JP2021036523A - ドープされたニッケル酸塩化合物を含む組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特定のドープされたニッケル酸塩含有組成物を含む新規の電極に;エネルギー貯蔵デバイスで、例えば、電池、特に充電式電池、電気化学デバイス及びエレクトロクロミックデバイス等における、1つ又は複数のこれらの電極の使用に;及び、特定のドープされたニッケル酸塩含有組成物を含む1つ又は複数の電極を含むエネルギー貯蔵デバイスに関する。更に、本発明は、ある新規のドープされたニッケル酸塩含有組成物に関する。
ナトリウムイオン電池は、多くの点で、現在一般的に使用されているリチウムイオン電池と類似している。それらは、共に、アノード(負極)、カソード(正極)、及び電解質材料を含む再使用可能な二次電池であり、両者ともエネルギーを貯蔵することができ、それらは、共に類似した反応機構により充放電する。ナトリウムイオン(又はリチウムイオン電池)を充電する場合には、Na+(又はLi+)イオンは、カソードから脱離して、アノード内に入る。一方で、電荷のバランスをとる電子は、カソードから充電部を含む外部回路を通り、電池のアノード内に入る。放電の間、同じプロセスが生じるが、反対方向である。
一般式
AaM1 vM2 wM3 xM4 yM5 zO2
(式中
Aは、ナトリウム、リチウム及びカリウムから選択される1つ又は複数のアルカリ金属を含み、
M1は、酸化状態2+のニッケルであり、
M2は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M3は、酸化状態2+の1つ又は複数の金属を含み、
M4は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M5は、酸化状態3+の1つ又は複数の金属を含み、
式中、
0.85≦a≦1、好ましくは0.90≦a≦1、更に好ましくは0.95≦a≦1であり、
0<v<0.5、好ましくは0<v≦0.45、理想的には0<v≦0.333であり、
w及びyの少なくとも一方は、>0であり、
x≧0、好ましくはx>0であり、
z≧0であり、
式中、a、v、w、x、y及びzは、電気的中性を維持するように選択される)のO3構造を有する1つ又は複数の成分を含む第1の成分タイプを、
一般式
A’a’M1’ v’M2’ w’M3’ x’M4’ y’M5’ z’O2
(式中、
A’は、ナトリウム、リチウム及びカリウムから選択される1つ又は複数のアルカリ金属を含み、
M1’は、酸化状態2+のニッケルであり、
M2’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M3’は、酸化状態2+の1つ又は複数の金属を含み、
M4’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M5’は、酸化状態3+の1つ又は複数の金属を含み、
式中、
0.4≦a’<1、好ましくは0.5≦a’<0.85、更に好ましくは0.6≦a’≦0.7であり、
0<v’<0.5、好ましくは0<v’≦0.45、理想的には0<v’≦0.333であり、
w’及びy’の少なくとも一方は、>0であり、
x’≧0、好ましくはx’>0であり
z’≧0であり、
式中、a’、v’、w’、x’、y’及びz’は、電気的中性を維持するように選択される)のP2構造を有する1つ又は複数の成分を含む第2の成分タイプと、
一般式
A’’a’’M1’’ v’’M2’’ w’’M3’’ x’’M4’’ y’’M5’’ z’’O2
(式中、
A’’は、ナトリウム、リチウム及びカリウムから選択される1つ又は複数のアルカリ金属を含み、
M1’’は、酸化状態2+のニッケルであり、
M2’’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M3’’は、酸化状態2+の1つ又は複数の金属を含み、
M4’’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M5’’は、酸化状態3+の1つ又は複数の金属を含み、
式中
0.4≦a’’<1、好ましくは0.5≦a’’<0.85、更に好ましくは0.6≦a’’≦0.7であり、
0<v’’<0.5、好ましくは0<v’’≦0.45、理想的には0<v’’≦0.333であり、
w’’及びy’’の少なくとも一方は、>0であり、
x’’≧0、好ましくはx’’>0であり、
z’’≧0であり、
式中、a’’、v’’、w’’、x’’、y’’、及びz’’は、電気的中性を維持するように選択される)のP3構造を有する1つ又は複数の成分を含む第3の成分タイプと
から選択される1つ又は複数の成分タイプと共に、
含む、ドープされたニッケル酸塩含有組成物を含む電極を提供する。
一般式
AaM1 vM2 wM3 xM4 yM5 zO2
(式中、
Aは、ナトリウム、リチウム及びカリウムから選択される1つ又は複数のアルカリ金属を含み、
M1は、酸化状態2+のニッケルであり、
M2は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M3は、酸化状態2+の1つ又は複数の金属を含み、
M4は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M5は、酸化状態3+の1つ又は複数の金属を含み、
式中、
0.95≦a≦1であり、
0.3≦v≦0.333であり、
w及びyの少なくとも一方は、>0であり、
x>0、
z≧0であり、
式中、a、v、w、x、y及びzは、電気的中性を維持するように選択される)のO3構造を有する1つ又は複数の成分を含む第1の成分タイプ、
及び、
一般式
A’a’M1’ v’M2’ w’M3’ x’M4’ y’M5’ z’O2
(式中、
A’は、ナトリウム、リチウム及びカリウムから選択される1つ又は複数のアルカリ金属を含み、
M1’は、酸化状態2+のニッケルであり、
M2’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M3’は、酸化状態2+の1つ又は複数の金属を含み、
M4’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M5’は、酸化状態3+の1つ又は複数の金属を含み、
式中、
0.6<a’<0.85、
0.25<v’≦0.333、
w’及びy’の少なくとも一方は、>0であり、
x’>0、
z≧0であり、
式中、a’、v’、w’、x’、y’、及びz’は、電気的中性を維持するように選択される)のP2構造を有する1つ又は複数の成分を含む第2の成分タイプ。
Na1−σNi(1−σ)/3Mn1−σ)/3Mg(1/6)−(1/6)σTi(1/6)+(5/6)σO2(式中、0≦σ≦0.15であり、
好ましくは、0.001≦σ≦0.05である)、
Na0.95Ni0.3167Mn0.3167Mg0.1583Ti0.2083O2、および
NaNi0.33Mn0.33Mg0.167Ti0.167O2
を含む。
Na0.67Ni0.33Mn0.67O2、
Na0.67Ni0.3Mn0.6Mg0.033Ti0.067O2、
Na0.67Ni0.267Mn0.533Mg0.067Ti0.133O2、
Na0.67Ni0.25Mg0.083Mn0.667O2、
Na0.67Ni0.283Mn0.567Mg0.05Ti0.1O2、
Na0.67Ni0.25Mn0.667Mg0.083O2
を含む。
Na0.667Ni0.25Mn0.65Mg0.0835Ti0.0165O2、
Na0.6Ni0.28Mn0.6530Mg0.02Ti0.047O2、
Na0.7Ni0.32Mn0.594Mg0.03Ti0.056O2、
Na0.667Ni0.25Mn0.5Mg0.0835Ti0.1165O2
を含むことが好ましい。
AaM1 vM2 wM3 xM4 yM5 zO2、
又は、
AaM1 vM2 w+yM3 xM5 zO2、
又は、
AaM1 vM3 xM4 y+wM5 zO2、
のいずれかのように表されることができ、
これらの式の形態の全ては同等とみなされるべきである。
1(O3):1(P2):0(P3)、
1(O3):3(P2):0(P3)、
3(O3):1(P2):0(P3)、
1(O3):1(P2):1(P3)
を含む。
AaM1 vM2 wM3 xM4 yM5 zO2
(式中、
Aは、ナトリウム、リチウム及びカリウムから選択される1つ又は複数のアルカリ金属を含み、
M1は、酸化状態2+のニッケルであり、
M2は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M3は、酸化状態2+の1つ又は複数の金属を含み、
M4は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M5は、酸化状態3+の1つ又は複数の金属を含み、
式中、
0.85≦a≦1、好ましくは0.90≦a≦1、更に好ましくは0.95<a≦1であり、
0<v<0.5、更に好ましくは0<v≦0.45、理想的には0<v≦0.333であり、
w及びyの少なくとも一方は、>0であり、
x≧0、好ましくはx>0であり、
z≧0であり、
式中、a、v、w、x、y及びzは、電気的中性を維持するように選択される)のO3構造を有する1つ又は複数の成分を含む第1の成分タイプを、
一般式
A’ a’M1’ v’M2’ w’M3’ x’M4’ y’M5’ z’O2
(式中、
A’は、ナトリウム、リチウム及びカリウムから選択される1つ又は複数のアルカリ金属を含み、
M1’は、酸化状態2+のニッケルであり、
M2’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M3’は、酸化状態2+の1つ又は複数の金属を含み、
M4’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M5’は、酸化状態3+の1つ又は複数の金属を含み、
式中、
0.4≦a’<1、好ましくは0.5≦a’<0.85、更に好ましくは0.6≦a’≦0.7であり、
0<v’<0.5、好ましくは0<v’≦0.45、理想的には0<v’≦0.333であり、
w’及びy’の少なくとも一方は、>0であり、
x’≧0、好ましくはx’>0であり
z’≧0であり、
式中、a’、v’、w’、x’、y’、及びz’は、電気的中性を維持するように選択される)のP2構造を有する1つ又は複数の成分を含む第2の成分タイプと、
一般式
A’’a’’M1’’ v’’M2’’ w’’M3’’ x’’M4’’ y’’M5’’ z’’O2
(式中、
A’’は、ナトリウム、リチウム及びカリウムから選択される1つ又は複数のアルカリ金属を含み、
M1’’は、酸化状態2+のニッケルであり、
M2’’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M3’’は、酸化状態2+の1つ又は複数の金属を含み、
M4’’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M5’’は、酸化状態3+の1つ又は複数の金属を含み、
式中
0.4≦a’’<1、好ましくは0.5≦a’’<0.85、更に好ましくは0.6≦a’’≦0.7であり、
0<v’’<0.5、好ましくは0<v’’≦0.45、理想的には0<v’’≦0.333であり、
w’’及びy’’の少なくとも一方は、>0であり、
x’’≧0、好ましくはx’’>0であり、
z’’≧0であり、
式中、a’’、v’’、w’’、x’’、y’’、及びz’’は、電気的中性を維持するように選択される)のP3構造を有する1つ又は複数の成分を含む第3の成分タイプと
から選択される1つ又は複数の成分タイプと共に、
混合することにより調製することができる。
AaM1 vM2 wM3 xM4 yM5 zO2
(式中、
Aは、ナトリウム、リチウム及びカリウムから選択される1つ又は複数のアルカリ金属を含み、
M1は、酸化状態2+のニッケルであり、
M2は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M3は、酸化状態2+の1つ又は複数の金属を含み、
M4は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M5は、酸化状態3+の1つ又は複数の金属を含み、
式中
0.85≦a≦1、好ましくは0.90≦a≦1、更に好ましくは0.95<a≦1であり、
0<v<0.5、更に好ましくは0<v≦0.45、理想的には0<v≦0.333であり、
w及びyの少なくとも一方は、>0であり、
x≧0、好ましくはx>0であり、
z≧0、
式中、a、v、w、x、y及びzは、電気的中性を維持するように選択される)のO3構造を有する1つ又は複数の成分のいずれか、及び/又は、O3構造を有する1つ又は複数の成分を調製するための前駆体物質を含む第1の成分タイプを、
一般式
A’ a’M1’ v’M2’ w’M3’ x’M4’ y’M5’ z’O2
(式中、
A’は、ナトリウム、リチウム及びカリウムから選択される1つ又は複数のアルカリ金属を含み、
M1’は、酸化状態2+のニッケルであり、
M2’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M3’は、酸化状態2+の1つ又は複数の金属を含み、
M4’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M5’は、酸化状態3+の1つ又は複数の金属を含み、
式中、
0.4≦a’<1、好ましくは0.5≦a’<0.85、更に好ましくは0.6≦a’≦0.7であり、
0<v’<0.5、好ましくは0<v’≦0.45、理想的には0<v’≦0.333であり、
w’及びy’の少なくとも一方は、>0であり、
x’≧0、好ましくはx’>0であり
z’≧0であり、
式中、a’、v’、w’、x’、y’及びz’は、電気的中性を維持するように選択される)のP2構造を有する1つ又は複数の成分のいずれか、及び/又は、P2構造を有する1つ又は複数の成分を調製するための前駆体物質を含む第2の成分タイプと、
一般式
A’’a’’M1’’ v’’M2’’ w’’M3’’ x’’M4’’ y’’M5’’ z’’O2
(式中、
A’’は、ナトリウム、リチウム及びカリウムから選択される1つ又は複数のアルカリ金属を含み、
M1’’は、酸化状態2+のニッケルであり、
M2’’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M3’’は、酸化状態2+の1つ又は複数の金属を含み、
M4’’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M5’’は、酸化状態3+の1つ又は複数の金属を含み、
式中、0.4≦a’’<1、好ましくは0.5≦a’’<0.85、更に好ましくは0.6≦a’’≦0.7であり、
0<v’’<0.5、好ましくは0<v’’≦0.45、理想的には0<v’≦0.333であり、
w’’及びy’’の少なくとも一方は、>0であり、
x’’≧0、好ましくはx’’>0であり
z’’≧0であり、
式中、a’’、v’’、w’’、x’’、y’’及びz’’は、電気的中性を維持するように選択される)のP3構造を有する1つ又は複数の成分のいずれか、及び/又は、P3構造を有する1つ又は複数の成分を調製するための前駆体物質を含む第3の成分タイプと
から選択される1つ又は複数の成分タイプと共に、
化学的及び/又は物理的に混合することを含む、ドープされたニッケル酸塩含有組成物を製造するための方法を提供する。
A’’’a’’’M1’’’ v’’’M2’’’ w’’’M3’’’ x’’’M4’’’ y’’’M5’’’ z’’’O2
(式中、
A’’’は、ナトリウム、リチウム及びカリウムから選択される1つ又は複数のアルカリ金属を含み、
M1’’’は、酸化状態2+のニッケルであり、
M2’’’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M3’’’は、酸化状態2+の1つ又は複数の金属を含み、
M4’’’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M5’’’は、酸化状態3+の1つ又は複数の金属を含み、
式中、
0.4≦a’’’<1、好ましくは0.5≦a’’’≦0.95、更に好ましくは0.6≦a’’’≦0.9、及び理想的には0.7≦a’’’≦0.9であり、
0<v’’’<0.5、更に好ましくは0<v’’’≦0.45、理想的には、0<v’’’≦0.333、或いは0.2≦v’’’≦0.333であり、
w’’’及びy’’’の少なくとも一方は>0であり、
x’’’≧0、好ましくはx’’’>0であり、
z’’’≧0であり、
a’’’、v’’’、w’’’、x’’’、y’’’、及びz’’’は、電気的中性を維持するように選択される)で表される加重平均式を有する、ドープされたニッケル酸塩含有組成物を含む、電極を提供する。
O3/P2−Na0.833Ni0.317Mn0.467Mg0.100Ti0.117O2、
O3/P2−Na0.750Ni0.296Mn0.508Mg0.079Ti0.117O2、
O3/P2−Na0.85Ni0.4Mn0.5Mg0.025Ti0.075O2、
O3/P2−Na0.95Ni0.3167Mn0.3167Mg0.1583Ti0.2083O2、
O3/P2−Na0.8Ni0.2667Mn0.2667Mg0.1333Ti0.3333O2、
O3/P2−Na0.75Ni0.25Mn0.25Mg0.125Ti0.375O2、及び
O3/P2−Na0.7Ni0.2333Mn0.2333Mg0.1167Ti0.4167O2。
一般式
AaM1 vM2 wM3 xM4 yM5 zO2、
(式中
Aは、ナトリウム、リチウム及びカリウムから選択される1つ又は複数のアルカリ金属を含み、
M1は、酸化状態2+のニッケルであり、
M2は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M3は、酸化状態2+の1つ又は複数の金属を含み、
M4は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M5は、酸化状態3+の1つ又は複数の金属を含み、
式中、
0.85≦a≦1、好ましくは0.90≦a≦1、更に好ましくは0.95≦a≦1であり、
0<v<0.5、好ましくは0<v≦0.333であり、
w及びyの少なくとも一方は、>0であり、
x≧0であり、
z≧0であり、
式中、a、v、w、x、y及びzは、電気的中性を維持するように選択される)のO3構造を有する1つ又は複数の成分を含む第1の成分タイプと、
一般式
A’a’M1’ v’M2’ w’M3’ x’M4’ y’M5’ z’O2
(式中、
A’は、ナトリウム、リチウム及びカリウムから選択される1つ又は複数のアルカリ金属を含み、
M1’は、酸化状態2+のニッケルであり、
M2’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M3’は、酸化状態2+の1つ又は複数の金属を含み、
M4’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M5’は、酸化状態3+の1つ又は複数の金属を含み、
式中、
0.4≦a’<1、好ましくは0.5≦a’<0.85、更に好ましくは0.6≦a’≦0.7であり、
0<v’<0.5、好ましくは0<v’≦0.45、理想的には0<v’≦0.333であり、
w’及びy’の少なくとも一方は、>0であり、
x’≧0、好ましくはx’>0であり
z’≧0であり、
式中、a’、v’、w’、x’、y’、及びz’は、電気的中性を維持するように選択される)のP2構造を有する1つ又は複数の成分を含む第2の成分タイプと、
一般式
A’’a’’M1’’ v’’M2’’ w’’M3’’ x’’M4’’ y’’M5’’ z’’O2、
(式中、
A’’は、ナトリウム、リチウム及びカリウムから選択される1つ又は複数のアルカリ金属を含み、
M1’’は、酸化状態2+のニッケルであり、
M2’’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M3’’は、酸化状態2+の1つ又は複数の金属を含み、
M4’’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M5’’は、酸化状態3+の1つ又は複数の金属を含み、
式中
0.4≦a’’<1、好ましくは0.5≦a’’<0.85、更に好ましくは0.6≦a’’≦0.7であり、
0<v’’<0.5、好ましくは0<v’’≦0.45、理想的には0<v’’≦0.333であり、
w’’及びy’’の少なくとも一方は、>0であり、
x’’≧0であり、
z’’≧0であり、
式中、a’’、v’’、w’’、x’’、y’’、及びz’’は、電気的中性を維持するように選択される)のP3構造を有する1つ又は複数の成分を含む第3の成分タイプと
から選択される1つ又は複数の成分タイプを含む、ドープされたニッケル酸塩含有組成物を提供する。
A’’’a’’’M1’’’ v’’’M2’’’ w’’’M3’’’ x’’’M4’’’ y’’’M5’’’ z’’’O2
(式中、
A’’’は、ナトリウム、リチウム及びカリウムから選択される1つ又は複数のアルカリ金属を含み、
M1’’’は、酸化状態2+のニッケルであり、
M2’’’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M3’’’は、酸化状態2+の1つ又は複数の金属を含み、
M4’’’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M5’’’は、酸化状態3+の1つ又は複数の金属を含み、
式中、
0.4≦a’’’<1、好ましくは0.5≦a’’’≦0.95、更に好ましくは0.6≦a’’’≦0.9、及び理想的には0.7≦a’’’≦0.9であり、
0<v’’’<0.5、更に好ましくは0<v’’’≦0.45、理想的には、0<v’’’≦0.333、或いは0.2≦v’’’≦0.333であり、
w’’’及びy’’’の少なくとも一方は>0であり、
x’’’≧0、好ましくはx’’’>0であり、
z’’’≧0であり、
式中、a’’’、v’’’、w’’’、x’’’、y’’’、及びz’’’は、電気的中性を維持するように選択される)
で表すことができる。
O3/P2−Na0.833Ni0.317Mn0.467Mg0.100Ti0.117O2、
O3/P2−Na0.750Ni0.296Mn0.508Mg0.079Ti0.117O2、
O3/P2−Na0.85Ni0.4Mn0.5Mg0.025Ti0.075O2、
O3/P2−Na0.95Ni0.3167Mn0.3167Mg0.1583Ti0.2083O2、
O3/P2−Na0.8Ni0.2667Mn0.2667Mg0.1333Ti0.3333O2、
O3/P2−Na0.75Ni0.25Mn0.25Mg0.125Ti0.375O2、
O3/P2−Na0.7Ni0.2333Mn0.2333Mg0.1167Ti0.4167O2
から選択される。
1.ナトリウムイオン材料を、リチウム含有材料、例えばLiNO3と混合し、LiNO3の融点(264℃)を超えるまで加熱し、冷却し、洗浄して過剰のLiNO3及び副反応生成物を除去するステップ、
2.Naイオン材料を、リチウム塩の水溶液、例えば水中の1MのLiClで処理するステップ、及び、
3.Naイオン材料を、リチウム塩の非水溶液、例えば、ヘキサノール、プロパノールなどの1つ又は複数の脂肪族アルコール中のLiBrで処理するステップ
を含む。
ここで、本発明を、以下の図面を参照して説明する。
本発明のドープされたニッケル含有組成物を作製するために、あらゆる簡便な方法を使用することができ、上述のように、1つ又は複数の第1、第2、及び第3の成分タイプの1つ又は複数の既成の成分間の化学反応を用いて、それらを直接調製することができる。或いは、第1、第2、及び第3の成分タイプの1つ又は複数の成分の前駆体を、一緒に反応させることができる。或いは更に、第1、第2、及び第3の成分タイプの1つ又は複数の既成の成分の組み合わせを、1つ又は複数のそれぞれの成分の前駆体と共に、使用しても良い。
一般的な方法:
1)出発物質(これらは1つ若しくは複数の第1、第2、及び第3の成分タイプの1つ若しくは複数の成分の前駆体、又はそれらの既製の成分、又は前駆体と既成の成分とのあらゆる組み合わせ)を正確な化学量論比で一緒に十分に混合し、加圧してペレットにする。
2)得られた混合物を、炉内で、例えば、周囲空気、窒素又は不活性雰囲気(例えば、アルゴン)を含む(ガスが流れることができる)適切な雰囲気下で、例えば400℃〜1500℃の間の炉温度で、反応生成物が生成されるまで加熱する。
3)生成物を冷却し、任意に粉末に粉砕する。
所望の目的のドープされたニッケル酸塩含有組成物が調製されたことを確認し、生成物材料の相純度を確定し、及び存在する不純物のタイプを決定するために、Siemens D5000粉末回折計を用いて、X線回折法による分析を実施した。この情報から、単位セルの格子定数を決定することが可能である。
スリットサイズ:1mm、1mm、0.1mm
範囲:2θ=5°〜60°
X線波長=1.5418Å(オングストローム)(Cu Kα)
速度:1.0秒/ステップ
増分:0.025°
目的のドープされたニッケル酸塩含有組成物を、ハードカーボンアノードを用いたNaイオン試験セルを用いて検査した。セルは、以下の手順を用いて作製し得る。
正極を、活物質、導電性カーボン、バインダ及び溶媒のスラリーを溶媒キャストすることにより作製する。用いる導電性カーボンは、Super P(Timcal)である。PVdFをバインダとして用い、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)を溶媒として使用する。次いで、スラリーをアルミニウム箔上にキャストし、大部分の溶媒が蒸発するまで加熱して、電極フィルムを形成する。次に、電極を、動的真空下、約120℃で乾燥させる。電極フィルムは、重量%で表される以下の成分を含む。活物質(ドープされたニッケル酸塩含有組成物)80%、Super Pカーボン6%、及びPVdFバインダ6%である。
定電流サイクル法を用いて、以下のようにセルを試験する。
図1(A)は、既知材料Na0.67Ni0.33Mn0.67O2(試料番号X1657)のX線回折パターンを示す。パターンは、この材料が層状P2型構造に一致することを示している。
図1(B)〜(C)に示されるデータは、カソード材料がハードカーボン(Carbotron P(J))のアノード材料と結合されたNaイオンセル(セル#311044)のNa0.67Ni0.33Mn0.67O2カソード活物質の定電流サイクルデータから導出される。用いられる電解質は、プロピレンカーボネート中の0.5M NaClO4溶液であった。定電流データは、1.00〜4.20Vの電圧制限値の間において、約0.125mA/cm2の電流密度で収集された。Naイオンセルを完全に充電することを確実にするために、定電流充電工程の終点において、電流密度が定電流値の10%に低下するまで、セルを4.2Vで定電圧保持した。試験は30℃で実施された。
図2(A)は、Na0.67Ni0.3Mn0.6Mg0.033Ti0.067O2(試料番号X1659)のX線回折パターンを示す。パターンは、この試料が層状P2型構造に一致することを示している。
図2(B)〜(C)に示されるデータは、カソード材料がハードカーボン(Carbotron P(J))のアノード材料と結合されたNaイオンセル(セル#311051)のP2−Na0.67Ni0.30Mn0.60Mg0.033Ti0.067O2カソード活物質の定電流サイクルデータから導出される。用いる電解質は、プロピレンカーボネート(PC)中の0.5M NaClO4溶液であった。定電流データは、1.00〜4.20Vの電圧制限値の間において、約0.2mA/cm2の電流密度で収集した。Naイオンセルを完全に充電することを確実にするために、定電流充電工程の終点において、電流密度が定電流値の10%に低下するまで、セルを4.2Vで定電圧保持した。試験は30℃で実施した。
図3(A)は、Na0.67Ni0.267Mn0.533Mg0.067Ti0.133O2(試料番号X1663)のX線回折パターンを示す。パターンは、この試料が層状P2型構造に一致することを示している。
図3(B)〜(C)に示されるデータは、カソード材料がハードカーボン(Carbotron P(J))のアノード材料と結合されたNaイオンセル(セル#311058)のP2−Na0.67Ni0.267Ti0.133Mg0.067Mn0.533O2カソード活物質の定電流サイクルデータから導出される。用いられる電解質は、プロピレンカーボネート中の0.5M NaClO4(PC)溶液であった。定電流データは、1.00〜4.20Vの電圧制限値の間において、約0.2mA/cm2の電流密度で収集された。Naイオンセルを完全に充電することを確実にするために、定電流充電工程の終点において、電流密度が定電流値の10%に低下するまで、セルを4.2Vで定電圧保持した。試験は30℃で実施された。
図4(A)は、Na0.67Ni0.25Mg0.083Mn0.667O2(試料番号X1684)のX線回折パターンを示す。パターンは、この試料が層状P2型構造に一致することを示している。
図4(B)〜(C)に示されるデータは、カソード材料がハードカーボン(Carbotron P(J))のアノード材料と結合されたNaイオンセル(セル#312020)のP2−Na0.67Ni0.25Mg0.083Mn0.667O2カソード活物質の定電流サイクルデータから導出される。用いられる電解質は、プロピレンカーボネート中の0.5M NaClO4溶液であった。定電流データは、1.00〜4.20Vの電圧制限値の間において、約0.125mA/cm2の電流密度で収集された。Naイオンセルを完全に充電することを確実にするために、定電流充電工程の終点において、電流密度が定電流値の10%に低下するまで、セルを4.2Vで定電圧保持した。試験は30℃で実施された。
図5(A)は、Na0.67Ni0.283Mn0.567Mg0.05Ti0.1O2(試料番号X1713)のX線回折パターンを示す。パターンは、この試料が層状P2型構造に一致することを示している。
図5(B)〜(C)に示されるデータは、カソード材料がハードカーボン(Carbotron P(J))のアノード材料と結合されたNaイオンセル(セル#401018)のP2−Na0.67Ni0.283Mn0.567Mg0.05Ti0.10O2カソード活物質の定電流サイクルデータから導出される。用いられる電解質は、プロピレンカーボネート中の0.5M NaClO4溶液であった。定電流データは、1.00〜4.20Vの電圧制限値の間において、約0.125mA/cm2の電流密度で収集された。Naイオンセルを完全に充電することを確実にするために、定電流充電工程の終点において、電流密度が定電流値の10%に低下するまで、セルを4.2Vで定電圧保持した。試験は30℃で実施された。
図6(A)は、既知材料であるNa0.95Ni0.3167Mn0.3167Mg0.1583Ti0.2083O2(試料番号X1714)のX線回折パターンを示す。パターンは、この試料が層状O3型構造に一致することを示している。
図6(B)〜(C)に示されるデータは、カソード材料がハードカーボン(Carbotron P(J))のアノード材料と結合されたNaイオンセル(セル#401020)のO3−Na0.95Ni0.3167Mn0.3167Mg0.1583Ti0.2083O2カソード活物質の定電流サイクルデータから導出される。用いられる電解質は、プロピレンカーボネート中の0.5M NaClO4溶液であった。定電流データは、1.00〜4.20Vの電圧制限値の間において、約0.125mA/cm2の電流密度で収集された。Naイオンセルを完全に充電することを確実にするために、定電流充電工程の終点において、電流密度が定電流値の10%に低下するまで、セルを4.2Vで定電圧保持した。試験は30℃で実施された。
図7(A)〜(B)に関して:
図7(A)〜(B)に示すデータは、カソード材料がハードカーボン(Carbotron P(J))のアノード材料と結合されたNaイオンセル(セル#401021)の物理的に混合された(75質量% P2−Na0.67Ni0.283Mn0.567Mg0.05Ti0.10O2及び25質量% O3−Na0.95Ni0.3167Mn0.3167Mg0.1583Ti0.2083O2)を含む活性カソードの定電流サイクルデータから導出される。用いられた電解質は、プロピレンカーボネート中の0.5M NaClO4溶液であった。定電流データは、1.00〜4.20Vの電圧制限値の間において、約0.125mA/cm2の電流密度で収集された。Naイオンセルを完全に充電することを確実にするために、定電流充電工程の終点において、電流密度が定電流値の10%に低下するまで、セルを4.2Vで定電圧保持した。試験は30℃で実施された。
図8(A)〜(B)に関して:
図8(A)〜(B)に示すデータは、カソード材料が、ハードカーボン(Carbotron P(J))のアノード材料と結合されたNaイオンセル(セル#401023)の物理的に混合された(50質量% P2−Na0.67Ni0.283Mn0.567Mg0.05Ti0.10O2及び50質量% O3−Na0.95Ni0.3167Mn0.3167Mg0.1583Ti0.2083O2)を含む活性カソードの定電流サイクルデータから導出される。用いられた電解質は、プロピレンカーボネート中の0.5M NaClO4溶液であった。定電流データは、1.00〜4.20Vの電圧制限値の間において、約0.125mA/cm2の電流密度で収集された。Naイオンセルを完全に充電することを確実にするために、定電流充電工程の終点において、電流密度が定電流値の10%に低下するまで、セルを4.2Vで定電圧保持した。試験は30℃で実施された。
図9(A)は、加重平均式Na0.833Ni0.317Mn0.467Mg0.100Ti0.117O2(試料番号X1682)のX線回折パターンを示す。パターンは、P2型及びO3型構造の両方の存在を示している。
図9(B)〜(C)に示されるデータは、カソード材料がハードカーボン(Carbotron P(J))のアノード材料と結合されたNaイオンセル(セル#312017)の混合相O3/P2−Na0.833Ni0.317Mn0.467Mg0.100Ti0.117O2カソード活物質の定電流サイクルデータから導出される。用いられた電解質は、プロピレンカーボネート中の0.5M NaClO4溶液であった。定電流データは、1.00〜4.20Vの電圧制限値の間において、約0.125mA/cm2の電流密度で収集された。Naイオンセルを完全に充電することを確実にするために、定電流充電工程の終点において、電流密度が定電流値の10%に低下するまで、セルを4.2Vで定電圧保持した。試験は30℃で実施された。
図10(A)は、加重平均式Na0.750Ni0.296Mn0.509Mg0.079Ti0.117O2(試料番号X1692)のX線回折パターンを示す。パターンは、P2型及びO3型構造の両方の存在を示している。
図10(B)〜(C)に示されるデータは、カソード材料がハードカーボン(Carbotron P(J))のアノード材料と結合されたNaイオンセル(セル#401003)の混合相O3/P2−Na0.753Ni0.296Mn0.509Mg0.079Ti0.117O2カソードの活物質の定電流サイクルデータから導出される。用いられた電解質は、プロピレンカーボネート中の0.5M NaClO4溶液であった。定電流データは、1.00〜4.20Vの電圧制限値の間において、約0.125mA/cm2の電流密度で収集された。Naイオンセルを完全に充電することを確実にするために、定電流充電工程の終点において、電流密度が定電流値の10%に低下するまで、セルを4.2Vで定電圧保持した。試験は30℃で実施された。
図11(A)は、加重平均式Na0.95Ni0.3167Mn0.3167Mg0.1583Ti0.2083O2(試料番号X1696C)のX線回折パターンを示す。パターンは、P2型及びO3型構造の両方の存在を示している。
図11(B)〜(C)に示されるデータは、カソード材料がハードカーボン(Carbotron P(J))のアノード材料と結合されたNaイオンセル(セル#401003)の混合相O3/P2−Na0.95Ni0.3167Mn0.3167Mg0.1583Ti0.2083O2カソード活物質の定電流サイクルデータから導出される。用いられた電解質は、プロピレンカーボネート中の0.5M NaClO4溶液であった。定電流データは、1.00〜4.20Vの電圧制限値の間において、約0.125mA/cm2の電流密度で収集された。Naイオンセルを完全に充電することを確実にするために、定電流充電工程の終点において、電流密度が定電流値の10%に低下するまで、セルを4.2Vで定電圧保持した。試験は30℃で実施された。
図12(A)は、加重平均式Na0.75Ni0.296Mn0.508Mg0.079Ti0.117O2(試料番号X1700)のX線回折パターンを示す。パターンは、P2型及びO3型構造の両方の存在を示している。
図12(B)〜(C)に示されるデータは、カソード材料がハードカーボン(Carbotron P(J))のアノード材料と結合されたNaイオンセル(セル#401014)の混合相O3/P2−Na0.75Ni0.296Mn0.508Mg0.079Ti0.117O2カソード活物質の定電流サイクルデータから導出される。用いられた電解質は、プロピレンカーボネート中の0.5M NaClO4溶液であった。定電流データは、1.00〜4.20Vの電圧制限値の間において、約1.00mA/cm2の電流密度で収集された。Naイオンセルを完全に充電することを確実にするために、定電流充電工程の終点において、電流密度が定電流値の10%に低下するまで、セルを4.2Vで定電圧保持した。試験は30℃で実施された。
図13は、加重平均式Na0.666Ni0.3Mn0.6Mg0.033Ti0.067O2(試料番号S0842)のX線回折パターンを示す。パターンは、P3型及びP2型構造の両方の存在を示している。
図14は、加重平均式Na0.6667Ni0.2500Mn0.5833Mg0.0833Ti0.0833O2(試料番号S1430A)のX線回折パターンを示す。パターンは、P3型及びP2型構造の両方の存在を示している。
図15は、加重平均式Na0.8292Ni0.2886Mn0.4622Mg0.126Ti0.1233O2(試料番号S1458B)のX線回折パターンを示す。パターンは、P3型、P2型、及びO3型構造の存在を示している。
図16は、加重平均式Na0.8188Ni0.2860Mn0.4561Mg0.1234Ti0.1346O2(試料番号S1459B)のX線回折パターンを示す。パターンは、P3型、P2型、及びO3型構造の存在を示している。
一般式
AaM1 vM2 wM3 xM4 yM5 zO2
(式中、
Aは、ナトリウム、リチウム及びカリウムから選択される1つ又は複数のアルカリ金属を含み、
M1は、酸化状態2+のニッケルであり、
M2は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M3は、酸化状態2+の1つ又は複数の金属を含み、
M4は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M5は、酸化状態3+の1つ又は複数の金属を含み、
式中、
0.85≦a≦1であり、
0<v<0.5であり、
w及びyの少なくとも一方は、>0であり、
x≧0であり、
z≧0であり、
式中、a、v、w、x、y及びzは、電気的中性を維持するように選択される)のO3構造を有する1つ又は複数の成分を含む第1の成分タイプを、
一般式
A’a’M1’ v’M2’ w’M3’ x’M4’ y’M5’ z’O2
(式中、
A’は、ナトリウム、リチウム及びカリウムから選択される1つ又は複数のアルカリ金属を含み、
M1’は、酸化状態2+のニッケルであり、
M2’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M3’は、酸化状態2+の1つ又は複数の金属を含み、
M4’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M5’は、酸化状態3+の1つ又は複数の金属を含み、
式中、
0.4≦a’<1、
0<v’<0.5であり、
w’及びy’の少なくとも一方は、>0であり、
x’≧0であり、好ましくはx’>0であり
z’≧0であり、
式中、a’、v’、w’、x’、y’、及びz’は、電気的中性を維持するように選択される)のP2構造を有する1つ又は複数の成分を含む第2の成分タイプと、
一般式
A’’a’’M1’’ v’’M2’’ w’’M3’’ x’’M4’’ y’’M5’’ z’’O2
(式中、
A’’は、ナトリウム、リチウム及びカリウムから選択される1つ又は複数のアルカリ金属を含み、
M1’’は、酸化状態2+のニッケルであり、
M2’’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M3’’は、酸化状態2+の1つ又は複数の金属を含み、
M4’’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M5’’は、酸化状態3+の1つ又は複数の金属を含み、
式中
0.4≦a’’<1であり、
0<v’’<0.5であり、
w’’及びy’’の少なくとも一方は、>0であり、
x’’≧0であり、
z’’≧0であり、
式中、a’’、v’’、w’’、x’’、y’’、及びz’’は、電気的中性を維持するように選択される)のP3構造を有する1つ又は複数の成分を含む第3の成分タイプと
から選択される1つ又は複数の成分タイプと共に、
含む、ドープされたニッケル酸塩含有組成物を含む電極。
請求項2
ドープされたニッケル酸塩含有組成物において、M2、M2’、及びM2’’の各々は、マンガン、チタン、及びジルコニウムから選択される1つ又は複数の金属を含み、M3、M3’、及びM3’’の各々は、マグネシウム、カルシウム、銅、亜鉛、及びコバルトから選択される1つ又は複数の金属を含み、M4、M4’、及びM4’’の各々は、マンガン、チタン、及びジルコニウムから選択される1つ又は複数の金属を含み、M5、M5’、及びM5’’の各々は、アルミニウム、鉄、コバルト、モリブデン、クロム、バナジウム、スカンジウム及びイットリウムから選択される1つ又は複数の金属を含む、請求項1に記載の電極。
請求項3
第1の成分タイプは、1つ又は複数のNa1−σNi(1−σ)/3Mn(1−σ)/3Mg(1/6)−(1/6)σTi(1/6)+(5/6)σO2(式中、0≦σ≦0.15である)、Na0.95Ni0.3167Mn0.3167Mg0.1583Ti0.2083O2、及びNaNi0.33Mn0.33Mg0.167Ti0.167O2から選択されるO3構造を有する1つ又は複数の成分を含む、請求項1に記載の電極。
請求項4
第2の成分タイプは、1つ又は複数のNa0.67Ni0.33Mn0.67O2、Na0.67Ni0.3Mn0.6Mg0.033Ti0.067O2、Na0.67Ni0.267Mn0.533Mg0.067Ti0.133O2、Na0.67Ni0.25Mg0.083Mn0.667O2、Na0.67Ni0.283Mn0.567Mg0.05Ti0.1O2、Na0.67Ni0.33Mn0.67Mg0.033Ti0.067O2及びNa0.67Ni0.25Mn0.667Mg0.083O2から選択されるP2構造を有する1つ又は複数の成分を含む、請求項1に記載の電極。
請求項5
ドープされたニッケル含有組成物は、加重平均式
A’’’a’’’M1’’’ v’’’M2’’’ w’’’M3’’’ x’’’M4’’’ y’’’M5’’’ z’’’O2
(式中、
A’’’は、ナトリウム、リチウム、及びカリウムから選択される1つ又は複数のアルカリ金属を含み、
M1’’’は、酸化状態2+のニッケルであり、
M2’’’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M3’’’は、酸化状態2+の1つ又は複数の金属を含み、
M4’’’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M5’’’は、酸化状態3+の1つ又は複数の金属を含み、
式中、
0.4≦a’’’<1、好ましくは0.5≦a’’’≦0.95、更に好ましくは0.6≦a’’’≦0.9、及び理想的には0.7≦a’’’≦0.9であり、
0<v’’’<0.5、更に好ましくは0<v’’’≦0.45、理想的には、0<v’’’≦0.333、或いは0.2≦v’’’≦0.333であり、
w’’’及びy’’’の少なくとも一方は、>0であり、
x’’’≧0、好ましくはx’’’>0であり、
z’’’≧0であり、
a’’’、v’’’、w’’’、x’’’、y’’’、及びz’’’は、電気的中性を維持するように選択される)によって表される、請求項1から4のいずれか一項に記載の電極。
請求項6
ドープされたニッケル酸塩含有組成物は、
O3/P2−Na0.833Ni0.317Mn0.467Mg0.100Ti0.117O2、
O3/P2−Na0.750Ni0.296Mn0.508Mg0.079Ti0.117O2、
O3/P2−Na0.85Ni0.4Mn0.5Mg0.025Ti0.075O2、
O3/P2−Na0.95Ni0.3167Mn0.3167Mg0.1583Ti0.2083O2、
O3/P2−Na0.8Ni0.2667Mn0.2667Mg0.1333Ti0.3333O2、
O3/P2−Na0.75Ni0.25Mn0.25Mg0.125Ti0.375O2、
O3/P2−Na0.7Ni0.2333Mn0.2333Mg0.1167Ti0.4167O2
から選択される加重平均式を有する、請求項5に記載の電極。
請求項7
第2及び第3の成分タイプの1つ又は両方の1つ又は複数の成分と、第1の成分タイプの1つ又は複数の成分との物理的混合物を形成するステップを含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の電極に用いられるドープされたニッケル酸塩含有組成物を調製する方法。
請求項8
第1の成分タイプの1つ又は複数の成分の前駆体物質及び/又は1つ又は複数の既成の成分を、第2及び第3の成分タイプの一方又は両方の前駆体物質及び/又は既成の成分と共に、必要な化学量論比で混合するステップと、得られた混合物を400℃〜1500℃の間の温度で、炉内で反応生成物が生成するまで加熱するステップとを含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の電極で用いられるドープされたニッケル酸塩含有組成物を調製する方法。
請求項9
エネルギー貯蔵デバイス、電池、二次電池、電気化学デバイス、エレクトロクロミックデバイス及びNaイオンセルから選択される応用デバイスにおける、請求項1から5のいずれか一項に記載の電極の使用。
請求項10
請求項1から5のいずれか一項に記載の1つ又は複数の電極を含む、電池。
請求項11
一般式
AaM1 vM2 wM3 xM4 yM5 zO2
(式中
Aは、ナトリウム、リチウム及びカリウムから選択される1つ又は複数のアルカリ金属を含み、
M1は、酸化状態2+のニッケルであり、
M2は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M3は、酸化状態2+の1つ又は複数の金属を含み、
M4は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M5は、酸化状態3+の1つ又は複数の金属を含み、
式中、
0.85≦a≦1であり、
0<v<0.5であり、
w及びyの少なくとも一方は、>0であり、
x≧0であり、
z≧0であり、
式中、a、v、w、x、y及びzは、電気的中性を維持するように選択される)のO3構造を有する1つ又は複数の成分を含む第1の成分タイプと、
一般式
A’a’M1’ v’M2’ w’M3’ x’M4’ y’M5’ z’O2
(式中、
A’は、ナトリウム、リチウム及びカリウムから選択される1つ又は複数のアルカリ金属を含み、
M1’は、酸化状態2+のニッケルであり、
M2’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M3’は、酸化状態2+の1つ又は複数の金属を含み、
M4’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M5’は、酸化状態3+の1つ又は複数の金属を含み、
式中、
0.4≦a’<1、
0<v’<0.5であり、
w’及びy’の少なくとも一方は、>0であり、
x’≧0、好ましくはx’>0であり
z’≧0であり、
式中、a’、v’、w’、x’、y’、及びz’は、電気的中性を維持するように選択される)のP2構造を有する1つ又は複数の成分を含む第2の成分タイプと、
一般式
A’’a’’M1’’ v’’M2’’ w’’M3’’ x’’M4’’ y’’M5’’ z’’O2
(式中、
A’’は、ナトリウム、リチウム及びカリウムから選択される1つ又は複数のアルカリ金属を含み、
M1’’は、酸化状態2+のニッケルであり、
M2’’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M3’’は、酸化状態2+の1つ又は複数の金属を含み、
M4’’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M5’’は、酸化状態3+の1つ又は複数の金属を含み、
式中
0.4≦a’’<1であり、
0<v’’<0.5であり、
w’’及びy’’の少なくとも一方は、>0であり、
x’’≧0であり、
z’’≧0であり、
式中、a’’、v’’、w’’、x’’、y’’、及びz’’は、電気的中性を維持するように選択される)のP3構造を有する1つ又は複数の成分を含む第3の成分タイプと、
から選択される1つ又は複数の成分タイプを含む、ドープされたニッケル酸塩含有組成物。
請求項12
x、x’、及びx’’の少なくとも1つは>0である、請求項11に記載のドープされたニッケル酸塩含有組成物。
請求項13
加重平均式
A’’’a’’’M1’’’ v’’’M2’’’ w’’’M3’’’ x’’’M4’’’ y’’’M5’’’ z’’’O2
(式中、
A’’’は、ナトリウム、リチウム、及びカリウムから選択される1つ又は複数のアルカリ金属を含み、
M1’’’は、酸化状態2+のニッケルであり、
M2’’’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M3’’’は、酸化状態2+の1つ又は複数の金属を含み、
M4’’’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M5’’’は、酸化状態3+の1つ又は複数の金属を含み、
式中、
0.4≦a’’’<1、好ましくは0.5≦a’’’≦0.95、更に好ましくは0.6≦a’’’≦0.9、及び理想的には0.7≦a’’’≦0.9であり、
0<v’’’<0.5、更に好ましくは0<v’’’≦0.45、理想的には、0<v’’’≦0.333、或いは0.2≦v’’’≦0.333であり、
w’’’及びy’’’の少なくとも一方は、>0であり、
x’’’≧0、好ましくはx’’’>0であり、
z’’’≧0であり、
式中、a’’’、v’’’、w’’’、x’’’、y’’’、及びz’’’は、電気的中性を維持するように選択される)によって表される、請求項11又は12に記載のドープされたニッケル酸塩含有組成物。
請求項14
O3/P2−Na0.833Ni0.317Mn0.467Mg0.100Ti0.117O2、
O3/P2−Na0.750Ni0.296Mn0.508Mg0.079Ti0.117O2、
O3/P2−Na0.85Ni0.4Mn0.5Mg0.025Ti0.075O2、
O3/P2−Na0.95Ni0.3167Mn0.3167Mg0.1583Ti0.2083O2、
O3/P2−Na0.8Ni0.2667Mn0.2667Mg0.1333Ti0.3333O2、
O3/P2−Na0.75Ni0.25Mn0.25Mg0.125Ti0.375O2、
O3/P2−Na0.7Ni0.2333Mn0.2333Mg0.1167Ti0.4167O2
から選択される、請求項11、12、又は13のいずれか一項に記載のドープされたニッケル酸塩含有組成物。
Claims (8)
- O3構造を有する1つ又は複数の成分を含む第1の成分タイプを、P2構造を有する1つ又は複数の成分を含む第2の成分タイプと、P3構造を有する1つ又は複数の成分を含む第3の成分タイプとから選択される1つ又は複数の成分タイプと共に、
含む、
加重平均式
A’’’a’’’M1’’’ v’’’M2’’’ w’’’M3’’’ x’’’M4’’’ y’’’M5’’’ z’’’O2
(式中、
A’’’は、ナトリウム、リチウム、及びカリウムから選択される1つ又は複数のアルカリ金属を含み、
M1’’’は、酸化状態2+のニッケルであり、
M2’’’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M3’’’は、酸化状態2+の1つ又は複数の金属を含み、
M4’’’は、酸化状態4+の1つ又は複数の金属を含み、
M5’’’は、酸化状態3+の1つ又は複数の金属を含み、
式中、
0.4≦a’’’<1であり、
0<v’’’<0.5であり、
w’’’及びy’’’の少なくとも一方は、>0であり、
x’’’≧0であり、
z’’’≧0であり、
a’’’、v’’’、w’’’、x’’’、y’’’、及びz’’’は、電気的中性を維持するように選択される)によって表される、混合相をドープされたニッケル酸塩含有組成物を含む電極。 - 前記混合相をドープされたニッケル酸塩含有組成物が、
i)P2構造及びP3構造の一方又は両方を有する成分の不連続領域と共に、O3構造を有する1つ又は複数の成分を含有する不連続領域を含む単一化合物、又は、
ii)P2構造及び/又はP3構造を有する1つ又は複数の化合物と共に、O3構造を有する1つ又は複数の化合物を含む物理的混合物、
のいずれかを含む、又は、
iii)それはi)とii)との混合物になる、請求項1に記載の電極。 - 前記混合相をドープされたニッケル酸塩含有組成物において、x’’’>0であり、請求項1から2のいずれか一項に記載の電極。
- 前記混合相をドープされたニッケル酸塩含有組成物において、M2’’’は、マンガン、チタン、及びジルコニウムから選択される1つ又は複数の金属を含み、M3’’’は、マグネシウム、カルシウム、銅、亜鉛、及びコバルトから選択される1つ又は複数の金属を含み、M4’’’は、マンガン、チタン、及びジルコニウムから選択される1つ又は複数の金属を含み、M5’’’は、アルミニウム、鉄、コバルト、モリブデン、クロム、バナジウム、スカンジウム及びイットリウムから選択される1つ又は複数の金属を含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の電極。
- 前記混合相をドープされたニッケル酸塩含有組成物は、
O3/P2−Na0.833Ni0.317Mn0.467Mg0.100Ti0.117O2、
O3/P2−Na0.750Ni0.296Mn0.508Mg0.079Ti0.117O2、
O3/P2−Na0.85Ni0.4Mn0.5Mg0.025Ti0.075O2、
O3/P2−Na0.95Ni0.3167Mn0.3167Mg0.1583Ti0.2083O2、
O3/P2−Na0.8Ni0.2667Mn0.2667Mg0.1333Ti0.3333O2、
O3/P2−Na0.75Ni0.25Mn0.25Mg0.125Ti0.375O2、
O3/P2−Na0.7Ni0.2333Mn0.2333Mg0.1167Ti0.4167O2
から選択される加重平均式を有する、請求項1から4のいずれか一項に記載の電極。 - 応用デバイスにおける、請求項1から5のいずれか一項に記載の電極の使用。
- 前記応用デバイスがエネルギー貯蔵デバイス、電池、再充電電池、電気化学デバイス、エレクトロクロミックデバイス及びNaイオンセルから選択される、請求項6に記載の電極の使用。
- 請求項1から5のいずれか一項に記載の電極を含む応用デバイス。
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