KR20240123823A - 산화물 표면 화학종을 갖는 캐소드 물질 - Google Patents

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Abstract

본 개시내용은 리튬 이온 (Li+)을 가역적으로 저장하기 위한 재충전식 리튬-배터리의 캐소드 (즉, 양극)에 유용한 코팅된 캐소드 활성 물질을 위한 리튬 지르코늄 인산염 (LZP) 화학적 산화물에 관한 것이다.

Description

산화물 표면 화학종을 갖는 캐소드 물질
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2021년 12월 17일에 출원된 미국 가출원 번호 63/291,209, 및 2022년 1월 14일에 출원된 미국 가출원 번호 63/299,732의 이익 및 그에 대한 우선권을 주장한다. 상기 출원은 둘 다 모든 목적을 위해 그 전문이 참조로 포함된다.
분야
본 개시내용은 리튬 이온 (Li+)을 가역적으로 저장하기 위한 재충전식 리튬-배터리의 캐소드 (즉, 양극)에 유용한 코팅된 캐소드 활성 물질을 위한 화학적 산화물에 관한 것이다.
현재 재충전식 리튬 배터리 분야에서는 높은 전압 (예를 들어, 리튬 금속 기준으로 4.2 V) 및/또는 높은 온도 (예를 들어, 60℃)에서 안정한 캐소드 활성 물질에 대한 충족되지 않은 요구가 존재한다. 불안정성은, 배터리가 저장될 때, 또는 배터리가 사용될 때, 또는 이들 두 경우 모두에서, 배터리의 내부 저항의 증가를 초래하는 경향이 있다.
고체 전해질 물질은 높은 전압 또는 높은 온도에서 안정하지 않은 경향이 있다. 고체 전해질 물질이 캐소드 활성 물질과 반응할 수 있다. 캐소드 활성 물질 또한 높은 전압 또는 높은 온도에 노출될 때 산화될 수 있다. 이들은 배터리 성능이 열화되는 몇몇 이유이다. 일부 연구원들은 이러한 산화를 방지하기 위해 캐소드 활성 물질을 LiNbO3, Li2ZrO3, 및 LiTaO3으로 코팅하는 시도를 하였다. 예를 들어, US 2016/0156021 A1; US 2019/0044146 A1; 및 US 9,692,041 B2를 참조한다. 또한, 문헌 [Chem. Mater. 2018, 30, 22, 8190-8200] (doi.org/10.1021/acs.chemmater.8b03321); [Adv. Energy Mater. 2020, 10, 1903778] (doi.org/10.1002/aenm.201903778); 및 [Journal of Power Sources Volume 248, 15 February 2014, Pages 943-950] (doi.org/10.1016/j.jpowsour.2013.10.005)을 참조한다. 그러나, 이전에 보고된 이들 코팅은 불량한 안정성을 갖고/거나 다른 단점을 겪었다. 예를 들어, 충전 상태에 있을 때, 4.2 V (vs Li/Li+) 정도로 높은 전위에서 이들 코팅의 내부 저항이 급격히 증가하였다. 이들 및 다른 이유로, 이전에 보고된 이들 코팅은 여러 측면에서 열등하였다.
관련 분야에서의 이들 및 다른 과제에 대한 해결책이 본원에 제시된다.
캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 적어도 1종의 산화물을 포함하는 조성물로서; 여기서 캐소드 활성 물질에 결합된 적어도 1종의 산화물은 리튬 (Li), 산소 (O), 및 임의적으로 지르코늄 (Zr) 및 인 (P)을 포함하고; 여기서 Li, Zr, P, 및 O의 몰비는 화학식 LixZryPaOd에 의해 나타내어지며, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 7.0이고, 0 ≤ y ≤ 3.0이고, 0 ≤ a ≤ 6.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 20.0이고; 여기서 아래첨자 x, y, a, 및 d는 적어도 1종의 산화물이 전하적 중성이 되도록 선택되는 것인 조성물이 본원에 제시된다.
한 실시양태에서, 조성물은 캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 적어도 1종의 산화물을 포함하며; 여기서 캐소드 활성 물질에 결합된 적어도 1종의 산화물은 리튬 (Li), 산소 (O), 및 지르코늄 (Zr) 및 인 (P) 중 적어도 1종을 포함하고; 여기서 Li, Zr, P, 및 O의 몰비는 화학식 LixZryPaOd에 의해 나타내어지며, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 25.0이고, 0 ≤ y ≤ 5.0이고, 0 ≤ a ≤ 16.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 55.0이고; 여기서 아래첨자 x, y, a, 및 d는 적어도 1종의 산화물이 전하적 중성이 되고 y 및 a 둘 다가 0이 아니도록 선택된다. 추가의 실시양태에서, 조성물은 X선 광전자 분광분석법 (XPS)에 의해 측정 시, 0.3 내지 3.2의 Zr:Ni의 비를 갖는다. 한 실시양태에서, Li, Zr, P, 및 O의 몰비는 화학식 LixZryPaOd에 의해 나타내어지며, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 7.0이고, 0 ≤ y ≤ 3.0이고, 0 ≤ a ≤ 6.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 20.0이고; 여기서 아래첨자 x, y, a, 및 d는 적어도 1종의 산화물이 전하적 중성이 되고 y 및 a 둘 다가 0이 아니도록 선택되고, 조성물은 X선 광전자 분광분석법 (XPS)에 의해 측정 시, 0.3 내지 3.2의 Zr:Ni의 비를 갖는다.
캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물로서, 여기서 산화물은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 8.0이고, 0 ≤ y ≤ 3.0이고, 0 ≤ a ≤ 6.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 20.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성인 조성물이 본원에 제시된다. 한 실시양태에서, 산화물은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 1.5이고, 1.0 ≤ y ≤ 3.0이고, 1.0 ≤ a ≤ 6.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 20.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성이다. 한 실시양태에서, 산화물은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 20.0 ≤ x ≤ 25.0이고, 2.0 ≤ y ≤ 5.0이고, 10.0 ≤ a ≤ 16.0이고, 50.0 ≤ d ≤ 55.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성이다. 한 실시양태에서, 산화물은 X선 회절 패턴 분석에 따르면, 무정형이다. 한 실시양태에서, 산화물은 투과 전자 현미경검사 (TEM) 분석에 따르면, 결정질 도메인을 포함한다. 특정 실시양태에서, 산화물은 LiZr2(PO4)3, Li3PO4, Li2ZrO3, Li3ZrPO6, Li5PZrO7, Li7ZrPO8, 및 그의 조합으로부터 선택된다. 다른 실시양태에서, 산화물은 LiZr2(PO4)3, Li3PO4, Li2ZrO3, Li3ZrPO6, Li5PZrO7, Li7ZrPO8, Li24Zr3P14O53 및 그의 조합으로부터 선택된다. 한 실시양태에서, 산화물은 LiZr2(PO4)3으로부터 선택된다. 한 실시양태에서, 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물은 캐소드 활성 물질 상의 코팅이다.
캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물로서, 여기서 산화물은 LiZr2(PO4)3을 포함하고, 여기서 캐소드 활성 물질은 유도 결합 플라즈마 (ICP)에 의해 측정 시, 약 10 중량% 미만의 리튬, 약 1.0 중량% 미만의 지르코늄, 약 0.5 중량% 미만의 인, 및 합쳐서 약 60 중량%의 망가니즈, 코발트, 및 니켈을 포함하고, 여기서 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비는 X선 광전자 분광분석법 (XPS)에 의해 측정 시, 약 0.55인 조성물이 본원에 제시된다. 또한, 캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물로서, 여기서 산화물은 LiZr2(PO4)3을 포함하고, 여기서 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비는 X선 광전자 분광분석법 (XPS)에 의해 측정 시, 약 0.75인 조성물이 본원에 제시된다.
또한, 표면을 갖는 캐소드 활성 물질 및 표면 상의 산화물을 포함하는 조성물로서, 여기서 산화물은 무정형 리튬 지르코늄 산화물; 무정형 리튬 지르코늄 인 산화물; 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고; 여기서 조성물은 X선 광전자 분광분석법 (XPS)에 의해 측정 시, 0.3 내지 3.2의 Zr:Ni의 비를 갖는 것인 조성물이 본원에 제시된다. 한 실시양태에서, 조성물은 표면을 갖는 캐소드 활성 물질 및 표면 상의 산화물을 포함하며, 여기서 산화물은 LiZr2(PO4)3, Li2ZrO3, Li3ZrPO6, Li5PZrO7, Li7ZrPO8, Li24Zr3P14O53, 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고; 여기서 조성물은 X선 광전자 분광분석법 (XPS)에 의해 측정 시, 0.3 내지 3.2의 Zr:Ni의 비를 갖는다.
하기 화학식 LixZryPaOd를 갖는 산화물로서, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 25.0이고, 0 ≤ y ≤ 5.0이고, 0 ≤ a ≤ 16.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 55.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성이고, 여기서 화합물은 LiMPO4 (M=Fe, Ni, Co, Mn); LixTiyOz (여기서 x는 0 내지 8이고, y는 1 내지 12이고, z는 1 내지 24임); LiMn2aNiaO4 (여기서 a는 0 내지 2임); 니켈 코발트 알루미늄 산화물; LiNixMnyCozO2 (x+y+z=1이고, 0≤x≤1이고, 0≤y≤1이고, 0≤z≤1임); 및 LiNixCoyAlzO2 (여기서 x+y+z=1이고, 0≤x≤1이고, 0≤y≤1이고, 0≤z≤1임)로부터 선택된 캐소드 활성 물질에 결합되는 것인 산화물이 본원에 제시된다. 한 실시양태에서, 산화물은 하기 화학식 LixZryPaOd를 가지며, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 8.0이고, 0 ≤ y ≤ 3.0이고, 0 ≤ a ≤ 6.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 20.0이고, 화학식은 전하적 중성이고, 화합물은 LiMPO4 (M=Fe, Ni, Co, Mn); LixTiyOz (여기서 x는 0 내지 8이고, y는 1 내지 12이고, z는 1 내지 24임); LiMn2aNiaO4 (여기서 a는 0 내지 2임); 니켈 코발트 알루미늄 산화물; LiNixMnyCozO2 (x+y+z=1이고, 0≤x≤1이고, 0≤y≤1이고, 0≤z≤1임); 및 LiNixCoyAlzO2 (여기서 x+y+z=1이고, 0≤x≤1이고, 0≤y≤1이고, 0≤z≤1임)로부터 선택된 캐소드 활성 물질에 결합된다. 특정 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 리튬 코발트 산화물 (LCO), 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물 (NCA), 리튬 니켈 망가니즈 코발트 산화물 (NMC), 리튬 철 인산염 (LFP), 및 그의 조합으로부터 선택된다. 한 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 리튬 니켈 망가니즈 코발트 산화물 (NMC)이다. 대안적 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 캐소드 활성 물질의 NMC 클래스; 캐소드 활성 물질의 LFP 클래스; 캐소드 활성 물질의 LNMO 클래스; 캐소드 활성 물질의 NCA 클래스; 캐소드 활성 물질의 LMO 클래스; 및 캐소드 활성 물질의 LCO 클래스로부터 선택된 구성원이다.
또한, 1) LiMPO4 (M=Fe, Ni, Co, Mn); LixTiyOz (여기서 x는 0 내지 8이고, y는 1 내지 12이고, z는 1 내지 24임); LiMn2aNiaO4 (여기서 a는 0 내지 2임); 니켈 코발트 알루미늄 산화물; LiNixMnyCozO2 (x+y+z=1이고, 0≤x≤1이고, 0≤y≤1이고, 0≤z≤1임); 및 LiNixCoyAlzO2 (여기서 x+y+z=1이고, 0≤x≤1이고, 0≤y≤1이고, 0≤z≤1임)로부터 선택된 캐소드 활성 물질; 2) 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물로서, 여기서 산화물은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 25.0이고, 0 ≤ y ≤ 5.0이고, 0 ≤ a ≤ 16.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 55.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성인 산화물; 3) 고체-상태 전해질; 및 4) 리튬 금속, 리튬 티타네이트 (Li2TiO3, LTO), 탄소/흑연 (C), 규소 (Si)/규소 산화물 (SiOx), 리튬 (Li), 아연 (Zn), 알루미늄 (Al), 마그네슘 (Mg), 그의 합금, 및 그의 조합으로부터 선택된 애노드 활성 물질을 포함하는 고체-상태 배터리가 본원에 제시된다.
한 실시양태에서, 고체-상태 배터리는 1) LiMPO4 (M=Fe, Ni, Co, Mn); LixTiyOz (여기서 x는 0 내지 8이고, y는 1 내지 12이고, z는 1 내지 24임); LiMn2aNiaO4 (여기서 a는 0 내지 2임); 니켈 코발트 알루미늄 산화물; LiNixMnyCozO2 (x+y+z=1이고, 0≤x≤1이고, 0≤y≤1이고, 0≤z≤1임); 및 LiNixCoyAlzO2 (여기서 x+y+z=1이고, 0≤x≤1이고, 0≤y≤1이고, 0≤z≤1임)로부터 선택된 캐소드 활성 물질; 2) 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물로서, 여기서 산화물은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 7.0이고, 0 ≤ y ≤ 3.0이고, 0 ≤ a ≤ 6.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 20.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성인 산화물; 3) 고체-상태 전해질; 및 4) 리튬 금속, 리튬 티타네이트 (Li2TiO3, LTO), 탄소/흑연 (C), 규소 (Si)/규소 산화물 (SiOx), 리튬 (Li), 아연 (Zn), 알루미늄 (Al), 마그네슘 (Mg), 그의 합금, 및 그의 조합으로부터 선택된 애노드 활성 물질을 포함한다.
또한, 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하는 산화물로서, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 25.0이고, 0 ≤ y ≤ 5.0이고, 0 ≤ a ≤ 16.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 55.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성인 산화물이 캐소드 활성 물질에 결합된 것인 코팅된 캐소드 활성 물질을 제조하는 방법으로서; 하기 단계를 포함하는 방법이 본원에 제시된다: 1) 캐소드 활성 물질을 a) LiOH 및 b) 지르코늄 전구체 및/또는 인 전구체의 용액으로 코팅하는 단계; 2) 용액으로부터 용매를 제거하여 화학식 LixZryPaOd의 산화물에 결합된 캐소드 활성 물질을 제공하는 단계; 및 3) 캐소드 활성 물질을 건조 공기 조건 하에 가열하여 코팅된 캐소드 활성 물질을 형성하는 단계. 한 실시양태에서, 지르코늄 전구체는 Zr(OBu)4이다. 한 실시양태에서, 인 전구체는 P2O5이다. 한 실시양태에서, 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하는 산화물로서, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 8.0이고, 0 ≤ y ≤ 3.0이고, 0 ≤ a ≤ 6.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 0.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성인 산화물이 캐소드 활성 물질에 결합된 것인 코팅된 캐소드 활성 물질을 제조하는 방법은 하기 단계를 포함한다: 1) 캐소드 활성 물질을 a) LiOH 및 b) 지르코늄 전구체 및/또는 인 전구체의 용액으로 코팅하는 단계; 2) 용액으로부터 용매를 제거하여 화학식 LixZryPaOd의 산화물에 결합된 캐소드 활성 물질을 제공하는 단계; 및 3) 캐소드 활성 물질을 건조 공기 조건 하에 가열하여 코팅된 캐소드 활성 물질을 형성하는 단계. 한 실시양태에서, 지르코늄 전구체는 Zr(OBu)4이다. 한 실시양태에서, 인 전구체는 P2O5이다.
도 1은 본원에 기재된 코팅된 활성 물질을 제조하기 위한 하나의 비제한적 방법인 분무 코팅 공정의 개략도이다.
도 2는 LiZr2(PO4)3으로 코팅된 NMC의 투과 전자 현미경검사 (TEM) 영상이다. LiZr2(PO4)3 코팅은 약 2.0 nm 내지 2.5 nm의 두께를 갖는다. 영상의 척도 (5 nm)는 하단 좌측에 제시되어 있다.
도 3은 LiZr2(PO4)3으로 코팅된 NMC의 TEM 영상이다. LiZr2(PO4)3 코팅은 TEM에 의해 결정 시, 무정형이다. 영상의 척도 (10 nm)는 하단 좌측에 제시되어 있다.
도 4는 LiZr2(PO4)3으로 코팅된 NMC의 TEM 영상이다. LiZr2(PO4)3 코팅은 TEM에 의해 결정 시, 결정질 도메인 및 무정형 도메인을 포함한다. 결정질 도메인이 캐소드 활성 물질의 경계면에 존재한다. 영상의 척도 (10 nm)는 하단 좌측에 제시되어 있다.
도 5는 LiZr2(PO4)3으로 코팅된 NMC의 TEM 영상이다. LiZr2(PO4)3 코팅은 결정질 도메인 및 무정형 도메인을 포함한다. 결정질 도메인이 캐소드 활성 물질의 경계면에 존재하며 1.7 nm 내지 2.2 nm의 두께를 갖는 반면에, 무정형 도메인은 3.4 nm의 두께를 갖는다. 영상의 척도 (5 nm)는 하단 좌측에 제시되어 있다.
도 6은 LiZr2(PO4)3으로 코팅된 NMC의 TEM 영상이며, 여기서 코팅은 불연속적이다. 영상의 척도 (20 nm)는 하단 좌측에 제시되어 있다.
캐소드 활성 물질을 위한 산화물로서, 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 8.0이고, 0 ≤ y ≤ 3.0이고, 0 ≤ a ≤ 6.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 20.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성인 산화물이 본원에 제시된다. 또한, 캐소드 활성 물질을 위한 산화물로서, 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 25.0이고, 0 ≤ y ≤ 5.0이고, 0 ≤ a ≤ 16.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 55.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성인 산화물이 본원에 제시된다. 특정 실시양태에서, 산화물은 LiZr2(PO4)3, Li3ZrPO6, Li5PZrO7, 및 Li7ZrPO8로부터 선택된다. 특정 실시양태에서, 산화물은 Li3PO4 또는 Li2ZrO3이다. 한 실시양태에서, 산화물은 LiZr2(PO4)3이다. 대안적 실시양태에서, 산화물은 Li24Zr3P14O53이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 산화물은 캐소드 활성 물질 상의 코팅이다.
한 실시양태에서, 코팅은 불연속적 층이다. 한 실시양태에서, 코팅은 연속적 층이다. 한 실시양태에서, 코팅은 TEM 분석에 의해 결정 시, 결정질 도메인을 포함한다. 한 실시양태에서, 코팅은 TEM 분석에 의해 결정 시, 무정형 도메인을 포함한다. 한 실시양태에서, 코팅은 TEM 분석에 의해 결정 시, 결정질 도메인 및 무정형 도메인을 포함한다.
특정의 이들 산화물 및 코팅은 배터리 성능 열화의 이유로 주목된 상기 언급된 산화 반응을 방지하거나 또는 지연시킬 수 있다. 본원에 제시된 신규 개시된 코팅된 캐소드 활성 물질은, 배터리에 사용될 때, 보다 안정한 배터리를 초래한다.
정의
본원에 사용된 용어 "약"은, 약 15% w/w와 같이 수치를 수식할 때, 수식된 수치 및 임의적으로 해당 수치의 ± 10%를 포함하는 수식된 수치 주위의 범위에 포함되는 수치를 나타낸다. 예를 들어, 약 15% w/w는 15% w/w 뿐만 아니라 13.5% w/w, 14% w/w, 14.5% w/w, 15.5% w/w, 16% w/w, 또는 16.5% w/w를 포함한다. 예를 들어, "약 75℃"는 75℃ 뿐만 아니라 68℃, 69℃, 70℃, 71℃, 72℃, 73℃, 74℃, 75℃, 76℃, 77℃, 78℃, 79℃, 80℃, 81℃, 82℃, 또는 83℃를 포함한다.
본원에 사용된 "~로 이루어진 군으로부터 선택된다"는 해당 군으로부터의 단일 구성원, 해당 군으로부터의 하나 초과의 구성원, 또는 해당 군으로부터의 구성원의 조합을 지칭한다. A, B, 및 C로 이루어진 군으로부터 선택된 구성원은, 예를 들어, 단독의 A, 단독의 B, 또는 단독의 C, 뿐만 아니라 A 및 B, A 및 C, B 및 C, 뿐만 아니라 A, B, 및 C를 포함한다.
본원에 사용된 어구 "건조 공기"는 감소된 습도량을 갖는 공기를 지칭한다. 건조 공기는 청정실에서 공급될 수 있다. 건조 공기는 -70℃ 미만의 이슬점을 갖는 것으로서 특징화된다.
본원에 사용된 어구 "캐소드 활성 물질"은 가역적 방식으로 리튬 이온이 층간삽입되거나 또는 리튬 이온과 반응할 수 있는 물질을 지칭한다. 그의 예는 LiMPO4 (M=Fe, Ni, Co, Mn); LixTiyOz (여기서 x는 0 내지 8이고, y는 1 내지 12이고, z는 1 내지 24임); LiMn2aNiaO4 (여기서 a는 0 내지 2임); 니켈 코발트 알루미늄 산화물; LiNixMnyCozO2 (x+y+z=1이고, 0≤x≤1이고, 0≤y≤1이고, 0≤z≤1임); 및 LiNixCoyAlzO2 (여기서 x+y+z=1이고, 0≤x≤1이고, 0≤y≤1이고, 0≤z≤1임)를 포함한다. 이들 화학식에서, x, y 및 z는 화학식이 전하적 중성이 되도록 선택된다. 추가의 예는 캐소드 활성 물질의 NMC 클래스 (LiNiCoMnO2를 포함하나 이에 제한되지는 않음); 캐소드 활성 물질의 LFP 클래스 (LiFePO4/C를 포함하나 이에 제한되지는 않음); 캐소드 활성 물질의 LNMO 클래스 (LiNi0.5Mn1.5O4를 포함하나 이에 제한되지는 않음); 캐소드 활성 물질의 NCA 클래스 (LiMn2O4 및 LiMn2O2를 포함하나 이에 제한되지는 않음); 캐소드 활성 물질의 LMO 클래스 (LiMn2O4를 포함하나 이에 제한되지는 않음); 캐소드 활성 물질의 LCO 클래스 (LiCoO2를 포함하나 이에 제한되지는 않음)의 구성원으로부터 선택된 캐소드 활성 물질, 또는 문헌 [Minnmann et al. Advanced Energy Materials, 2022, 12, 2201425]에 기재된 임의의 캐소드 활성 물질을 포함한다.
본원에 사용된 "적어도 ~에서 피크를 갖는 X선 분말 회절 (XRD) 패턴을 갖는 것을 특징으로 한다"는 어구는 물질이 실시예의 기술에 따라 X선 분말 회절을 사용하여 분석될 때, 샘플이 적어도 언급된 XRD 피크를, 그리고 가능하게는 다른 피크도 갖는 것으로 관찰될 것이라는 것을 의미한다. 피크는 XRD에 의해 분석되는 물질 상에 X선이 입사될 때 관찰되는 XRD 패턴을 유도하는 결정질 단위 셀의 d-간격 (격자 간격)에 대한 지표인 XRD 패턴에서의 높은 강도의 위치이다.
본원에 사용된 "유도 결합 플라즈마 (ICP) 분석에 의해 측정 시"라는 어구는 물질이 실시예의 기술에 따라 ICP를 사용하여 분석될 때, 물질이 언급된 원소의 소정의 중량%를 포함하는 것으로 관찰될 것이라는 것을 의미한다.
본원에 사용된 "XPS에 의해 결정 시"라는 어구는 물질이 실시예의 기술에 따라 압력을 가하지 않은 분말로서 XPS에 의해, 또는 X선 광전자 분광분석법에 의해 분석될 때, 물질이 샘플의 표면 상에서 원소 대 원소 또는 관능기 대 관능기의 소정의 원자 퍼센트 비를 갖는 것으로 관찰될 것이라는 것을 의미한다.
본원에 사용된 어구 "고체-상태 캐소드"는 임의의 액체-상 전해질을 포함하지 않는 캐소드를 지칭한다. 본원에 사용된 용어 "캐소드" 및 "애노드"는 배터리의 전극을 지칭한다. 캐소드 및 애노드는 관련 분야에서 종종 각각 양극 및 음극으로 지칭된다. Li-2차 배터리의 충전 사이클 동안, Li 이온은 캐소드에서 방출되어, 전해질을 통해 애노드로 이동한다. 충전 사이클 동안, 전자는 캐소드에서 방출되어, 외부 회로를 통해 애노드로 이동한다. Li-2차 배터리의 방전 사이클 동안, Li 이온은 전해질을 통해 애노드로부터 캐소드를 향해 이동한다. 방전 사이클 동안, 전자는 애노드에서 방출되어, 외부 회로를 통해 캐소드로 이동한다. 본원에 사용된 어구 "양극"은 배터리의 방전 동안 양이온, 예를 들어, Li+가 그를 향해 전도되거나, 유동하거나 또는 이동하는 2차 배터리의 전극을 지칭한다. 본원에 사용된 어구 "음극"은 배터리의 방전 동안 양이온, 예를 들어, Li+가 그로부터 유동하거나 또는 이동해 나오는 2차 배터리의 전극을 지칭한다. Li-금속 전극 및 전환 화학, 층간삽입 화학, 또는 조합된 전환/층간삽입 화학-포함 전극 (즉, 캐소드 활성 물질; 예를 들어, NiFx, NCA, LiNixMnyCozO2 [NMC] 또는 LiNixAlyCozO2 [NCA], 여기서 x+y+z=1임)으로 구성된 배터리에서, 전환 화학, 층간삽입 화학, 또는 조합된 전환/층간삽입 화학 물질을 갖는 전극이 양극으로 지칭된다. 일부 용도에서는, 캐소드가 양극 대신에 사용되고 애노드가 음극 대신에 사용된다. Li-2차 배터리가 충전될 때, Li 이온은 양극 (예를 들어, NiFx, NMC, NCA)으로부터 음극 (예를 들어, Li-금속)을 향해 이동한다. Li-2차 배터리가 방전될 때, Li 이온은 음극으로부터 양극을 향해 이동한다.
본원에 사용된 어구 "고체 분리막"은 실질적으로 전자 절연성이고 (예를 들어, 리튬 이온 전도성이 전자 전도성보다 적어도 103배, 보통은 106배 더 큼), 전기화학 셀에서 양극과 음극 사이의 물리적 장벽 또는 스페이서로서 작용하는 Li+ 이온-전도성 물질을 지칭한다.
본원에 사용된 용어 "LPSI"는 Li, P, S, 및 I를 포함하는 리튬 전도성 전해질을 지칭한다. 보다 일반적으로는, aLi2S+bP2Sy+cLiX를 포함하는 것으로 이해되며, 여기서 X=Cl, Br, 및/또는 I이고, 여기서 y=3-5이고, 여기서 a/b=2.5-4.5이고, 여기서 (a+b)/c=0.5-15이다.
본원에 사용된 "LSTPS"는 화학식 LiaMPbSc에 의해 특징화되는 물질을 지칭하며, 여기서 M은 Si, Ge, Sn, 및/또는 Al이고, 여기서 2 ≤ a ≤ 8이고, 0.5 ≤ b ≤ 2.5이고, 4 ≤ c ≤ 12이다. "LSPS"는 화학식 LaSiPbSc에 의해 특징화되는 전해질 물질을 지칭하며, 여기서 2 ≤ a ≤ 8이고, 0.5 ≤ b ≤ 2.5이고, 4 ≤ c ≤ 12이다. LSPS는 화학식 LaSiPbSc에 의해 특징화되는 전해질 물질을 지칭하며, 여기서 2≤a≤8이고, 0.5≤b≤2.5이고, 4≤c≤12이고, d<3이다. 예시적인 LSTPS 물질은, 예를 들어, 2014년 5월 15일에 출원되었으며 2014년 11월 20일에 WO 2014/186634로서 공개된 국제 특허 출원 번호 PCT/US14/38283, SOLID STATE CATHOLYTE OR ELECTROLYTE FOR BATTERY USING LiAMPBSC (M = SI, GE, AND/OR SN)에서 확인되며, 이 출원은 그 전문이 본원에 참조로 포함된다. 예시적인 LSTPS 물질은, 예를 들어, 2015년 2월 10일에 출원되었으며 2015년 6월 18일에 특허 출원 공개 번호 2015/0171465로서 공개된 미국 특허 출원 번호 14/618,979에서 확인되며, 이 출원은 그 전문이 본원에 참조로 포함된다. M이 Sn 및 Si이면 - 이들 둘 다가 존재한다. 본원에 사용된 "LSTPSO"는 O가 도핑되거나 또는 O가 존재하는 LSTPS를 지칭한다. 한 실시양태에서, "LSTPSO"는 0.01 내지 10 원자%의 산소 함량을 갖는 LSTPS 물질이다. "LSPS"는 Li, Si, P, 및 S 화학 구성성분을 갖는 전해질 물질을 지칭한다. 본원에 사용된 "LSTPS"는 Li, Si, P, Sn, 및 S 화학 구성성분을 갖는 전해질 물질을 지칭한다. 본원에 사용된 "LSPSO"는 O가 도핑되거나 또는 O가 존재하는 LSPS를 지칭한다. 한 실시양태에서, "LSPSO"는 0.01 내지 10 원자%의 산소 함량을 갖는 LSPS 물질이다. 본원에 사용된 "LATP"는 Li, As, Sn, 및 P 화학 구성성분을 갖는 전해질 물질을 지칭한다. 본원에 사용된 "LAGP"는 Li, As, Ge, 및 P 화학 구성성분을 갖는 전해질 물질을 지칭한다. 본원에 사용된 "LSTPSO"는 화학식 LiaMPbScOd에 의해 특징화되는 캐소드액 물질을 지칭하며, 여기서 M은 Si, Ge, Sn, 및/또는 Al이고, 여기서 2 ≤ a ≤ 8이고, 0.5 ≤ b ≤ 2.5이고, 4 ≤ c ≤ 12이고, d < 3이다. LSTPSO는 0.1 내지 약 10 원자%로 산소가 도핑된, 상기 정의된 바와 같은 LSTPS를 지칭한다. LPSO는 0.1 내지 약 10 원자%로 산소가 도핑된, 상기 정의된 바와 같은 LPS를 지칭한다.
본원에 사용된 "LTS"는 Li2S-SnS2, Li2S-SnS, Li-S-Sn으로서 기술될 수 있는 리튬 주석 황화물 화합물, 및/또는 Li, S, 및 Sn으로 본질적으로 이루어진 캐소드액을 지칭한다. 조성은 LixSnySz일 수 있으며, 여기서 0.25≤x≤0.65이고, 0.05≤y≤0.2이고, 0.25≤z≤0.65이다. 특정 실시양태에서, LTS는 몰비 80:20, 75:25, 70:30, 2:1, 또는 1:1의 비를 갖는 Li2S 및 SnS2의 혼합물이다. LTS는 최대 10 원자%의 산소를 포함할 수 있다. LTS는 Bi, Sb, As, P, B, Al, Ge, Ga, 및/또는 In이 도핑될 수 있다. 본원에 사용된 "LATS"는 비소 (As)를 추가로 포함하는, 상기 사용된 바와 같은 LTS를 지칭한다.
본원에 사용된 어구 "어닐링"은 물질을 제어된 환원 분위기, 예를 들어, 건조 공기 하에, 예를 들어, 100℃ 내지 400℃, 또는 예를 들어, 100℃, 150℃, 200℃, 250℃, 300℃, 또는 350℃에서 가열하는 것을 지칭한다.
본원에 사용된 "높은 전압에서 안정한"이라는 어구는 높은 전압 (Li 금속 기준으로 4.2 V 이상)에서 적어도 3일 동안 유지될 때 물질의 이온 전도성 또는 저항을 실질적으로 또는 유의하게 열화시키는 방식으로 높은 전압에서 반응하지 않는 물질 (예를 들어, 코팅된 캐소드 활성 물질)을 지칭한다. 본원에서, 이온 전도성 또는 저항의 실질적인 또는 유의한 열화는 10배 이상의 이온 전도성의 감소 또는 저항의 증가이다. 본원에 사용된 용어 "높은 전압"은 리튬 금속 기준으로 (즉, Li 대비) 적어도 4.2 V를 의미한다. 높은 전압은 또한 보다 더 높은 전압, 예를 들어, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9, 5.0 V 또는 그 초과를 나타낼 수도 있다.
본원에 사용된 높은 전압은, 달리 명시되지 않는 한, 리튬 금속 기준 전극 (0 V를 가짐) 기준으로 4.2 V 이상을 의미한다.
본원에 사용된 "높은 온도에서 안정한"이라는 어구는 높은 온도 (60℃ 이상)에서 적어도 3일 동안 유지될 때 물질의 이온 전도성 또는 저항을 실질적으로 또는 유의하게 열화시키는 방식으로 높은 온도에서 반응하지 않는 물질 (예를 들어, 코팅된 캐소드 활성 물질)을 지칭한다.
본원에 사용된 면적-비저항 (ASR)은, 달리 명시되지 않는 한, 아르빈(Arbin) 또는 바이오로직(Biologic) 기기를 사용하여 전기화학 사이클링에 의해 측정된다.
본원에 사용된 이온 전도성은 관련 기술분야에 공지되어 있는 전기 임피던스 분광분석법에 의해 측정된다.
본원에 사용된 용어 "LZO"는 Li2ZrO3, ZrO2, 또는 그의 조합을 지칭한다. LZO는 결정질, 무정형, 또는 그의 조합일 수 있다. 예를 들어, LZO는 결정질 ZrO2 및 무정형 Li2ZrO3을 포함할 수 있다. 예를 들어, LZO는 ZrO2를 포함할 수 있다. 예를 들어, LZO는 Li2ZrO3을 포함할 수 있다.
한 실시양태에서, 캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물로서, 여기서 산화물은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 8.0이고, 0 ≤ y ≤ 3.0이고, 0 ≤ a ≤ 6.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 20.0이고; 여기서 화학식은 전하적 중성인 조성물이 본원에 제시된다. 대안적 실시양태에서, 산화물은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 8.0이고, 0 ≤ y ≤ 3.0이고, 0 ≤ a ≤ 6.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 20.0이고; 여기서 y 및 a 둘 다가 0이 아니고, 여기서 화학식은 전하적 중성이다. 대안적 실시양태에서, 산화물은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 25.0이고, 0 ≤ y ≤ 5.0이고, 0 ≤ a ≤ 16.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 55.0이고; 여기서 y 및 a 둘 다가 0이 아니고, 여기서 화학식은 전하적 중성이다. 대안적 실시양태에서, 산화물은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 20.0 ≤ x ≤ 25.0이고, 2.0 ≤ y ≤ 5.0이고, 10.0 ≤ a ≤ 16.0이고, 50.0 ≤ d ≤ 55.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 추가의 실시양태에서, 조성물은 X선 광전자 분광분석법 (XPS)에 의해 측정 시, 0.3 내지 3.2의 Zr:Ni의 비를 갖는다.
대안적 실시양태에서, 표면을 갖는 캐소드 활성 물질 및 표면 상의 산화물을 포함하는 조성물로서; 여기서 산화물은 무정형 리튬 지르코늄 산화물, 무정형 리튬 지르코늄 인 산화물, 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고; 여기서 조성물은 X선 광전자 분광분석법 (XPS)에 의해 측정 시, 0.3 내지 3.2의 Zr:Ni의 비를 갖는 것인 조성물이 본원에 제시된다.
대안적 실시양태에서, 조성물은 표면을 갖는 캐소드 활성 물질 및 표면 상의 산화물을 포함하며; 여기서 산화물은 LiZr2(PO4)3, Li2ZrO3, Li3ZrPO6, Li5PZrO7, Li7ZrPO8, Li24Zr3P14O53, 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고; 여기서 조성물은 X선 광전자 분광분석법 (XPS)에 의해 측정 시, 0.3 내지 3.2의 Zr:Ni의 비를 갖는다. 한 실시양태에서, 산화물은 캐소드 활성 물질과 격자 정합을 이룬다. 한 실시양태에서, 산화물은 결정질인 표면을 갖는다. 한 실시양태에서, 산화물은 무정형인 표면을 갖는다. 한 실시양태에서, 조성물은 실질적으로 도 2-6 중 어느 하나에 제시된 바와 같은 경계면을 갖는다. 한 실시양태에서, 산화물은 연속적인 코팅이다. 한 실시양태에서, 산화물은 불연속적인 코팅이다.
본원에서, 산화물은 캐소드 활성 물질에 결합된 물질을 지칭하며, 본원에서 달리 명백하게 명시되지 않는 한, 심지어 캐소드 활성 물질이 산화물이더라도, 캐소드 활성 물질 그 자체를 지칭하지는 않는다. 예를 들어, NMC는 산화물이다. 그러나, NMC 산화물에 결합하는 다른 산화물이 본원에 제시된다. 캐소드 활성 물질인 산화물과는 상이한 이들 다른 산화물이 상기 및 하기에서 기재된다.
한 실시양태에서, 산화물은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 1.5이고, 1.0 ≤ y ≤ 3.0이고, 1.0 ≤ a ≤ 6.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 20.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성이다.
한 실시양태에서, 산화물은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 0.5 ≤ x ≤ 7.0이고, 1.0 ≤ y ≤ 3.0이고, 1.0 ≤ a ≤ 4.0이고, 5.0 ≤ d ≤ 14.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성이다. 한 실시양태에서, 산화물은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 0.5 ≤ x ≤ 7.0이고, y는 1.0이고, a는 1.0이고, 6.0 ≤ d ≤ 14.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 산화물은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 x는 1.0, 2.0, 3.0, 5.0, 및 7.0으로부터 선택된다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 산화물은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 y는 0, 1.0, 및 2.0으로부터 선택된다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 산화물은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 a는 0, 1.0, 및 3.0으로부터 선택된다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 산화물은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 x는 3.0, 4.0, 6.0, 7.0, 8.0, 및 12.0으로부터 선택된다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 대안적 실시양태에서, 산화물은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 x는 24.0이다.
한 실시양태에서, 산화물은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 0.5 ≤ x ≤ 2.0이고, 0 ≤ y ≤ 3.0이고, 1.0 ≤ a ≤ 4.0이고, 10.0 ≤ d ≤ 13.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성이다. 한 실시양태에서, 산화물은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 1.0 ≤ x ≤ 2.0이고, 1.0 ≤ y ≤ 3.0이고, 2.0 ≤ a ≤ 4.0이고, 11.0 ≤ d ≤ 13.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성이다. 한 실시양태에서, 산화물은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 1.5이고, 1 ≤ y ≤ 3이고, 2.0 ≤ a ≤ 4.0이고, 10.0 ≤ d ≤ 14.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성이다.
한 실시양태에서, 산화물은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 1.0 ≤ x ≤ 4.0이고, 0 ≤ y ≤ 2.0이고, 1.0 ≤ a ≤ 3.0이고, 4.0 ≤ d ≤ 7.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성이다.
한 실시양태에서, 산화물은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 1.0 ≤ x ≤ 3.0이고, 0 ≤ y ≤ 2.0이고, 0 ≤ a ≤ 2.0이고, 5.0 ≤ d ≤ 8.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성이다.
한 실시양태에서, 산화물은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 5.0 ≤ x ≤ 8.0이고, 0 ≤ y ≤ 2.0이고, 0 ≤ a ≤ 2.0이고, 6.0 ≤ d ≤ 9.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성이다.
한 실시양태에서, 산화물은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 25.0이고, 0 ≤ y ≤ 5.0이고, 0 ≤ a ≤ 16.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 55.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성이다. 한 실시양태에서, 산화물은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 20.0 ≤ x ≤ 25.0이고, 2.0 ≤ y ≤ 5.0이고, 10.0 ≤ a ≤ 16.0이고, 50.0 ≤ d ≤ 55.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성이다.
한 실시양태에서, 산화물은 화학식 LixZryOd의 화합물을 포함하며, 여기서 1.0 ≤ x ≤ 3이고, 0 ≤ y ≤ 2이고, 2.0 ≤ d ≤ 5.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성이다.
한 실시양태에서, 산화물은 화학식 LixPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 2.0 ≤ x ≤ 4이고, 0 ≤ a ≤ 2.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 5.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 일부 실시양태에서, 산화물은 LiZr2(PO4)3, Li3ZrPO6, Li5PZrO7, Li7ZrPO8, Li3PO4, 및 Li2ZrO3으로부터 선택된 화학식을 포함한다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 대안적 실시양태에서, 산화물은 LiZr2(PO4)3, Li3ZrPO6, Li5PZrO7, Li7ZrPO8, Li3PO4, Li2ZrO3, 및 Li24Zr3P14O53으로부터 선택된 화학식을 포함한다.
한 실시양태에서, 산화물은 무정형 리튬 지르코늄 산화물, 무정형 리튬 지르코늄 인 산화물, 또는 그의 조합을 포함한다.
한 실시양태에서, 산화물은 LiZr2(PO4)3을 포함한다.
한 실시양태에서, 산화물은 Li3ZrPO6을 포함한다.
한 실시양태에서, 산화물은 Li5PZrO7을 포함한다.
한 실시양태에서, 산화물은 Li7ZrPO8을 포함한다.
한 실시양태에서, 산화물은 Li3PO4를 포함한다.
한 실시양태에서, 산화물은 Li2ZrO를 포함한다.
대안적 실시양태에서, 산화물은 Li24Zr3P14O53을 포함한다.
산화물이 소정의 화학식의 화합물을 포함하는 것으로 기재될 때, Li, Zr, 및 P의 비는 산화물을 제조하는데 사용된 전구체의 비에 기반하는 공칭 비이다. Li, Zr, 및 P의 비는, 달리 명시되지 않는 한, 산화물을 제조하는 공정에서 회분식으로 처리된 전구체의 비이다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 상기 비는 조성물이 XPS에 의해 결정된 소정의 원자 비를 특징으로 한다고 기술함으로써 다른 방식으로 명시된다. XPS-결정된 원자 비는 회분식으로 처리된 물질이 아니라, 생성물에 대해 측정된다. 다른 실시양태에서, 화합물이 산화물 Li3PO4로서 특징화된다면, 산화물은 회분식으로 처리 시 mol 기준으로 약 3:1:4의 Li:P:O의 비를 갖는 전구체를 사용하여 제조되었거나 또는 제조되었을 수 있다.
특정 실시양태에서, 산화물은 1) LiOH 및 2) 지르코늄 전구체 및/또는 인 전구체의 반응 혼합물의 생성물이다. 특정 실시양태에서, Li:Zr의 몰비는 약 1:3, 약 1:2, 약 1:1, 약 2:1, 약 3:1, 약 4:1, 약 5:1, 약 6:1, 약 7:1, 약 8:1, 약 9:1, 및 약 10:1로부터 선택된 비이다. 한 실시양태에서, Li:Zr (즉, LiOH:지르코늄 전구체)의 몰비는 약 1:3 내지 1:1의 범위의 비이다. 한 실시양태에서, Li:Zr의 몰비는 약 1:1 내지 3:1의 범위의 비이다. 한 실시양태에서, Li:Zr의 몰비는 약 2:1 내지 4:1의 범위의 비이다. 한 실시양태에서, Li:Zr의 몰비는 약 1:4 내지 1:6의 범위의 비이다. 한 실시양태에서, Li:Zr의 몰비는 약 1:6 내지 1:8의 범위의 비이다. 특정 실시양태에서, Li:Zr의 몰비는 약 1:2, 약 2:1, 약 3:1, 약 1:5, 약 1:7로부터 선택된 비이다. 대안적 실시양태에서, Li:Zr의 몰비는 약 24:5 내지 25:2의 범위이다. 대안적 실시양태에서, Li:Zr의 몰비는 약 24:3이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 반응 혼합물 중 Li:P (즉, LiOH:인 전구체)의 몰비는 약 1:2, 약 2:3, 약 1:1, 약 2:1, 약 4:1, 약 5:1, 약 6:1, 약 8:1, 약 10:1, 약 12:1, 약 14:1, 및 16:1로부터 선택된 비이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, Li:P의 몰비는 약 1:2 내지 1:1의 범위의 비이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, Li:P의 몰비는 약 5:1 내지 7:1의 범위의 비이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, Li:P의 몰비는 약 8:1 내지 10:1의 범위의 비이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, Li:P의 몰비는 약 13:1 내지 15:1의 범위의 비이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, Li:P의 몰비는 약 2:3, 약 6:1, 약 10:1, 및 약 14:1로부터 선택된 비이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 대안적 실시양태에서, Li:P의 몰비는 약 24:16 내지 24:10의 비이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 대안적 실시양태에서, Li:P의 몰비는 약 24:14이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 반응 혼합물 중 Zr:P의 몰비는 약 1:2, 약 1:1, 약 1.3:1, 약 1.5:1, 약 1.8:1, 약 2:1, 약 3:1, 및 약 4:1로부터 선택된 비이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, Zr:P (즉, 지르코늄 전구체:인 전구체)의 몰비는 약 1:1 내지 1.5:1의 범위의 비이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, Zr:P의 몰비는 약 1:1 내지 3:1의 범위의 비이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, Zr:P의 몰비는 약 1.3:1 또는 약 2:1로부터 선택된 비이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 대안적 실시양태에서, Zr:P의 몰비는 약 3:20 내지 약 3:10으로부터 선택된 비이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 대안적 실시양태에서, Zr:P의 몰비는 약 3:14의 비이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, LiOH:Zr:P의 출발 몰비는 약 20:50:30 내지 25:40:35이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, LiOH:Zr:P의 출발 몰비는 약 20:40:40 내지 30:50:20이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, LiOH:Zr:P의 출발 몰비는 약 20:40:40 내지 25:45:30이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, LiOH:Zr:P의 출발 몰비는 약 40:35:25 내지 60:20:20이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, LiOH:Zr:P의 출발 몰비는 약 50:25:25 내지 50:35:15이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, LiOH:Zr:P의 출발 몰비는 약 80:15:5 내지 65:25:10이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, LiOH:Zr:P의 출발 몰비는 약 70:25:5 내지 80:10:10이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, LiOH:Zr:P의 출발 몰비는 약 80:10:10 내지 85:10:5이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, LiOH:Zr:P의 출발 몰비는 약 80:10:10 내지 82.5:12.5:5이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, LiOH 및 Zr:P의 출발 몰비는 약 70:30 내지 65:35이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, LiOH 및 Zr:P의 출발 몰비는 약 60:40 내지 80:20이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, LiOH 및 Zr:P의 출발 몰비는 약 60:40 내지 70:30이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, LiOH 및 Zr:P의 출발 몰비는 약 75:25 내지 80:20이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, LiOH 및 Zr:P의 출발 몰비는 약 75:25 내지 85:15이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, LiOH 및 Zr:P의 출발 몰비는 약 95:5 내지 90:10이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, LiOH 및 Zr:P의 출발 몰비는 약 95:5 내지 90:10이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, LiOH 및 Zr:P의 출발 몰비는 약 90:10 내지 95:5이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, LiOH 및 Zr:P의 출발 몰비는 약 90:10 내지 95:5이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 산화물은 LiZr2(PO4)3을 포함하며, Li:Zr의 비가 약 1:2이고; Li:P의 비가 약 2:3이고; Zr:P의 비가 약 1.3:1인, 1) LiOH; 2) 지르코늄 전구체; 및 3) 인 전구체의 반응 혼합물의 생성물이다. 추가의 실시양태에서, 생성물은 1) LiOH; 2) Zr(OBu)4; 및 3) P2O5의 반응 혼합물이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 산화물은 Li3ZrPO6을 포함하며, Li:Zr의 비가 약 3:1이고; Li:P의 비가 약 6:1이고; Zr:P의 비가 약 2:1인, 1) LiOH; 2) 지르코늄 전구체; 및 3) 인 전구체의 반응 혼합물의 생성물이다. 추가의 실시양태에서, 생성물은 1) LiOH; 2) Zr(OBu)4; 및 3) P2O5의 반응 혼합물이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 산화물은 Li5PZrO7을 포함하며, Li:Zr의 비가 약 5:1이고; Li:P의 비가 약 10:1이고; Zr:P의 비가 약 2:1인, 1) LiOH; 2) 지르코늄 전구체; 및 3) 인 전구체의 반응 혼합물의 생성물이다. 추가의 실시양태에서, 생성물은 1) LiOH; 2) Zr(OBu)4; 및 3) P2O5의 반응 혼합물이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 산화물은 Li7ZrPO8을 포함하며, Li:Zr의 비가 약 7:1이고; Li:P의 비가 약 14:1이고; Zr:P의 비가 약 2:1인, 1) LiOH; 2) 지르코늄 전구체; 및 3) 인 전구체의 반응 혼합물의 생성물이다. 추가의 실시양태에서, 생성물은 1) LiOH; 2) Zr(OBu)4; 및 3) P2O5의 반응 혼합물이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 산화물은 Li24Zr3P14O53을 포함하며, Li:Zr의 비가 약 24:3이고; Li:P의 비가 약 24:14이고; Zr:P의 비가 약 3:14인, 1) LiOH; 2) 지르코늄 전구체; 및 3) 인 전구체의 반응 혼합물의 생성물이다. 추가의 실시양태에서, 생성물은 1) LiOH; 2) Zr(OBu)4; 및 3) P2O5의 반응 혼합물이다.
한 실시양태에서, 산화물은 1) LiOH 및 2) 지르코늄 전구체의 반응 혼합물의 생성물이다. 특정 실시양태에서, Li:Zr의 출발 몰비는 약 30:70, 약 40:60, 약 50:50, 약 60:40, 약 65:35, 및 약 70:30이다. 한 실시양태에서, Li:Zr의 출발 몰비는 약 60:40 내지 70:30이다. 한 실시양태에서, Li:Zr의 출발 몰비는 약 55:45 내지 65:35이다. 한 실시양태에서, Li:Zr의 출발 몰비는 약 65:35 내지 75:25이다. 한 실시양태에서, Li:Zr의 출발 몰비는 약 66:33이다.
특정 실시양태에서, 산화물은 1) LiOH 및 2) 인 전구체의 반응 혼합물의 생성물이다. 특정 실시양태에서, Li:P의 출발 몰비는 약 80:20 내지 90:10이다. 특정 실시양태에서, Li:P의 출발 몰비는 약 75:25 내지 85:15이다. 특정 실시양태에서, Li:P의 출발 몰비는 약 85:25 내지 95:5이다. 특정 실시양태에서, Li:P의 출발 몰비는 약 85:15이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 인 전구체는 P2O5, H3PO4, (NH4)3PO4, (NH3)3PO4, 및 그의 조합으로부터 선택된다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 지르코늄 전구체는 지르코늄 부톡시드 (Zr(OBu)4), 지르코늄 프로폭시드 (Zr(OPr)4), 지르코늄 에톡시드 (Zr(OEt)4), 지르코늄 메톡시드 (Zr(OMe)4), 및 그의 조합이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 리튬 전구체는 수산화리튬 (LiOH), 리튬 에톡시드 (LiOEt), 리튬 메톡시드 (LiOMe), 금속성 리튬, 및 그의 조합으로부터 선택된다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 지르코늄 전구체 및/또는 인 전구체는 졸-겔 전구체, 예컨대 지르코늄 알콕시드 또는 인 알콕시드 전구체이다. 한 실시양태에서, 인 전구체는 P2O5이다. 한 실시양태에서, 지르코늄 전구체는 Zr(OBu)4이다. 한 실시양태에서, 리튬 전구체는 LiOH이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 산화물은 캐소드 활성 물질 상의 코팅이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 산화물 또는 코팅은 투과 전자 현미경검사 (TEM) 분석에 따르면, 무정형 도메인을 추가로 포함한다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 산화물 또는 코팅은 투과 전자 현미경검사 (TEM) 분석에 따르면, 결정질 도메인을 추가로 포함한다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 산화물 또는 코팅은 투과 전자 현미경검사 분석에 따른 결정질 도메인 뿐만 아니라, 투과 전자 현미경검사 (TEM) 분석에 따른 무정형 도메인을 추가로 포함한다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 결정질 도메인이 캐소드 활성 물질과 접촉해 있다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 무정형 도메인은 캐소드 활성 물질과 접촉하지 않는다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 결정질 도메인이 캐소드 활성 물질과 접촉해 있고, 무정형 도메인이 결정질 도메인과 접촉해 있다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 코팅은 연속적이다. 한 실시양태에서, 코팅은 불연속적이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 코팅은 TEM 분석에 의해 결정 시, 1 nm ≤ T ≤ 20 nm인 두께 T를 갖는다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 코팅은 TEM 분석에 의해 결정 시, 1 nm 미만인 두께 T를 갖는다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 코팅은 주사 전자 현미경검사 (SEM) 분석에 의해 결정 시, 1 nm ≤ T ≤ 20 nm인 두께 T를 갖는다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, T는 약 1 nm, 약 5 nm, 또는 약 10 nm이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, T는 약 1 nm이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, T는 약 2 nm이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, T는 약 3 nm이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, T는 약 4 nm이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, T는 약 5 nm이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, T는 약 6 nm이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, T는 약 7 nm이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, T는 약 8 nm이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, T는 약 9 nm이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, T는 약 10 nm이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 또 다른 실시양태에서, T는 약 11 nm이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 또 다른 실시양태에서, T는 약 12 nm이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, T는 약 0.8 nm 내지 10 nm이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, T는 약 0.8 nm 내지 5 nm이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, T는 약 0.8 nm 내지 2.5 nm이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, T는 약 0.8 nm 내지 1.5 nm이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, T는 약 1 nm 내지 4 nm이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, T는 약 1.5 nm 내지 3.5 nm이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 다른 실시양태에서, T는 약 5 nm 내지 10 nm이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, T는 약 7 nm 내지 10 nm이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 코팅은 고른 층이 아니며, 두께 T는 약 0.8 nm 내지 12 nm의 범위일 수 있다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 두께 T는 약 0.8 nm 내지 5 nm의 범위이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 두께 T는 약 1 nm 내지 3.5 nm의 범위이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 두께 T는 약 1.5 nm 내지 4 nm의 범위이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 두께 T는 약 5 nm 내지 12 nm의 범위이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 두께 T는 약 5 nm 내지 8 nm의 범위이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, T는 약 12 nm 미만이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, T는 약 11 nm 미만이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, T는 약 10 nm 미만이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, T는 약 9 nm 미만이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, T는 약 8 nm 미만이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, T는 약 7 nm 미만이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, T는 약 6 nm 미만이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, T는 약 5 nm 미만이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, T는 약 4 nm 미만이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, T는 약 3 nm 미만이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, T는 약 2 nm 미만이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, T는 약 1 nm 미만이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, T는, 예를 들어 본원에 기재된 바와 같이, TEM이 검출할 수 있는 것보다 더 두껍지 않다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 코팅은 결정질 및 무정형 도메인 둘 다를 포함하며, 결정질 도메인의 두께는 약 0.8 nm 내지 5 nm이고 무정형 도메인의 두께는 약 0.8 nm 내지 5 nm이다. 한 실시양태에서, 결정질 도메인의 두께는 약 1 nm 내지 3 nm이고 무정형 도메인의 두께는 약 1 nm 내지 4 nm이다. 한 실시양태에서, 결정질 도메인의 두께는 약 1.5 nm 내지 2.5 nm이고 무정형 도메인의 두께는 약 2 nm 내지 4 nm이다. 한 실시양태에서, 결정질 도메인의 두께가 무정형 도메인의 두께보다 더 작다. 또 다른 실시양태에서, 결정질 도메인의 두께가 무정형 도메인의 두께보다 더 크다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 결정질 도메인이 캐소드 활성 물질과 접촉해 있고, 무정형 도메인이 결정질 도메인과 접촉해 있다.
임의의 상기 실시양태에서, 두께는 기재된 두께의 ± 20%이다. 임의의 상기 실시양태에서, 두께는 기재된 두께의 ± 10%이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, TEM 분석에 의해 결정 시, 산화물 또는 코팅의 결정질 도메인이 캐소드 활성 물질의 결정질 도메인과 격자 정합을 이루지 않는다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, SEM 분석에 의해 결정 시, 산화물 또는 코팅의 결정질 도메인이 캐소드 활성 물질의 결정질 도메인과 격자 정합을 이루지 않는다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, TEM 분석에 의해 결정 시, 산화물 또는 코팅의 결정질 도메인이 캐소드 활성 물질의 결정질 도메인과 격자 정합을 이룬다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, SEM 분석에 의해 결정 시, 산화물 또는 코팅의 결정질 도메인이 캐소드 활성 물질의 결정질 도메인과 격자 정합을 이룬다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 코팅은 탄산염을 추가로 포함한다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 조성물은 제1 코팅과 접촉해 있는 제2 코팅을 추가로 포함하며, 여기서 제1 코팅은 활성 캐소드 물질과 접촉해 있다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 제2 코팅은 코팅의 화학식과 동일하지 않은 화학식을 갖는다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 제2 코팅은 하기 화학식의 화합물, 또는 그의 조합을 포함한다:
LixByOz, 여기서 0.2 ≤ x ≤ 0.75이고, 0.5 ≤ y ≤ 1.6이고, 1.5 ≤ z ≤ 2.6임;
LixCyOz, 여기서 0.4 ≤ x ≤ 1.8이고, 0.1 ≤ y ≤ 1이고, 1 ≤ z ≤ 1.8임;
LixZryOz, 여기서 0 ≤ x ≤ 1.6이고, 0.2 ≤ y ≤ 1.0이고, 2 ≤ z ≤ 1.2임;
LixPyOz, 여기서 0.6 ≤ x ≤ 1.5이고, 0.5 ≤ y ≤ 1.4이고, 2.0 ≤ z ≤ 3.7임;
LixZry(PO4)z, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 1.5이고, 1 ≤ y ≤ 3이고, 2.0 ≤ z ≤ 4.0임;
LixNbyOz, 여기서 0.5 ≤ x ≤ 1.5이고, 0.5 ≤ y ≤ 1.5이고, 2 ≤ z ≤ 4임;
LixTiyOz, 여기서 0 ≤ x ≤ 1.6이고, 0.2 ≤ y ≤ 1.0이고, 2 ≤ z ≤ 1.2임;
LixTiyPwOz, 여기서 0 ≤ x ≤ 2이고, 1 ≤ y ≤ 3이고, 1 ≤ w ≤ 4이고, 2 ≤ z ≤ 20임;
LixZryPwOz, 여기서 0 ≤ x ≤ 2이고, 1 ≤ y ≤ 3이고, 1 ≤ w ≤ 4이고, 2 ≤ z ≤ 20임;
LixZryFz, 여기서 0.2 ≤ x ≤ 0.75이고, 0.25 ≤ y ≤ 0.8이고, 1.75 ≤ z ≤ 3.4임;
LixTiyFz, 여기서 0.2 ≤ x ≤ 0.75이고, 0.25 ≤ y ≤ 0.8이고, 1.75 ≤ z ≤ 3.4임;
LixAlyFz, 여기서 0.4 ≤ x ≤ 0.8이고, 0.2 ≤ y ≤ 0.6이고, 1.4 ≤ z ≤ 2.2임;
LixYyFz, 여기서 0.4 ≤ x ≤ 0.8이고, 0.2 ≤ y ≤ 0.6이고, 1.4 ≤ z ≤ 2.2임;
LixNbyFz, 여기서 0.2 ≤ x ≤ 0.8이고, 0.2 ≤ y ≤ 0.8이고, 1.8 ≤ z ≤ 4.2임.
아래첨자 x, y, 및 z는 화합물이 전하적 중성이 되도록 선택된다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 제2 코팅은 화학식: Li2CO3; Li3BO3; Li3B11O18; Li2ZrO3; Li3PO4; Li2SO4; LiNbO3; Li4Ti5O12; LiTi2(PO4)3; LiZr2(PO4)3; LiOH; LiF; Li4ZrF8; Li3Zr4F19; Li3TiF6; LiAlF4; LiYF4; LiNbF6; ZrO2; Al2O3; TiO2; ZrF4; AlF3; TiF4; YF3; NbF5의 화합물, 또는 그의 조합을 포함한다.
한 실시양태에서, 제2 코팅은 Li2CO3을 포함한다. 한 실시양태에서, 제2 코팅은 Li3BO3을 포함한다. 한 실시양태에서, 제2 코팅은 Li3B11O18을 포함한다. 한 실시양태에서, 제2 코팅은 Li2ZrO3을 포함한다. 한 실시양태에서, 제2 코팅은 Li3PO4를 포함한다. 한 실시양태에서, 제2 코팅은 Li2SO4를 포함한다. 한 실시양태에서, 제2 코팅은 LiNbO3을 포함한다. 한 실시양태에서, 제2 코팅은 Li4Ti5O12를 포함한다. 한 실시양태에서, 제2 코팅은 LiTi2(PO4)3을 포함한다. 한 실시양태에서, 제2 코팅은 LiZr2(PO4)3을 포함한다. 한 실시양태에서, 제2 코팅은 LiOH를 포함한다. 한 실시양태에서, 제2 코팅은 LiF를 포함한다. 한 실시양태에서, 제2 코팅은 Li4ZrF8을 포함한다. 한 실시양태에서, 제2 코팅은 Li3Zr4F19를 포함한다. 한 실시양태에서, 제2 코팅은 Li3TiF6을 포함한다. 한 실시양태에서, 제2 코팅은 LiAlF4를 포함한다. 한 실시양태에서, 제2 코팅은 LiYF4를 포함한다. 한 실시양태에서, 제2 코팅은 LiNbF6을 포함한다. 한 실시양태에서, 제2 코팅은 ZrO2를 포함한다. 한 실시양태에서, 제2 코팅은 Al2O3을 포함한다. 한 실시양태에서, 제2 코팅은 TiO2를 포함한다. 한 실시양태에서, 제2 코팅은 ZrF4를 포함한다. 한 실시양태에서, 제2 코팅은 AlF3을 포함한다. 한 실시양태에서, 제2 코팅은 TiF4를 포함한다. 특정 예에서, 제2 코팅은 YF3을 포함한다. 한 실시양태에서, 제2 코팅은 NbF5를 포함한다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 제2 코팅은 TEM 분석에 의해 결정 시, 무정형이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 제2 코팅은 TEM 분석에 의해 결정 시, 결정질이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 제2 코팅은 코팅의 화학식과 동일하지 않은 화학식을 갖는다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 제2 코팅은 Li3BO3을 포함한다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 제2 코팅은 LixByOz를 포함하며, 여기서 0.2 ≤ x ≤ 0.75이고, 0.5 ≤ y ≤ 1.6이고, 1.5 ≤ z ≤ 2.6이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 코팅은 Li2CO3, Li3BO3, Li3B11O18, LixByOz, 또는 그의 조합을 포함한다. 화학식 LixByOz에서, 0.2 ≤ x ≤ 0.75이고, 0.5 ≤ y ≤ 1.6이고, 1.5 ≤ z ≤ 2.6이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 제2 코팅은 LixZryOz를 포함하며, 여기서 0 ≤ x ≤ 1.6이고, 0.2 ≤ y ≤ 1.0이고, 2 ≤ z ≤ 1.2이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 제2 코팅은 LixPyOz를 포함하며, 여기서 0.6 ≤ x ≤ 1.5이고, 0.5 ≤ y ≤ 1.4이고, 2.0 ≤ z ≤ 3.7이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 제2 코팅은 Li3InCl6을 포함한다.
한 실시양태에서, 제1 코팅은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 1.5이고, 1.0 ≤ y ≤ 3.0이고, 1.0 ≤ a ≤ 6.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 20.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성이다.
한 실시양태에서, 제1 코팅은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 0.5 ≤ x ≤ 7.0이고, 1.0 ≤ y ≤ 3.0이고, 1.0 ≤ a ≤ 4.0이고, 5.0 ≤ d ≤ 14.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성이다.
한 실시양태에서, 제1 코팅은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 0.5 ≤ x ≤ 2.0이고, 0 ≤ y ≤ 3.0이고, 1.0 ≤ a ≤ 4.0이고, 10.0 ≤ d ≤ 13.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성이다.
한 실시양태에서, 제1 코팅은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 1.0 ≤ x ≤ 4.0이고, 0 ≤ y ≤ 2.0이고, 1.0 ≤ a ≤ 3.0이고, 4.0 ≤ d ≤ 7.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성이다.
한 실시양태에서, 제1 코팅은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 1.0 ≤ x ≤ 3.0이고, 0 ≤ y ≤ 2.0이고, 0 ≤ a ≤ 2.0이고, 5.0 ≤ d ≤ 8.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성이다.
한 실시양태에서, 제1 코팅은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 5.0 ≤ x ≤ 8.0이고, 0 ≤ y ≤ 2.0이고, 0 ≤ a ≤ 2.0이고, 6.0 ≤ d ≤ 9.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성이다.
한 실시양태에서, 제1 코팅은 화학식 LixZryOd의 화합물을 포함하며, 여기서 1.0 ≤ x ≤ 3이고, 0 ≤ y ≤ 2이고, 2.0 ≤ d ≤ 5.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성이다.
한 실시양태에서, 제1 코팅은 화학식 LixPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 2.0 ≤ x ≤ 4이고, 0 ≤ a ≤ 2.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 5.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 제1 코팅은 LiZr2(PO4)3, Li3ZrPO6, Li5PZrO7, Li7ZrPO8, Li3PO4, Li2ZrO3, 및 Li24Zr3P14O53으로부터 선택된 화학식을 포함한다.
한 실시양태에서, 제1 코팅은 LiZr2(PO4)3을 포함한다.
특정 실시양태에서, 제1 코팅은 LiZr2(PO4)3을 포함하고, 제2 코팅은 Li3ZrPO6, Li5PZrO7, Li7ZrPO8, Li3PO4, Li2ZrO3, 및 Li24Zr3P14O53으로부터 선택된 화학식을 포함한다.
한 실시양태에서, 제1 코팅은 LiZr2(PO4)3을 포함하고, 제2 코팅은 화학식 LixZryPaOd의 화합물로서, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 8.0이고, 0 ≤ y ≤ 3.0이고, 0 ≤ a ≤ 6.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 20.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성인 화합물을 포함하며, 제2 코팅은 LiZr2(PO4)3이 아니다.
한 실시양태에서, 제1 코팅은 TEM에 의해 측정 시, 결정질 도메인을 포함하고, 제2 코팅은 TEM에 의해 측정 시, 결정질 또는 무정형 도메인을 포함한다.
한 실시양태에서, 제1 코팅은 TEM에 의해 측정 시, 무정형 도메인을 포함하고, 제2 코팅은 TEM에 의해 측정 시, 결정질 또는 무정형 도메인을 포함한다.
한 실시양태에서, 제1 코팅은 TEM에 의해 측정 시, 결정질 및 무정형 도메인을 포함하고, 제2 코팅은 TEM에 의해 측정 시, 결정질 또는 무정형 도메인을 포함한다.
또한, 캐소드 활성 물질을 포함하는 코팅된 캐소드 활성 물질로서, 여기서 캐소드 활성 물질은 제1 코팅 및 제2 코팅을 포함하고; 제1 코팅은 LiZr2(PO4)3을 포함하고; 제2 코팅은 Li3BO3, Li3B11O18, LixByOz (여기서 0.2 ≤ x ≤ 0.75이고, 0.5 ≤ y ≤ 1.6이고, 1.5 ≤ z ≤ 2.6임), 또는 그의 조합을 포함하고; 여기서 제1 코팅은 캐소드 활성 물질에 접촉하고; 제2 코팅은 제1 코팅에 접촉하는 것인 코팅된 캐소드 활성 물질이 본원에 제시된다.
또한, 캐소드 활성 물질을 포함하는 코팅된 캐소드 활성 물질로서, 여기서 캐소드 활성 물질은 제1 코팅 및 제2 코팅을 포함하고; 제1 코팅은 LiZr2(PO4)3을 포함하고; 제2 코팅은 LixByOz (여기서 0.2 ≤ x ≤ 0.75이고, 0.5 ≤ y ≤ 1.6이고, 1.5 ≤ z ≤ 2.6임), 또는 그의 조합을 포함하고; 여기서 제1 코팅은 캐소드 활성 물질에 접촉하고; 제2 코팅은 제1 코팅에 접촉하는 것인 코팅된 캐소드 활성 물질이 본원에 제시된다.
또한, 캐소드 활성 물질을 포함하는 코팅된 캐소드 활성 물질로서, 여기서 캐소드 활성 물질은 제1 코팅 및 제2 코팅을 포함하고; 제1 코팅은 LiZr2(PO4)3을 포함하고; 제2 코팅은 Li3BO3, Li3B11O18, 또는 그의 조합을 포함하고; 여기서 제1 코팅은 캐소드 활성 물질에 접촉하고; 제2 코팅은 제1 코팅에 접촉하는 것인 코팅된 캐소드 활성 물질이 본원에 제시된다.
또한, 캐소드 활성 물질을 포함하는 코팅된 캐소드 활성 물질로서, 여기서 캐소드 활성 물질은 제1 코팅 및 제2 코팅을 포함하고; 제1 코팅은 LiZr2(PO4)3을 포함하고; 제2 코팅은 LixByOz (여기서 0.2 ≤ x ≤ 0.75이고, 0.5 ≤ y ≤ 1.6이고, 1.5 ≤ z ≤ 2.6임); LixZryOz (여기서 0 ≤ x ≤ 1.6이고, 0.2 ≤ y ≤ 1.0이고, 2 ≤ z ≤ 1.2임); LixPyOz (여기서 0.6 ≤ x ≤ 1.5이고, 0.5 ≤ y ≤ 1.4이고, 2.0 ≤ z ≤ 3.7임); 또는 그의 조합을 포함하고; 여기서 제1 코팅은 캐소드 활성 물질에 접촉하고; 제2 코팅은 제1 코팅에 접촉하는 것인 코팅된 캐소드 활성 물질이 본원에 제시된다.
또한, 캐소드 활성 물질을 포함하는 코팅된 캐소드 활성 물질로서, 여기서 캐소드 활성 물질은 제1 코팅 및 제2 코팅을 포함하고; 제1 코팅은 LiZr2(PO4)3을 포함하고; 제2 코팅은 Li3BO3, Li3B11O18, Li2ZrO3, Li3PO4, Li2SO4, LixByOz (여기서 0.2 ≤ x ≤ 0.75이고, 0.5 ≤ y ≤ 1.6이고, 1.5 ≤ z ≤ 2.6임), 또는 그의 조합을 포함하고; 여기서 제1 코팅은 캐소드 활성 물질에 접촉하고; 제2 코팅은 제1 코팅에 접촉하는 것인 코팅된 캐소드 활성 물질이 본원에 제시된다.
또한, 캐소드 활성 물질을 포함하는 코팅된 캐소드 활성 물질로서, 여기서 캐소드 활성 물질은 제1 코팅 및 제2 코팅을 포함하고; 제1 코팅은 LiZr2(PO4)3을 포함하고; 제2 코팅은 LixByOz (여기서 0.2 ≤ x ≤ 0.75이고, 0.5 ≤ y ≤ 1.6이고, 1.5 ≤ z ≤ 2.6임); LixZryOz (여기서 0 ≤ x ≤ 1.6이고, 0.2 ≤ y ≤ 1.0이고, 2 ≤ z ≤ 1.2임); LixPyOz (여기서 0.6 ≤ x ≤ 1.5이고, 0.5 ≤ y ≤ 1.4이고, 2.0 ≤ z ≤ 3.7임); Li2SO4, 또는 그의 조합을 포함하고; 여기서 제1 코팅은 캐소드 활성 물질에 접촉하고; 제2 코팅은 제1 코팅에 접촉하는 것인 코팅된 캐소드 활성 물질이 본원에 제시된다.
또한, 캐소드 활성 물질을 포함하는 코팅된 캐소드 활성 물질로서, 여기서 캐소드 활성 물질은 제1 코팅 및 제2 코팅을 포함하고; 제1 코팅은 LiZr2(PO4)3을 포함하고; 제2 코팅은 Li3BO3, Li3B11O18, LZO, Li3PO4, Li2SO4, 또는 그의 조합을 포함하고; 여기서 제1 코팅은 캐소드 활성 물질에 접촉하고; 제2 코팅은 제1 코팅에 접촉하는 것인 코팅된 캐소드 활성 물질이 본원에 제시된다.
또한, 캐소드 활성 물질을 포함하는 코팅된 캐소드 활성 물질로서, 여기서 캐소드 활성 물질은 제1 코팅 및 제2 코팅을 포함하고; 제1 코팅은 LiZr2(PO4)3을 포함하고; 제2 코팅은 Li2CO3, Li3BO3, Li3B11O18, Li3PO4, Li2SO4, 또는 그의 조합을 포함하고; 여기서 제1 코팅은 캐소드 활성 물질에 접촉하고; 제2 코팅은 제1 코팅에 접촉하는 것인 코팅된 캐소드 활성 물질이 본원에 제시된다.
또한, 캐소드 활성 물질을 포함하는 코팅된 캐소드 활성 물질로서, 여기서 캐소드 활성 물질은 제1 코팅 및 제2 코팅을 포함하고; 제1 코팅은 LiZr2(PO4)3을 포함하고; 제2 코팅은 Li3BO3을 포함하고; 여기서 제1 코팅은 캐소드 활성 물질에 접촉하고; 제2 코팅은 제1 코팅에 접촉하는 것인 코팅된 캐소드 활성 물질이 본원에 제시된다.
또한, 캐소드 활성 물질을 포함하는 코팅된 캐소드 활성 물질로서, 여기서 캐소드 활성 물질은 제1 코팅 및 제2 코팅을 포함하고; 제1 코팅은 LiZr2(PO4)3을 포함하고; 제2 코팅은 Li3PO4를 포함하고; 여기서 제1 코팅은 캐소드 활성 물질에 접촉하고; 제2 코팅은 제1 코팅에 접촉하는 것인 코팅된 캐소드 활성 물질이 본원에 제시된다.
또한, 캐소드 활성 물질을 포함하는 코팅된 캐소드 활성 물질로서, 여기서 캐소드 활성 물질은 제1 코팅 및 제2 코팅을 포함하고; 제1 코팅은 LiZr2(PO4)3을 포함하고; 제2 코팅은 Li2SO4를 포함하고; 여기서 제1 코팅은 캐소드 활성 물질에 접촉하고; 제2 코팅은 제1 코팅에 접촉하는 것인 코팅된 캐소드 활성 물질이 본원에 제시된다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 각각의 코팅의 두께는 약 1 nm 내지 50 nm이다. 이는 캐소드 활성 물질이 2개의 코팅을 갖는 예에서, 2개의 코팅이 각각 1 nm 내지 50 nm의 두께를 가질 수 있음을 의미한다. 각각의 코팅은 나머지 다른 코팅과 동일하거나 또는 상이한 두께를 가질 수 있다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 1 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 2 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 3 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 4 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 5 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 6 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 7 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 8 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 9 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 10 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 11 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 12 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 13 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 14 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 15 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 16 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 17 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 18 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 19 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 20 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 21 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 22 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 23 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 24 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 25 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 26 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 27 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 28 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 29 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 30 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 31 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 32 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 33 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 34 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 35 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 36 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 37 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 38 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 39 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 40 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 41 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 42 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 43 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 44 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 45 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 46 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 47 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 48 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 49 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 하나는 약 50 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 1 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 2 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 3 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 4 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 5 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 6 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 7 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 8 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 9 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 10 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 11 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 12 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 13 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 14 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 15 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 16 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 17 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 18 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 19 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 20 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 21 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 22 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 23 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 24 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 25 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 26 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 27 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 28 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 29 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 30 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 31 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 32 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 33 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 34 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 35 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 36 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 37 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 38 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 39 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 40 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 41 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 42 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 43 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 44 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 45 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 46 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 47 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 48 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 49 nm의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 2개의 코팅 중 다른 하나는 약 50 nm의 두께를 갖는다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 LiMPO4 (M=Fe, Ni, Co, Mn); LixTiyOz (여기서 x는 0 내지 8이고, y는 1 내지 12이고, z는 1 내지 24임); LiMn2aNiaO4 (여기서 a는 0 내지 2임); 니켈 코발트 알루미늄 산화물; LiNixMnyCozO2 (x+y+z=1이고, 0≤x≤1이고, 0≤y≤1이고, 0≤z≤1임); 및 LiNixCoyAlzO2 (여기서 x+y+z=1이고, 0≤x≤1이고, 0≤y≤1이고, 0≤z≤1임)로부터 선택된다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 리튬 코발트 산화물 (LCO), 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물 (NCA), 리튬 니켈 망가니즈 코발트 산화물 (NMC), 리튬 철 인산염 (LFP), 및 그의 조합으로부터 선택된다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 캐소드 활성 물질의 NMC 클래스의 구성원, 예를 들어, LiNiCoMnO2이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 캐소드 활성 물질의 LFP 클래스의 구성원, 예를 들어, LiFePO4/C이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 캐소드 활성 물질의 LNMO 클래스의 구성원, 예를 들어, LiNi0.5Mn1.5O4 또는 LiNi0.5Mn1.5O2이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 캐소드 활성 물질의 NCA 클래스의 구성원, 예를 들어, LiMn2O4이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 캐소드 활성 물질의 LMO 클래스의 구성원, 예를 들어, LiMn2O4이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 캐소드 활성 물질의 LCO 클래스의 구성원, 예를 들어, LiCoO2이다. 한 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 LiNiO2이다. 한 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 LiNi1-xCoxO2 (0.2 < x < 0.5)이다. 캐소드 활성 물질은, 조성의 몰비가 변화하긴 하지만, 본원에 기재된 캐소드 활성 물질과 유사한 임의의 유용한 공지되어 있는 캐소드일 수 있다. 예를 들어, 캐소드 활성 물질은 문헌 [Minnmann et al. Advanced Energy Materials, 2022, 12, 2201425]에 기재된 임의의 캐소드 활성 물질일 수 있다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 LiMPO4 (M=Fe, Ni, Co, Mn), LixTiyOz (여기서 x는 0 내지 8이고, y는 1 내지 12이고, z는 1 내지 24임), LiMn2O4, LiMn2aNiaO4 (여기서 a는 0 내지 2임), LiCoO2, Li(NiCoMn)O2, Li(NiCoAl)O2, 및 니켈 코발트 알루미늄 산화물로부터 선택된다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 LiMPO4 (M=Fe, Ni, Co, Mn); LixTiyOz (여기서 x는 0 내지 8이고, y는 1 내지 12이고, z는 1 내지 24임); LiMn2aNiaO4 (여기서 a는 0 내지 2임); 니켈 코발트 알루미늄 산화물; LiNixMnyCozO2 (x+y+z=1이고, 0≤x≤1이고, 0≤y≤1이고, 0≤z≤1임); 및 LiNixCoyAlzO2 (여기서 x+y+z=1이고, 0≤x≤1이고, 0≤y≤1이고, 0≤z≤1임)로부터 선택된다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x+y+z=1이고, 0≤x≤1이고, 0≤y≤1이고, 0≤z≤1이다. 한 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x는 0.8이고, y는 0.1이고, z는 0.1이다. 특정의 다른 예에서, 코팅된 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x는 0.6이고, y는 0.2이고, z는 0.2이다. 한 실시양태에서, 코팅된 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x는 0.5이고, y는 0.3이고, z는 0.2이다. 일부 다른 예에서, 코팅된 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x는 1/3이고, y는 1/3이고, z는 1/3이다. 특정 실시양태에서, 코팅된 캐소드 활성 물질은 LiMn2O4, LiCoO2, Li(NiCoMn)O2, 및 Li(NiCoAl)O2로부터 선택된다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x+y+z=1이고, 0≤x≤1이고, 0≤y≤1이고, 0≤z≤1이다. 특정 예에서, 캐소드 활성 물질 중 리튬의 양은 배터리의 잔존 용량에 따라 달라질 것이다. 예를 들어, 리튬의 양은 Li0.95-1.1(NixMnyCoz)O2의 범위일 수 있으며, 여기서 x, y 및 z는 상기 정의된 바와 같다. 특정의 다른 예에서, 리튬의 양은 Li0.2-1.1(NixMnyCoz)O2의 범위일 수 있으며, 여기서 x, y 및 z는 상기 정의된 바와 같다. 리튬의 다른 범위도 본원에서 고려된다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x+y+z=1이고, 0.8≤x≤0.97이고, 0≤y≤0.2이고, 0≤z≤0.2이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x+y+z=1이고, 0.8≤x≤0.95이고, 0≤y≤0.2이고, 0≤z≤0.2이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x+y+z=1이고, 0.8≤x≤0.9이고, 0≤y≤0.2이고, 0≤z≤0.2이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x+y+z=1이고, 0.8≤x≤0.85이고, 0≤y≤0.2이고, 0≤z≤0.2이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x+y+z=1이고, 0.8≤x≤0.83이고, 0≤y≤0.2이고, 0≤z≤0.2이다. 한 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 높은 니켈 함량을 가지며, 예를 들어, LiNixMnyCozO2이며, x+y+z=1이고, 0.8≤x≤0.97이고, 0≤y≤0.2이고, 0≤z≤0.2이다.
본원에 제시된 바와 같이, 조성물은 캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하며, 여기서 산화물은 무정형 리튬 지르코늄 산화물, 무정형 리튬 지르코늄 인 산화물, 또는 그의 조합을 포함하고; 여기서 캐소드 활성 물질은 리튬 코발트 산화물 (LCO), 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물 (NCA), 리튬 니켈 망가니즈 코발트 산화물 (NMC), 리튬 철 인산염 (LFP), 및 그의 조합으로부터 선택된다.
본원에 제시된 바와 같이, 조성물은 캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하며, 여기서 산화물은 LiZr2(PO4)3, Li2ZrO3, Li3ZrPO6, Li5PZrO7, Li7ZrPO8, Li24Zr3P14O53, 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고; 여기서 캐소드 활성 물질은 리튬 코발트 산화물 (LCO), 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물 (NCA), 리튬 니켈 망가니즈 코발트 산화물 (NMC), 리튬 철 인산염 (LFP), 및 그의 조합으로부터 선택된다.
본원에 제시된 바와 같이, 조성물은 캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하며, 여기서 산화물은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 8.0이고, 0 ≤ y ≤ 3.0이고, 0 ≤ a ≤ 6.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 20.0이고; 여기서 화학식은 전하적 중성이고; 여기서 캐소드 활성 물질은 리튬 코발트 산화물 (LCO), 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물 (NCA), 리튬 니켈 망가니즈 코발트 산화물 (NMC), 리튬 철 인산염 (LFP), 및 그의 조합으로부터 선택된다. 한 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 리튬 니켈 망가니즈 코발트 산화물 (NMC)이다.
본원에 제시된 바와 같이, 조성물은 캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하며, 여기서 산화물은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 25.0이고, 0 ≤ y ≤ 5.0이고, 0 ≤ a ≤ 16.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 55.0이고; 여기서 화학식은 전하적 중성이고; 여기서 캐소드 활성 물질은 리튬 코발트 산화물 (LCO), 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물 (NCA), 리튬 니켈 망가니즈 코발트 산화물 (NMC), 리튬 철 인산염 (LFP), 및 그의 조합으로부터 선택된다. 한 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 리튬 니켈 망가니즈 코발트 산화물 (NMC)이다.
본원에 제시된 바와 같이, 조성물은 캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하며, 여기서 산화물은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 0.5 ≤ x ≤ 7.0이고, 1.0 ≤ y ≤ 3.0이고, 1.0 ≤ a ≤ 4.0이고, 5.0 ≤ d ≤ 14.0이고; 여기서 화학식은 전하적 중성이고; 여기서 캐소드 활성 물질은 리튬 코발트 산화물 (LCO), 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물 (NCA), 리튬 니켈 망가니즈 코발트 산화물 (NMC), 리튬 철 인산염 (LFP), 및 그의 조합으로부터 선택된다. 한 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 리튬 니켈 망가니즈 코발트 산화물 (NMC)이다.
본원에 제시된 바와 같이, 조성물은 캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하며, 여기서 산화물은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 0.5 ≤ x ≤ 2.0이고, 0 ≤ y ≤ 3.0이고, 1.0 ≤ a ≤ 4.0이고, 10.0 ≤ d ≤ 13.0이고; 여기서 화학식은 전하적 중성이고; 여기서 캐소드 활성 물질은 리튬 코발트 산화물 (LCO), 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물 (NCA), 리튬 니켈 망가니즈 코발트 산화물 (NMC), 리튬 철 인산염 (LFP), 및 그의 조합으로부터 선택된다. 한 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 리튬 니켈 망가니즈 코발트 산화물 (NMC)이다.
본원에 제시된 바와 같이, 조성물은 캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하며, 여기서 산화물은 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 20.0 ≤ x ≤ 25.0이고, 2.0 ≤ y ≤ 5.0이고, 10.0 ≤ a ≤ 16.0이고, 50.0 ≤ d ≤ 55.0이고; 여기서 화학식은 전하적 중성이고; 여기서 캐소드 활성 물질은 리튬 코발트 산화물 (LCO), 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물 (NCA), 리튬 니켈 망가니즈 코발트 산화물 (NMC), 리튬 철 인산염 (LFP), 및 그의 조합으로부터 선택된다. 한 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 리튬 니켈 망가니즈 코발트 산화물 (NMC)이다.
본원에 제시된 바와 같이, 조성물은 캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하며, 여기서 산화물은 LiZr2(PO4)3, Li3ZrPO6, Li5PZrO7, Li7ZrPO8, Li3PO4, Li2ZrO3, 및 Li24Zr3P14O53으로부터 선택된 화합물을 포함하고; 여기서 캐소드 활성 물질은 리튬 코발트 산화물 (LCO), 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물 (NCA), 리튬 니켈 망가니즈 코발트 산화물 (NMC), 리튬 철 인산염 (LFP), 및 그의 조합으로부터 선택된다. 한 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 리튬 니켈 망가니즈 코발트 산화물 (NMC)이다.
본원에 제시된 바와 같이, 조성물은 캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하며, 여기서 산화물은 LiZr2(PO4)3을 포함하고; 여기서 캐소드 활성 물질은 리튬 코발트 산화물 (LCO), 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물 (NCA), 리튬 니켈 망가니즈 코발트 산화물 (NMC), 리튬 철 인산염 (LFP), 및 그의 조합으로부터 선택된다. 한 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 리튬 니켈 망가니즈 코발트 산화물 (NMC)이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x+y+z=1이고, 0≤x≤1이고, 0≤y≤1이고, 0≤z≤1이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x는 0.8이고, y는 0.1이고, z는 0.1이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x는 0.6이고, y는 0.2이고, z는 0.2이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x는 0.5이고, y는 0.3이고, z는 0.2이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x는 1/3이고, y는 1/3이고, z는 1/3이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x+y+z=1이고, 0.8≤x≤0.97이고, 0≤y≤0.2이고, 0≤z≤0.2이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x+y+z=1이고, 0.8≤x≤0.95이고, 0≤y≤0.2이고, 0≤z≤0.2이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x+y+z=1이고, 0.8≤x≤0.9이고, 0≤y≤0.2이고, 0≤z≤0.2이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x+y+z=1이고, 0.8≤x≤0.85이고, 0≤y≤0.2이고, 0≤z≤0.2이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x+y+z=1이고, 0.8≤x≤0.83이고, 0≤y≤0.2이고, 0≤z≤0.2이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 LiMn2O4, LiCoO2, Li(NiCoMn)O2, 및 Li(NiCoAl)O2로부터 선택된다.
달리 명백하게 언급되지 않는 한, 본원에서 변수는 화학식이 전하적 중성이 되도록 선택된다.
특정 실시양태에서, 본원에 제시된 코팅된 캐소드 활성 물질을 포함하는 고체-상태 캐소드가 본원에 제시된다.
한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 유도 결합 플라즈마 (ICP) 분석에 의해 측정 시, 약 1.0 중량% 내지 20 중량%의 리튬을 포함한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 약 5.0 중량% 내지 10 중량%의 리튬을 포함한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 약 7.0 중량% 내지 8 중량%의 리튬을 포함한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 적어도 5 중량%의 리튬을 포함한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 10 중량% 미만의 리튬을 포함한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 약 7.0 중량%의 리튬을 포함한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 약 7.5 중량%의 리튬을 포함한다.
한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 중량 퍼센트 기준으로 약 0.05 - 0.5의 리튬 : 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (Li/(Mn+Co+Ni))의 비를 특징으로 한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 중량 퍼센트 기준으로 약 0.1 - 0.3의 리튬 : 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (Li/(Mn+Co+Ni))의 비를 특징으로 한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 중량 퍼센트 기준으로 약 0.5 미만의 리튬 : 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (Li/(Mn+Co+Ni))의 비를 특징으로 한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 중량 퍼센트 기준으로 적어도 약 0.1의 리튬 : 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (Li/(Mn+Co+Ni))의 비를 특징으로 한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 중량 퍼센트 기준으로 약 0.12 또는 0.13의 리튬 : 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (Li/(Mn+Co+Ni))의 비를 특징으로 한다.
한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 약 0.1 중량% 내지 1 중량%의 지르코늄을 포함한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 약 0.1 중량% 내지 0.7 중량%의 지르코늄을 포함한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 적어도 0.1 중량%의 지르코늄을 포함한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 1 중량% 미만의 지르코늄을 포함한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 약 0.2 중량%의 지르코늄을 포함한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 약 0.3 중량%의 지르코늄을 포함한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 약 0.5 중량%의 지르코늄을 포함한다.
한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 중량 퍼센트 기준으로 약 0.001 내지 0.01의 지르코늄 : 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (Zr/(Mn+Co+Ni))의 비를 특징으로 한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 중량 퍼센트 기준으로 약 0.003 - 0.009의 지르코늄 : 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (Zr/(Mn+Co+Ni))의 비를 특징으로 한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 중량 퍼센트 기준으로 적어도 약 0.001의 지르코늄 : 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (Zr/(Mn+Co+Ni))의 비를 특징으로 한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 중량 퍼센트 기준으로 적어도 약 0.003의 지르코늄 : 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (Zr/(Mn+Co+Ni))의 비를 특징으로 한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 중량 퍼센트 기준으로 약 0.01 미만의 지르코늄 : 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (Zr/(Mn+Co+Ni))의 비를 특징으로 한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 중량 퍼센트 기준으로 약 0.0034, 0.0036, 0.0039, 0.006, 및 0.009로부터 선택된 지르코늄 : 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (Zr/(Mn+Co+Ni))의 비를 특징으로 한다. 대안적 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 중량 퍼센트 기준으로 약 0.0030의 지르코늄 : 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (Zr/(Mn+Co+Ni))의 비를 특징으로 한다.
한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 약 0.1 중량% 내지 0.5 중량%의 인을 포함한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 약 0.08 중량% 내지 0.4 중량%의 인을 포함한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 적어도 0.1 중량%의 인을 포함한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 0.5 중량% 미만의 인을 포함한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 약 0.15 중량%의 인을 포함한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 약 0.3 중량%의 인을 포함한다.
한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 중량 퍼센트 기준으로 약 0.001 내지 0.01의 인 : 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (P/(Mn+Co+Ni))의 비를 특징으로 한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 중량 퍼센트 기준으로 약 0.002 내지 0.06의 인 : 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (P/(Mn+Co+Ni))의 비를 특징으로 한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 중량 퍼센트 기준으로 약 0.005 미만의 인 : 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (P/(Mn+Co+Ni))의 비를 특징으로 한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 중량 퍼센트 기준으로 약 0.003 미만의 인 : 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (P/(Mn+Co+Ni))의 비를 특징으로 한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 중량 퍼센트 기준으로 약 0.002 미만의 인 : 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (P/(Mn+Co+Ni))의 비를 특징으로 한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 중량 퍼센트 기준으로 적어도 약 0.001의 인 : 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (P/(Mn+Co+Ni))의 비를 특징으로 한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 약 0.0025, 0.0026, 및 0.0044의 인 : 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (P/(Mn+Co+Ni))의 비를 특징으로 한다. 대안적 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 약 0.0043의 인 : 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (P/(Mn+Co+Ni))의 비를 특징으로 한다.
한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 약 5 중량% 내지 10 중량%의 리튬; 약 0.2 중량% 내지 0.6 중량%의 지르코늄; 및 약 0.1 중량% 내지 0.5 중량%의 인을 포함한다.
대안적 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 약 5 중량% 내지 10 중량%의 리튬; 약 0.1 중량% 내지 0.6 중량%의 지르코늄; 및 약 0.1 중량% 내지 0.5 중량%의 인을 포함한다.
한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 중량 퍼센트 기준으로 약 0.1 - 0.3의 리튬 : 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (Li/(Mn+Co+Ni))의 비; 중량 퍼센트 기준으로 약 0.003 - 0.009의 지르코늄 : 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (Zr/(Mn+Co+Ni))의 비; 및 중량 퍼센트 기준으로 약 0.002 내지 0.06의 인 : 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (P/(Mn+Co+Ni))의 비를 특징으로 한다.
한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 중량 퍼센트 기준으로 약 0.1 - 0.3의 리튬 : 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (Li/(Mn+Co+Ni))의 비; 중량 퍼센트 기준으로 약 0.0025 - 0.006의 지르코늄 : 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (Zr/(Mn+Co+Ni))의 비; 및 중량 퍼센트 기준으로 약 0.002 내지 0.06의 인 : 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (P/(Mn+Co+Ni))의 비를 특징으로 한다.
한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 약 65 중량% 미만의 망가니즈, 코발트, 및 니켈을 포함한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 약 60 중량%의 망가니즈, 코발트, 및 니켈을 포함한다.
캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물로서, 여기서 산화물은 LiZr2(PO4)3을 포함하고, 여기서 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 약 7.5 중량%의 리튬, 약 0.5 중량%의 지르코늄, 약 0.3 중량%의 인, 및 약 60 중량%의 망가니즈, 코발트 및 니켈 (Mn+Co+Ni)을 포함하는 것인 조성물이 본원에 제시된다.
캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물로서, 여기서 산화물은 Li2ZrO3을 포함하고, 여기서 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 약 7.5 중량%의 리튬, 약 0.3 중량%의 지르코늄, 및 약 60 중량%의 망가니즈, 코발트 및 니켈 (Mn+Co+Ni)을 포함하는 것인 조성물이 본원에 제시된다.
캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물로서, 여기서 산화물은 Li3ZrPO6을 포함하고, 여기서 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 약 7.3 중량%의 리튬, 약 0.2 중량%의 지르코늄, 약 0.15 중량%의 인, 및 약 60 중량%의 망가니즈, 코발트 및 니켈 (Mn+Co+Ni)을 포함하는 것인 조성물이 본원에 제시된다.
캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물로서, 여기서 산화물은 Li5PZrO7을 포함하고, 여기서 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 약 7.3 중량%의 리튬, 약 0.2 중량%의 지르코늄, 약 0.15 중량%의 인, 및 약 58 중량%의 망가니즈, 코발트 및 니켈 (Mn+Co+Ni)을 포함하는 것인 조성물이 본원에 제시된다.
캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물로서, 여기서 산화물은 Li7ZrPO8을 포함하고, 여기서 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 약 7.5 중량%의 리튬, 약 0.2 중량%의 지르코늄, 및 0.15 중량%의 인, 및 약 60 중량%의 망가니즈, 코발트 및 니켈 (Mn+Co+Ni)을 포함하는 것인 조성물이 본원에 제시된다.
캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물로서, 여기서 산화물은 Li24Zr3P14O53을 포함하고, 여기서 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 약 7.5 중량%의 리튬, 약 0.18 중량%의 지르코늄, 및 0.26 중량%의 인, 및 약 60 중량%의 망가니즈, 코발트 및 니켈 (Mn+Co+Ni)을 포함하는 것인 조성물이 본원에 제시된다.
한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 XPS에 의해 결정 시, 약 0.4 내지 4.0의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 한다. 특정 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 XPS에 의해 결정 시, 약 0.4 내지 1.0, 약 1.0 내지 1.5, 약 1.5 내지 2.0, 약 2.0 내지 2.5, 약 2.5 내지 3.0, 및 약 3.0 내지 3.5로부터 선택된 범위의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 한다. 특정 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 약 0.55, 약 1.0, 약 1.2, 약 3.0, 또는 약 3.2의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 한다. 대안적 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 XPS에 의해 결정 시, 약 0.2 내지 3.0, 약 0.2 내지 2.5, 약 0.2 내지 2, 약 0.2 내지 1.5, 약 0.2 내지 1, 또는 약 0.2 내지 0.5의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 한다. 대안적 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 약 0.38의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 한다.
한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 XPS에 의해 결정 시, 약 0.1 내지 3.2의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 XPS에 의해 결정 시, 약 0.5 내지 2.5의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 XPS에 의해 결정 시, 약 0.7 내지 2.5의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 한다. 한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 XPS에 의해 결정 시, 약 1.5 내지 2.5의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 한다. 특정 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 약 0.75, 약 1.09, 약 1.37, 약 1,61, 또는 약 2.35의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 한다.
한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 XPS에 의해 결정 시, 약 0.3 내지 20.0의 관능기 C-CO3:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 한다. 특정 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 XPS에 의해 결정 시, 약 0.4 내지 2.0, 약 2.0 내지 5.0, 약 5.0 내지 10.0, 약 10.0 내지 15.0, 및 약 15.0 내지 20.0으로부터 선택된 범위의 관능기 C-CO3:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 한다. 특정 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 약 0.40, 약 6.8, 약 7.0, 약 8.2, 또는 약 17.2의 관능기 C-CO3:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 한다. 대안적 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 약 1.6의 관능기 C-CO3:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 한다.
한 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 XPS에 의해 결정 시, 약 0.04 내지 0.4의 관능기 O-Me:총 산소의 원자 퍼센트 비를 특징으로 한다. 특정 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 XPS에 의해 결정 시, 약 0.04 내지 0.08, 약 0.08 내지 0.1, 약 0.1 내지 0.3, 및 약 0.3 내지 0.5로부터 선택된 범위의 관능기 O-Me:총 산소의 원자 퍼센트 비를 특징으로 한다. 본원에서, "Me"는 메틸을 지칭하고, "O-Me"는 메톡시를 지칭한다. 특정 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 약 0.057, 약 0.08, 약 0.18, 또는 약 0.38의 관능기 O-Me:총 산소의 원자 퍼센트 비를 특징으로 한다. 특정 실시양태에서, 본원에 제시된 바와 같은 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물은 약 0.21의 관능기 O-Me:총 산소의 원자 퍼센트 비를 특징으로 한다.
캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물로서, 여기서 산화물은 LiZr2(PO4)3을 포함하고, 여기서 조성물은 XPS에 의해 측정 시, 약 0.55의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비, 약 0.40의 관능기 C-CO3:Ni의 원자 퍼센트 비, 및 약 0.4의 관능기 O-Me:총 산소의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 것인 조성물이 본원에 제시된다.
캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물로서, 여기서 산화물은 Li3ZrPO6을 포함하고, 여기서 조성물은 XPS에 의해 측정 시, 약 1.3의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비, 약 6.9의 관능기 C-CO3:Ni의 원자 퍼센트 비, 및 약 0.08의 관능기 O-Me:총 산소의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 것인 조성물이 본원에 제시된다.
캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물로서, 여기서 산화물은 Li5ZrPO7을 포함하고, 여기서 조성물은 XPS에 의해 측정 시, 약 1.1의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비, 약 8.2의 관능기 C-CO3:Ni의 원자 퍼센트 비, 및 약 0.08의 관능기 O-Me:총 산소의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 것인 조성물이 본원에 제시된다.
캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물로서, 여기서 산화물은 Li7ZrPO8을 포함하고, 여기서 조성물은 XPS에 의해 측정 시, 약 3.0의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비, 약 17.2의 관능기 C-CO3:Ni의 원자 퍼센트 비, 및 약 0.06의 관능기 O-Me:총 산소의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 것인 조성물이 본원에 제시된다.
캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물로서, 여기서 산화물은 Li2ZrO3을 포함하고, 여기서 조성물은 XPS에 의해 측정 시, 약 3.2의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비, 약 7.0의 관능기 C-CO3:Ni의 원자 퍼센트 비, 및 약 0.2의 관능기 O-Me:총 산소의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 것인 조성물이 본원에 제시된다.
캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물로서, 여기서 산화물은 Li24Zr3P14O53을 포함하고, 여기서 조성물은 XPS에 의해 측정 시, 약 0.38의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비, 약 1.6의 관능기 C-CO3:Ni의 원자 퍼센트 비, 및 약 0.21의 관능기 O-Me:총 산소의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 것인 조성물이 본원에 제시된다.
캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물로서, 여기서 산화물은 LiZr2(PO4)O3을 포함하고, 여기서 조성물은 약 0.1 내지 2의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 것인 조성물이 본원에 제시된다. 한 실시양태에서, Zr:Ni의 원자 퍼센트 비는 약 0.75이다.
캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물로서, 여기서 산화물은 Li2ZrO3을 포함하고, 여기서 조성물은 약 1.40 내지 4.5의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 것인 조성물이 본원에 제시된다. 한 실시양태에서, Zr:Ni의 원자 퍼센트 비는 약 2.4이다.
캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물로서, 여기서 산화물은 Li3ZrPO6을 포함하고, 여기서 조성물은 약 0.15 내지 2.2의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 것인 조성물이 본원에 제시된다. 한 실시양태에서, Zr:Ni의 원자 퍼센트 비는 약 1.4이다.
캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물로서, 여기서 산화물은 Li5PZrO7을 포함하고, 여기서 조성물은 약 0.1 내지 2.0의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 것인 조성물이 본원에 제시된다. 한 실시양태에서, Zr:Ni의 원자 퍼센트 비는 약 1.1이다.
캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물로서, 여기서 산화물은 Li7ZrO8을 포함하고, 여기서 조성물은 약 0.14 내지 3.2의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 것인 조성물이 본원에 제시된다. 한 실시양태에서, Zr:Ni의 원자 퍼센트 비는 약 1.6이다.
캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물로서, 여기서 산화물은 LiZr2(PO4)3을 포함하고, 여기서 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 약 7.5 중량%의 리튬, 약 0.5 중량%의 지르코늄, 및 약 0.3 중량%의 인을 포함하고, 여기서 조성물은 XPS에 의해 측정 시, 약 0.55의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비, 약 0.40의 관능기 C-CO3:Ni의 원자 퍼센트 비, 및 약 0.4의 관능기 O-Me:총 산소의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 것인 조성물이 본원에 제시된다.
캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물로서, 여기서 산화물은 Li2ZrO3을 포함하고, 여기서 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 약 7.5 중량%의 리튬 및 약 0.3 중량%의 지르코늄을 포함하고, 여기서 조성물은 XPS에 의해 측정 시, 약 3.2의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비, 약 7.0의 관능기 C-CO3:Ni의 원자 퍼센트 비, 및 약 0.2의 관능기 O-Me:총 산소의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 것인 조성물이 본원에 제시된다.
캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물로서, 여기서 산화물은 Li3ZrPO6을 포함하고, 여기서 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 약 7.3 중량%의 리튬, 약 0.2 중량%의 지르코늄, 및 약 0.15 중량%의 인을 포함하고, 여기서 조성물은 XPS에 의해 측정 시, 약 1.3의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비, 약 6.9의 관능기 C-CO3:Ni의 원자 퍼센트 비, 및 약 0.08의 관능기 O-Me:총 산소의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 것인 조성물이 본원에 제시된다.
캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물로서, 여기서 산화물은 Li5PZrO7을 포함하고, 여기서 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 약 7.3 중량%의 리튬, 약 0.2 중량%의 지르코늄, 및 약 0.15 중량%의 인을 포함하고, 여기서 조성물은 XPS에 의해 측정 시, 약 1.1의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비, 약 8.2의 관능기 C-CO3:Ni의 원자 퍼센트 비, 및 약 0.08의 관능기 O-Me:총 산소의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 것인 조성물이 본원에 제시된다.
캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물로서, 여기서 산화물은 Li7ZrPO8을 포함하고, 여기서 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 약 7.5 중량%의 리튬, 약 0.2 중량%의 지르코늄, 및 약 0.15 중량%의 인을 포함하고, 여기서 조성물은 XPS에 의해 측정 시, 약 3.0의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비, 약 17.2의 관능기 C-CO3:Ni의 원자 퍼센트 비, 및 약 0.06의 관능기 O-Me:총 산소의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 것인 조성물이 본원에 제시된다.
캐소드 활성 물질; 및 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물을 포함하는 조성물로서, 여기서 산화물은 Li24Zr3P14O53을 포함하고, 여기서 조성물은 ICP 분석에 의해 측정 시, 약 7.5 중량%의 리튬, 약 0.18 중량%의 지르코늄, 및 약 0.26 중량%의 인을 포함하고, 여기서 조성물은 XPS에 의해 측정 시, 약 0.38의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비, 약 1.62의 관능기 C-CO3:Ni의 원자 퍼센트 비, 및 약 0.21의 관능기 O-Me:총 산소의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 것인 조성물이 본원에 제시된다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, XPS는 조성물의 압력을 가하지 않은 분말에 대해 실시되며, XPS 동안 실시되는 분말의 주사 면적 직경은 약 400 μm이다.
일부 다른 예에서, 캐소드 활성 물질 및 캐소드 활성 물질에 결합된 본원에 제시된 바와 같은 산화물을 포함하는 고체-상태 캐소드가 본원에 제시된다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 고체-상태 캐소드는 Li2S-SiS2, Li2S-SiS2-LiI, Li2S-SiS2-Li3MO4, Li2S-SiS2-Li3MO3, Li2S-P2S5-LiI, 및 LATS로 이루어진 군으로부터 선택된 고체-상태 전해질을 포함하며, 여기서 M은 Si, P, Ge, B, Al, Ga, 및 In으로 이루어진 군으로부터 선택된 구성원이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 고체-상태 캐소드는 LSTPS 또는 LPSI를 포함한다.
일부 다른 예에서, 본원에 제시된 고체-상태 캐소드, 고체 분리막 및 애노드를 포함하는 배터리가 본원에 제시된다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 배터리의 캐소드 활성 물질은 LiMPO4 (M=Fe, Ni, Co, Mn), LixTiyOz (여기서 x는 0 내지 8이고, y는 1 내지 12이고, z는 1 내지 24임), LiMn2O4, LiMn2aNiaO4 (여기서 a는 0 내지 2임), LiCoO2, Li(NiCoMn)O2, Li(NiCoAl)O2, 및 니켈 코발트 알루미늄 산화물로부터 선택된다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 배터리의 캐소드 활성 물질은 LiMPO4 (M=Fe, Ni, Co, Mn); LixTiyOz (여기서 x는 0 내지 8이고, y는 1 내지 12이고, z는 1 내지 24임); LiMn2aNiaO4 (여기서 a는 0 내지 2임); 니켈 코발트 알루미늄 산화물; LiNixMnyCozO2 (x+y+z=1이고, 0≤x≤1이고, 0≤y≤1이고, 0≤z≤1임); 및 LiNixCoyAlzO2 (여기서 x+y+z=1이고, 0≤x≤1이고, 0≤y≤1이고, 0≤z≤1임)로부터 선택된다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x+y+z=1이고, 0≤x≤1이고, 0≤y≤1이고, 0≤z≤1이다. 특정 예에서, 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x는 0.8이고, y는 0.1이고, z는 0.1이다. 특정의 다른 예에서, 코팅된 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x는 0.6이고, y는 0.2이고, z는 0.2이다. 일부 다른 예에서, 코팅된 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x는 0.5이고, y는 0.3이고, z는 0.2이다. 다른 예에서, 코팅된 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x는 1/3이고, y는 1/3이고, z는 1/3이다. 특정 실시양태에서, 코팅된 캐소드 활성 물질은 LiMn2O4, LiCoO2, Li(NiCoMn)O2, 및 Li(NiCoAl)O2로부터 선택된다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 배터리의 캐소드 활성 물질은 LiMPO4 (M=Fe, Ni, Co, Mn); LixTiyOz (여기서 x는 0 내지 8이고, y는 1 내지 12이고, z는 1 내지 24임); LiMn2aNiaO4 (여기서 a는 0 내지 2임); 니켈 코발트 알루미늄 산화물; LiNixMnyCozO2 (x+y+z=1이고, 0≤x≤1이고, 0≤y≤1이고, 0≤z≤1임); 및 LiNixCoyAlzO2 (여기서 x+y+z=1이고, 0≤x≤1이고, 0≤y≤1이고, 0≤z≤1임)로부터 선택된다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 배터리의 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x+y+z=1이고, 0≤x≤1이고, 0≤y≤1이고, 0≤z≤1이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 배터리의 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x는 0.8이고, y는 0.1이고, z는 0.1이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 배터리의 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x는 0.6이고, y는 0.2이고, z는 0.2이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 배터리의 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x는 0.5이고, y는 0.3이고, z는 0.2이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 배터리의 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x+y+z=1이고, 0.8≤x≤0.97이고, 0≤y≤0.2이고, 0≤z≤0.2이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 배터리의 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x+y+z=1이고, 0.8≤x≤0.95이고, 0≤y≤0.2이고, 0≤z≤0.2이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 배터리의 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x+y+z=1이고, 0.8≤x≤0.9이고, 0≤y≤0.2이고, 0≤z≤0.2이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 배터리의 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x+y+z=1이고, 0.8≤x≤0.85이고, 0≤y≤0.2이고, 0≤z≤0.2이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 배터리의 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x+y+z=1이고, 0.8≤x≤0.83이고, 0≤y≤0.2이고, 0≤z≤0.2이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 캐소드 활성 물질의 NMC 클래스의 구성원, 예를 들어, LiNiCoMnO2이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 캐소드 활성 물질의 LFP 클래스의 구성원, 예를 들어, LiFePO4/C이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 캐소드 활성 물질의 LNMO 클래스의 구성원, 예를 들어, LiNi0.5Mn1.5O4 또는 LiNi0.5Mn1.5O2이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 캐소드 활성 물질의 NCA 클래스의 구성원, 예를 들어, LiMn2O4이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 캐소드 활성 물질의 LMO 클래스의 구성원, 예를 들어, LiMn2O4이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 캐소드 활성 물질은 캐소드 활성 물질의 LCO 클래스의 구성원, 예를 들어, LiCoO2이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 배터리의 캐소드 활성 물질은 LiNixMnyCozO2이며, x는 1/3이고, y는 1/3이고, z는 1/3이다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 배터리의 캐소드 활성 물질은 LiMn2O4, LiCoO2, Li(NiCoMn)O2, 및 Li(NiCoAl)O2로부터 선택된다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 배터리의 캐소드 활성 물질은 LiMPO4 (M=Fe, Ni, Co, Mn), LixTiyOz (여기서 x는 0 내지 8이고, y는 1 내지 12이고, z는 1 내지 24임), LiMn2aNiaO4 (여기서 a는 0 내지 2임), 및 니켈 코발트 알루미늄 산화물로부터 선택된다.
비제한적 실시양태
본 개시내용은 적어도 하기의 비제한적 실시양태를 제공한다:
(a) 하기를 포함하는 조성물로서:
캐소드 활성 물질; 및
캐소드 활성 물질에 결합된 적어도 1종의 산화물;
여기서 캐소드 활성 물질에 결합된 적어도 1종의 산화물은 리튬 (Li), 산소 (O), 및 지르코늄 (Zr) 및 인 (P) 중 적어도 1종을 포함하고;
여기서 Li, Zr, P, 및 O의 몰비는 화학식 LixZryPaOd에 의해 나타내어지며, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 25.0이고, 0 ≤ y ≤ 5.0이고, 0 ≤ a ≤ 16.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 55.0이고;
여기서 아래첨자 x, y, a, 및 d는 적어도 1종의 산화물이 전하적 중성이 되고 y 및 a 둘 다가 0이 아니도록 선택되고;
여기서 조성물은 X선 광전자 분광분석법 (XPS)에 의해 측정 시, 0.3 내지 3.2의 Zr:Ni의 비를 갖는 것인
조성물.
(b) (a)에 있어서, Li, Zr, P, 및 O의 몰비가 화학식 LixZryPaOd에 의해 나타내어지며, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 7.0이고, 0 ≤ y ≤ 3.0이고, 0 ≤ a ≤ 6.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 20.0인 조성물.
(c) 하기를 포함하는 조성물로서:
표면을 갖는 캐소드 활성 물질 및 표면에 결합된 산화물;
여기서 산화물은 하기로 이루어진 군으로부터 선택되고:
무정형 리튬 지르코늄 산화물;
무정형 리튬 지르코늄 인 산화물; 및
그의 조합;
여기서 조성물은 X선 광전자 분광분석법 (XPS)에 의해 측정 시, 0.3 내지 3.2의 Zr:Ni의 비를 갖는 것인
조성물.
(d) 실시양태 (c)에 있어서, 하기를 포함하며:
표면을 갖는 캐소드 활성 물질 및 표면에 결합된 산화물;
여기서 산화물은 하기로 이루어진 군으로부터 선택되고:
LiZr2(PO4)3;
Li2ZrO3;
Li3ZrPO6;
Li5PZrO7;
Li7ZrPO8;
Li24Zr3P14O53; 및
그의 조합;
여기서 조성물은 X선 광전자 분광분석법 (XPS)에 의해 측정 시, 0.3 내지 3.2의 Zr:Ni의 비를 갖는 것인
조성물.
(e) 실시양태 (a)-(d) 중 어느 하나에 있어서, 산화물이 무정형인 조성물.
(f) 실시양태 (a)-(e) 중 어느 하나에 있어서, 산화물이 결정질인 조성물.
(g) 실시양태 (a)-(b) 및 (e)-(f) 중 어느 하나에 있어서, 적어도 아래첨자 x 및 아래첨자 d가 0가 아닌 것인 조성물.
(h) 실시양태 (a)-(b) 및 (e)-(g) 중 어느 하나에 있어서, 아래첨자 y가 0가 아닌 것인 조성물.
(i) 실시양태 (a)-(b) 및 (e)-(g) 중 어느 하나에 있어서, 아래첨자 y 및 아래첨자 a가 0가 아닌 것인 조성물.
(j) 실시양태 (a)-(b) 및 (e)-(i) 중 어느 하나에 있어서, 아래첨자 x 또는 아래첨자 a 중 적어도 하나가 0이 아닌 것인 조성물.
(k) 실시양태 (a)-(b) 및 (e)-(f) 중 어느 하나에 있어서, 산화물이 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 1.5이고, 1 ≤ y ≤ 3이고, 1.0 ≤ a ≤ 6.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 20.0인 조성물.
(l) 실시양태 (a)-(b) 및 (e)-(f) 중 어느 하나에 있어서, 산화물이 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 1.5이고, 1 ≤ y ≤ 3이고, 2.0 ≤ a ≤ 4.0이고, 10.0 ≤ d ≤ 14.0인 조성물.
(m) 실시양태 (a)-(b) 및 (e)-(f) 중 어느 하나에 있어서, 산화물이 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 20.0 ≤ x ≤ 25.0이고, 2.0 ≤ y ≤ 5.0이고, 10.0 ≤ a ≤ 16.0이고, 50.0 ≤ d ≤ 55.0인 조성물.
(n) 실시양태 (a)-(b) 및 (e)-(f) 중 어느 하나에 있어서, 산화물이 화학식 LixZryOd의 화합물을 포함하며, 여기서 1.0 ≤ x ≤ 3이고, 0 ≤ y ≤ 2이고, 2.0 ≤ d ≤ 5.0인 조성물.
(o) 실시양태 (a)-(b) 및 (e)-(f) 중 어느 하나에 있어서, 산화물이 화학식 LixPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 2.0 ≤ x ≤ 4이고, 0 ≤ a ≤ 2.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 5.0인 조성물.
(p) 실시양태 (a)-(b) 및 (d)-(f) 중 어느 하나에 있어서, 산화물이 LiZr2(PO4)3, Li3ZrPO6, Li5PZrO7, Li7ZrPO8, 및 Li24Zr3P14O53으로부터 선택된 화합물을 포함하는 것인 조성물.
(q) 실시양태 (p)에 있어서, 산화물이 LiZr2(PO4)3을 포함하는 것인 조성물.
(r) 실시양태 (a)-(b) 및 (d)-(f) 중 어느 하나에 있어서, 산화물이 Li3PO4를 포함하는 것인 조성물.
(s) 실시양태 (a)-(f) 중 어느 하나에 있어서, 산화물이 Li2ZrO3을 포함하는 것인 조성물.
(t) 실시양태 (a)-(s) 중 어느 하나에 있어서, 산화물이 1) LiOH; 및 2) 지르코늄 전구체 및/또는 인 전구체의 반응 혼합물의 생성물인 조성물.
(u) 실시양태 (t)에 있어서, 반응 혼합물 중 Li:Zr의 몰비가 약 1:3 내지 1:1의 범위의 비인 조성물.
(v) 실시양태 (t)에 있어서, 반응 혼합물 중 Li:Zr의 몰비가 약 1:1 내지 3:1의 범위인 조성물.
(w) 실시양태 (t)에 있어서, 반응 혼합물 중 Li:Zr의 몰비가 약 4:1 내지 6:1의 범위의 비인 조성물.
(x) 실시양태 (t)에 있어서, 반응 혼합물 중 Li:Zr의 몰비가 약 6:1 내지 8:1의 범위인 조성물.
(y) 실시양태 (t)에 있어서, 반응 혼합물 중 Li:Zr의 몰비가 약 8:1 내지 10:1의 범위인 조성물.
(z) 실시양태 (t)-(y) 중 어느 하나에 있어서, 반응 혼합물 중 Li:P의 몰비가 약 3:1 내지 1:1의 범위의 비인 조성물.
(aa) 실시양태 (t)-(y) 중 어느 하나에 있어서, 반응 혼합물 중 Li:P의 몰비가 약 1:3 내지 1:1의 범위의 비인 조성물.
(bb) 실시양태 (t)-(y) 중 어느 하나에 있어서, 반응 혼합물 중 Li:P의 몰비가 약 5:1 내지 7:1의 범위인 조성물.
(cc) 실시양태 (t)-(y) 중 어느 하나에 있어서, 반응 혼합물 중 Li:P의 몰비가 약 9:1 내지 11:1의 범위의 비인 조성물.
(dd) 실시양태 (t)-(y) 중 어느 하나에 있어서, 반응 혼합물 중 Li:P의 몰비가 약 13:1 내지 15:1인 조성물.
(ee) 실시양태 (t)-(dd) 중 어느 하나에 있어서, 반응 혼합물 중 Zr:P의 몰비가 약 3:16 내지 3:10의 범위의 비인 조성물.
(ff) 실시양태 (t)-(dd) 중 어느 하나에 있어서, 반응 혼합물 중 Zr:P의 몰비가 약 1.3:1 내지 1:1의 범위의 비인 조성물.
(gg) 실시양태 (t)-(dd) 중 어느 하나에 있어서, 반응 혼합물 중 Zr:P의 몰비가 약 1:1 내지 3:1의 범위인 조성물.
(hh) 실시양태 (t)-(dd) 중 어느 하나에 있어서, 반응 혼합물 중 Zr:P의 몰비가 약 1.3:1의 비인 조성물.
(ii) 실시양태 (t)-(dd) 중 어느 하나에 있어서, 반응 혼합물 중 Zr:P의 몰비가 2.0의 비인 조성물.
(jj) 실시양태 (t)에 있어서, 반응 혼합물 중 Li 및 Zr:P의 몰비가 약 70:30 내지 65:35인 조성물.
(kk) 실시양태 (t)에 있어서, 반응 혼합물 중 Li 및 Zr:P의 몰비가 약 75:25 내지 80:20인 조성물.
(ll) 실시양태 (t)에 있어서, 반응 혼합물 중 Li 및 Zr:P의 몰비가 약 80:20 내지 90:10인 조성물.
(mm) 실시양태 (t)에 있어서, 반응 혼합물 중 Li 및 Zr:P의 몰비가 약 90:10 내지 85:15인 조성물.
(nn) 실시양태 (t)에 있어서, 반응 혼합물 중 Li 및 Zr:P의 몰비가 약 95:5 내지 90:10인 조성물.
(oo) 실시양태 (t)에 있어서, 반응 혼합물 중 Li 및 Zr:P의 몰비가 약 90:10 내지 95:5인 조성물.
(pp) 실시양태 (a)-(b), (e)-(m), (o)-(r), 및 (t)-(oo) 중 어느 하나에 있어서, 산화물이 LiOH 및 인 전구체의 반응 혼합물의 생성물인 조성물.
(qq) 실시양태 (a)-(n), (p)-(q), 및 (s)-(oo) 중 어느 하나에 있어서, 산화물이 LiOH 및 지르코늄 전구체의 반응 혼합물의 생성물인 조성물.
(rr) 실시양태 (r)-(oo) 및 (qq) 중 어느 하나에 있어서, 지르코늄 전구체가 지르코늄 프로폭시드, 지르코늄 에톡시드, 지르코늄 메톡시드, 및 지르코늄 부톡시드로부터 선택되는 것인 조성물.
(ss) 실시양태 (rr)에 있어서, 지르코늄 전구체가 지르코늄 부톡시드인 조성물.
(tt) 실시양태 (r)-(pp) 중 어느 하나에 있어서, 인 전구체가 P2O5, H3PO4, (NH4)3PO4로부터 선택되는 것인 조성물.
(uu) 실시양태 (tt)에 있어서, 인 전구체가 P2O5인 조성물.
(vv) 실시양태 (a)-(uu) 중 어느 하나에 있어서, 산화물이 캐소드 활성 물질과 격자-정합을 이루는 것인 조성물.
(ww) 실시양태 (vv)에 있어서, 산화물이 무정형인 표면을 갖는 것인 조성물.
(xx) 실시양태 (vv) 또는 (ww)에 있어서, 산화물이 결정질인 표면을 갖는 것인 조성물.
(yy) 실시양태 (a)-(e) 및 (f)-(ww) 중 어느 하나에 있어서, 실질적으로 도 3, 도 4, 도 5, 또는 도 6에 제시된 바와 같은 경계면을 갖는 조성물.
(zz) 실시양태 (a)-(d), (f)-(vv) 및 (xx) 중 어느 하나에 있어서, 실질적으로 도 2, 도 4, 도 5, 또는 도 6에 제시된 바와 같은 경계면을 갖는 조성물.
(aaa) 실시양태 (a)-(zz) 중 어느 하나에 있어서, 캐소드 활성 물질이 LiMPO4 (M=Fe, Ni, Co, Mn); LixTiyOz (여기서 x는 0 내지 8이고, y는 1 내지 12이고, z는 1 내지 24임); LiMn2aNiaO4 (여기서 a는 0 내지 2임); 니켈 코발트 알루미늄 산화물; LiNixMnyCozO2 (x+y+z=1이고, 0≤x≤1이고, 0≤y≤1이고, 0≤z≤1임); 및 LiNixCoyAlzO2 (여기서 x+y+z=1이고, 0≤x≤1이고, 0≤y≤1이고, 0≤z≤1임)로부터 선택되는 것인 조성물.
(bbb) 실시양태 (a)-(aaa) 중 어느 하나에 있어서, 캐소드 활성 물질이 LiNixMnyCozO2이며, x+y+z=1이고, 0≤x≤1이고, 0≤y≤1이고, 0≤z≤1이고, 여기서 x+y+z=1인 조성물.
(ccc) 실시양태 (bbb)에 있어서, 캐소드 활성 물질이 LiNixMnyCozO2이며, x는 0.8이고, y는 0.1이고, z는 0.1인 조성물.
(ddd) 실시양태 (bbb)에 있어서, 캐소드 활성 물질이 LiNixMnyCozO2이며, x는 0.6이고, y는 0.2이고, z는 0.2인 조성물.
(eee) 실시양태 (bbb)에 있어서, 캐소드 활성 물질이 LiNixMnyCozO2이며, x는 0.5이고, y는 0.3이고, z는 0.2인 조성물.
(fff) 실시양태 (bbb)에 있어서, 캐소드 활성 물질이 LiNixMnyCozO2이며, x는 1/3이고, y는 1/3이고, z는 1/3인 조성물.
(ggg) 실시양태 (bbb)에 있어서, 캐소드 활성 물질이 LiNixMnyCozO2이며, x+y+z=1이고, 0.8≤x≤0.97이고, 0≤y≤0.2이고, 0≤z≤0.2인 조성물.
(hhh) 실시양태 (bbb)에 있어서, 캐소드 활성 물질이 LiNixMnyCozO2이며, x+y+z=1이고, 0.8≤x≤0.90이고, 0≤y≤0.2이고, 0≤z≤0.2인 조성물.
(iii) 실시양태 (bbb)에 있어서, 캐소드 활성 물질이 LiNixMnyCozO2이며, x+y+z=1이고, 0.8≤x≤0.85이고, 0≤y≤0.2이고, 0≤z≤0.2인 조성물.
(jjj) 실시양태 (bbb)에 있어서, 캐소드 활성 물질이 LiNixMnyCozO2이며, x+y+z=1이고, 0.8≤x≤0.83이고, 0≤y≤0.2이고, 0≤z≤0.2인 조성물.
(kkk) 실시양태 (bbb)에 있어서, 캐소드 활성 물질이 Li(NiCoMn)O2인 조성물.
(lll) 실시양태 (a)-(zz) 중 어느 하나에 있어서, 캐소드 활성 물질이 캐소드 활성 물질의 NMC 클래스; 캐소드 활성 물질의 LFP 클래스; 캐소드 활성 물질의 LNMO 클래스; 캐소드 활성 물질의 NCA 클래스; 캐소드 활성 물질의 LMO 클래스; 캐소드 활성 물질의 LCO 클래스의 구성원으로부터 선택되는 것인 조성물.
(mmm) 실시양태 (a)-(n), (p)-(q), (s)-(oo) 및 (qq)-(lll) 중 어느 하나에 있어서, XPS에 의해 결정 시, 약 0.4 내지 4의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 조성물.
(nnn) 실시양태 (a)-(n), (p)-(q), (s)-(oo) 및 (qq)-(lll) 중 어느 하나에 있어서, XPS에 의해 결정 시, 약 0.2 내지 2의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 조성물.
(ooo) 실시양태 (mmm)에 있어서, 약 0.55, 약 1.1, 약 1.3, 약 3.0, 또는 약 3.2의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 조성물.
(ppp) 실시양태 (nnn)에 있어서, 약 0.38의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 조성물.
(qqq) 실시양태 (mmm)에 있어서, 약 0.5 내지 2.5의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 조성물.
(rrr) 실시양태 (mmm)에 있어서, 약 0.7 내지 1.5의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 조성물.
(sss) 실시양태 (mmm)에 있어서, 약 1.5 내지 2.5의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 조성물.
(ttt) 실시양태 (mmm)에 있어서, 약 0.75, 1.09, 1.37, 1.61, 및 2.35의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 조성물.
(uuu) 실시양태 (a)-(ttt) 중 어느 하나에 있어서, XPS에 의해 결정 시, 약 0.3 내지 20의 C-CO3:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 조성물.
(vvv) 실시양태 (uuu)에 있어서, XPS에 의해 결정 시, 약 0.4, 약 6.8, 약 7.0, 약 8.2, 또는 약 17.2의 C-CO3:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 조성물.
(www) 실시양태 (uuu)에 있어서, XPS에 의해 결정 시, 약 1.6의 C-CO3:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 조성물.
(xxx) 실시양태 (a)-(www) 중 어느 하나에 있어서, XPS에 의해 결정 시, 약 0.04 내지 0.4의 O-CH3의 산소:캐소드 활성 물질에 결합된 산화물의 총 산소의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 조성물.
(yyy) 실시양태 (xxx)에 있어서, XPS에 의해 결정 시, 약 0.057, 약 0.080, 약 0.19, 또는 약 0.39의 O-CH3의 산소:총 산소의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 조성물.
(zzz) 실시양태 (xxx)에 있어서, XPS에 의해 결정 시, 약 0.21의 O-CH3의 산소:총 산소의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 조성물.
(aaaa) 실시양태 (a)-(zzz) 중 어느 하나에 있어서, 조성물이 유도 결합 플라즈마 (ICP) 분석에 의해 측정 시, 약 5 중량% 내지 10 중량%의 리튬을 포함하는 것인 조성물.
(bbbb) 실시양태 (a)-(n), (p)-(q), (s)-(oo) 및 (qq)-(aaaa) 중 어느 하나에 있어서, 조성물이 유도 결합 플라즈마 (ICP) 분석에 의해 측정 시, 약 1 중량% 미만의 지르코늄을 포함하는 것인 조성물.
(cccc) 실시양태 (a)-(n), (p)-(q), (s)-(oo) 및 (qq)-(aaaa) 중 어느 하나에 있어서, 조성물이 유도 결합 플라즈마 (ICP) 분석에 의해 측정 시, 적어도 약 0.1 중량%의 지르코늄을 포함하는 것인 조성물.
(dddd) 실시양태 (a)-(n), (p)-(q), (s)-(oo) 및 (qq)-(aaaa) 중 어느 하나에 있어서, 조성물이 유도 결합 플라즈마 (ICP) 분석에 의해 측정 시, 약 0.1 중량% 내지 0.7 중량%의 지르코늄을 포함하는 것인 조성물.
(eeee) 실시양태 (a)-(m), (o)-(r), (t)-(pp), 및 (rr)-(dddd) 중 어느 하나에 있어서, 조성물이 유도 결합 플라즈마 (ICP) 분석에 의해 측정 시, 약 0.5 중량% 미만의 인을 포함하는 것인 조성물.
(ffff) 실시양태 (a)-(m), (o)-(r), (t)-(pp), 및 (rr)-(dddd) 중 어느 하나에 있어서, 조성물이 유도 결합 플라즈마 (ICP) 분석에 의해 측정 시, 적어도 0.1 중량%의 인을 포함하는 것인 조성물.
(gggg) 실시양태 (a)-(m), (o)-(r), (t)-(pp), 및 (rr)-(dddd) 중 어느 하나에 있어서, 조성물이 유도 결합 플라즈마 (ICP) 분석에 의해 측정 시, 약 0.08 중량% 내지 0.4 중량%의 인을 포함하는 것인 조성물.
(hhhh) 실시양태 (a)-(gggg) 중 어느 하나에 있어서, 조성물이 유도 결합 플라즈마 (ICP) 분석에 의해 측정 시, 약 65 중량% 미만의 망가니즈, 코발트, 및 니켈을 포함하는 것인 조성물.
(iiii) 실시양태 (a)-(gggg) 중 어느 하나에 있어서, 조성물이 유도 결합 플라즈마 (ICP) 분석에 의해 측정 시, 적어도 약 55 중량%의 망가니즈, 코발트, 및 니켈을 포함하는 것인 조성물.
(jjjj) 실시양태 (a)-(m), (o)-(r), (t)-(pp), 및 (rr)-(iiii) 중 어느 하나에 있어서, 인 대 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (P:Mn+Co+Ni)의 비가 유도 결합 플라즈마 (ICP) 분석에 의해 측정 시, 중량 퍼센트 기준으로 적어도 약 0.001인 조성물.
(kkkk) 실시양태 (a)-(m), (o)-(r), (t)-(pp), 및 (rr)-(jjjj) 중 어느 하나에 있어서, 지르코늄 대 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (Zr:Mn+Co+Ni)의 비가 유도 결합 플라즈마 (ICP) 분석에 의해 측정 시, 중량 퍼센트 기준으로 적어도 약 0.002인 조성물.
(llll) 실시양태 (a)-(kkkk) 중 어느 하나에 있어서, 리튬 대 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (Li:Mn+Co+Ni)의 비가 유도 결합 플라즈마 (ICP) 분석에 의해 측정 시, 중량 퍼센트 기준으로 적어도 약 0.08인 조성물.
(mmmm) 하기 화학식 LixZryPaOd를 갖는 산화물로서, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 25.0이고, 0 ≤ y ≤ 5.0이고, 0 ≤ a ≤ 16.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 55.0이고; 여기서 화학식은 전하적 중성이고, 여기서 산화물은 리튬 코발트 산화물 (LCO), 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물 (NCA), 리튬 니켈 망가니즈 코발트 산화물 (NMC), 리튬 철 인산염 (LFP), 및 그의 조합으로부터 선택된 캐소드 활성 물질에 결합되는 것인 산화물.
(nnnn) 실시양태 (mmmm)에 있어서, 화합물이 화학식 LixZryPaOd를 가지며, 여기서 20.0 ≤ x ≤ 25.0이고, 2.0 ≤ y ≤ 5.0이고, 10.0 ≤ a ≤ 16.0이고, 50.0 ≤ d ≤ 55.0인 산화물.
(oooo) 하기 화학식 LixZryPaOd를 갖는 산화물로서, 여기서 0.5 ≤ x ≤ 7이고, 0 ≤ y ≤ 3이고, 0 ≤ a ≤ 6이고, 2.0 ≤ d ≤ 20이고; 여기서 화학식은 전하적 중성이고, 여기서 산화물은 리튬 코발트 산화물 (LCO), 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물 (NCA), 리튬 니켈 망가니즈 코발트 산화물 (NMC), 리튬 철 인산염 (LFP), 및 그의 조합으로부터 선택된 캐소드 활성 물질에 결합되는 것인 산화물.
(pppp) 실시양태 (oooo)에 있어서, 산화물이 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 1.5이고, 1 ≤ y ≤ 3이고, 1.0 ≤ a ≤ 6.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 20인 산화물.
(qqqq) 실시양태 (mmmm)에 있어서, 화합물이 Li24Zr3P14O53인 산화물.
(rrrr) 실시양태 (oooo)에 있어서, 화합물이 LiZr2(PO4)3, Li3ZrPO6, Li5PZrO7, 및 Li7ZrPO8로부터 선택되는 것인 산화물.
(ssss) 실시양태 (rrrr)에 있어서, 화합물이 LiZr2(PO4)3인 산화물.
(tttt) 실시양태 (rrrr)에 있어서, 화합물이 Li3PO4인 산화물.
(uuuu) 실시양태 (rrrr)에 있어서, 화합물이 Li2ZrO3인 산화물.
(vvvv) 실시양태 (mmmm)-(uuuu) 중 어느 하나에 있어서, 캐소드 활성 물질이 리튬 니켈 망가니즈 코발트 산화물 (NMC)인 산화물.
(wwww) 실시양태 (a)-(llll) 중 어느 하나 또는 실시양태 (mmmm)-(vvvv) 중 어느 하나에 있어서, 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물이 캐소드 활성 물질 상의 코팅인 조성물 또는 산화물.
(xxxx) 실시양태 (a)-(llll) 중 어느 하나의 조성물 또는 실시양태 (mmmm)-(vvvv) 중 어느 하나의 산화물을 포함하는 고체-상태 캐소드.
(yyyy) 실시양태 (xxxx)의 고체-상태 캐소드, 고체-상태 전해질, 및 리튬 금속, 리튬 티타네이트 (Li2TiO3, LTO), 탄소/흑연 (C), 규소 (Si)/규소 산화물, 리튬 (Li), 아연 (Zn), 알루미늄 (Al), 마그네슘 (Mg), 그의 합금, 및 그의 조합으로부터 선택된 애노드 활성 물질을 포함하는 고체-상태 배터리.
(zzzz) 실시양태 (a)-(llll) 중 어느 하나에 있어서, 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물이 캐소드 활성 물질 상의 코팅인 조성물.
(aaaaa) 실시양태 (zzzz)에 있어서, 코팅이 연속적인 조성물.
(bbbbb) 실시양태 (zzzz)에 있어서, 코팅이 불연속적인 조성물.
(ccccc) 실시양태 (zzzz)-(bbbbb) 중 어느 하나에 있어서, 코팅이 TEM 분석에 의해 결정 시, 결정질 도메인을 포함하는 것인 조성물.
(ddddd) 실시양태 (zzzz)-(ccccc) 중 어느 하나에 있어서, 코팅이 TEM 분석에 의해 결정 시, 무정형 도메인을 포함하는 것인 조성물.
(eeeee) 실시양태 (zzzz)-(ddddd) 중 어느 하나에 있어서, 코팅이 TEM 분석에 의해 결정 시, 결정질 도메인 및 무정형 도메인을 포함하는 것인 조성물.
(fffff) 실시양태 (eeeee)에 있어서, 결정질 도메인이 캐소드와 접촉해 있고, 무정형 도메인이 결정질 도메인과 접촉해 있는 것인 조성물.
(ggggg) 실시양태 (zzzz)-(fffff) 중 어느 하나에 있어서, 코팅이 TEM 분석에 의해 결정 시, 0.7 nm ≤ T ≤ 20 nm인 두께 T를 갖는 것인 조성물.
(hhhhh) 실시양태 (zzzz)-(fffff) 중 어느 하나에 있어서, 코팅이 TEM 분석에 의해 결정 시, 1 nm ≤ T ≤ 20 nm인 두께 T를 갖는 것인 조성물.
(iiiii) 실시양태 (zzzz)-(fffff) 중 어느 하나에 있어서, 코팅이 TEM 분석에 의해 결정 시, 1 nm 미만인 두께 T를 갖는 것인 조성물.
(jjjjj) 실시양태 (ggggg)에 있어서, T가 약 1 nm, 약 5 nm, 또는 약 10 nm인 조성물.
(kkkkk) 실시양태 (ggggg)에 있어서, T가 약 0.8 nm 내지 10 nm인 조성물.
(lllll) 실시양태 (ggggg)에 있어서, T가 약 0.8 nm 내지 5 nm인 조성물.
(mmmmm) 실시양태 (ggggg)에 있어서, T가 약 0.8 nm 내지 2.5 nm인 조성물.
(nnnnn) 실시양태 (eeeee)-(mmmmm) 중 어느 하나에 있어서, 결정질 도메인의 두께가 약 0.8 nm 내지 5 nm이고, 무정형 도메인의 두께가 약 0.8 nm 내지 5 nm인 조성물.
(ooooo) 실시양태 (eeeee)-(mmmmm) 중 어느 하나에 있어서, 결정질 도메인의 두께가 약 1 nm 내지 3 nm이고, 무정형 도메인의 두께가 약 1 nm 내지 4 nm인 조성물.
(ppppp) 실시양태 (eeeee)-(ooooo) 중 어느 하나에 있어서, 결정질 도메인의 두께가 무정형 도메인의 두께보다 더 작은 것인 조성물.
(qqqqq) 실시양태 (zzzz)-(ppppp) 중 어느 하나에 있어서, 코팅이 TEM이 검출할 수 있는 것보다 더 두껍지 않은 것인 조성물.
(rrrrr) 실시양태 (zzzz)-(qqqqq) 중 어느 하나에 있어서, TEM 분석에 의해 결정 시, 코팅의 결정질 도메인이 캐소드 활성 물질의 결정질 도메인과 격자 정합을 이루는 것인 조성물.
(sssss) 실시양태 (zzzz)-(qqqqq) 중 어느 하나에 있어서, TEM 분석에 의해 결정 시, 코팅의 결정질 도메인이 캐소드 활성 물질의 결정질 도메인과 격자 정합을 이루지 않는 것인 조성물.
(ttttt) 실시양태 (zzzz)-(sssss) 중 어느 하나에 있어서, 코팅이 탄산염을 추가로 포함하는 것인 조성물.
(uuuuu) 실시양태 (zzzz)-(ttttt) 중 어느 하나에 있어서, 코팅과 접촉해 있는 제2 코팅을 추가로 포함하는 조성물.
(vvvvv) 실시양태 (uuuuu)에 있어서, 제2 코팅이 코팅의 화학식과 동일하지 않은 화학식을 갖는 것인 조성물.
(wwwww) 실시양태 (vvvvv)에 있어서, 제2 코팅이 하기 화학식을 갖는 것인 조성물:
LixZryOz, 여기서 0 ≤ x ≤ 1.6이고, 0.2 ≤ y ≤ 1.0이고, 2 ≤ z ≤ 1.2임;
LixPyOz, 여기서 0.6 ≤ x ≤ 1.5이고, 0.5 ≤ y ≤ 1.4이고, 2.0 ≤ z ≤ 3.7임;
LixZry(PO4)z, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 1.5이고, 1 ≤ y ≤ 3이고, 2.0 ≤ z ≤ 4.0임;
LixCyOz, 여기서 0.4 ≤ x ≤ 1.8이고, 0.1 ≤ y ≤ 1이고, 1 ≤ z ≤ 1.8임;
LixByOz, 여기서 0.2 ≤ x ≤ 0.75이고, 0.5 ≤ y ≤ 1.6이고, 1.5 ≤ z ≤ 2.6임;
LixInyClz, 여기서 2≤x≤4이고, 0≤y≤2이고, 5≤z≤7임;
LixZry(PO4)z, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 1.5이고, 1 ≤ y ≤ 3이고, 2.0 ≤ z ≤ 4.0임;
Li2CO3; Li3BO3; Li3B11O18; Li2ZrO3; Li3PO4; Li2SO4; LiNbO3; Li4Ti5O12; LiTi2(PO4)3; LiZr2(PO4)3; LiOH; LiF; Li4ZrF8; Li3Zr4F19; Li3TiF6; LiAlF4; LiYF4; LiNbF6; ZrO2; Al2O3; TiO2; ZrF4; AlF3; TiF4; YF3; NbF5; 및 그의 조합.
(xxxxx) 하기 단계를 포함하는, 실시양태 (a)-(llll), (wwww), 및 (zzzz)-(wwwww) 중 어느 하나의 조성물을 제조하는 방법: 1) 캐소드 활성 물질을 a) LiOH 및 b) 지르코늄 전구체 및/또는 인 전구체의 용액으로 코팅하는 단계; 2) 용액으로부터 용매를 제거하여 화학식 LixZryPAOD의 산화물에 결합된 캐소드 활성 물질을 제공하는 단계; 및 3) 캐소드 활성 물질을 건조 공기 조건 하에 가열하여 코팅된 캐소드 활성 물질을 형성하는 단계.
(yyyyy) 실시양태 (xxxxx)에 있어서, 지르코늄 전구체가 Zr(OBu)4이고, 인 전구체가 P2O5인 방법.
(zzzzz) (xxxxx) 및 (yyyyy)에 있어서, 가열이 약 1시간 동안 약 375℃의 온도에서 이루어지는 것인 방법.
제조 방법
산화물이 무정형 리튬 지르코늄 산화물, 무정형 리튬 지르코늄 인 산화물, 및 그의 조합으로부터 선택된 것인 코팅된 캐소드 활성 물질을 제조하는 방법으로서; 하기 단계를 포함하는 방법이 본원에 제시된다: 1) 캐소드 활성 물질을 a) LiOH 및 b) 지르코늄 전구체 및/또는 인 전구체의 용액으로 코팅하는 단계; 2) 용액으로부터 용매를 제거하여 무정형 리튬 지르코늄 산화물, 무정형 리튬 지르코늄 인 산화물, 및 그의 조합으로부터 선택된 산화물에 결합된 캐소드 활성 물질을 제공하는 단계; 및 3) 캐소드 활성 물질을 건조 공기 조건 하에 가열하여 코팅된 캐소드 활성 물질을 형성하는 단계.
또한, 화학식 LixZryPAOD의 화합물을 포함하는 산화물로서, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 25.0이고, 0 ≤ y ≤ 5.0이고, 0 ≤ a ≤ 16.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 55.0이고, 여기서 화학식은 전하적 중성인 산화물이 캐소드 활성 물질에 결합된 것인 코팅된 캐소드 활성 물질을 제조하는 방법으로서; 하기 단계를 포함하는 방법이 본원에 제시된다: 1) 캐소드 활성 물질을 a) LiOH 및 b) 지르코늄 전구체 및/또는 인 전구체의 용액으로 코팅하는 단계; 2) 용액으로부터 용매를 제거하여 화학식 LixZryPAOD의 산화물에 결합된 캐소드 활성 물질을 제공하는 단계; 및 3) 캐소드 활성 물질을 건조 공기 조건 하에 가열하여 코팅된 캐소드 활성 물질을 형성하는 단계.
또한, 화학식 LixZryPAOD의 화합물을 포함하는 산화물로서, 여기서 0.5 ≤ x ≤ 7이고, 0 ≤ y ≤ 2이고, 0 ≤ a ≤ 3이고, 2.0 ≤ D ≤ 20이고, 여기서 화학식은 전하적 중성인 산화물이 캐소드 활성 물질에 결합된 것인 코팅된 캐소드 활성 물질을 제조하는 방법으로서; 하기 단계를 포함하는 방법이 본원에 제시된다: 1) 캐소드 활성 물질을 a) LiOH 및 b) 지르코늄 전구체 및/또는 인 전구체의 용액으로 코팅하는 단계; 2) 용액으로부터 용매를 제거하여 화학식 LixZryPAOD의 산화물에 결합된 캐소드 활성 물질을 제공하는 단계; 및 3) 캐소드 활성 물질을 건조 공기 조건 하에 가열하여 코팅된 캐소드 활성 물질을 형성하는 단계.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 일부 예에서, 가열은 제어된 분위기에서의 어닐링을 포함한다. 일부 예에서, 제어된 분위기는 Ar, N2, H2, H2O, 또는 그의 조합을 포함한다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 인 전구체는 P2O5, H3PO4, 및 (NH4)3PO4, (NH3)3PO4로부터 선택된다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 지르코늄 전구체는 지르코늄 부톡시드 (Zr(OBu)4), 지르코늄 프로폭시드 (Zr(OPr)4), 지르코늄 에톡시드 (Zr(OEt)4), 및 지르코늄 메톡시드 (Zr(OMe)4)이다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 리튬 전구체는 수산화리튬 (LiOH), 리튬 에톡시드 (LiOEt), 리튬 메톡시드 (LiOMe), 금속성 리튬으로부터 선택된다. 상기한 것 중 임의의 것을 포함한 한 실시양태에서, 지르코늄 전구체 및/또는 인 전구체는 졸-겔 전구체, 예컨대 지르코늄 알콕시드 또는 인 알콕시드 전구체이다. 한 실시양태에서, 인 전구체는 P2O5이다. 한 실시양태에서, 지르코늄 전구체는 Zr(OBu)4이다. 한 실시양태에서, 리튬 전구체는 LiOH이다.
한 실시양태에서, 지르코늄 전구체는 Zr(OBu)4이고, 인 전구체는 P2O5이고, 리튬 전구체는 LiOH이다.
특정 실시양태에서, LiOH의 공급원은 LiOH를 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 특정 실시양태에서, LiOH의 공급원은 알콜, 예를 들어 메탄올 또는 에탄올에 가용성인 리튬-함유 화합물을 포함하나 이에 제한되지는 않는다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 가열은 적어도 10분 동안 최대 350℃의 온도에서 이루어진다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 가열은 적어도 30분 동안 최대 350℃의 온도에서 이루어진다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 가열은 적어도 30분 동안 최대 375℃의 온도에서 이루어진다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 가열은 약 1시간 동안 약 375℃의 온도에서 이루어진다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 어닐링은 적어도 10분 동안 최대 350℃의 온도에서 이루어진다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 어닐링은 적어도 30분 동안 최대 350℃의 온도에서 이루어진다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 어닐링은 적어도 30분 동안 최대 375℃의 온도에서 이루어진다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 어닐링은 약 1시간 동안 약 375℃의 온도에서 이루어진다.
상기한 것 중 임의의 것을 포함한 특정 실시양태에서, 용매는 메탄올 또는 에탄올을 포함하나 이에 제한되지는 않는 알콜이다.
추가적으로, 코팅된 활성 물질은 관련 기술분야에 공지되어 있는, 활성 물질 상에 코팅을 형성하기 위한 임의의 적합한 방법을 사용하여 형성될 수 있다. 코팅된 활성 물질의 제조를 위한 통상의 기술은 활성 물질 입자를 포함하는 코팅 용액으로부터 용매를 제거하기 위해 회전 증발기가 사용되는 습식 공정; 코팅 전구체 및 활성 물질의 용액이 압축 기체의 유동에 의해 분무 노즐을 통해 무화되고, 생성된 에어로졸이 건조되는 분무 건조; 코팅 전구체의 고체 분말이 활성 물질과 조합되어 이들 둘의 조합물을 형성하는 건식 코팅; 활성 물질을 코팅으로 코팅하기 위해 고에너지 밀링이 사용되는 기계적 융합 혼합기; 및 기상 코팅 증착 기술인 원자 층 증착 (ALD); 또는 유동층 반응기를 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 코팅된 활성 물질을 형성하기 위한 다른 기술은 스퍼터 증착 및 레이저 어블레이션을 포함한다.
예를 들어, 활성 물질을 코팅하기 위한 한 방법이 도 1에 제시되어 있다. 도 1에 제시된 바와 같이, 가열기(102) 및 헤파(HEPA) 필터(103)를 통과하는 공기를 가공하기 위해 팬(101)이 사용된다. 이러한 가공된 공기는 건조 챔버(104)로 유입된다. 건조 챔버는 또한 공급 펌프(105)와도 연결된다. 활성 물질 및 코팅 전구체를 포함하는 액체 용액이 공급 펌프(105)를 통해 건조 챔버(104)로 펌핑되며, 여기에서 유입구(107)를 통해 건조 챔버로 펌핑되는 운반 기체를 사용하여 분무 노즐(106)을 통해 무화된다. 생성된 액적(108)은 건조 챔버(104)에서 건조된다. 이어서, 건조된 물질이 사이클론(109)으로 들어가, 여기에서 코팅된 활성 물질이 용기(110)에 수집된다. 건조 분말 생성물이 미세 필터(111)를 통해 여과된다. 일부 예에서, 투입기(112)를 통해 공기 펄스가 사용된다. 공기는 제2 헤파 필터(103)를 통해 여과된다.
실시예
시약, 화학물질, 및 물질은, 달리 명시되지 않는 한, 상업적으로 구입하였다.
실시예에서 사용된 리튬 니켈 코발트 망가니즈 산화물 (NMC)은, 달리 명시되지 않는 한, LiNi0.85Co0.1Mn0.05O2였다.
실시예 1: NMC의 표면에 LZP가 결합된 NMC의 제조
상이한 LZP 산화물이 부착된 6종의 NMC 캐소드 활성 물질을 하기 기재된 방법에 의해 제조하였다. 각각의 합성된 산화물에 대한 출발 물질 몰비 및 각각의 합성된 산화물에 대한 최종 몰비가 표 1에 기재되어 있다. 각각의 시약의 양 및 반응 조건을 포함한 합성 조건이 표 2 및 표 3에 제공되어 있다.
표 1: 출발 물질 및 LZP 코팅의 몰비
Figure pct00001
표 2: 출발 물질 및 용매의 양
Figure pct00002
표 3: 반응 조건
Figure pct00003
단계 1: LZP 용액 제조
LiOH (스펙트럼 케미칼(Spectrum Chemical)), 지르코늄 부톡시드 80% 용액 (시그마(Sigma)) 및 P2O5 (시그마)를 에탄올 (시그마)에 넣어 용액을 제조하였다. 이 혼합물을 아르곤 충전된 글로브박스 (H2O < 0.1 ppm, O2 < 0.1 ppm)에서, 24시간 동안 45℃에서 교반하였다. LiOH, 지르코늄 부톡시드 80% 용액, 및 P2O5의 양은 표 1에 기재되어 있다.
단계 2: 코팅 단계
리튬 니켈 코발트 망가니즈 산화물 (NMC) 분말 (바스프(BASF)로부터 구입함)을 단계 1에서 제조된 용액에 넣고, 24시간 동안 교반하였다. 교반 후에, 분말을 65℃에서 회전 증발기를 사용하여 건조시켜 용액을 제거하였다.
단계 3: 어닐링 단계
단계 2로부터 수득된 분말을 청정한 건조 공기 (이슬점 < -80℃) 하에 1시간 동안 375℃에서 가열하였다. 이로써 코팅된 캐소드 물질이 생성되었다. 코팅된 캐소드를 건조 분위기 (dp < -50℃) 하에 저장하였다.
실시예 2: ICP (유도 결합 플라즈마)
코팅 1, 3, 4, 5, 및 6을 갖는 NMC의 원소 조성을 퍼킨 엘머(Perkin Elmer)의 옵티마(Optima) 8000을 사용하여 ICP-OES 분석에 의해 분석하였다. 분석 전에, 샘플을 염산, 황산, 및 질산의 혼합물을 사용한 마이크로웨이브 분해에 의해 용액으로 용해시켰다. 그 결과가 표 4 및 5에 제시되어 있다.
표 4: Li, Zr, P, Mn, Co, 및 Ni의 ICP (wt%) 분석
Figure pct00004
표 5: Mn+Co+Ni 및 P/Mn+Co+Ni의 ICP (wt%) 분석
Figure pct00005
실시예 3: XPS (X선 광전자 분광분석법)
코팅 1, 3, 4, 5, 및 6을 갖는 NMC를 건조 분위기 (-50℃) 하에 XPS 시스템 (써모피셔 사이언티픽(ThermoFisher Scientific)의 K-알파)으로 전달하였다. XPS 분석은 10-8 Torr의 압력에서, X선원으로서 단색화된, 마이크로-집속 Al-Ka를 사용하여 수행되었다. 분석 면적 직경은 400 mm였다.
XPS 스펙트럼을 백그라운드와 함께 가우스(Gaussian)/로렌치안(Laurentzian) 곱함수 피크 형상 모델을 사용하여 피팅하였다. 그 결과가 표 6에 제시되어 있다.
표 6: XPS 분석
Figure pct00006
실시예 5: 면적-비저항 (ASR) 시험
제1 고체 전해질을 제조하였다. Li10Si0.5Sn0.5P2S12 (이하, "LSTPS")를 습식 밀링하여 약 50 nm 내지 500 nm의 d50 입자 직경을 갖는 LSTPS 입자를 생성하였다. 모든 목적을 위해 그 전문이 본원에 참조로 포함되는, 미국 특허 번호 9,172,114 및 10,535,878을 참조한다.
제2 고체 전해질을 제조하였다: 황화리튬 (Li2S), 오황화인 (P2S5), 및 아이오딘화리튬 (LiI)이 미리 결정된 비로 혼합되었다. 하나의 샘플에서, 황화리튬 (Li2S), 오황화인 (P2S5), 및 아이오딘화리튬 (LiI)을 혼합하였다. LiI:Li2S:P2S5의 몰비는 (3 내지 4):(0.1 내지 1):(0.5 내지 1.5)였다. 혼합물을, >7.5의 밀링 매체:분말의 질량비로 1 mm 지르코니아 밀링 매체와 함께 500 mL 지르코니아 밀링 통에 넣었다. 혼합물을 16 내지 36 16-32시간 동안 플래너터리 밀 (레취(Retsch)의 PM400, 150 mm의 회전 반경, 1:2의 속도비)에서 와동시켰다.
이러한 절차는 Ar 충전된 글로브박스 (H2O < 0.1 ppm, O2 < 0.1 ppm)에서 수행되었다. 배터리 셀의 제작도 Ar 충전된 글로브박스 (H2O < 0.1 ppm, O2 < 0.1 ppm)에서 수행되었다.
상기 절차로부터의 제1 고체 전해질과 코팅된 NMC 물질을 혼합함으로써 캐소드 층을 제조하였다.
상기 단락에서 언급된 캐소드 층 및 제2 고체 전해질로 제조된 분리막을 사용하여 전고체 배터리를 제조하였다.
캐소드 층 및 분리막을 700 MPa에서 압착시켜 이들 둘을 펠릿형 배터리로 치밀화하였다. 캐소드 층 가까이에는 알루미늄 집전체를 사용하였다. 애노드 층 가까이에는 니켈 집전체를 사용하였다. 마지막으로, 펠릿 및 집전체의 적층체를 마일라 백(Mylar bag)에 진공 밀봉하여 배터리 셀로 만들었다. 애노드 층은 리튬 금속으로 구성되었다. 배터리 셀이 충전될 때 애노드로서의 금속성 리튬은 도금되었다.
배터리 셀을 30℃에서, 3 V 내지 4.25 V의 작동 전압 내에서 1.7 mA/cm2의 일정한 전류 밀도의 간헐적인 전류 펄스 하에 충전시키고 방전시켰다. 전류 펄스를 9분 동안 적용하고, 전류를 차단하고, 시스템이 3분 동안 완화되었다. 이러한 간헐적인 펄스를 셀 전압이 충전 동안에는 4.25 V에, 그리고 방전 동안에는 3 V에 도달할 때까지 반복하였다. 배터리 셀의 면적-비저항 (ASR)은 방전 중 완화 단계 동안의 전압 강하를 판독함으로써 획득되었다. 획득된 ASR을 R1로 명명하였다.
30℃에서의 사이클링 후에, 배터리 셀을 다시 1.7 mA/cm2의 전류 밀도로 4.25 V까지 충전시켰다. 이어서, 셀의 온도를 60℃로 상승시켰다. 60℃에서 온도가 안정화된 후에, 배터리 셀을 7일 동안 4.25 V에서 유지하고, 셀을 3 V까지 방전시켰다.
배터리 셀의 온도를 30℃로 낮췄다. 배터리 셀을 3 V 내지 4.25 V에서 1.7 mA/cm2의 전류 밀도로 충전시키고 방전시켰다. 이로써 ASR (R2)을 결정하였다.
안정성이 ΔR=R2-R1에 의해 평가되었다. 그 결과가 표 7에 제시되어 있다.
표 7: ASR 측정
Figure pct00007
실시예 6: Li 2 ZrO 3 분무 코팅
코팅 용액 제조
전구체 용액은 하기와 같이 제조되었다: 에탄올 1 L당, 0.375 g의 수산화리튬 (LiOH)을 용해시키고, 혼합물을 밤새 교반하였다. 이어서, 3.6 mL의 지르코늄 부톡시드 (Zr(OBu)4, 80% 용액)를 첨가한 후에, 혼합물을 2시간 동안 교반하였다. 이러한 방법은 질소 또는 아르곤-충전된 글로브박스 (H2O < 0.1 ppm, O2 < 0.1 ppm)에서 수행되었다.
캐소드 물질 상의 코팅
에탄올 1 L당, 150 g의 리튬 니켈 망가니즈 코발트 산화물 (NMC)을 상기 단계에서 제조된 용액에 첨가하고, 혼합물을 0.5시간 동안 교반한 후에, 0.425 mL의 탈이온수를 첨가하였다. 이어서, 용액을 추가로 1.5시간 동안 교반하였다. 이는 습도-제어 환경 (이슬점 < -50℃)에서 수행되었다.
분무 건조
뷔히(BUCHI)의 소형 분무 건조기 B-290/295가 하기 기재된 절차에서 사용되었다.
먼저, 분무 건조기를 작동시키고, 노즐 온도를 120-130℃로 설정하였다. 분무 건조기와 연결된 B-295 냉각기는 -20℃의 온도로 설정하였다. 기구를 설정된 온도로 가온한 후에, 소량 (~50 mL)의 에탄올을 분무하여 기구를 세정하였다. 이어서, 용액을 최대 연동 펌프 속도의 대략 45%에서 분무하였다.
어닐링
상기 기재된 방법을 통해 수득된 분말을 청정한 건조 공기 하에 1시간 동안 375℃에서 어닐링하였다.
실시예 7: LiZr 2 (PO 4 ) 3 분무 코팅
코팅 용액 제조
에탄올 1 L당, 하기를 순차적으로 첨가한 후에, 혼합물을 질소 또는 아르곤-충전된 글로브박스에서 밤새 교반하였다:
o 수산화리튬 (LiOH): 0.093 g
o 80% 지르코늄 부톡시드 (Zr(OBu)4): 3.525 mL
o 오산화인 (P2O5): 0.822 g
캐소드 물질 상의 코팅
에탄올 1 L당, 150 g의 리튬 니켈 망가니즈 코발트 산화물 (NMC)을 상기 단계에서 제조된 용액에 첨가하고, 1.5시간 동안 교반하였다. 이는 습도-제어 환경 (이슬점 < -50℃)에서 수행되었다.
분무 건조
뷔히의 소형 분무 건조기 B-290/295가 하기 기재된 절차에서 사용되었다.
먼저, 뷔히의 B-290을 작동시키고, 노즐 온도를 120-130℃로 설정하였다. B-295 냉각기는 -20℃의 온도로 설정하였다. 기구를 설정된 온도로 가온한 후에, 소량 (~50 mL)의 에탄올을 분무하여 기구를 세정하였다. 이어서, 용액을 최대 연동 펌프 속도의 대략 45%에서 분무하였다.
어닐링
상기 기재된 방법을 통해 수득된 분말을 청정한 건조 공기 하에 1시간 동안 375℃에서 어닐링하였다.
실시예 8: XPS (X선 광전자 분광분석법)
코팅 1, 3, 4, 5, 및 6을 갖는 NMC를 (압력을 가하지 않은 분말로서) 건조 분위기 (-50℃) 하에 XPS 시스템 (써모피셔 사이언티픽의 K-알파)으로 전달하였다.
XPS 측정은 초고진공 (UHV) 시스템 넥사(Nexsa) G2 (써모 피셔 사이언티픽)로 수행되었다. 시스템 내 기저 압력은 5x10-10 mbar 미만이었다. XPS 스펙트럼은 고분해능 및 주사 스펙트럼에 대해 각각 50 eV 및 200 eV의 패스 에너지로 반구형 분석기를 사용하여 획득되었다. XPS 스펙트럼은 12 keV 및 120 W의 출력에서 작동되는 Al 단색화된 및 이중 Al/Mg 애노드 비-단색화된 X선원에 의해 생성되었다. 주사 면적 직경은 400 μm였다. 전하는 100 μA로 설정된 전류로 플러드 건을 사용하여 보상되었다.
XPS 스펙트럼을 어밴티지(Avantage) (써모 피셔 사이언티픽) 데이터 처리 소프트웨어를 사용하여, 백그라운드와 함께 가우스/로렌치안 곱함수 피크 형상 모델에 의해 피크-피팅하였다. 피크 피팅을 위해 스마트형 백그라운드 분리가 사용되었다. 어밴티지 라이브러리에 의해 제공된 감도 인자를 사용하여 정량화를 수행하였다.
그 결과가 표 8에 제시되어 있다.
표 8: XPS 분석
Figure pct00008
실시예 9: TEM 분석
Ga 이온원 집속 이온 빔 (나노듀엣(nanoDUE'T) NB5000, 히타치 하이-테크놀로지스(Hitachi High-Technologies))을 사용하는 TEM 측정을 위해 LiZr2(PO4)3으로 코팅된 NMC를 제조하였다. Ga 이온 빔으로부터 물질의 표면을 보호하기 위해, 샘플링 전에 다수의 보호 층을 증착시켰다; 먼저 금속 층을 플라즈마 코팅기에 의해 증착시키고, 이어서 탄소 보호 층 및 텅스텐 층을 각각 고진공 증발 및 집속 이온 빔에 의해 증착시켰다. 집속 이온 빔에 의해 박편 샘플링을 수행하였다. 제조된 샘플을 TEM에 의해 측정하였다.
전계 방출 전자 현미경 (JEM-2100F, 지올(JEOL))에 의해 LiZr2(PO4)3-코팅된 NMC의 TEM 영상을 획득하였다. 가속 전압은 200 kV로 설정하였다. 전자 빔 반경은 약 0.7 내지 1 nm로 설정하였다. 도 2-6은 동일한 샘플의 상이한 입자이다.
도 2-6은 LiZr2(PO4)3-코팅된 NMC의 TEM 영상이다. 도 2에서는 코팅이 약 2.0 nm 내지 2.5 nm의 두께를 갖는 반면에, 도 3에서는 LiZr2(PO4)3 코팅이 무정형이다.
도 4 및 5는 LiZr2(PO4)3-코팅된 NMC의 TEM 영상이며, 여기서 LiZr2(PO4)3 코팅은 결정질 도메인 및 무정형 도메인을 포함한다. 이들 영상 둘 다에서, 결정질 도메인이 캐소드 활성 물질의 경계면에 존재한다. 도 4에서, 결정질 도메인은 1.5 내지 2.5 nm의 두께를 갖는 반면에, 무정형 도메인은 3.4 nm의 두께를 갖는다.
도 6은 LiZr2(PO4)3-코팅된 NMC의 TEM 영상이며, 여기서 코팅은 불연속적이다.
상기 기재된 실시양태 및 실시예는 단지 예시적이고 비제한적인 것으로 의도된다. 관련 기술분야의 통상의 기술자라면 단지 일상적인 실험을 사용하여, 구체적 화합물, 물질 및 절차의 수많은 등가물을 인식할 것이거나 또는 확인할 수 있을 것이다. 모든 이러한 등가물은 첨부된 청구범위의 범주 내에 포함되는 것으로 간주되며 그에 의해 포괄된다.

Claims (54)

  1. 하기를 포함하는 조성물로서:
    캐소드 활성 물질; 및
    캐소드 활성 물질에 결합된 적어도 1종의 산화물;
    여기서 캐소드 활성 물질에 결합된 적어도 1종의 산화물은 리튬 (Li), 산소 (O), 및 지르코늄 (Zr) 및 인 (P) 중 적어도 1종을 포함하고;
    여기서 Li, Zr, P, 및 O의 몰비는 화학식 LixZryPaOd에 의해 나타내어지며, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 25.0이고, 0 ≤ y ≤ 5.0이고, 0 ≤ a ≤ 16.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 55.0이고;
    여기서 아래첨자 x, y, a, 및 d는 적어도 1종의 산화물이 전하적 중성이 되고 y 및 a 둘 다가 0이 아니도록 선택되고;
    여기서 조성물은 X선 광전자 분광분석법 (XPS)에 의해 측정 시, 0.3 내지 3.2의 Zr:Ni의 비를 갖는 것인
    조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    리튬 및 지르코늄을 포함하는 산화물이 무정형이거나; 또는
    리튬, 지르코늄, 및 인을 포함하는 산화물이 무정형인
    조성물.
  3. 제2항에 있어서, 하기를 포함하며:
    표면을 갖는 캐소드 활성 물질 및 표면에 결합된 산화물;
    여기서 산화물은 하기로 이루어진 군으로부터 선택되고:
    LiZr2(PO4)3;
    Li2ZrO3;
    Li3ZrPO6;
    Li5PZrO7;
    Li7ZrPO8;
    Li24Zr3P14O53; 및
    그의 조합;
    여기서 조성물은 X선 광전자 분광분석법 (XPS)에 의해 측정 시, 0.3 내지 3.2의 Zr:Ni의 비를 갖는 것인
    조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 산화물이 무정형인 조성물.
  5. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 산화물이 결정질인 조성물.
  6. 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 산화물이 하기 화학식의 화합물을 포함하는 것인 조성물:
    LixZryPaOd, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 7.0이고, 0 ≤ y ≤ 3.0이고, 0 ≤ a ≤ 6.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 20.0임;
    LixZryPaOd, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 1.5이고, 1 ≤ y ≤ 3이고, 1.0 ≤ a ≤ 6.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 20.0임;
    LixZryPaOd, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 1.5이고, 1 ≤ y ≤ 3이고, 2.0 ≤ a ≤ 4.0이고, 10.0 ≤ d ≤ 14.0임;
    LixZryPaOd, 여기서 20.0 ≤ x ≤ 25.0이고, 2.0 ≤ y ≤ 5.0이고, 10.0 ≤ a ≤ 16.0이고, 50.0 ≤ d ≤ 55.0임;
    LixZryOd, 여기서 1.0 ≤ x ≤ 3이고, 0 ≤ y ≤ 2이고, 2.0 ≤ d ≤ 5.0임; 또는
    LixPaOd, 여기서 2.0 ≤ x ≤ 4이고, 0 ≤ a ≤ 2.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 5.0임.
  7. 제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 산화물이 LiZr2(PO4)3, Li3ZrPO6, Li5PZrO7, Li7ZrPO8, Li2ZrO3, Li3PO4, 및 Li24Zr3P14O53으로부터 선택된 화합물을 포함하는 것인 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 산화물이 1) LiOH; 및 2) 지르코늄 전구체 및/또는 인 전구체의 반응 혼합물의 생성물인 조성물.
  9. 제8항에 있어서, 반응 혼합물 중 Li:Zr의 몰비가 약 1:3 내지 1:1, 약 1:1 내지 3:1, 약 4:1 내지 6:1, 약 6:1 내지 8:1, 또는 약 8:1 내지 10:1의 범위의 비인 조성물.
  10. 제8항에 있어서, 반응 혼합물 중 Li:P의 몰비가 약 3:1 내지 1:1, 약 1:3 내지 1:1, 약 5:1 내지 7:1, 약 9:1 내지 11:1, 또는 약 13:1 내지 15:1의 범위의 비인 조성물.
  11. 제8항에 있어서, 반응 혼합물 중 Zr:P의 몰비가 약 3:16 내지 3:10, 약 1.3:1 내지 1:1, 또는 약 1:1 내지 3:1의 범위의 비인 조성물.
  12. 제8항에 있어서, 반응 혼합물 중 Li 및 Zr:P의 몰비가 약 80:30 내지 65:35, 약 75:25 내지 80:20, 약 80:20 내지 90:10, 약 90:10 내지 85:15, 약 95:5 내지 95:10, 또는 약 90:10 내지 95:5인 조성물.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 지르코늄 전구체가 지르코늄 프로폭시드, 지르코늄 에톡시드, 지르코늄 메톡시드, 및 지르코늄 부톡시드로부터 선택되는 것인 조성물.
  14. 제13항에 있어서, 지르코늄 전구체가 지르코늄 부톡시드인 조성물.
  15. 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 인 전구체가 P2O5, H3PO4, 또는 (NH4)3PO4로부터 선택되는 것인 조성물.
  16. 제15항에 있어서, 인 전구체가 P2O5인 조성물.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 산화물이 캐소드 활성 물질과 격자-정합을 이루는 것인 조성물.
  18. 제1항 내지 제4항 및 제6항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 실질적으로 도 3, 도 4, 도 5, 또는 도 6에 제시된 바와 같은 경계면을 갖는 조성물.
  19. 제1항, 제3항 및 제5항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 실질적으로 도 2, 도 4, 도 5, 또는 도 6에 제시된 바와 같은 경계면을 갖는 조성물.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 캐소드 활성 물질이 LiMPO4 (M=Fe, Ni, Co, Mn); LixTiyOz (여기서 x는 0 내지 8이고, y는 1 내지 12이고, z는 1 내지 24임); LiMn2aNiaO4 (여기서 a는 0 내지 2임); 니켈 코발트 알루미늄 산화물; LiNixMnyCozO2 (x+y+z=1이고, 0≤x≤1이고, 0≤y≤1이고, 0≤z≤1임); 및 LiNixCoyAlzO2 (여기서 x+y+z=1이고, 0≤x≤1이고, 0≤y≤1이고, 0≤z≤1임)로부터 선택되는 것인 조성물.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 캐소드 활성 물질이 LiNixMnyCozO2이며, x+y+z=1이고, 0≤x≤1이고, 0≤y≤1이고, 0≤z≤1이고, 여기서 x+y+z=1인 조성물.
  22. 제21항에 있어서, 캐소드 활성 물질이 LiNixMnyCozO2이며, (a)-(h) 중 어느 하나가 적용되는 것인 조성물:
    (a) x는 0.8이고, y는 0.1이고, z는 0.1임;
    (b) x는 0.6이고, y는 0.2이고, z는 0.2임;
    (c) x는 0.5이고, y는 0.3이고, z는 0.2임;
    (d) x는 1/3이고, y는 1/3이고, z는 1/3임;
    (e) 0.8≤x≤0.97이고, 0≤y≤0.2이고, 0≤z≤0.2임;
    (f) 0.8≤x≤0.90이고, 0≤y≤0.2이고, 0≤z≤0.2임;
    (g) 0.8≤x≤0.85이고, 0≤y≤0.2이고, 0≤z≤0.2임; 또는
    (h) 0.8≤x≤0.83이고, 0≤y≤0.2이고, 0≤z≤0.2임.
  23. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 캐소드 활성 물질이 캐소드 활성 물질의 NMC 클래스; 캐소드 활성 물질의 LFP 클래스; 캐소드 활성 물질의 LNMO 클래스; 캐소드 활성 물질의 NCA 클래스; 캐소드 활성 물질의 LMO 클래스; 및 캐소드 활성 물질의 LCO 클래스의 구성원으로부터 선택되는 것인 조성물.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, XPS에 의해 결정 시, 약 0.3 내지 4의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 조성물.
  25. 제24항에 있어서, 약 0.38, 약 0.55, 약 1.1, 약 1.3, 약 3.0, 또는 약 3.2의 Zr:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 조성물.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, XPS에 의해 결정 시, 약 0.3 내지 20의 C-CO3:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 조성물.
  27. 제26항에 있어서, XPS에 의해 결정 시, 약 0.4, 약 1.62, 약 6.8, 약 7.0, 약 8.2, 또는 약 17.2의 C-CO3:Ni의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 조성물.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, XPS에 의해 결정 시, 약 0.04 내지 0.4의 O-CH3의 산소:캐소드 활성 물질에 결합된 산화물의 총 산소의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 조성물.
  29. 제28항에 있어서, XPS에 의해 결정 시, 약 0.208, 약 0.057, 약 0.080, 약 0.19, 또는 약 0.39의 O-CH3의 산소:총 산소의 원자 퍼센트 비를 특징으로 하는 조성물.
  30. 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물이 유도 결합 플라즈마 (ICP) 분석에 의해 측정 시, 약 5 중량% 내지 10 중량%의 리튬을 포함하는 것인 조성물.
  31. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물이 유도 결합 플라즈마 (ICP) 분석에 의해 측정 시, 약 1 중량% 미만의 지르코늄을 포함하는 것인 조성물.
  32. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물이 유도 결합 플라즈마 (ICP) 분석에 의해 측정 시, 약 0.5 중량% 미만의 인을 포함하는 것인 조성물.
  33. 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물이 유도 결합 플라즈마 (ICP) 분석에 의해 측정 시, 약 65 중량% 미만의 망가니즈, 코발트, 및 니켈을 포함하는 것인 조성물.
  34. 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 인 대 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (P:Mn+Co+Ni)의 비가 유도 결합 플라즈마 (ICP) 분석에 의해 측정 시, 중량 퍼센트 기준으로 적어도 약 0.001인 조성물.
  35. 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 지르코늄 대 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (Zr:Mn+Co+Ni)의 비가 유도 결합 플라즈마 (ICP) 분석에 의해 측정 시, 중량 퍼센트 기준으로 적어도 약 0.002인 조성물.
  36. 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 리튬 대 망가니즈, 코발트, 및 니켈 (Li:Mn+Co+Ni)의 비가 유도 결합 플라즈마 (ICP) 분석에 의해 측정 시, 중량 퍼센트 기준으로 적어도 약 0.08인 조성물.
  37. 하기 화학식 LixZryPaOd를 갖는 산화물로서, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 25.0이고, 0 ≤ y ≤ 5.0이고, 0 ≤ a ≤ 16.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 55.0이고; 여기서 화학식은 전하적 중성이고, 여기서 산화물은 리튬 코발트 산화물 (LCO), 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물 (NCA), 리튬 니켈 망가니즈 코발트 산화물 (NMC), 리튬 철 인산염 (LFP), 및 그의 조합으로부터 선택된 캐소드 활성 물질에 결합되는 것인 산화물.
  38. 제37항에 있어서, 산화물이 화학식 LixZryPaOd의 화합물을 포함하며, 여기서 0.05 ≤ x ≤ 1.5이고, 1 ≤ y ≤ 3이고, 1.0 ≤ a ≤ 6.0이고, 2.0 ≤ d ≤ 20인 산화물.
  39. 제39항에 있어서, 화합물이 LiZr2(PO4)3, Li3ZrPO6, Li5PZrO7, Li7ZrPO8, Li2ZrO3, Li3PO4, 및 Li24Zr3P14O53으로부터 선택되는 것인 산화물.
  40. 제37항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 캐소드 활성 물질이 리튬 니켈 망가니즈 코발트 산화물 (NMC)인 산화물.
  41. 제1항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물이 캐소드 활성 물질 상의 코팅인 조성물 또는 산화물.
  42. 제1항 내지 제36항 중 어느 한 항의 조성물 또는 제37항 내지 제39항 중 어느 한 항의 산화물을 포함하는 고체-상태 캐소드.
  43. 제42항의 고체-상태 캐소드, 고체-상태 전해질, 및 리튬 금속, 리튬 티타네이트 (Li2TiO3, LTO), 탄소/흑연 (C), 규소 (Si)/규소 산화물, 리튬 (Li), 아연 (Zn), 알루미늄 (Al), 마그네슘 (Mg), 그의 합금, 및 그의 조합으로부터 선택된 애노드 활성 물질을 포함하는 고체-상태 배터리.
  44. 제1항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 캐소드 활성 물질에 결합된 산화물이 캐소드 활성 물질 상의 코팅인 조성물.
  45. 제44항에 있어서, 코팅이 연속적인 조성물.
  46. 제44항에 있어서, 코팅이 불연속적인 조성물.
  47. 제44항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 코팅이 TEM 분석에 의해 결정 시, 결정질 도메인을 포함하는 것인 조성물.
  48. 제44항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서, 코팅이 TEM 분석에 의해 결정 시, 무정형 도메인을 포함하는 것인 조성물.
  49. 제44항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서, 코팅이 TEM 분석에 의해 결정 시, 결정질 도메인 및 무정형 도메인을 포함하는 것인 조성물.
  50. 제49항에 있어서, 결정질 도메인이 캐소드와 접촉해 있고, 무정형 도메인이 결정질 도메인과 접촉해 있는 것인 조성물.
  51. 제44항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서, 코팅이 TEM 분석에 의해 결정 시, 약 0.7 nm ≤ T ≤ 20 nm인 두께 T를 갖는 것인 조성물.
  52. 제51항에 있어서, T가 약 0.8 nm 내지 10 nm, 약 0.8 nm 내지 5 nm, 또는 약 0.8 nm 내지 2.5 nm인 조성물.
  53. 제49항 또는 제50항에 있어서, 결정질 도메인의 두께가 약 0.8 nm 내지 5 nm이고, 무정형 도메인의 두께가 약 0.8 nm 내지 5 nm인 조성물.
  54. 제44항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서, TEM 분석에 의해 결정 시, 코팅의 결정질 도메인이 캐소드 활성 물질의 결정질 도메인과 격자 정합을 이루는 것인 조성물.
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