JP2022534928A - 層状カリウム金属酸化物を含む電極材料、電極材料を含む電極、および電気化学における電極材料の使用 - Google Patents

層状カリウム金属酸化物を含む電極材料、電極材料を含む電極、および電気化学における電極材料の使用 Download PDF

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Abstract

電気化学的活物質を含む電極材料であって、前述の電気化学的活物質が層状カリウム金属酸化物を含む、電極材料。層状カリウム金属酸化物は、式ＫｘＭＯ２のものであり得る。また、本発明は、前述の電極材料を含む電極、電気化学セル、および電池に関する。例えば、前述の電池は、リチウム電池もしくはリチウムイオン電池、ナトリウム電池もしくはナトリウムイオン電池、またはカリウム電池もしくはカリウムイオン電池であり得る。１つの態様によれば、本技術は、電気化学的活物質を含む電極材料であって、前述の電気化学的活物質が式ＫｘＭＯ２の層状カリウム金属酸化物を含み、ここで、ｘは０＜ｘ≦０．７のような数値であり、そしてＭは、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｓｂ、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせから選択される、電極材料に関する。

Description

関連出願
本出願は、適用法令に基づき、２０１９年５月３１日出願の米国仮特許出願第６２／８５５，５３７号（その内容全体がすべての目的のために本明細書中で参考として援用される）の優先権を主張する。
技術分野
本出願は、電気化学的活物質の分野および電気化学的用途におけるその使用に関する。より具体的には、本開示は、一般に、電気化学的活物質として層状カリウム金属酸化物を含む電極材料、前述の電極材料を含む電極、前述の電極材料の製造プロセス、および電気化学セルにおける前述の電極材料の使用に関する。
背景
全固体電池は、電気車両用電池または次世代電気自動車用の主電池の新たな解決策である。液体電解質を使用した従来のリチウムイオン電池と比較して、全固体電池は、一般に低費用で製造することができ、寿命の改善、短時間での充電、高性能、および高い安全性を実現することができる。
全固体電池の理論容量がより高いので、全固体電池が従来のリチウムイオン電池（リチウム金属またはナトリウム金属のアノードを含む電池）に関連するある特定のエネルギー密度の問題を解決できることが再認識されてきて、高密度エネルギー貯蔵システムにおいて黒鉛アノードと取って代わるように改良されてきている。
しかしながら、リチウムイオン電池用の従来の市販のカソード材料（例えば、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）およびリチウムニッケルマンガンコバルト酸化物（ＮＭＣ）（ＬｉＮｉ０．３３Ｍｎ０．３３Ｃｏ０．３３Ｏ２（ＮＭＣ１１１）、ＬｉＮｉ０．６Ｍｎ０．２Ｃｏ０．２Ｏ２（ＮＭＣ６２２）、およびＬｉＮｉ０．８Ｍｎ０．１Ｃｏ０．１Ｏ２（ＮＭＣ ８１１）など））のコストが高く、リチウムを含まない電極材料の合成または生産のプロセスが複雑であることから、特に大規模エネルギー貯蔵システムにおける全固体電池の採用は限定的である。
したがって、従来の市販のカソード材料の１またはそれを超える欠点のない新規の電極材料を開発する必要がある。例えば、低コスト、高容量、高電圧の全固体電池用材料が必要である。
要旨
１つの態様によれば、本技術は、電気化学的活物質を含む電極材料であって、前述の電気化学的活物質が式ＫｘＭＯ２の層状カリウム金属酸化物を含み、ここで、ｘは０＜ｘ≦０．７のような数値であり、そしてＭは、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｓｂ、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせから選択される、電極材料に関する。
１つの実施形態では、電気化学的活物質は、式ＫｘＭｙＭｎ１－ｙＯ２の層状カリウム金属酸化物を含み、ここで、ｘは本明細書中に定義の通りであり、ｙは０≦ｙ≦１．０のような数値であり、そしてＭは、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｓｂ、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせから選択される。例えば、層状カリウム金属酸化物はＫｘＦｅｙＭｎ１－ｙＯ２の式のものであり、ここで、ｘおよびｙは本明細書中に定義の通りである。
別の実施形態では、層状カリウム金属酸化物はＫｘＮｉ０．５ｘＭｎ１－０．５ｘＯ２の式のものであり、ここで、ｘは本明細書中に定義の通りである。
別の実施形態では、層状カリウム金属酸化物はＫｘＮｉ０．５ｘＭｎ１－０．５ｘ－ｙＭｙＯ２の式のものであり、ここで、ｘは本明細書中に定義の通りであり、ｙは０≦ｙ≦（１．０－０．５ｘ）のような数値であり、そしてＭは、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｓｂ、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせから選択される。例えば、層状カリウム金属酸化物はＫｘＮｉ０．５ｘＭｎ１－０．５ｘＴｉｙＯ２の式のものであり、ここで、ｘおよびｙは本明細書中に定義の通りである。
別の実施形態では、層状カリウム金属酸化物は、Ｋ０．６７Ｎｉ０．３３Ｍｎ０．６７Ｏ２、Ｋ０．６Ｎｉ０．３Ｍｎ０．７Ｏ２、Ｋ０．５Ｎｉ０．２５Ｍｎ０．７５Ｏ２、Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．６Ｔｉ０．２Ｏ２、Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．７Ｔｉ０．１Ｏ２、Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．７５Ｔｉ０．０５Ｏ２、Ｋ０．４Ｆｅ０．４Ｍｎ０．６Ｏ２、Ｋ０．４Ｎｉ０．１Ｍｎ０．９Ｏ２、Ｋ０．４ＭｎＯ２、Ｋ０．３Ｎｉ０．１５Ｍｎ０．８５Ｏ２、Ｋ０．３Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、Ｋ０．３ＭｎＯ２、Ｋ０．２Ｎｉ０．１Ｍｎ０．９Ｏ２、Ｋ０．２Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、Ｋ０．２ＭｎＯ２、Ｋ０．１Ｎｉ０．０５Ｍｎ０．９５Ｏ２、Ｋ０．１Ｎｉ０．１Ｍｎ０．９Ｏ２、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせからなる群から選択される。
別の態様によれば、本技術は、電気化学的活物質を含む電極材料であって、前述の電気化学的活物質が式ＮａｚＫｘＭＯ２の層状カリウム金属酸化物を含み、ここで、ｘは０＜ｘ≦０．７のような数値であり、ｚは０＜ｘ≦０．８のような数値であり、そしてＭは、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｓｂ、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせから選択される、電極材料に関する。
１つの実施形態では、電気化学的活物質は、式ＮａｚＫｘＭｙＭｎ１－ｙＯ２の層状カリウム金属酸化物を含み、ここで、ｘおよびｚは本明細書中に定義の通りであり、ｙは０≦ｙ≦１．０のような数値であり、そしてＭは、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｓｂ、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせから選択される。
別の実施形態では、層状カリウム金属酸化物はＮａｚＫｘＮｉｙＭｎ１－ｙＯ２の式のものであり、ここで、ｘおよびｚは本明細書中に定義の通りであり、そしてｙは０≦ｙ≦１．０のような数値である。
別の実施形態では、層状カリウム金属酸化物は、Ｎａ０．７４Ｋ０．０８Ｎｉ０．４１Ｍｎ０．５９Ｏ２、Ｎａ０．６Ｋ０．０８Ｎｉ０．３４Ｍｎ０．６６Ｏ２、Ｎａ０．７４Ｋ０．０８Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、Ｎａ０．６Ｋ０．０８Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、Ｎａ０．３２Ｋ０．０８Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、Ｎａ０．２Ｋ０．２Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせからなる群から選択される。
別の実施形態では、電極材料は、電子伝導性材料をさらに含む。１つの例によれば、電子伝導性材料は、カーボンブラック、アセチレンブラック、黒鉛、グラフェン、炭素繊維、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせからなる群から選択される。
別の実施形態では、電極材料は、バインダーをさらに含む。１つの例によれば、バインダーは、ポリエーテル型のポリマーバインダー、フルオロポリマー、および水溶性バインダーからなる群から選択される。
別の態様によれば、本技術は、集電体上に本明細書中に定義の電極材料を含む電極に関する。
１つの実施形態では、電極は正極である。
別の態様によれば、本技術は、負極、正極、および電解質を含む電気化学セルであって、ここで、前述の正極が本明細書中に定義の通りである、電気化学セルに関する。
１つの実施形態では、負極は、リチウム金属、ナトリウム金属、カリウム金属、またはこれらのうちの少なくとも１つを含む合金を含む。
別の実施形態では、負極は、リチウムプレドープ合金、リチウムプレドープ黒鉛、リチウムプレドープケイ素、リチウムプレドープ酸化物、またはこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む。
別の実施形態では、負極は、ナトリウムプレドープ合金、ナトリウムプレドープハードカーボン、およびナトリウムプレドープ酸化物のうちの少なくとも１つを含む。
別の実施形態では、負極は、カリウムプレドープ合金、カリウムプレドープ黒鉛、カリウムプレドープハードカーボン、およびカリウムプレドープ酸化物のうちの少なくとも１つを含む。
別の実施形態では、電解質は、溶媒中の塩を含む液体電解質である。
別の実施形態では、電解質は、溶媒および必要に応じて溶媒和ポリマー中の塩を含むゲル電解質である。
別の実施形態では、電解質は、溶媒和ポリマー中の塩を含む固体ポリマー電解質である。
１つの例によれば、塩は、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせから選択される。
別の実施形態では、電解質は、ガラス電解質またはセラミック電解質である。例えば、電解質は、サイト欠陥ペロブスカイト型電解質、ガーネット型電解質、ＮＡＳＩＣＯＮ型ガラスセラミック電解質、ＬＩＳＩＣＯＮ型電解質、リチウム安定化ナトリウムイオン（Ｎａ＋）伝導性酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、および他の類似のガラス電解質またはセラミック電解質から選択されるガラス電解質またはセラミック電解質である。
別の態様によれば、本技術は、少なくとも１つの本明細書中に定義の電気化学セルを含む電池に関する。
１つの実施形態では、電池は、リチウム電池、リチウムイオン電池、ナトリウム電池、ナトリウムイオン電池、カリウム電池、およびカリウムイオン電池からなる群から選択される。
図１は、実施例１（ａ）に記載の固相合成を使用して得た式Ｋ０．６７Ｎｉ０．３３Ｍｎ０．６７Ｏ２の層状カリウム金属酸化物粉末のＸ線回折パターンを（Ａ）に示し；そして層状Ｋ０．６７Ｎｉ０．３３Ｍｎ０．６７Ｏ２の結晶構造の図および結晶構造の特徴を（Ｂ）に示す。
図２は、実施例１（ａ）に記載の固相合成を使用して得た式Ｋ０．６Ｎｉ０．３Ｍｎ０．７Ｏ２の層状カリウム金属酸化物粉末のＸ線回折パターンを（Ａ）に示し；そして層状Ｋ０．６Ｎｉ０．３Ｍｎ０．７Ｏ２の結晶構造の図および結晶構造の特徴を（Ｂ）に示す。
図３は、実施例１（ａ）に記載の固相合成を使用して得た式Ｋ０．５Ｎｉ０．２ ５Ｍｎ０．７５Ｏ２の層状カリウム金属酸化物粉末のＸ線回折パターンを（Ａ）に示し；そして層状Ｋ０．５Ｎｉ０．２５Ｍｎ０．７５Ｏ２の結晶構造の図および結晶構造の特徴を（Ｂ）に示す。
図４は、実施例１（ａ）に記載の固相合成を使用して得た式Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２の層状カリウム金属酸化物粉末のＸ線回折パターンを（Ａ）に示し；そして層状Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２の結晶構造の図および結晶構造の特徴を（Ｂ）に示す。
図５は、実施例１（ａ）に記載の固相合成を使用して得た式Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．６Ｔｉ０．２Ｏ２の層状カリウム金属酸化物粉末のＸ線回折パターンを（Ａ）に示し；そして層状Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．６Ｔｉ０．２Ｏ２の結晶構造の２つの図を（Ｂ）に示す。
図６は、実施例１（ａ）に記載の固相合成を使用して得た式Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．７Ｔｉ０．１Ｏ２の層状カリウム金属酸化物粉末のＸ線回折パターンを（Ａ）に示し；そして層状Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．７Ｔｉ０．１Ｏ２の結晶構造の図および結晶構造の特徴を（Ｂ）に示す。
図７は、実施例１（ａ）に記載の固相合成を使用して得た式Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．７５Ｔｉ０．０５Ｏ２の層状カリウム金属酸化物粉末のＸ線回折パターンを（Ａ）に示し；そして層状Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．７５Ｔｉ０．０５Ｏ２の結晶構造の図および結晶構造の特徴を（Ｂ）に示す。
図８は、実施例１（ａ）に記載の固相合成を使用して得た式Ｋ０．４Ｆｅ０．４Ｍｎ０．６Ｏ２の層状カリウム金属酸化物粉末のＸ線回折パターンを（Ａ）に示し；そして層状Ｋ０．４Ｆｅ０．４Ｍｎ０．６Ｏ２の結晶構造の図および結晶構造の特徴を（Ｂ）に示す。
図９は、実施例１（ａ）に記載の固相合成を使用して得た式Ｋ０．４Ｎｉ０．１Ｍｎ０．９Ｏ２の層状カリウム金属酸化物粉末のＸ線回折パターンを（Ａ）に示し；そして層状Ｋ０．４Ｎｉ０．１Ｍｎ０．９Ｏ２の結晶構造の図および結晶構造の特徴を（Ｂ）および（Ｃ）に示す。
図１０は、実施例１（ａ）に記載の固相合成を使用して得た式Ｋ０．４ＭｎＯ２の層状カリウム金属酸化物粉末のＸ線回折パターンを（Ａ）に示し；そして層状Ｋ０．４ＭｎＯ２の結晶構造の図および結晶構造の特徴を（Ｂ）に示す。
図１１は、実施例１（ａ）に記載の固相合成を使用して得た式Ｋ０．３Ｎｉ０ ．１５Ｍｎ０．８５Ｏ２の層状カリウム金属酸化物粉末のＸ線回折パターンを（Ａ）に示し；そして層状Ｋ０．３Ｎｉ０．１５Ｍｎ０．８５Ｏ２の結晶構造の図および結晶構造の特徴を（Ｂ）に示す。
図１２は、実施例１（ａ）に記載の固相合成を使用して得た式Ｋ０．３Ｎｉ０ ．２Ｍｎ０．８Ｏ２の層状カリウム金属酸化物粉末のＸ線回折パターンを（Ａ）に示し；そして層状Ｋ０．３Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２の結晶構造の図および結晶構造の特徴を（Ｂ）に示す。
図１３は、実施例１（ａ）に記載の固相合成を使用して得た式Ｋ０．３ＭｎＯ２の層状カリウム金属酸化物粉末のＸ線回折パターンを（Ａ）に示し；そして層状Ｋ０．３ＭｎＯ２の結晶構造の図および結晶構造の特徴を（Ｂ）に示す。
図１４は、実施例１（ａ）に記載の固相合成を使用して得た式Ｋ０．２Ｎｉ０ ．１Ｍｎ０．９Ｏ２の層状カリウム金属酸化物粉末のＸ線回折パターンを（Ａ）に示し；そして層状Ｋ０．２Ｎｉ０．１Ｍｎ０．９Ｏ２の結晶構造の図および結晶構造の特徴を（Ｂ）および（Ｃ）に示す。
図１５は、実施例１（ａ）に記載の固相合成を使用して得た式Ｋ０．２Ｎｉ０ ．２Ｍｎ０．８Ｏ２の層状カリウム金属酸化物粉末のＸ線回折パターンを（Ａ）に示し；そして層状Ｋ０．２Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２の結晶構造の図および結晶構造の特徴を（Ｂ）に示す。
図１６は、実施例１（ａ）に記載の固相合成を使用して得た式Ｋ０．２ＭｎＯ２の層状カリウム金属酸化物粉末のＸ線回折パターンを（Ａ）に示し；そして層状Ｋ０．２ＭｎＯ２の結晶構造の特徴を（Ｂ）に示す。
図１７は、実施例１（ａ）に記載の固相合成を使用して得た式Ｋ０．１Ｎｉ０ ．０５Ｍｎ０．９５Ｏ２の層状カリウム金属酸化物粉末のＸ線回折パターンを（Ａ）に示し；そして層状Ｋ０．１Ｎｉ０．０５Ｍｎ０．９５Ｏ２の結晶構造の図および結晶構造の特徴を（Ｂ）に示す。
図１８は、実施例１（ａ）に記載の固相合成を使用して得た式Ｎａ０．７４Ｋ０．０８Ｎｉ０．４１Ｍｎ０．５９Ｏ２（黒色のライン）、Ｎａ０．６Ｋ０．０８Ｎｉ０．３４Ｍｎ０．６６Ｏ２（赤色のライン）、Ｎａ０．７４Ｋ０．０８Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２（青色のライン）、Ｎａ０．６Ｋ０．０８Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２（桃色のライン）、Ｎａ０．３２Ｋ０．０８Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２（バーガンディ色のライン）、およびＮａ０．２Ｋ０．２Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２（橙色のライン）の層状カリウム金属酸化物粉末のＸ線回折パターンを示す。
図１９は、実施例３（ｂ）に記載の式ＫｘＮｉ０．５ｘＭｎ１－０．５ｘＯ２（式中、ｘは０．１≦ｘ≦０．７のような数値である）の層状カリウム金属酸化物の容量（ｍＡｈ．ｇ－１）対ｘのグラフである。リチウムイオン電池（赤色のライン）およびナトリウムイオン電池（黒色のライン）の結果を示す。
図２０は、実施例３（ｂ）に記載のように、１．５Ｖと４．５Ｖとの間ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル１についての２つの充放電プロフィールを（Ａ）に示し；１．５Ｖと４．２Ｖとの間ｖｓ．Ｎａ＋／Ｎａで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル２についての２つの充放電プロフィールを（Ｂ）に示す。第１（黒色のライン、１）および第２（赤色のライン、２）の充放電サイクルの結果を示す。
図２１は、実施例３（ｂ）に記載のように、１．５Ｖと４．５Ｖとの間ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル３についての２つの充放電プロフィールを（Ａ）に示し；１．５Ｖと４．２Ｖとの間ｖｓ．Ｎａ＋／Ｎａで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル４についての２つの充放電プロフィールを（Ｂ）に示す。第１（黒色のライン、１）および第２（赤色のライン、２）の充放電サイクルの結果を示す。
図２２は、実施例３（ｂ）に記載のように、１．５Ｖと４．５Ｖとの間ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル５についての２つの充放電プロフィールを（Ａ）に示し；１．５Ｖと４．２Ｖとの間ｖｓ．Ｎａ＋／Ｎａで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル６についての２つの充放電プロフィールを（Ｂ）に示す。第１（黒色のライン、１）および第２（赤色のライン、２）の充放電サイクルの結果を示す。
図２３は、実施例３（ｂ）に記載のように、１．５Ｖと４．５Ｖとの間ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル７についての２つの充放電プロフィールを（Ａ）に示し；１．５Ｖと４．２Ｖとの間ｖｓ．Ｎａ＋／Ｎａで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル８についての２つの充放電プロフィールを（Ｂ）に示す。第１（黒色のライン、１）および第２（赤色のライン、２）の充放電サイクルの結果を示す。
図２４は、実施例３（ｂ）に記載のように、１．５Ｖと４．５Ｖとの間ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル９についての２つの充放電プロフィールを（Ａ）に示し；１．５Ｖと４．２Ｖとの間ｖｓ．Ｎａ＋／Ｎａで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル１０についての２つの充放電プロフィールを（Ｂ）に示す。第１（黒色のライン、１）および第２（赤色のライン、２）の充放電サイクルの結果を示す。
図２５は、実施例３（ｂ）に記載のように、１．５Ｖと４．５Ｖとの間ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル１１についての２つの充放電プロフィールを（Ａ）に示し；１．５Ｖと４．２Ｖとの間ｖｓ．Ｎａ＋／Ｎａで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル１２についての２つの充放電プロフィールを（Ｂ）に示す。第１（黒色のライン、１）および第２（赤色のライン、２）の充放電サイクルの結果を示す。
図２６は、実施例３（ｂ）に記載のように、１．５Ｖと４．５Ｖとの間ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル１３についての２つの充放電プロフィールを（Ａ）に示し；１．５Ｖと４．２Ｖとの間ｖｓ．Ｎａ＋／Ｎａで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル１４についての２つの充放電プロフィールを（Ｂ）に示す。第１（黒色のライン、１）および第２（赤色のライン、２）の充放電サイクルの結果を示す。
図２７は、実施例３（ｂ）に記載のように、１．５Ｖと４．５Ｖとの間ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル１５についての２つの充放電プロフィールを（Ａ）に示し；１．５Ｖと４．２Ｖとの間ｖｓ．Ｎａ＋／Ｎａで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル１６についての２つの充放電プロフィールを（Ｂ）に示す。第１（黒色のライン、１）および第２（赤色のライン、２）の充放電サイクルの結果を示す。
図２８は、実施例３（ｂ）に記載のように、１．５Ｖと４．５Ｖとの間ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル１７についての２つの充放電プロフィールを（Ａ）に示し；１．５Ｖと４．２Ｖとの間ｖｓ．Ｎａ＋／Ｎａで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル１８についての２つの充放電プロフィールを（Ｂ）に示す。第１（黒色のライン、１）および第２（赤色のライン、２）の充放電サイクルの結果を示す。
図２９は、実施例３（ｂ）に記載のように、１．５Ｖと４．５Ｖとの間ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル１９についての２つの充放電プロフィールを（Ａ）に示し；１．５Ｖと４．２Ｖとの間ｖｓ．Ｎａ＋／Ｎａで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル２０についての２つの充放電プロフィールを（Ｂ）に示す。第１（黒色のライン、１）および第２（赤色のライン、２）の充放電サイクルの結果を示す。
図３０は、実施例３（ｂ）に記載のように、１．５Ｖと４．５Ｖとの間ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル２１についての２つの充放電プロフィールを（Ａ）に示し；１．５Ｖと４．２Ｖとの間ｖｓ．Ｎａ＋／Ｎａで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル２２についての２つの充放電プロフィールを（Ｂ）に示す。第１（黒色のライン、１）および第２（赤色のライン、２）の充放電サイクルの結果を示す。
図３１は、実施例３（ｂ）に記載のように、１．５Ｖと４．５Ｖとの間ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル２３についての２つの充放電プロフィールを（Ａ）に示し；１．５Ｖと４．２Ｖとの間ｖｓ．Ｎａ＋／Ｎａで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル２４についての２つの充放電プロフィールを（Ｂ）に示す。第１（黒色のライン、１）および第２（赤色のライン、２）の充放電サイクルの結果を示す。
図３２は、実施例３（ｂ）に記載のように、１．５Ｖと４．５Ｖとの間ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル２５についての２つの充放電プロフィールを（Ａ）に示し；１．５Ｖと４．２Ｖとの間ｖｓ．Ｎａ＋／Ｎａで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル２６についての２つの充放電プロフィールを（Ｂ）に示す。第１（黒色のライン、１）および第２（赤色のライン、２）の充放電サイクルの結果を示す。
図３３は、実施例３（ｂ）に記載のように、１．５Ｖと４．５Ｖとの間ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル２７についての２つの充放電プロフィールを（Ａ）に示し；１．５Ｖと４．２Ｖとの間ｖｓ．Ｎａ＋／Ｎａで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル２８についての２つの充放電プロフィールを（Ｂ）に示す。第１（黒色のライン、１）および第２（赤色のライン、２）の充放電サイクルの結果を示す。
図３４は、実施例３（ｂ）に記載のように、１．５Ｖと４．５Ｖとの間ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル２９についての２つの充放電プロフィールを（Ａ）に示し；１．５Ｖと４．２Ｖとの間ｖｓ．Ｎａ＋／Ｎａで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル３０についての２つの充放電プロフィールを（Ｂ）に示す。第１（黒色のライン、１）および第２（赤色のライン、２）の充放電サイクルの結果を示す。
図３５は、実施例３（ｂ）に記載のように、１．５Ｖと４．２Ｖの間ｖｓ．Ｎａ＋／Ｎａで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル３３についての３つの充放電プロフィールを示す。第１（黒色のライン、１）、第２（赤色のライン、２）、および第３（青色のライン、３）の充放電サイクルの結果を示す。
図３６は、実施例３（ｂ）に記載のように、１．５Ｖと４．２Ｖの間ｖｓ．Ｎａ＋／Ｎａで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル３４についての３つの充放電プロフィールを示す。第１（黒色のライン、１）、第２（赤色のライン、２）、および第３（青色のライン、３）の充放電サイクルの結果を示す。
図３７は、実施例３（ｂ）に記載のように、１．５Ｖと４．２Ｖの間ｖｓ．Ｎａ＋／Ｎａで０．１Ｃのサイクリングレートにて記録したセル３５についての３つの充放電プロフィールを示す。第１（黒色のライン、１）、第２（赤色のライン、２）、および第３（青色のライン、３）の充放電サイクルの結果を示す。
図３８は、実施例３（ｂ）に記載のように、（Ａ）におけるセル１、３、５、１７、１９、２５、および３１（リチウムイオン）；ならびに（Ｂ）におけるセル２、４、６、１８、２６、および３２（ナトリウムイオン）について記録した、サイクル数に対する容量（ｍＡｈ．ｇ－１）および効率（％）のグラフを示す。
図３９は、実施例２（ｂ）に記載のように、表１に示した結晶構造の特徴を有する層状カリウム金属酸化物の反射パラメータの表である。
図４０は、実施例２（ｂ）に記載のように、表２に示した結晶構造の特徴を有する層状カリウム金属酸化物の反射パラメータの表である。 図４０は、実施例２（ｂ）に記載のように、表２に示した結晶構造の特徴を有する層状カリウム金属酸化物の反射パラメータの表である。
図４１は、実施例２（ｂ）に記載のように、表３に示した結晶構造の特徴を有する層状カリウム金属酸化物の反射パラメータの表である。
詳細な説明
以下の詳細な説明および実施例は、例示のみを目的として記載され、これらは本発明の範囲をさらに制限すると解釈されないものとする。
本明細書中で使用される全ての技術的および化学的な用語および表現は、本技術の分野に属する当業者が一般的に理解している定義を有する。しかしながら、使用したいくつかの用語および表現の定義を以下に提供する。
用語「およそ」またはその等価な用語「約」を本明細書中で使用する場合、その領域内またはその前後を意味する。例えば、「およそ」または「約」を数値に関して使用する場合、これらの用語はその数値を、見かけの値に対して１０％の変動で上下に修正する。この用語は、例えば、測定デバイスの実験誤差または丸めを考慮することもできる。
本出願において数値の範囲について言及する場合、別段の指定がない限り、範囲の上限および下限が常に定義に含まれる。
本技術は、電気化学的活物質として層状酸化カリウムおよび少なくとも１つの金属元素を含む電極材料、その生産方法、および電気化学セル（例えば、リチウムイオン電池、ナトリウムイオン電池、またはカリウムイオン電池）におけるその使用に関する。
１つの例によれば、本技術は、電気化学的活物質を含む電極材料であって、前述の電気化学的活物質が式ＫｘＭＯ２の層状カリウム金属酸化物を含み、ここで、ｘは０＜ｘ≦０．７のような数値であり、そしてＭは、Ｎａ、Ｌｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｓｂ、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせから選択される、電極材料に関する。
別の例によれば、電気化学的活物質は、式ＫｘＭＯ２の層状カリウム金属酸化物を含み、ここで、ｘは０＜ｘ≦０．７のような数値であり、そしてＭは、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｓｂ、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせから選択される。
別の例によれば、電気化学的活物質は、式ＫｘＭｙＭｎ１－ｙＯ２の層状カリウム金属酸化物を含んでよく、ここで、ｘは本明細書中に定義の通りであり、ｙは０≦ｙ≦１．０のような数値であり、そしてＭは、Ｎａ、Ｌｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｓｂ、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせから選択される。１つの例によれば、Ｍは、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｓｂ、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせから選択されてよい。例えば、電気化学的活物質は、式ＫｘＦｅｙＭｎ１－ｙＯ２の層状カリウム金属酸化物を含んでよく、ここで、ｙは本明細書中に定義の通りである。
別の例によれば、電気化学的活物質は、式ＫｘＮｉ０．５ｘＭｎ１－０．５ｘＯ２の層状カリウム金属酸化物を含んでよく、ここで、ｘは本明細書中に定義の通りである。
別の例によれば、電気化学的活物質は、式ＫｘＮｉ０．５ｘＭｎ１－０．５ｘ－ｙＭｙＯ２の層状カリウム金属酸化物を含んでよく、ここで、ｘは本明細書中に定義の通りであり、ｙは０≦ｙ≦（１．０－０．５ｘ）のような数値であり、そしてＭは、Ｎａ、Ｌｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｓｂ、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせから選択される。１つの例によれば、Ｍは、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｓｂ、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせから選択される。例えば、電気化学的活物質は、式ＫｘＮｉ０．５ｘＭｎ１－０．５ｘＴｉｙＯ２の層状カリウム金属酸化物を含んでよく、ここで、ｘおよびｙは本明細書中に定義の通りである。例えば、電気化学的活物質は、式Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８－ｙＴｉｙＯ２の層状カリウム金属酸化物を含んでよく、ここで、ｙは０≦ｙ≦０．８のような数値である。
別の例によれば、電気化学的活物質は、式ＮａｚＫｘＭＯ２の層状カリウム金属酸化物を含み、ここで、ｘは本明細書中に定義の通りであり、ｚは０＜ｘ≦０．８のような数値であり、そしてＭは、Ｌｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｓｂ、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせから選択される。
別の例によれば、電気化学的活物質は、式ＮａｚＫｘＭＯ２の層状カリウム金属酸化物を含み、ここで、ｘおよびｚは本明細書中に定義の通りであり、そしてＭは、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｓｂ、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせから選択される。
別の例によれば、電気化学的活物質は、式ＮａｚＫｘＭｙＭｎ１－ｙＯ２の層状カリウム金属酸化物を含んでよく、ここで、ｘおよびｚは本明細書中に定義の通りであり、ｙは０≦ｙ≦１．０のような数値であり、そしてＭは、Ｌｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｓｂ、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせから選択される。１つの例によれば、Ｍは、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｓｂ、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせから選択されてよい。例えば、電気化学的活物質は、式ＮａｚＫｘＮｉｙＭｎ１－ｙＯ２の層状カリウム金属酸化物を含んでよく、ここで、ｘ、ｙ、およびｚは本明細書中に定義の通りである。
別の例によれば、電気化学的活物質は、式ＫｘＭｎＯ２、ＫｘＮｉＭｎＯ２、ＫｘＮｉＭｎＴｉＯ２、またはＫｘＦｅＭｎＯ２の層状カリウム金属酸化物を含んでよく、ここで、ｘは本明細書中に定義の通りである。層状カリウム金属酸化物の非限定的な例には、Ｋ０．６７Ｎｉ０．３３Ｍｎ０．６７Ｏ２、Ｋ０．６Ｎｉ０．３Ｍｎ０．７Ｏ２、Ｋ０．５Ｎｉ０．２５Ｍｎ０．７５Ｏ２、Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．６Ｔｉ０．２Ｏ２、Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．７Ｔｉ０．１Ｏ２、Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．７５Ｔｉ０．０５Ｏ２、Ｋ０．４Ｆｅ０．４Ｍｎ０．６Ｏ２、Ｋ０．４Ｎｉ０．１Ｍｎ０．９Ｏ２、Ｋ０．４ＭｎＯ２、Ｋ０．３Ｎｉ０．１５Ｍｎ０．８５Ｏ２、Ｋ０．３Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、Ｋ０．３ＭｎＯ２、Ｋ０．２Ｎｉ０．１Ｍｎ０．９Ｏ２、Ｋ０．２Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、Ｋ０．２ＭｎＯ２、Ｋ０．１Ｎｉ０．０５Ｍｎ０．９５Ｏ２、Ｋ０．１Ｎｉ０．１Ｍｎ０．９Ｏ２、Ｎａ０．７４Ｋ０．０８Ｎｉ０．４１Ｍｎ０．５９Ｏ２、Ｎａ０．６Ｋ０．０８Ｎｉ０．３４Ｍｎ０．６６Ｏ２、Ｎａ０．７４Ｋ０．０８Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、Ｎａ０．６Ｋ０．０８Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、Ｎａ０．３２Ｋ０．０８Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、およびＮａ０．２Ｋ０．２Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２が含まれる。
電気化学的活物質を、例えば、その電気化学的性質を改変するまたは最適化するために、必要に応じてより少量の他の元素または不純物を含めることによってドーピングしてよい。場合によっては、金属を他のイオンと部分置換することによって電気化学的活物質にドーピングしてよい。例えば、電気化学的活物質に、遷移金属（例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｖ、Ｚｎ、および／またはＹ）および／または遷移金属以外の金属（例えば、Ｍｇ、Ａｌ、および／またはＳｂ）をドーピングしてよい。
電極材料は、リチウムおよび／またはナトリウムを実質的に含まなくてよい。例えば、電気化学的活物質は、２重量％未満、１重量％未満、０．５重量％未満、０．１重量％未満、０．０５重量％未満、または０．０１重量％未満のリチウムおよび／またはナトリウムを含んでよい。例えば、電気化学的活物質を脱リチウム化および／または脱ナトリウム化してよい。
別の例によれば、電気化学的活物質は、粒子（例えば、微粒子、またはナノ粒子）の形態であってよく、前述の粒子は、新たに形成され、コーティング材料をさらに含んでよい。コーティング材料は、電子伝導性材料（例えば、炭素コーティング）であってよい。
別の例によれば、本明細書中に記載の電極材料は、電子伝導性材料をさらに含んでよい。電子伝導性材料の非限定的な例には、カーボンブラック（例えば、Ｋｅｔｊｅｎ（商標）カーボンまたはＳｕｐｅｒ Ｐ（商標）カーボン）、アセチレンブラック（例えば、ＳｈａｗｉｎｉｇａｎカーボンまたはＤｅｎｋａ（商標）カーボンブラック）、黒鉛、グラフェン、炭素繊維（例えば、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ））、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、またはこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせなどの炭素源が含まれる。目的の１つの実施形態によれば、電子伝導性材料は、Ｋｅｔｊｅｎ（商標）カーボン、Ｓｕｐｅｒ Ｐ（商標）カーボン、ＶＧＣＦ、およびその組み合わせから選択される。
別の例によれば、また、本明細書中に記載の電極材料は、バインダーを含んでよい。例えば、バインダーは、電気化学セルの種々の元素と適合するように選択されてよい。任意の公知の適合するバインダーが意図される。例えば、バインダーは、フッ素化ポリマーバインダー、水溶性（水溶解性）バインダー、またはイオン伝導性ポリマーバインダー（少なくとも１つのリチウムイオン溶媒和セグメント（ポリエーテルなど）、および必要に応じて少なくとも１つの架橋性セグメント（例えば、メチルメタクリレート単位を含むポリ（エチレンオキシド）（ＰＥＯ）系ポリマー）から構成されるコポリマーなど）であってよい。１つの例によれば、バインダーは、フッ素化ポリマー（ポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）など）である。別の例によれば、バインダーは、水溶性バインダー（スチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、アクリロニトリル－ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、水素化ＮＢＲ（ＨＮＢＲ）、エピクロロヒドリンゴム（ＣＨＲ）、またはアクリレートゴム（ＡＣＭ）など）であり、必要に応じて、増粘剤（カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）など）、またはポリマー（ポリ（アクリル酸）（ＰＡＡ）、ポリ（メタクリル酸）（ＰＭＭＡ）など）、またはその組み合わせを含む。別の例によれば、バインダーは、ポリエーテル型のポリマーバインダーである。例えば、ポリエーテル型のポリマーバインダーは、直鎖、分枝、および／または架橋しており、ＰＥＯ、ポリ（プロピレンオキシド）（ＰＰＯ）、またはその組み合わせ（ＥＯ／ＰＯコポリマーなど）に基づき、必要に応じて、架橋性単位を含む。目的の１つの実施形態によれば、バインダーは、ＰＶＤＦまたは本明細書中に定義のポリエーテル型ポリマーである。
本明細書中に記載の電極材料は、さらなる構成要素または添加物（無機粒子、ガラスまたはセラミックの粒子、イオン伝導体、塩、および他の類似の添加物など）をさらに含んでよい。
また、本技術は、集電体（例えば、アルミニウム箔または銅箔）上に本明細書中に定義の電極材料を含む電極に関する。あるいは、電極は、自己支持型であり得る。目的の１つの実施形態によれば、電極は正極である。
また、本技術は、負極、正極、および電解質を含む電気化学セルであって、ここで、正極が本明細書中に定義の通りである、電気化学セルに関する。
１つの例によれば、負極（対極）は、全ての公知の適合可能な電気化学的活物質から選択される電気化学的活物質を含む。例えば、負極の電気化学的活物質は、本明細書中に定義の電気化学セルの種々の元素と電気化学的に適合するように選択されてよい。
負極の電気化学的活物質の非限定的な例には、アルカリ金属、アルカリ金属合金、リチウムプレドープされた電気化学的活物質、ナトリウムプレドープされた電気化学的活物質、およびカリウムプレドープされた電気化学的活物質が含まれる。１つの例によれば、負極の電気化学的活物質は、リチウム金属、ナトリウム金属、カリウム金属、またはこれらのうちの少なくとも１つを含む合金であってよい。別の例によれば、負極の電気化学的活物質は、リチウムプレドープ合金、リチウムプレドープ黒鉛、リチウムプレドープケイ素、リチウムプレドープ酸化物、または適合する場合のその組み合わせであってよい。別の例によれば、負極の電気化学的活物質は、ナトリウムプレドープ合金、ナトリウムプレドープハードカーボン、またはナトリウムプレドープ酸化物であってよい。別の例によれば、負極の電気化学的活物質は、カリウムプレドープ合金、カリウムプレドープ黒鉛、カリウムプレドープハードカーボン、またはカリウムプレドープ酸化物であってよい。
別の例によれば、また、電解質は、電気化学セルの種々の元素と適合するように選択されてよい。任意のタイプの適合する電解質が意図される。１つの例によれば、電解質は、溶媒中の塩を含む液体電解質であってよい。１つの代替例によれば、電解質は、溶媒および必要に応じて溶媒和ポリマー中の塩を含むゲル電解質であってよい。別の代替例によれば、電解質は、溶媒和ポリマー中の塩を含む固体ポリマー電解質であってよい。別の代替例によれば、電解質は、ガラス電解質またはセラミック電解質であってよい。目的の１つの実施形態によれば、電解質は、溶媒を含まない固体ポリマー電解質、ガラス電解質、またはセラミック電解質である。
塩は、電解質中に存在する場合、金属塩（リチウム塩、ナトリウム塩、またはカリウム塩など）であってよい。リチウム塩の非限定的な例には、リチウムヘキサフルオロホスフェート（ＬｉＰＦ６）、リチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（ＬｉＴＦＳＩ）、リチウムビス（フルオロスルホニル）イミド（ＬｉＦＳＩ）、リチウム２－トリフルオロメチル－４，５－ジシアノイミダゾレート（ＬｉＴＤＩ）、リチウム４，５－ジシアノ－１，２，３－トリアゾレート（ＬｉＤＣＴＡ）、リチウムビス（ペンタフルオロエチルスルホニル）イミド（ＬｉＢＥＴＩ）、リチウムテトラフルオロボレート（ＬｉＢＦ４）、リチウムビス（オキサラト）ボレート（ＬｉＢＯＢ）、硝酸リチウム（ＬｉＮＯ３）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）、リチウムヘキサフルオロアルセネート（ＬｉＡｓＦ６）、リチウムトリフルオロメタンスルホネート（ＬｉＳＯ３ＣＦ３）（ＬｉＴｆ）、リチウムフルオロアルキルホスフェート Ｌｉ［ＰＦ３（ＣＦ２ＣＦ３）３］（ＬｉＦＡＰ）、リチウムテトラキス（トリフルオロアセトキシ）ボレート Ｌｉ［Ｂ（ＯＣＯＣＦ３）４］（ＬｉＴＦＡＢ）、リチウムビス（１，２－ベンゼンジオラト（２－）－Ｏ，Ｏ’）ボレート ［Ｂ（Ｃ６Ｏ２）２］（ＬｉＢＢＢ）、およびその組み合わせが含まれる。目的の１つの実施形態によれば、リチウム塩は、ＬｉＰＦ６、ＬｉＦＳＩ、ＬｉＴＦＳＩ、またはＬｉＴＤＩである。ナトリウム塩の非限定的な例には、ナトリウムヘキサフルオロホスフェート（ＮａＰＦ６）、過塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ４）、ナトリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（ＮａＴＦＳＩ）、ナトリウムビス（フルオロスルホニル）イミド（ＮａＦＳＩ）、ナトリウム２－トリフルオロメチル－４，５－ジシアノイミダゾレート（ＮａＴＤＩ）、ナトリウムビス（ペンタフルオロエチルスルホニル）イミド（ＮａＢＥＴＩ）、ナトリウムトリフルオロメタンスルホネート（ＮａＴＦ）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ３）、およびその組み合わせが含まれる。目的の１つの実施形態によれば、ナトリウム塩は、ＮａＰＦ６、ＮａＦＳＩ、ＮａＴＦＳＩ、またはＮａＣｌＯ４である。カリウム塩の非限定的な例には、カリウムヘキサフルオロホスフェート（ＫＰＦ６）、カリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（ＫＴＦＳＩ）、カリウムビス（フルオロスルホニル）イミド（ＫＦＳＩ）、カリウムトリフルオロメタンスルホネート（ＫＳＯ３ＣＦ３）（ＫＴｆ）、およびその組み合わせが含まれる。目的の１つの実施形態によれば、カリウム塩はＫＰＦ６である。
溶媒は、電解質中に存在する場合、非水性溶媒であってよい。非水性溶媒の非限定的な例には、環状カーボネート（エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、およびビニレンカーボネート（ＶＣ）など）；非環式カーボネート（ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、およびジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）など）；ラクトン（γ－ブチロラクトン（γ－ＢＬ）およびγ－バレロラクトン（γ－ＶＬ）など）；直鎖エーテル（１，２－ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、１，２－ジエトキシエタン（ＤＥＥ）、およびエトキシメトキシエタン（ＥＭＥ）など）；環状エーテル（テトラヒドロフラン、２－メチルテトラヒドロフラン、１，３－ジオキソラン、およびジオキソラン誘導体など）；および他の溶媒（ジメチルスルホキシド、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、プロピルニトリル、ニトロメタン、リン酸トリエステル、スルホラン、メチルスルホラン、プロピレンカーボネート誘導体、およびその誘導体など）が含まれる。
１つの例によれば、電解質は、非水性溶媒混合物（エチレンカーボネートとジエチルカーボネートの混合物（ＥＣ／ＤＥＣ）（体積比［３：７］）、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの混合物（ＥＣ／ＤＭＣ）（体積比［４：６］）など）に溶解された、またはジメチルカーボネート（ＤＭＣ）またはプロピレンカーボネートに溶解された、リチウムヘキサフルオロホスフェート（ＬｉＰＦ６）、ナトリウムヘキサフルオロホスフェート（ＮａＰＦ６）、過塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ４）、またはカリウムヘキサフルオロホスフェート（ＫＰＦ６）から選択される塩を含む。
１つの例によれば、電解質は液体電解質であり、そして電極材料は、電気化学的活物質、電子伝導性材料、およびバインダーを、約８０：１０：１０の組成比で含む。例えば、電極材料は、約８０重量％の電気化学的活物質、約１０重量％の電子伝導性材料、および約１０重量％のバインダーを含む。
電解質は、ゲル電解質またはゲルポリマー電解質である場合。ゲルポリマー電解質は、必要ならば、例えば、ポリマーの前駆体および塩（例えば、前に定義の塩）、溶媒（例えば、前に定義の溶媒）、ならびに重合開始剤および／または架橋開始剤を含んでよい。ゲル電解質の非限定的な例には、ＰＣＴ特許出願公開番号ＷＯ２００９／１１１８６０号（Ｚａｇｈｉｂ ｅｔ ａｌ．）およびＷＯ２００４／０６８６１０号（Ｚａｇｈｉｂ ｅｔ ａｌ．）に記載のゲル電解質が含まれるが、これらに限定されない。
また、電解質は、固体ポリマー電解質であってよい。例えば、固体ポリマー電解質は、任意の公知の固体ポリマー電解質から選択されてよく、電気化学セルの種々の元素と適合するように選択されてよい。例えば、固体ポリマー電解質は、リチウム、ナトリウム、および／またはカリウムと適合するように選択されてよい。固体ポリマー電解質は、一般に、塩および必要に応じて架橋した１またはそれを超える固体極性ポリマー（複数可）を含む。ポリエーテル型ポリマー（ＰＥＯ系など）を使用してよいが、いくつかの他の適合性ポリマーも固体ポリマー電解質の調製で知られており、これらも意図される。ポリマーは架橋されていてよい。かかるポリマーの例には、分枝ポリマー、例えば、星型ポリマーまたは櫛型ポリマー（ＷＯ２００３／０６３２８７号（Ｚａｇｈｉｂ ｅｔ ａｌ．）として公開されたＰＣＴ特許出願に記載のものなど）が含まれる。
１つの例によれば、電解質は、溶媒和ポリマー中の塩を含む固体ポリマー電解質である。目的の実施形態によれば、固体ポリマー電解質のポリマーはＰＥＯであり、そして塩はＬｉＴＦＳＩ、ＬｉＦＳＩ、ＬｉＴＤＩ、ＮａＴＦＳＩ、またはＮａＦＳＩである。
別の例によれば、電解質は固体ポリマー電解質であり、そして電極材料は、約５０重量％～約７５重量％の電気化学的活物質、約１重量％～約５重量％の電子伝導性材料、および約２０重量％～約４９重量％のバインダーを含む。
別の例によれば、電解質はセラミック電解質である。例えば、セラミック電解質は、結晶性イオン伝導性セラミックまたは非晶質イオン伝導性セラミック（例えば、非晶質イオン伝導性ガラス）またはイオン伝導性ガラスセラミックを含んでよい。ガラス電解質またはセラミック電解質の非限定的な例には、サイト欠陥ペロブスカイト型電解質、ガーネット型電解質、ＮＡＳＩＣＯＮ型ガラスセラミック電解質、ＬＩＳＩＣＯＮ型電解質、リチウム安定化ナトリウムイオン（Ｎａ＋）伝導性酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、および他の類似のガラス電解質またはセラミック電解質が含まれる。
また、前に定義のゲル電解質または液体電解質が、ポリマーセパレータなどのセパレータに含浸してよい。セパレータの非限定的な例には、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、セルロース、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）、およびポリプロピレン－ポリエチレン－ポリプロピレン（ＰＰ／ＰＥ／ＰＰ）が含まれる。例えば、セパレータは、Ｃｅｌｇａｒｄ（商標）タイプの市販のポリマーセパレータである。
また、電解質は、必要に応じて、さらなる成分または添加物（イオン伝導体、無機粒子、ガラスまたはセラミック粒子（例えば、ナノセラミックス（Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、および他の類似の化合物など）および他のそのような添加物）を含んでよい。
また、本技術は、少なくとも１つの本明細書中に定義の電気化学セルを含む電池に関する。例えば、電池は、リチウム電池、リチウムイオン電池、ナトリウム電池、ナトリウムイオン電池、カリウム電池、またはカリウムイオン電池であってよい。
少なくとも１つの例によれば、電池は、リチウム電池またはリチウムイオン電池である。１つの例によれば、電解質は本明細書中に定義の液体電解質であり、そして負極の電気化学的活物質は、リチウム金属、リチウムベース合金、リチウムプレドープ合金、リチウムプレドープ黒鉛、リチウムプレドープケイ素、またはリチウムプレドープ酸化物を含む。別の例によれば、電解質は本明細書中に定義のゲル電解質であり、そして負極の電気化学的活物質は、リチウム金属、リチウムベース合金、リチウムプレドープ合金、リチウムプレドープ黒鉛、またはリチウムプレドープケイ素を含む。別の例によれば、電解質は固体ポリマー電解質であり、そして負極の電気化学的活物質は、リチウム金属、リチウムベース合金、リチウムプレドープ黒鉛、またはリチウムプレドープケイ素を含む。別の例によれば、電解質はセラミック電解質であり、そして負極の電気化学的活物質は、リチウム金属、リチウムベース合金、もしくはリチウムプレドープ黒鉛、および／またはリチウムプレドープケイ素を含む。
少なくとも１つの例によれば、電池は、ナトリウム電池またはナトリウムイオン電池である。１つの例によれば、電解質は本明細書中に定義の液体電解質であり、そして負極の電気化学的活物質は、ナトリウム金属、ナトリウムベース合金、ナトリウムプレドープ合金、ナトリウムプレドープハードカーボン、またはナトリウムプレドープ酸化物を含む。別の例によれば、電解質は本明細書中に定義のゲル電解質であり、そして負極の電気化学的活物質は、ナトリウム金属、ナトリウムベース合金、ナトリウムプレドープ合金、またはナトリウムプレドープハードカーボンを含む。別の例によれば、電解質は固体ポリマー電解質であり、そして負極の電気化学的活物質は、ナトリウム金属、ナトリウムベース合金、またはナトリウムプレドープハードカーボンを含む。別の例によれば、電解質はセラミック電解質であり、そして負極の電気化学的活物質は、ナトリウム金属、ナトリウムベース合金、またはナトリウムプレドープハードカーボンを含む。
少なくとも１つの例によれば、電池は、カリウム電池またはカリウムイオン電池である。１つの例によれば、電解質は本明細書中に定義の液体電解質であり、そして負極の電気化学的活物質は、カリウム金属、カリウムベース合金、カリウムプレドープ合金、カリウムプレドープ黒鉛、カリウムプレドープハードカーボン、またはカリウムプレドープ酸化物を含む。別の例によれば、電解質は本明細書中に定義のゲル電解質であり、そして負極の電気化学的活物質は、カリウム金属、カリウムベース合金、カリウムプレドープ合金、カリウムプレドープ黒鉛、またはカリウムプレドープハードカーボンを含む。別の例によれば、電解質は固体ポリマー電解質であり、そして負極の電気化学的活物質は、カリウム金属、カリウムベース合金、カリウムプレドープ黒鉛、またはカリウムプレドープハードカーボンを含む。別の例によれば、電解質はセラミック電解質であり、そして負極の電気化学的活物質は、カリウム金属、カリウムベース合金、カリウムプレドープ黒鉛、またはカリウムプレドープハードカーボンを含む。
また、本技術は、結晶形態であり、および式ＫｘＭＯ２の層状カリウム金属酸化物であって、ここで、ｘは０＜ｘ≦０．７のような数値であり、そしてＭは、Ｌｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｓｂ、およびその組み合わせから選択される、層状カリウム金属酸化物に関する。
また、本技術は、結晶形態であり、および式ＫｘＭＯ２の層状カリウム金属酸化物であって、ここで、ｘは０＜ｘ≦０．７のような数値であり、そしてＭは、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｓｂ、およびその組み合わせから選択される、層状カリウム金属酸化物に関する。
少なくとも１つの例によれば、結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、式Ｋ０．６７Ｎｉ０．３３Ｍｎ０．６７Ｏ２のものであり、図１に実質的に示すＸＲＤパターンを有する。
別の代替例によれば、結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、式Ｋ０．６Ｎｉ０．３Ｍｎ０．７Ｏ２のものであり、図２に実質的に示すＸＲＤパターンを有する。
別の代替例によれば、結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、式Ｋ０．５Ｎｉ０．２５Ｍｎ０．７５Ｏ２のものであり、図３に実質的に示すＸＲＤパターンを有する。
別の代替例によれば、結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、式Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２のものであり、図４に実質的に示すＸＲＤパターンを有する。
別の代替例によれば、結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、式Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．６Ｔｉ０．２Ｏ２のものであり、図５に実質的に示すＸＲＤパターンを有する。
別の代替例によれば、結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、式Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．７Ｔｉ０．１Ｏ２のものであり、図６に実質的に示すＸＲＤパターンを有する。
別の代替例によれば、結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、式Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．７５Ｔｉ０．０５Ｏ２のものであり、図７に実質的に示すＸＲＤパターンを有する。
別の代替例によれば、結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、式Ｋ０．４Ｆｅ０．４Ｍｎ０．６Ｏ２のものであり、図８に実質的に示すＸＲＤパターンを有する。
別の代替例によれば、結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、式Ｋ０．４Ｎｉ０．１Ｍｎ０．９Ｏ２のものであり、図９に実質的に示すＸＲＤパターンを有する。
別の代替例によれば、結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、式Ｋ０．４ＭｎＯ２のものであり、図１０に実質的に示すＸＲＤパターンを有する。
別の代替例によれば、結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、式Ｋ０．３Ｎｉ０．１５Ｍｎ０．８５Ｏ２のものであり、図１１に実質的に示すＸＲＤパターンを有する。
別の代替例によれば、結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、式Ｋ０．３Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２のものであり、図１２に実質的に示すＸＲＤパターンを有する。
別の代替例によれば、結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、式Ｋ０．３ＭｎＯ２のものであり、図１３に実質的に示すＸＲＤパターンを有する。
別の代替例によれば、結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、式Ｋ０．２Ｎｉ０．１Ｍｎ０．９Ｏ２のものであり、図１４に実質的に示すＸＲＤパターンを有する。
別の代替例によれば、結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、式Ｋ０．２Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２のものであり、図１５に実質的に示すＸＲＤパターンを有する。
別の代替例によれば、結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、式Ｋ０．２ＭｎＯ２のものであり、図１６に実質的に示すＸＲＤパターンを有する。
別の代替例によれば、結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、式Ｋ０．１Ｎｉ０．０５Ｍｎ０．９５Ｏ２のものであり、図１７に実質的に示すＸＲＤパターンを有する。
別の代替例によれば、結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、式Ｎａ０．７４Ｋ０．０８Ｎｉ０．４１Ｍｎ０．５９Ｏ２、Ｎａ０．６Ｋ０．０８Ｎｉ０．３４Ｍｎ０．６６Ｏ２、Ｎａ０．７４Ｋ０．０８Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、Ｎａ０．６Ｋ０．０８Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、Ｎａ０．３２Ｋ０．０８Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、またはＮａ０．２Ｋ０．２Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２のものであり、図１８に実質的に示すＸＲＤパターンを有する。
少なくとも１つの例によれば、式ＫｘＭＯ２の結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、図３９に実質的に示すＸＲＤ ２θ（°）反射を有する。１つの代替例によれば、式ＫｘＭＯ２の結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、図４０に実質的に示すＸＲＤ ２θ（°）反射を有する。別の代替例によれば、式ＫｘＭＯ２の結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、図４１に実質的に示すＸＲＤ ２θ（°）反射を有する。
目的の別の実施形態によれば、結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、式Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２であり、図４に実質的に示すＸＲＤパターンを有するか、図４０に実質的に示すＸＲＤ ２θ反射（°）を有する。
目的の別の実施形態によれば、結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、式Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．６Ｔｉ０．２Ｏ２のものであり、図５に実質的に示すＸＲＤパターンを有する。
目的の別の実施形態によれば、結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、式Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．７Ｔｉ０．１Ｏ２のものであり、図６に実質的に示すＸＲＤパターンを有するか、図４０に実質的に示すＸＲＤ ２θ反射（°）を有する。
目的の別の実施形態によれば、結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、式Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．７５Ｔｉ０．０５Ｏ２のものであり、図７に実質的に示すＸＲＤパターンを有するか、図４０に実質的に示すＸＲＤ ２θ反射（°）を有する。
目的の別の実施形態によれば、結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、式Ｋ０．４Ｆｅ０．４Ｍｎ０．６Ｏ２のものであり、図８に実質的に示すＸＲＤパターンを有するか、図４１に実質的に示すＸＲＤ ２θ反射（°）を有する。
目的の別の実施形態によれば、結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、式Ｋ０．４Ｎｉ０．１Ｍｎ０．９Ｏ２のものであり、図９に実質的に示すＸＲＤパターンを有するか、図３９および／または図４０に実質的に示すＸＲＤ ２θ反射（°）を有する。
目的の別の実施形態によれば、結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、式Ｋ０．３Ｎｉ０．１５Ｍｎ０．８５Ｏ２のものであり、図１１に実質的に示すＸＲＤパターンを有するか、図４０に実質的に示すＸＲＤ ２θ反射（°）を有する。
目的の別の実施形態によれば、結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、式Ｋ０．３Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２のものであり、図１２に実質的に示すＸＲＤパターンを有するか、図４０に実質的に示すＸＲＤ ２θ反射（°）を有する。
目的の別の実施形態によれば、結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、式Ｋ０．２Ｎｉ０．１Ｍｎ０．９Ｏ２のものであり、図１４に実質的に示すＸＲＤパターンを有するか、図４０および／または図４１に実質的に示すＸＲＤ ２θ反射（°）を有する。
目的の別の実施形態によれば、結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、式Ｋ０．２Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２のものであり、図１５に実質的に示すＸＲＤパターンを有するか、図４１に実質的に示すＸＲＤ ２θ反射（°）を有する。
目的の別の実施形態によれば、結晶形態の層状カリウム金属酸化物は、式Ｋ０．１Ｎｉ０．０５Ｍｎ０．９５Ｏ２のものであり、図１７に実質的に示すＸＲＤパターンを有するか、図４１に実質的に示すＸＲＤ ２θ反射（°）を有する。
以下の実施例は例証を目的とし、考慮される本発明の範囲をさらに制限すると解釈されるべきではない。これらの実施例は、添付の図面を参照することによってより深く理解されるであろう。
実施例１：電気化学的活物質の合成
ａ）固相合成
式Ｋ０．６７Ｎｉ０．３３Ｍｎ０．６７Ｏ２、Ｋ０．６Ｎｉ０．３Ｍｎ０．７Ｏ２、Ｋ０．５Ｎｉ０．２５Ｍｎ０．７５Ｏ２、Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．６Ｔｉ０．２Ｏ２、Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．７Ｔｉ０．１Ｏ２、Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．７５Ｔｉ０．０５Ｏ２、Ｋ０．４Ｆｅ０．４Ｍｎ０．６Ｏ２、Ｋ０．４Ｎｉ０．１Ｍｎ０．９Ｏ２、Ｋ０．４ＭｎＯ２、Ｋ０．３Ｎｉ０．１５Ｍｎ０．８５Ｏ２、Ｋ０．３Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、Ｋ０．３ＭｎＯ２、Ｋ０．２Ｎｉ０．１Ｍｎ０．９Ｏ２、Ｋ０．２Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、Ｋ０．２ＭｎＯ２、Ｋ０．１Ｎｉ０．０５Ｍｎ０．９５Ｏ２、Ｋ０．１Ｎｉ０．１Ｍｎ０．９Ｏ２、Ｎａ０．７４Ｋ０．０８Ｎｉ０．４１Ｍｎ０．５９Ｏ２、Ｎａ０．６Ｋ０．０８Ｎｉ０．３４Ｍｎ０．６６Ｏ２、Ｎａ０．７４Ｋ０．０８Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、Ｎａ０．６Ｋ０．０８Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、Ｎａ０．３２Ｋ０．０８Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、およびＮａ０．２Ｋ０．２Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２の層状カリウム金属酸化物を、固相反応技術を使用して調製した。それぞれの前駆体（Ｋ２ＣＯ３／ＫＯＨ、ならびにＮａ２ＣＯ３、Ｍｎ２Ｏ３、Ｃｏ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＺｒＯ２、ＮｉＯ、Ｆｅ２Ｏ３、およびＴｉＯ２などの金属酸化物）を秤量して、所望の化学量論量を得た。試料を、粉砕して前駆体粉末を混合することによって調製した。次いで、粉砕および混合した前駆体粉末を炉に入れ、６００℃と１０００℃との間の温度まで空気雰囲気下または酸素雰囲気下にて５～２４時間加熱した。例えば、８００℃と１０００℃との間の温度で６～８時間加熱した。
ｂ）湿式化学合成
あるいは、本明細書中に定義の層状カリウム金属酸化物を、湿式化学合成技法を使用して調製してよい。例えば、本明細書中に定義の層状カリウム金属酸化物を、ゾル・ゲル法、例えば、Ｈａｓｈｅｍ ｅｔ ａｌ．に記載の方法（Ｈａｓｈｅｍ，Ａｈｍｅｄ Ｍ．，ｅｔ ａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ １．２（２０１５）：８１－９７）に類似のゾル・ゲル（３３３ＳＧ）法によって調製してよい。例えば、このゾル・ゲル法を使用して、ゾル・ゲル粉末（３３３ＳＧ）を、キレート剤としてクエン酸を使用して合成する。それぞれの前駆体（金属がＮａ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｋ、Ｆｅ、またはＮｉである金属酢酸塩）を秤量して所望の化学量論量を得、蒸留水に溶解する。溶液を継続して撹拌している約１ｍｏｌ／Ｌのクエン酸水溶液に滴下する。水酸化アンモニウムを使用してｐＨを約ｐＨ７．０と約ｐＨ８．０との間の値に調整する。次いで、透明なゾル・ゲル前駆体が得られるまで、溶媒を蒸発させるために溶液を撹拌しながら約７０℃と約８０℃との間に加熱した。得られたゾル・ゲル前駆体をオーブン中で空気雰囲気または酸素雰囲気にて約４５０℃の温度で約８時間か焼して有機含有物を除去する。最後に、得られた粉末を乳鉢中で粉砕し、約９００℃で約１２時間か焼する。
実施例２：電気化学的活物質の特徴づけ
ａ）粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）
電気化学的活物質の原子構造および分子構造を、実施例１（ａ）で調製した層状カリウム金属酸化物粉末に対して実施したＸ線回折によって研究した。図１～１７は、式Ｋ０．６７Ｎｉ０．３３Ｍｎ０．６７Ｏ２、Ｋ０．６Ｎｉ０．３Ｍｎ０．７Ｏ２、Ｋ０．５Ｎｉ０．２５Ｍｎ０．７５Ｏ２、Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．６Ｔｉ０．２Ｏ２、Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．７Ｔｉ０．１Ｏ２、Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．７５Ｔｉ０．０５Ｏ２、Ｋ０．４Ｆｅ０．４Ｍｎ０．６Ｏ２、Ｋ０．４Ｎｉ０．１Ｍｎ０．９Ｏ２、Ｋ０．４ＭｎＯ２、Ｋ０．３Ｎｉ０．１５Ｍｎ０．８５Ｏ２、Ｋ０．３Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、Ｋ０．３ＭｎＯ２、Ｋ０．２Ｎｉ０．１Ｍｎ０．９Ｏ２、Ｋ０．２Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、Ｋ０．２ＭｎＯ２、およびＫ０．１Ｎｉ０．０５Ｍｎ０．９５Ｏ２の層状カリウム金属酸化物粉末のＸ線回折パターンを（Ａ）に示す。図１８は、式Ｎａ０．７４Ｋ０．０８Ｎｉ０．４１Ｍｎ０．５９Ｏ２、Ｎａ０．６Ｋ０．０８Ｎｉ０．３４Ｍｎ０．６６Ｏ２、Ｎａ０．７４Ｋ０．０８Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、Ｎａ０．６Ｋ０．０８Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、Ｎａ０．３２Ｋ０．０８Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、およびＮａ０．２Ｋ０．２Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２の層状カリウム金属酸化物粉末のＸ線回折パターンを示す。
Ｘ線スペクトルを、波長λ＝１．７８９０１ÅのＸ線を放出するコバルトＸ源を備えたＲｉｇａｋｕ Ｓｍａｒｔｌａｂ（商標）Ｘ線回折計を使用して得た。
ｂ）結晶構造の特徴
データ処理および結晶構造の特徴づけを、指数付けおよびＸＲＤスペクトルのデータベースパターンとの比較による層状カリウム金属酸化物の結晶構造の確認によって行った。
図１～３（Ｂ）および図９（Ｃ）は、それぞれ、表１に示す結晶構造の特徴を有する式Ｋ０．６７Ｎｉ０．３３Ｍｎ０．６７Ｏ２、Ｋ０．６Ｎｉ０．３Ｍｎ０．７Ｏ２、Ｋ０．５Ｎｉ０．２５Ｍｎ０．７５Ｏ２、およびＫ０．４Ｎｉ０．１Ｍｎ０．９Ｏ２の層状カリウム金属酸化物の結晶構造の図を示す。
Figure 2022534928000002
表１に示す結晶構造の特徴を有する層状カリウム金属酸化物の反射パラメータを、図３９に示す。
図４、６、７、９、１１、１２、および１４の（Ｂ）は、それぞれ、表２に示す結晶構造の特徴を有する式Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．７Ｔｉ０．１Ｏ２、Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．７５Ｔｉ０．０５Ｏ２、Ｋ０．４Ｎｉ０．１Ｍｎ０．９Ｏ２、Ｋ０．３Ｎｉ０．１５Ｍｎ０．８５Ｏ２、Ｋ０．３Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、およびＫ０．２Ｎｉ０．１Ｍｎ０．９Ｏ２の層状カリウム金属酸化物の結晶構造の図を示す。
Figure 2022534928000003
表２に示す結晶構造の特徴を有する層状カリウム金属酸化物の反射パラメータを、図４０に示す。
図８（Ｂ）、１４（Ｃ）、１５（Ｂ）、および１７（Ｂ）は、それぞれ、表３に示す結晶構造の特徴を有する式Ｋ０．４Ｆｅ０．４Ｍｎ０．６Ｏ２、Ｋ０．２Ｎｉ０．１Ｍｎ０．９Ｏ２、Ｋ０．２Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、およびＫ０．１Ｎｉ０．０５Ｍｎ０．９５Ｏ２の層状カリウム金属酸化物の結晶構造の図を示す。
Figure 2022534928000004
表３に示す結晶構造の特徴を有する層状カリウム金属酸化物の反射パラメータを、図４１に示す。
図１０および１３は、それぞれ、表４に示す結晶構造の特徴を有する式Ｋ０．４ＭｎＯ２およびＫ０．３ＭｎＯ２の層状カリウム金属酸化物の結晶構造の図を（Ｂ）に示す。
Figure 2022534928000005
図１６は、式Ｋ０．２ＭｎＯ２の層状カリウム金属酸化物の結晶構造の特徴を（Ｂ）に示す。主相は、正方晶系酸化マンガンＭｎ３Ｏ４からなる。
前述のように、式Ｋ０．４Ｎｉ０．１Ｍｎ０．９Ｏ２（図９、表１および２）およびＫ０．２Ｎｉ０．１Ｍｎ０．９Ｏ２（図１４、表２および３）の層状カリウム金属酸化物の２つの構造が提案される。実際に、Ｘ線回折パターンによれば、これら２つの構造が可能であり得る。
実施例３：電気化学的性質
実施例１（ａ）で調製された電気化学的活物質の電気化学的性質を研究した。電気化学セルを、表５に示した電気化学セルの構成にしたがって組み立てた。
ａ）電気化学セルの構成
Figure 2022534928000006
全ての電気化学セルを、アルミニウム集電体上の上に列挙した構成要素およびリチウムまたはナトリウムの金属薄膜を含む負極を用いて２０３２型コインセルケーシング内に組み立てた。電気化学セルは、約８０重量％の電気化学的活物質、約１０重量％のバインダー（ＰＶＤＦ）、および約１０重量％の電子伝導性材料（Ｋｅｔｊｅｎ（商標）ブラック、Ｓｕｐｅｒ Ｐ（商標）、またはＶＧＣＦ）を含む電極材料を含んでいた。液体電解質を含む全ての電気化学セルを、Ｃｅｌｇａｒｄ（商標）セパレータを用いて組み立てた。
リチウム金属薄膜を含む負極を含む電気化学セルのセパレータを、液体電解質としてのＥＣ／ＤＭＣ混合物（体積比［４：６］）および約２体積％のＶＣの１Ｍ ＬｉＰＦ６溶液に含浸させた。
ナトリウム金属薄膜を含む負極を含む電気化学セルのセパレータを、液体電解質としてのＥＣ／ＤＥＣ（体積比［３：７］）またはＥＣ／ＤＭＣ（体積比［４：６］）の１Ｍ ＮａＰＦ６溶液に含浸させた。
ｂ）層状カリウム金属酸化物の電気化学的挙動
この実施例では、実施例３（ａ）に記載の電気化学セルの電気化学的挙動を説明する。
図１９は、０．１と０．７との間のｘについて記録した式ＫｘＮｉ０．５ｘＭｎ１－０．５ｘＯ２の層状カリウム金属酸化物についての容量（ｍＡｈ．ｇ－１）対ｘのグラフを示す。リチウムイオン電池（赤色のライン）およびナトリウムイオン電池（黒色のライン）の結果を示す。図１９に示すように、ｘは、好ましくは約０．４であり得る。
図２０～３７は、セル１～２８および３３～３５の充放電プロフィールを示す。負極としてリチウム金属薄膜を含む全ての電気化学セルについての１．５Ｖと４．５Ｖとの間ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉで０．１Ｃ、および負極としてナトリウム金属薄膜を含む全ての電気化学セルについての１．５Ｖと４．２Ｖとの間ｖｓ．Ｎａ＋／Ｎａで０．１Ｃにて充放電を行った。放電から開始して２５℃の温度で充放電を行った。第１（黒色のライン、１）、第２（赤色のライン、２）、および最終的な第３（青色のライン、３）の充放電サイクルの結果を示す。各々の電気化学セルによって供給された容量を、表６に示す。
Figure 2022534928000007
図３８は、（Ａ）におけるセル１、３、５、１７、１９、２５、および３１；ならびに（Ｂ）におけるセル２、４、６、１８、２６、および３２についてのサイクル数の関数としての容量（ｍＡｈ ｇ－１）および効率（％）を表すグラフを示す。Ｃ／１０の一定充放電電流にて約２５℃の温度で長期サイクル実験を行った。図３８（Ａ）に示した結果は、約４５サイクルについてｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉで記録し、（Ｂ）には約３５サイクルについてｖｓ．Ｎａ＋／Ｎａで記録した。
考慮される本発明の範囲を逸脱することなく上記の実施形態のいずれかに対して多くの改変がなされ得る。本出願で言及した参考文献、特許、または科学論文は、その全てが全ての目的のために本明細書中で参考として援用される。

Claims (67)

  1. 電気化学的活物質を含む電極材料であって、前記電気化学的活物質が式ＫｘＭＯ２の層状カリウム金属酸化物を含み、ここで、ｘは０＜ｘ≦０．７のような数値であり、そしてＭは、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｓｂ、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせから選択される、電極材料。
  2. 前記電気化学的活物質が、式ＫｘＭｙＭｎ１－ｙＯ２の層状カリウム金属酸化物を含み、ここで、ｘは請求項１に定義の通りであり、ｙは０≦ｙ≦１．０のような数値であり、そしてＭは、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｓｂ、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせから選択される、請求項１に記載の電極材料。
  3. 前記層状カリウム金属酸化物が式ＫｘＦｅｙＭｎ１－ｙＯ２のものであり、ここで、ｘは請求項１に定義の通りであり、そしてｙは０≦ｙ≦１．０のような数値である、請求項１または２に記載の電極材料。
  4. 前記層状カリウム金属酸化物が式ＫｘＭｎＯ２のものであり、ここで、ｘは請求項１に定義の通りである、請求項１または２に記載の電極材料。
  5. 前記層状カリウム金属酸化物が式ＫｘＮｉＭｎＯ２のものであり、ここで、ｘは請求項１に定義の通りである、請求項１または２に記載の電極材料。
  6. 前記層状カリウム金属酸化物が式ＫｘＮｉＭｎＴｉＯ２のものであり、ここで、ｘは請求項１に定義の通りである、請求項１または２に記載の電極材料。
  7. 前記層状カリウム金属酸化物が式ＫｘＦｅＭｎＯ２のものであり、ここで、ｘは請求項１に定義の通りである、請求項１または２に記載の電極材料。
  8. 前記層状カリウム金属酸化物が式ＫｘＮｉ０．５ｘＭｎ１－０．５ｘＯ２のものであり、ここで、ｘは請求項１に定義の通りである、請求項１または２に記載の電極材料。
  9. 前記層状カリウム金属酸化物が式ＫｘＮｉ０．５ｘＭｎ１－０．５ｘ－ｙＭｙＯ２のものであり、ここで、ｘは請求項１に定義の通りであり、ｙは０≦ｙ≦（１．０－０．５ｘ）のような数値であり、そしてＭは、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｓｂ、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせから選択される、請求項１または２に記載の電極材料。
  10. 前記層状カリウム金属酸化物が式ＫｘＮｉ０．５ｘＭｎ１－０．５ｘＴｉｙＯ２のものであり、ここで、ｘは請求項１に定義の通りであり、ｙは請求項９に定義の通りである、請求項９に記載の電極材料。
  11. 前記層状カリウム金属酸化物が式Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８－ｙＴｉｙＯ２のものであり、ここで、ｙは０≦ｙ≦０．８のような数値である、請求項９または１０に記載の電極材料。
  12. 前記層状カリウム金属酸化物が、Ｋ０．６７Ｎｉ０．３３Ｍｎ０．６７Ｏ２、Ｋ０．６Ｎｉ０．３Ｍｎ０．７Ｏ２、Ｋ０．５Ｎｉ０．２５Ｍｎ０．７５Ｏ２、Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．６Ｔｉ０．２Ｏ２、Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．７Ｔｉ０．１Ｏ２、Ｋ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．７５Ｔｉ０．０５Ｏ２、Ｋ０．４Ｆｅ０．４Ｍｎ０．６Ｏ２、Ｋ０．４Ｎｉ０．１Ｍｎ０．９Ｏ２、Ｋ０．４ＭｎＯ２、Ｋ０．３Ｎｉ０．１５Ｍｎ０．８５Ｏ２、Ｋ０．３Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、Ｋ０．３ＭｎＯ２、Ｋ０．２Ｎｉ０．１Ｍｎ０．９Ｏ２、Ｋ０．２Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、Ｋ０．２ＭｎＯ２、Ｋ０．１Ｎｉ０．０５Ｍｎ０．９５Ｏ２、Ｋ０．１Ｎｉ０．１Ｍｎ０．９Ｏ２、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせからなる群から選択される、請求項１～１１のいずれか１項に記載の電極材料。
  13. 前記層状カリウム金属酸化物がＫ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２である、請求項１２に記載の電極材料。
  14. 前記層状カリウム金属酸化物がＫ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．６Ｔｉ０．２Ｏ２である、請求項１２に記載の電極材料。
  15. 前記層状カリウム金属酸化物がＫ０．４Ｎｉ０．２Ｍｎ０．７５Ｔｉ０．０５Ｏ２である、請求項１２に記載の電極材料。
  16. 前記層状カリウム金属酸化物がＫ０．４Ｆｅ０．４Ｍｎ０．６Ｏ２である、請求項１２に記載の電極材料。
  17. 電気化学的活物質を含む電極材料であって、前記電気化学的活物質が式ＮａｚＫｘＭＯ２の層状カリウム金属酸化物を含み、ここで、ｘは０＜ｘ≦０．７のような数値であり、ｚは０＜ｘ≦０．８のような数値であり、そしてＭは、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｓｂ、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせから選択される、電極材料。
  18. 前記電気化学的活物質が、式ＮａｚＫｘＭｙＭｎ１－ｙＯ２の層状カリウム金属酸化物を含み、ここで、ｘおよびｚは請求項１７に定義の通りであり、ｙは０≦ｙ≦１．０のような数値であり、そしてＭは、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｓｂ、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせから選択される、請求項１７に記載の電極材料。
  19. 前記層状カリウム金属酸化物が式ＮａｚＫｘＮｉｙＭｎ１－ｙＯ２のものであり、ここで、ｘおよびｚは請求項１７に定義の通りであり、そしてｙは０≦ｙ≦１．０のような数値である、請求項１７または１８に記載の電極材料。
  20. 前記層状カリウム金属酸化物が、Ｎａ０．７４Ｋ０．０８Ｎｉ０．４１Ｍｎ０．５９Ｏ２、Ｎａ０．６Ｋ０．０８Ｎｉ０．３４Ｍｎ０．６６Ｏ２、Ｎａ０．７４Ｋ０．０８Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、Ｎａ０．６Ｋ０．０８Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、Ｎａ０．３２Ｋ０．０８Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、Ｎａ０．２Ｋ０．２Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせからなる群から選択される、請求項１７～１９のいずれか１項に記載の電極材料。
  21. 前記層状カリウム金属酸化物がＮａ０．７４Ｋ０．０８Ｎｉ０．４１Ｍｎ０．５９Ｏ２である、請求項２０に記載の電極材料。
  22. 前記層状カリウム金属酸化物がＮａ０．６Ｋ０．０８Ｎｉ０．３４Ｍｎ０．６６Ｏ２である、請求項２０に記載の電極材料。
  23. 前記層状カリウム金属酸化物がＮａ０．７４Ｋ０．０８Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２である、請求項２０に記載の電極材料。
  24. 前記層状カリウム金属酸化物がＮａ０．６Ｋ０．０８Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２である、請求項２０に記載の電極材料。
  25. 前記層状カリウム金属酸化物がＮａ０．３２Ｋ０．０８Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２である、請求項２０に記載の電極材料。
  26. 前記層状カリウム金属酸化物がＮａ０．２Ｋ０．２Ｎｉ０．２Ｍｎ０．８Ｏ２である、請求項２０に記載の電極材料。
  27. 電子伝導性材料をさらに含む、請求項１～２６のいずれか１項に記載の電極材料。
  28. 前記電子伝導性材料が、カーボンブラック、アセチレンブラック、黒鉛、グラフェン、炭素繊維、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせからなる群から選択される、請求項２７に記載の電極材料。
  29. 前記電子伝導性材料が炭素繊維を含む、請求項２８に記載の電極材料。
  30. 前記炭素繊維が気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）である、請求項２９に記載の電極材料。
  31. 前記電子伝導性材料がカーボンブラックを含む、請求項２８に記載の電極材料。
  32. 前記カーボンブラックがＳｕｐｅｒ Ｐ（商標）カーボンである、請求項３１に記載の電極材料。
  33. 前記カーボンブラックがＫｅｔｊｅｎ（商標）カーボンである、請求項３１に記載の電極材料。
  34. バインダーをさらに含む、請求項１～３３のいずれか１項に記載の電極材料。
  35. 前記バインダーが、ポリエーテル型のポリマーバインダー、フッ素化ポリマー、および水溶性バインダーからなる群から選択される、請求項３４に記載の電極材料。
  36. 前記バインダーが、ポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から選択されるフッ素化ポリマーである、請求項３５に記載の電極材料。
  37. 前記バインダーがポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）である、請求項３６に記載の電極材料。
  38. 前記バインダーがポリエーテル型のポリマーバインダーである、請求項３５に記載の電極材料。
  39. 前記ポリエーテル型のポリマーバインダーが分枝および／または架橋している、請求項３８に記載の電極材料。
  40. 前記ポリエーテル型のポリマーバインダーがポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）系ポリマーである、請求項３８または３９に記載の電極材料。
  41. 集電体上に請求項１～４０のいずれか１項に定義の電極材料を含む電極。
  42. 前記電極が正極である、請求項４１に記載の電極。
  43. 負極、正極、および電解質を含む電気化学セルであって、前記正極が請求項４１または４２に定義の通りである、電気化学セル。
  44. 前記負極が、リチウム金属、ナトリウム金属、カリウム金属、またはこれらのうちの少なくとも１つを含む合金を含む、請求項４３に記載の電気化学セル。
  45. 前記負極が、リチウムプレドープ合金、リチウムプレドープ黒鉛、リチウムプレドープケイ素、リチウムプレドープ酸化物、またはこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、請求項４３に記載の電気化学セル。
  46. 前記負極が、ナトリウムプレドープ合金、ナトリウムプレドープハードカーボン、およびナトリウムプレドープ酸化物のうちの少なくとも１つを含む、請求項４３に記載の電気化学セル。
  47. 前記負極が、カリウムプレドープ合金、カリウムプレドープ黒鉛、カリウムプレドープハードカーボン、およびカリウムプレドープ酸化物のうちの少なくとも１つを含む、請求項４３に記載の電気化学セル。
  48. 前記電解質が、溶媒中の塩を含む液体電解質である、請求項４３～４７のいずれか１項に記載の電気化学セル。
  49. 前記電解質が、溶媒および必要に応じて溶媒和ポリマー中の塩を含むゲル電解質である、請求項４３～４７のいずれか１項に記載の電気化学セル。
  50. 前記電解質が、溶媒和ポリマー中の塩を含む固体ポリマー電解質である、請求項４３～４７のいずれか１項に記載の電気化学セル。
  51. 前記塩が、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせから選択される、請求項４８～５０のいずれか１項に記載の電気化学セル。
  52. 前記塩がリチウム塩である、請求項４８～５１のいずれか１項に記載の電気化学セル。
  53. 前記リチウム塩が、リチウムヘキサフルオロホスフェート（ＬｉＰＦ６）、リチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（ＬｉＴＦＳＩ）、リチウムビス（フルオロスルホニル）イミド（ＬｉＦＳＩ）、リチウム２－トリフルオロメチル－４，５－ジシアノイミダゾレート（ＬｉＴＤＩ）、リチウム４，５－ジシアノ－１，２，３－トリアゾレート（ＬｉＤＣＴＡ）、リチウムビス（ペンタフルオロエチルスルホニル）イミド（ＬｉＢＥＴＩ）、リチウムテトラフルオロボレート（ＬｉＢＦ４）、リチウムビス（オキサラト）ボレート（ＬｉＢＯＢ）、硝酸リチウム（ＬｉＮＯ３）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）、リチウムヘキサフルオロアルセネート（ＬｉＡｓＦ６）、リチウムトリフルオロメタンスルホネート（ＬｉＳＯ３ＣＦ３）（ＬｉＴｆ）、リチウムフルオロアルキルホスフェート Ｌｉ［ＰＦ３（ＣＦ２ＣＦ３）３］（ＬｉＦＡＰ）、リチウムテトラキス（トリフルオロアセトキシ）ボレート Ｌｉ［Ｂ（ＯＣＯＣＦ３）４］（ＬｉＴＦＡＢ）、リチウムビス（１，２－ベンゼンジオラト（２－）－Ｏ，Ｏ’）ボレート ［Ｂ（Ｃ６Ｏ２）２］（ＬｉＢＢＢ）、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせから選択される、請求項５２に記載の電気化学セル。
  54. 前記リチウム塩が、ＬｉＰＦ６、ＬｉＦＳＩ、ＬｉＴＦＳＩ、ＬｉＴＤＩ、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせから選択される、請求項５２または５３に記載の電気化学セル。
  55. 前記塩がナトリウム塩である、請求項４８～５１のいずれか１項に記載の電気化学セル。
  56. 前記ナトリウム塩が、ナトリウムヘキサフルオロホスフェート（ＮａＰＦ６）、過塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ４）、ナトリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（ＮａＴＦＳＩ）、ナトリウムビス（フルオロスルホニル）イミド（ＮａＦＳＩ）、ナトリウム２－トリフルオロメチル－４，５－ジシアノイミダゾレート（ＮａＴＤＩ）、ナトリウムビス（ペンタフルオロエチルスルホニル）イミド（ＮａＢＥＴＩ）、ナトリウムトリフルオロメタンスルホネート（ＮａＴＦ）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ３）、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせから選択される、請求項５５に記載の電気化学セル。
  57. 前記ナトリウム塩が、ＮａＰＦ６、ＮａＦＳＩ、ＮａＴＦＳＩ、ＮａＣｌＯ４、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせから選択される、請求項５５または５６に記載の電気化学セル。
  58. 前記塩がカリウム塩である、請求項４８～５１のいずれか１項に記載の電気化学セル。
  59. 前記カリウム塩が、カリウムヘキサフルオロホスフェート（ＫＰＦ６）、カリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（ＫＴＦＳＩ）、カリウムビス（フルオロスルホニル）イミド（ＫＦＳＩ）、カリウムトリフルオロメタンスルホネート（ＫＳＯ３ＣＦ３）（ＫＴｆ）、およびこれらのうちの少なくとも２つの組み合わせから選択される、請求項５８に記載の電気化学セル。
  60. 前記カリウム塩がＫＰＦ６である、請求項５８または５９に記載の電気化学セル。
  61. 前記電解質が、ガラス電解質またはセラミック電解質である、請求項４３～４７のいずれか１項に記載の電気化学セル。
  62. 前記電解質が、サイト欠陥ペロブスカイト型電解質、ガーネット型電解質、ＮＡＳＩＣＯＮ型ガラスセラミック電解質、ＬＩＳＩＣＯＮ型電解質、リチウム安定化ナトリウムイオン（Ｎａ＋）伝導性酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、および他の類似のガラス電解質またはセラミック電解質から選択されるガラス電解質またはセラミック電解質である、請求項６１に記載の電気化学セル。
  63. 少なくとも１つの、請求項４３～６２のいずれか１項に定義の電気化学セルを含む電池。
  64. 前記電池が、リチウム電池、リチウムイオン電池、ナトリウム電池、ナトリウムイオン電池、カリウム電池、およびカリウムイオン電池からなる群から選択される、請求項６３に記載の電池。
  65. 前記電池がリチウムイオン電池である、請求項６３または６４に記載の電池。
  66. 前記電池がナトリウムイオン電池である、請求項６３または６４に記載の電池。
  67. 前記電池がカリウムイオン電池である、請求項６３または６４に記載の電池。
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