスの間、ｐＨ、温度、および反応混合物の撹拌スピードを慎重に監視および制御した。ｐＨは、ｐＨメーターを使用して監視し、ＮａＯＨの供給速度を調節することにより制御した。温度は、温度コントローラおよび熱交換器を使用して制御した。撹拌は、ＰＩＤコントローラを使用して制御した。Ｎａ＋およびＳＯ４ ２−／ＮＯ３ −等の残留イオンは、濾過（真空濾過または遠心濾過により）および洗浄（蒸留水を使用）によりフィルタから除去した。
次いで、沈殿物を真空オーブン中で１１０℃で１２時間乾燥させると、試料１〜５のそれぞれに対して表１に列挙されるＮｉ：Ｍｎ：Ｃｏ：Ｍの組成比を有するニッケル、マンガン、コバルト、およびＭ塩（Ｌａ（ＮＯ３）３）の固溶体で構成される金属複合水酸化物前駆体が得られた。
次いで、混合機内で、金属複合水酸化物前駆体を、表１に列挙されるモル比を得るのに必要な量のＬｉＯＨと完全に混合した。最後に、各試料に対して、混合物を表１に列挙される温度および期間で空気中でか焼して、正電気活性物質を生成した。
表１は、得られる正電気活性物質中のニッケル、マンガン、およびコバルトのモル百分率ならびにＬｉ／（Ｎｉ＋Ｍｎ＋Ｃｏ＋Ｍ）のモル比、試料１〜５を調製するために使用されたか焼温度（℃）、ならびにＤ５０、放電容量（ｍＡｈ／ｇ、０．１Ｃおよび３０Ｃ）、ならびに０．１Ｃ電流レートに対する３０Ｃでの放電容量を列挙している。（Ｄ５０および放電測定に関する詳細は、後述を参照されたい。）
（実施例２）
正電気活性物質の形態を例示するために、実施例１において調製された試料１電気活性物質のＬＥＯ １５５０ 電界放射型走査電子顕微鏡法（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）（ＦＥＳＥＭ）（Ｃａｒｌ Ｚｅｉｓｓ ＡＧ）画像を撮影した。ＳＥＭ画像は、図１に示されている。
（実施例３）
Ｂｅｔｔｅｒｓｉｚｅ ＢＴ−９３００ＳＴレーザー粒径分析器（Ｌａｓｅｒ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｉｚｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ）（Ｂｅｔｔｅｒｓｉｚｅ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｌｔｄ．）を使用して、実施例１において調製された試料１から５のそれぞれのＤ５０を測定した。試料情報および機器パラメータを設定し、好適な量の試料を試験用の分散プールに添加した。試験が終了した後、各試料のＤ５０は、各試料の粒子サイズとして示された。表１は、試料１〜５のＤ５０を列挙している。データは、正電気活性物質が小さい粒子サイズを有することを示しており、これにより高電気化学的表面および短いイオン拡散距離が提供される。
（実施例４）
Ｈｙｌｏｌｏｇｙ ＨＹ−１００タップ密度分析器を使用して、実施例１において調製された試料１から５の正電気活性物質のタップ密度を測定した。ほぼ１０から２０ｇの各正電気活性物質を、０．０００１ｇ未満の精度で秤量した。各試料をメスシリンダに入れ、次いでシリンダをホルダ内に固定した。各試料に対して、３０００回のタップ（すなわちシリンダの自動昇降）を繰り返し試料に行い、タップ後に対応する体積を測定した。タップ密度は、タップ後の試料の質量／体積に等しい。表１に列挙される結果は、各試料に対して行われた３つの並行実験の平均を表す。
（実施例５）
この実施例では、実施例１において調製された試料１〜５の正電気活性物質を、電気化学セルの構築においてカソードとして使用した。セル内への統合のために、カソードは、以下のように：（ｉ）Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）中に２〜３ｗｔ％のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）結合剤を混合して、ＮＭＰ−結合剤混合物を形成し；（ｉｉ）ＮＭＰ−結合剤混合物を正電気活性物質およびカーボンブラックと混合して、８０ｗｔ％の正電気活性物質、１０ｗｔ％のカーボンブラックおよび１０ｗｔ％のＮＭＰ−結合剤混合物を含有する混合物（「８０：１０：１０混合物」）を形成し；（ｉｉｉ）８０：１０：１０混合物をボールミル内に移し、混合物を８００ｒｐｍで３０分間、１０個の５ｍｍ径ジルコニアボールを用いて粉砕してスラリーを形成し（ジルコニアボールは混合を促進するための媒体として機能する）；（ｉｖ）アルミニウム箔をガラス板の上に広げ、アセトンを噴霧して箔とガラス板との間の気泡の形成を防止することによって、集電体を調製し；（ｖ）スラリーをアルミニウム箔上に塗布し、剃刀の刃を使用して箔上に均一に広げて、コーティングフィルムを形成し；（ｖｉ）コーティングを真空中で１１０℃で１２時間乾燥させて、正電気活性物質を形成して、調製した。
次いで、リチウムインターカレーション負電気活性物質、カーボネート非水性電解質、セパレータ、および試料１〜４のそれぞれの正電気活性物質を組み合わせることにより、４つの異なるリチウムイオン電気化学セルの第１の組を調製した。
ＢＴ−２０００ Ａｒｂｉｎ電池試験ステーション（Ａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）を使用して、各セルを、室温および０．１Ｃ電流レートで４．４５Ｖから２．８Ｖの間で充電および放電した。図２は、試料１の正電気活性物質を用いて調製された電気化学セルの電圧対容量のプロットである。図２において、右上がりの曲線は充電曲線であり、セルが４．４５Ｖまで充電されたことを示し；この曲線は充電容量対電圧を表す。右下がりの曲線は放電曲線であり、充電後にセルが次いで２．８Ｖまで放電したことを示し；この曲線は放電容量対電圧を表す。表１は、試料１〜５を用いて調製された電気化学セルのそれぞれに対する放電容量（ｍＡｈ／ｇ、０．１Ｃ）を列挙している。
次いで、ＢＴ−２０００ Ａｒｂｉｎ電池試験ステーション（Ａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）を使用して、実施例１〜４の物質および市販のＮＭＣ試料を使用して構築された電気化学セルの第２の組を、室温および異なる電流レート（それぞれ０．１Ｃ、０．２Ｃ、０．５Ｃ、１Ｃ、５Ｃ、１０Ｃ、２０Ｃおよび３０Ｃの電流レート、放電レートが１Ｃ、５Ｃ、１０Ｃ、２０Ｃおよび３０Ｃである場合、充電レートは１Ｃである）で４．４５Ｖから２．８Ｖの間で充電および放電した。
表１は、試料１〜４を用いて調製された電気化学セルのそれぞれに対する、３０Ｃの電流レートの放電電流を使用した０．１Ｃに対する容量保持を列挙している。図３は、この高出力ＮＭＣおよび市販のＮＭＣ物質の放電容量対電流レートのプロットである。試料１〜４は、特により高いＣレートにおいて、他の市販のＮＭＣ物質よりも驚くほど良好な容量を示した。このように、ＮＭＣ物質が高いＣレートでそのような高い容量を生成し得たのは予想外である。
本明細書において、本発明の一部の実施形態を説明および例示したが、機能を行うため、ならびに／または結果および／もしくは本明細書に記載の利点の１つもしくは１つより多くを得るための様々な他の手段および／または構造が、当業者に容易に想定され、そのような変形および／または改変のそれぞれが、本発明の範囲内であるとみなされる。より一般的には、本明細書に記載の全てのパラメータ、寸法、物質、および構成は、例示的であることを意図すること、ならびにその実際のパラメータ、寸法、物質、および／または構成は、本発明の教示（複数可）が使用される特定の用途（複数可）に依存することが、当業者に容易に理解される。当業者は、本明細書に記載の本発明の特定の実施形態の多くの均等物を認識し、または慣例的にすぎない実験を使用して確認することができる。したがって、上記実施形態は、例示のみを目的として示されること、ならびに、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内で、本発明は、具体的に説明および特許請求されるのとは別様に実践されてもよいことを理解されたい。本発明は、本明細書に記載のそれぞれの個々の特徴、系、物品、物質、キット、および／または方法に関連する。さらに、２つまたは２つより多くのそのような特徴、系、物品、物質、キット、および／または方法の任意の組合せは、そのような特徴、系、物品、物質、キット、および／または方法が互いに矛盾しない限り、本発明の範囲内に含まれる。
本明細書および参照により組み込まれる文献が、相反する、および／または矛盾する開示を含む場合、本明細書が優先されるものとする。参照により組み込まれる２つまたは２つより多くの文献が、互いに対して相反する、および／または矛盾する開示を含む場合、より最近の発効日を有する文献が優先されるものとする。
本明細書において定義および使用される全ての定義は、辞書の定義、参照により組み込まれる文献における定義、および／または定義される用語の通常の意味よりも優先されることが理解されるべきである。
不定冠詞「ａ」および「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、反対の意味が明示されない限り、「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。
「および／または」という語句は、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た要素の「いずれかまたは両方」、すなわち、一部の場合においては連言的に存在し、他の場合においては選言的に存在する要素を意味することが理解されるべきである。「および／または」で列挙される複数の要素も、同様に、すなわちそのように結合される要素の「１つまたは１つより多く（one or more）」と解釈されるべきである。「および／または」節により具体的に特定される要素以外の他の要素が、それらの具体的に特定される要素と関連しているかまたは関連していないかにかかわらず、任意選択で存在してもよい。したがって、限定されない例として、「Ａおよび／またはＢ」の言及は、「含む」等の非制限的言語と併せて使用される場合、一実施形態において、Ａのみ（Ｂ以外の要素を任意選択で含む）を指してもよく、別の実施形態において、Ｂのみ（Ａ以外の要素を任意選択で含む）を指してもよく、さらに別の実施形態において、ＡおよびＢの両方（他の要素を任意選択で含む）、等を指してもよい。
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、「または」は、上で定義されるような「および／または」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、列挙において項目を分離する際に、「または」または「および／または」は、包含的である、すなわち、複数または列挙される要素の少なくとも１つを含むが、１つより多くも含み、および任意選択で追加的な列挙されていない項目を含むと解釈されるものとする。反対の意味が明示されている用語のみ、例えば「〜の１つのみ」もしくは「〜のただ１つ」、または、特許請求の範囲内において使用される場合には「〜からなる」が、複数または列挙される要素のただ１つの要素の包含を指す。概して、「または」という用語は、本明細書において使用される場合、「いずれか」、「〜の１つ」、「〜の１つのみ」、または「〜のただ１つ」等の排他性の用語が先行する場合には、排他的代替（すなわち、「一方または他方であるが、両方ではない」）を示すものとしてのみ解釈されるものとする。
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つまたは１つより多くの要素の列挙に関連する「少なくとも１つ」という語句は、要素の列挙内の要素のいずれか１つまたは１つより多くから選択される、少なくとも１つの要素を意味するが、要素の列挙内に具体的に列挙されたありとあらゆる要素の少なくとも１つを含むとは限らず、要素の列挙における要素の任意の組合せを除外しないことが理解されるべきである。この定義はまた、「少なくとも１つ」という語句が指す要素の列挙内に具体的に特定される要素以外の要素が、それらの具体的に特定される要素と関連しているかまたは関連していないかにかかわらず、任意選択で存在してもよいことを許容する。したがって、限定されない例として、「ＡおよびＢの少なくとも１つ」（または、同等に、「ＡまたはＢの少なくとも１つ」、または、同等に、「Ａおよび／またはＢの少なくとも１つ」）は、一実施形態では、Ｂが存在しない、任意選択で１つより多くを含む少なくとも１つのＡ（および任意選択でＢ以外の要素を含む）、別の実施形態では、Ａが存在しない、任意選択で１つより多くを含む少なくとも１つのＢ（および任意選択でＡ以外の要素を含む）、さらに別の実施形態では、任意選択で１つより多くを含む少なくとも１つのＡ、および任意選択で１つより多くを含む少なくとも１つのＢ（および任意選択で他の要素を含む）、等を指してもよい。
本明細書において数に関連して「約」という単語が使用されている場合、本発明のさらに別の実施形態は、「約」という単語の存在により修飾されない数を含むことが理解されるべきである。
また、反対の意味が明示されない限り、１つより多くのステップまたは行為を含む本明細書において請求される任意の方法において、方法のステップまたは行為の順番は、方法のステップまたは行為が列挙される順番に限定されるとは限らないことが理解されるべきである。
特許請求の範囲において、および上記明細書において、「含む（comprising）」、「含む（including）」、「保持する」、「有する」、「含有する」、「伴う」、「保有する」、「〜で構成される」等の移行句は全て、非制限的である、すなわち、含むがそれに限定されないことを意味すると理解されたい。「〜からなる」および「から本質的になる」という移行句のみが、それぞれ、United States Patent Office Manual of Patent Examining Procedures、セクション２１１１．０３に規定されるように、制限的または半制限的移行句であるとする。

Claims (45)

  1. 式ＬｉａＭｂ［ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ］１−ｂＯ２を有する物質を含む組成物であって、式中、
    Ｍは、Ｓｍ、Ｌａ、およびＺｎのうちの１つまたは１つより多くを含み、
    ａは、１．００から１．０１（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、
    ｂは、０から０．０８（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、
    ｘは、０．３４から０．５８（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、
    ｙは、０．２１から０．３８（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、
    ｚは、０．２１から０．３８（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、
    前記物質は、４マイクロメートルから７．８マイクロメートルの間の平均Ｄ５０粒子サイズ、および／または２．００から２．４０ｇ／ｃｍ３の間のタップ密度を有する、組成物。
  2. ｚ＝１−ｘ−ｙである、請求項１に記載の組成物。
  3. ｘ＋ｙ＋ｚが、０．９８から１．０２（これらの数値を含む）の範囲である、請求項１または２のいずれか一項に記載の組成物。
  4. ｘが、０．３４から０．５０（これらの数値を含む）の範囲である、請求項１から３のいずれか一項に記載の組成物。
  5. ｘが、０．３４から０．４５（これらの数値を含む）の範囲である、請求項１から４のいずれか一項に記載の組成物。
  6. ｘが、０．３４から０．４０（これらの数値を含む）の範囲である、請求項１から５のいずれか一項に記載の組成物。
  7. ｘが、０．３４から０．３５（これらの数値を含む）の範囲である、請求項１から６のいずれか一項に記載の組成物。
  8. ｙが、０．２１から０．３５（これらの数値を含む）の範囲である、請求項１から７のいずれか一項に記載の組成物。
  9. ｙが、０．２５から０．３５（これらの数値を含む）の範囲である、請求項１から８のいずれか一項に記載の組成物。
  10. ｙが、０．３から０．３５（これらの数値を含む）の範囲である、請求項１から９のいずれか一項に記載の組成物。
  11. ｚが、０．２１から０．３５（これらの数値を含む）の範囲である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の組成物。
  12. ｚが、０．２５から０．３５（これらの数値を含む）の範囲である、請求項１から１１のいずれか一項に記載の組成物。
  13. ｚが、０．３から０．３５（これらの数値を含む）の範囲である、請求項１から１２のいずれか一項に記載の組成物。
  14. 前記Ｄ５０粒子サイズが、５マイクロメートルから７．８マイクロメートルの間である、請求項１から１３のいずれか一項に記載の組成物。
  15. 前記Ｄ５０粒子サイズが、５マイクロメートルから７．５マイクロメートルの間である、請求項１から１４のいずれか一項に記載の組成物。
  16. 前記Ｄ５０粒子サイズが、５．５マイクロメートルから７．５マイクロメートルの間である、請求項１から１５のいずれか一項に記載の組成物。
  17. ２．１０から２．４０ｇ／ｃｍ３の間の前記タップ密度である、請求項１から１６のいずれか一項に記載の組成物。
  18. ２．１０から２．３０ｇ／ｃｍ３の間の前記タップ密度である、請求項１から１７のいずれか一項に記載の組成物。
  19. 前記物質が、複数の粒子を含む、請求項１から１８のいずれか一項に記載の組成物。
  20. 請求項１から１９のいずれか一項に記載の組成物を含む正電気活性物質と；
    負電気活性物質と；
    前記正電気活性物質と前記負電気活性物質とを分離するセパレータと
    を含む電気化学セル。
  21. 前記電気化学セルが、電池である、請求項２０に記載の電気化学セル。
  22. 前記電気化学セルが、少なくとも３０Ｃの放電レートで少なくとも１３０ｍＡｈ／ｇの容量を示す、請求項２０または２１のいずれか一項に記載の電気化学セル。
  23. 前記電気化学セルが、０．１Ｃ以下の放電レートで少なくとも１７０ｍＡｈ／ｇの容量を示す、請求項２０から２２のいずれか一項に記載の電気化学セル。
  24. 前記物質が、
    ニッケル塩、マンガン塩、およびコバルト塩を溶媒に溶解するステップと；
    少なくとも１０のｐＨで前記塩を水酸化物と反応させて、金属前駆体を生成するステップと；
    前記金属前駆体をリチウム含有塩と混合して、リチウム−金属前駆体混合物を形成するステップと；
    前記リチウム−金属前駆体混合物をか焼するステップと
    を含むプロセスにより形成される、請求項１から１９のいずれか一項に記載の組成物。
  25. 式ＬｉａＭｂ［ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ］１−ｂＯ２
    （式中、Ｍは、Ｓｍ、Ｌａ、およびＺｎのうちの１つまたは１つより多くを含み、
    ａは、１．００から１．０１（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、
    ｂは、０から０．０８（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、
    ｘは、０．３４から０．５８（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、
    ｙは、０．２１から０．３８（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、
    ｚは、０．２１から０．３８（これらの数値を含む）の範囲の数値である）
    を有する物質を含む正電気活性物質と；
    負電気活性物質と；
    前記正電気活性物質と前記負電気活性物質とを分離するセパレータと
    を含む電気化学セルであって、
    前記電気化学セルが、０．１Ｃで少なくとも１７０ｍＡｈ／ｇの容量、および／または３０Ｃで少なくとも１３０ｍＡｈ／ｇの容量を示す、電気化学セル。
  26. ｚ＝１−ｘ−ｙである、請求項２５に記載の電気化学セル。
  27. ｘ＋ｙ＋ｚが、０．９８から１．０２（これらの数値を含む）の範囲である、請求項２５または２６のいずれか一項に記載の電気化学セル。
  28. ｘが、０．３４から０．５０（これらの数値を含む）の範囲である、請求項２５から２７のいずれか一項に記載の電気化学セル。
  29. ｘが、０．３４から０．４５（これらの数値を含む）の範囲である、請求項２５から２８のいずれか一項に記載の電気化学セル。
  30. ｘが、０．３４から０．４０（これらの数値を含む）の範囲である、請求項２５から２９のいずれか一項に記載の電気化学セル。
  31. ｘが、０．３４から０．３５（これらの数値を含む）の範囲である、請求項２５から３０のいずれか一項に記載の電気化学セル。
  32. ｙが、０．２１から０．３５（これらの数値を含む）の範囲である、請求項２５から３１のいずれか一項に記載の電気化学セル。
  33. ｙが、０．２５から０．３５（これらの数値を含む）の範囲である、請求項２５から３２のいずれか一項に記載の電気化学セル。
  34. ｙが、０．３から０．３５（これらの数値を含む）の範囲である、請求項２５から３３のいずれか一項に記載の電気化学セル。
  35. ｚが、０．２１から０．３５（これらの数値を含む）の範囲である、請求項２５から３４のいずれか一項に記載の電気化学セル。
  36. ｚが、０．２５から０．３５（これらの数値を含む）の範囲である、請求項２５から３５のいずれか一項に記載の電気化学セル。
  37. ｚが、０．３から０．３５（これらの数値を含む）の範囲である、請求項２５から３６のいずれか一項に記載の電気化学セル。
  38. 前記Ｄ５０粒子サイズが、５マイクロメートルから７．８マイクロメートルの間である、請求項２５から３７のいずれか一項に記載の電気化学セル。
  39. 前記Ｄ５０粒子サイズが、５マイクロメートルから７．５マイクロメートルの間である、請求項２５から３８のいずれか一項に記載の電気化学セル。
  40. 前記Ｄ５０粒子サイズが、５．５マイクロメートルから７．５マイクロメートルの間である、請求項２５から３９のいずれか一項に記載の電気化学セル。
  41. ２．１０から２．４０ｇ／ｃｍ３の間の前記タップ密度である、請求項２５から４０のいずれか一項に記載の電気化学セル。
  42. ２．１０から２．３０ｇ／ｃｍ３の間の前記タップ密度である、請求項２５から４１のいずれか一項に記載の電気化学セル。
  43. 前記物質が、複数の粒子を含む、請求項２５から４２のいずれか一項に記載の電気化学セル。
  44. 前記正電気活性物質および前記負電気活性物質と接触した電解質をさらに含む、請求項２５から４３のいずれか一項に記載の電気化学セル。
  45. 前記電解質が、非水性である、請求項４４に記載の電気化学セル。
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