WO2020237386A1 - Matériaux d'électrode comprenant un oxyde lamellaire de potassium et de métal, électrodes les comprenant et leur utilisation en électrochimie - Google Patents

Matériaux d'électrode comprenant un oxyde lamellaire de potassium et de métal, électrodes les comprenant et leur utilisation en électrochimie Download PDF

Info

Publication number
WO2020237386A1
WO2020237386A1 PCT/CA2020/050735 CA2020050735W WO2020237386A1 WO 2020237386 A1 WO2020237386 A1 WO 2020237386A1 CA 2020050735 W CA2020050735 W CA 2020050735W WO 2020237386 A1 WO2020237386 A1 WO 2020237386A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
potassium
lithium
electrode material
metal
material according
Prior art date
Application number
PCT/CA2020/050735
Other languages
English (en)
Inventor
Yuesheng Wang
Abdelbast Guerfi
Marc-André GIRARD
Karim Zaghib
Original Assignee
HYDRO-QUéBEC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HYDRO-QUéBEC filed Critical HYDRO-QUéBEC
Priority to EP20812764.7A priority Critical patent/EP3977542A4/fr
Priority to CN202080039869.0A priority patent/CN113906585A/zh
Priority to KR1020217040748A priority patent/KR20220015410A/ko
Priority to JP2021570360A priority patent/JP2022534928A/ja
Priority to CA3138162A priority patent/CA3138162A1/fr
Priority to US17/615,267 priority patent/US20220231284A1/en
Publication of WO2020237386A1 publication Critical patent/WO2020237386A1/fr

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G45/00—Compounds of manganese
    • C01G45/12—Manganates manganites or permanganates
    • C01G45/1221—Manganates or manganites with a manganese oxidation state of Mn(III), Mn(IV) or mixtures thereof
    • C01G45/1228—Manganates or manganites with a manganese oxidation state of Mn(III), Mn(IV) or mixtures thereof of the type [MnO2]n-, e.g. LiMnO2, Li[MxMn1-x]O2
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G49/00—Compounds of iron
    • C01G49/0018—Mixed oxides or hydroxides
    • C01G49/0072—Mixed oxides or hydroxides containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G53/00—Compounds of nickel
    • C01G53/40—Nickelates
    • C01G53/42—Nickelates containing alkali metals, e.g. LiNiO2
    • C01G53/44—Nickelates containing alkali metals, e.g. LiNiO2 containing manganese
    • C01G53/50—Nickelates containing alkali metals, e.g. LiNiO2 containing manganese of the type [MnO2]n-, e.g. Li(NixMn1-x)O2, Li(MyNixMn1-x-y)O2
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M14/00—Electrochemical current or voltage generators not provided for in groups H01M6/00 - H01M12/00; Manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0438—Processes of manufacture in general by electrochemical processing
    • H01M4/0459—Electrochemical doping, intercalation, occlusion or alloying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/381—Alkaline or alkaline earth metals elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/381—Alkaline or alkaline earth metals elements
    • H01M4/382—Lithium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/386—Silicon or alloys based on silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/40—Alloys based on alkali metals
    • H01M4/405—Alloys based on lithium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621—Binders
    • H01M4/622—Binders being polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621—Binders
    • H01M4/622—Binders being polymers
    • H01M4/623—Binders being polymers fluorinated polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/76—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by a space-group or by other symmetry indications
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/77—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by unit-cell parameters, atom positions or structure diagrams
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40—Electric properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0561—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
    • H01M10/0562—Solid materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565—Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0568—Liquid materials characterised by the solutes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028—Positive electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025—Organic electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
    • H01M2300/0071—Oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0082—Organic polymers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present application relates to the field of electrochemically active materials and their uses in electrochemical applications. More particularly, the present application generally relates to electrode materials comprising a lamellar oxide of potassium and of metal as an electrochemically active material, the electrodes comprising them, their manufacturing processes and their use in electrochemical cells.
  • Solid-state batteries are an emerging solution for electric vehicle batteries or traction batteries for new generation electric cars. Compared to conventional lithium-ion batteries using liquid electrolytes, all-solid-state batteries can generally be manufactured at lower cost, and can exhibit improved lifespan, faster charge times, higher performance, and improved safety. .
  • batteries comprising lithium or sodium metallic anodes have been revisited and improved to replace graphite anodes. in high energy density storage systems.
  • lithium lithium cobalt dioxide U0O 2
  • lithium nickel manganese manganese cobalt oxides NMC
  • NMC lithium nickel manganese manganese cobalt oxides
  • the present technology relates to an electrode material comprising an electrochemically active material, said electrochemically active material comprising a lamellar oxide of potassium and of a metal of formula K X MO 2 , in which x is a number such as 0 ⁇ x £ 0.7, and M is selected from Co, Mn, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zr, Sb, and a combination of at least two thereof.
  • the electrochemically active material comprises a lamellar oxide of potassium and of a metal of formula K x M y Mn 1-y O 2 , in which x is as defined here, y is a number such as 0 £ y £ 1, 0, and M is selected from Co, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zr, Sb, and a combination of at least two thereof.
  • the lamellar oxide of potassium metal has the formula K x Fe y Mn 1-y O 2 , where x and y are as defined herein.
  • the lamellar oxide of potassium metal is of the formula K x Ni 0.5X Mn 1-0.5X O 2 , where x is as defined herein .
  • the lamellar oxide of potassium metal is of the formula K x Ni 0.5X Mn 1-0.5X-y M y O 2 , wherein x is as defined herein, y is a number such as 0 £ y £ (1.0 - 0.5x), and M is selected from Co, Fe, Ti, Cr, V, Cu, Zr, Sb, and a combination of at least two of these this.
  • the lamellar oxide of potassium metal has the formula K x Ni 0.5X Mni- 0.5X Ti y O 2 , where x and y are as defined herein.
  • the lamellar oxide of potassium metal is selected from the group consisting of K 0.67 Ni 0.33 Mn 0.67 O 2 , K 0.6 Ni 0.3 MnojO 2 , K 0.5 Ni 0.25 Mn 0.75 O 2 , K 0.4 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 , K 0.4 Ni 0.2 Mn 0, 6 T ⁇ 0.2 O 2 , K 0 , 4 Ni 0.2 Mn 0.7 Ti 0.1 O 2 , K 0.4 Ni 0.2 Mn 0.75 Ti 0.08 O 2 , K 0.4 Fe 0.4 Mn 0, 6 O 2 , K 0.4 Ni 0.1 Mn 0.9 O 2 , K 0.4 MnO 2 , K 0.3 Ni 0.1 5 Mn 0.85 O 2 , K 0.3 Ni 0.2 Mn 0, 8 O 2 , K 0.3 MnO 2 , KO 2 Ni 0 1 Mn 0.9 O 2 , K 0.2 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 , K 0.2 MnO 2 , K 0.1 Ni 0.05 Mn 0.95
  • the present technology relates to an electrode material comprising an electrochemically active material, said electrochemically active material comprising a lamellar oxide of potassium and of a metal of the formula Na z K x MO 2 , in which x is a number such that 0 ⁇ x £ 0.7, z is a number such that 0 ⁇ x £ 0.8, and M is selected from Co, Mn, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zr, Sb, and a combination of at least two of these.
  • the electrochemically active material comprises a lamellar oxide of potassium and of metal of the formula Na z K x M y Mn 1-y O 2 , in which x and z are as defined here, y is a number such that 0 £ y £ 1.0, and M is selected from Co, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zr, Sb, and a combination of at least two thereof.
  • the lamellar oxide of potassium metal is of the formula Na z K x NiyMn 1-y O 2 , in which x and z are as defined herein, and y is a number such as 0 £ y £ 1, 0.
  • the layered oxide and potassium metal is selected from the group consisting of Na 0.7 Ni 0.4 4K 0.08 IMN 0.59 O 2, 0 Na, K 6 0.08 Ni 0.34 Mn 0.66 O 2 , Na 0.7 4K 0.08 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 , Na 0.6 K 0.08 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 , Na 0.3 2K 0.08 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 , Na 0.2 K 0.2 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 , and a combination of at least two of these- this.
  • the electrode material further comprises an electronically conductive material.
  • the electronically conductive material is chosen from the group consisting of carbon black, acetylene black, graphite, graphene, carbon fibers, carbon nanofibers, carbon nanotubes, and a combination of at least two of these.
  • the electrode material further comprises a binder.
  • the binder is chosen from the group consisting of a polymer binder of polyether type, a fluoropolymer, and a water-soluble binder.
  • the present technology relates to an electrode comprising an electrode material as defined herein on a current collector.
  • the electrode is a positive electrode.
  • the present technology relates to an electrochemical cell comprising a negative electrode, a positive electrode and an electrolyte, in which the positive electrode is as defined herein.
  • the negative electrode comprises metallic lithium, metallic sodium, metallic potassium, or an alloy comprising at least one of these.
  • the negative electrode comprises at least one of a pre-lithium alloy, pre-lithium graphite, pre-lithium silicon, pre-lithium oxide, or a combination of at least two thereof.
  • the negative electrode comprises at least one of a presodized alloy, a presodized hard carbon, and a presodized oxide.
  • the negative electrode comprises at least one of a prepotassed alloy, prepotassed graphite, prepotassed hard carbon, and prepotassed oxide.
  • the electrolyte is a liquid electrolyte comprising a salt in a solvent.
  • the electrolyte is a gel electrolyte comprising a salt in a solvent and optionally a solvating polymer.
  • the electrolyte is a solid polymer electrolyte comprising a salt in a solvating polymer.
  • the salt is selected from a lithium salt, a sodium salt, a potassium salt, and a combination of at least two thereof.
  • the electrolyte is a glass or ceramic electrolyte.
  • the electrolyte is a glass or ceramic electrolyte chosen from an electrolyte of the perovskite type deficient in sites, an electrolyte of the garnet type, a glass-ceramic electrolyte of the NASICON type, an electrolyte of the LISICON type, an aluminum oxide. (AI 2 O 3 ) conductor of sodium ion (Na + ) stabilized in lithium, and other similar glass or ceramic electrolytes.
  • the present technology relates to a battery comprising at least one electrochemical cell as defined here.
  • the battery is selected from the group consisting of a lithium battery, a lithium-ion battery, a sodium battery, a sodium-ion battery, a potassium battery , and a potassium-ion battery.
  • FIGURES Figure 1 shows in (A) an X-ray diffraction pattern for a lamellar oxide powder of potassium metal of formula K 0.67 Ni 0.33 Mn 0.67 O 2 obtained using the solid state synthesis described in Example 1 (a); and in (B) an illustration of the crystal structure and characteristics of the crystal structure for the lamellar K 0.67 Ni 0.33 Mn 0.67 O 2 .
  • Figure 2 shows in (A) an X-ray diffraction diagram for a powder of lamellar oxide of potassium and of metal of formula K 0.6 Ni 0.3 Mn 0.7 O 2 obtained using the synthesis in l solid state described in Example 1 (a); and in (B) an illustration of the crystal structure and characteristics of the crystal structure for the lamellar K 0.6 Ni 0.3 Mn 0.7 O 2 .
  • Figure 3 shows in (A) an X-ray diffraction diagram for a powder of lamellar oxide of potassium and of metal of formula K 0.5 Ni 0.25 Mn 0.75 2 obtained using the synthesis in solid state described in Example 1 (a); and in (B) an illustration of the crystal structure and characteristics of the crystal structure for the K 0.5 Ni 0.25 Mn 0.75 2 lamellar.
  • Figure 4 shows in (A) an X-ray diffraction diagram for a powder of lamellar oxide of potassium and of metal of formula K 0.4 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 obtained using the synthesis in l solid state described in Example 1 (a); and in (B) an illustration of the crystal structure and characteristics of the crystal structure for the K 0.4 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 lamellar.
  • Figure 5 shows in (A) an X-ray diffraction pattern for a lamellar oxide powder of potassium metal of formula K 0.4 Ni 0.2 Mn 0.6 Ti 0.2 O 2 obtained using the solid state synthesis described in Example 1 (a); and in (B) two illustrations of the crystal structure for the lamellar K 0.4 Ni 0.2 Mn 0.6 Ti 0.2 O 2 .
  • Figure 6 shows in (A) an X-ray diffraction pattern for a lamellar oxide powder of potassium metal of formula K 0.4 Ni 0.2 Mn 0.7 T ⁇ 0.1 O 2 obtained using the solid state synthesis described in Example 1 (a); and in (B) an illustration of the crystal structure and characteristics of the crystal structure for the K 0.4 Ni 0.2 Mn 0.7 Ti 0.1 O 2 lamellar.
  • Figure 7 shows in (A) an X-ray diffraction pattern for a lamellar oxide powder of potassium metal of formula K 0.4 Ni 0.2 Mn 0.75 Ti 0.08 O 2 obtained using the solid state synthesis described in Example 1 (a); and in (B) an illustration of the crystal structure and characteristics of the crystal structure for the lamellar K 0.4 Ni 0.2 Mn 0.75 Ti 0.08 O 2 .
  • Figure 8 shows in (A) an X-ray diffraction diagram for a lamellar oxide powder of potassium metal of formula K 0.4 Fe 0.4 Mn 0.6 O 2 obtained using the synthesis in solid state described in Example 1 (a); and in (B) an illustration of the crystal structure and characteristics of the crystal structure for the K 0.4 Fe 0.4 Mn 0.6 O 2 lamellar.
  • Figure 9 shows in (A) an X-ray diffraction diagram for a lamellar oxide powder of potassium and metal of formula K 0.4 Ni 0.1 Mn 0.9 O 2 obtained using the synthesis in l solid state described in Example 1 (a); and in (B) and (C) an illustration of the crystal structure and characteristics of the crystal structure for the lamellar K 0.4 Ni 0.1 Mn 0.9 O 2 .
  • Figure 10 shows in (A) an X-ray diffraction diagram for a lamellar oxide powder of potassium and metal of formula K 0.4 MnO 2 obtained using the solid state synthesis described in Example 1 (a); and in (B) an illustration of the crystal structure and characteristics of the crystal structure for the lamellar K 0.4 MnO 2 .
  • Figure 1 1 shows in (A) an X-ray diffraction diagram for a powder of lamellar oxide of potassium and of metal of formula K 0.3 Ni 0.15 Mn 0.85 O 2 obtained using the synthesis in the solid state described in Example 1 (a); and in (B) an illustration of the crystal structure and characteristics of the crystal structure for the K 0.3 Ni 0.15 Mn 0.85 O 2 lamellar.
  • Figure 12 shows in (A) an X-ray diffraction diagram for a lamellar oxide powder of potassium metal of formula K 0.3 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 obtained using the synthesis in solid state described in Example 1 (a); and in (B) an illustration of the crystal structure and characteristics of the crystal structure for the K 0.3 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 lamellar.
  • Figure 13 shows in (A) an X-ray diffraction diagram for a lamellar oxide powder of potassium and metal of formula K 0.3 MnO 2 obtained using the solid state synthesis described in Example 1 (a); and in (B) an illustration of the crystal structure and characteristics of the crystal structure for the lamellar K 0.3 MnO 2 .
  • Figure 14 shows in (A) an X-ray diffraction diagram for a lamellar oxide powder of potassium metal of formula K 0.2 Ni 0.1 Mn 0.9 O 2 obtained using the synthesis in the solid state described in Example 1 (a); and in (B) and (C) an illustration of the crystal structure and characteristics of the crystal structure for the K 0.2 Ni 0.1 Mn 0.9 O 2 lamellar.
  • Figure 15 shows in (A) an X-ray diffraction diagram for a powder of lamellar oxide of potassium and of metal of the formula K 0.2 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 obtained using the synthesis in l solid state described in Example 1 (a); and in (B) an illustration of the crystal structure and characteristics of the crystal structure for the K 0.2 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 lamellar.
  • Figure 16 shows in (A) an X-ray diffraction diagram for a lamellar oxide powder of potassium and metal of formula K 0.2 Mn 0.2 obtained using the solid state synthesis described in l Example 1 (a); and in (B) the characteristics of the crystal structure for the lamellar K 0.2 MnO 2 .
  • Figure 17 shows in (A) an X-ray diffraction diagram for a lamellar oxide powder of potassium metal of formula K 0.1 Ni 0.08 Mn 0.95 O 2 obtained using the synthesis in solid state described in Example 1 (a); and in (B) an illustration of the crystal structure and characteristics of the crystal structure for the lamellar K 0.1 Ni 0.08 Mn 0.95 O 2 .
  • Figure 18 shows in the X-ray diffraction diagrams for powders of lamellar oxides of potassium and metal of the formulas Na 0.74 K 0.08 Ni 0.4i Mn 0.59 O 2 (black line), Na 0, 6 K 0.08 Ni 0.3 4Mn 0.66 O 2 (red line), Na 0.74 K 0.08 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 (blue line), Na 0, eK 0 , 08 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 (pink line), Na 0.32 K 0, o 8 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 (burgundy line), and Na 0.2 K 0.2 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 (orange line) obtained using the solid state synthesis described in Example 1 (a).
  • Figure 19 is a graph of the capacity (mAh.g -1 ) as a function of x for a lamellar oxide of potassium and metal of the formula K x Ni 0.5 xMn 1-0.5 xO 2 (where, x is a number such as 0.1 £ x £ 0.7), as described in Example 3 (b).
  • the results are presented for a lithium-ion battery (red line) and for a sodium-ion battery (black line).
  • Figure 20 shows in (A) two charge and discharge profiles for Cell 1 recorded at a cycling rate of 0.1 C between 1.5 V and 4.5 V vs Li + / Li; and in (B) two charge and discharge profiles for Cell 2 recorded at a cycling rate of 0.1 C between 1.5 V and 4.2 V vs Na + / Na, as described in Example 3 (b). Results are presented for a first (black line, 1) and a second (red line, 2) cycle of discharge and charge.
  • Figure 21 shows in (A) two charge and discharge profiles for Cell 3 recorded at a cycling rate of 0.1 C between 1.5 V and 4.5 V vs Li + / Li; and in (B) two load profiles and discharge for Cell 4 recorded at a cycling rate of 0.1 C between 1.5 V and 4.2 V vs Na + / Na, as described in Example 3 (b). Results are presented for a first (black line, 1) and a second (red line, 2) cycle of discharge and charge.
  • Figure 22 shows in (A) two charge and discharge profiles for Cell 5 recorded at a cycling rate of 0.1 C between 1.5 V and 4.5 V vs Li + / Li; and in (B) two charge and discharge profiles for Cell 6 recorded at a cycling rate of 0.1 C between 1.5 V and 4.2 V vs Na + / Na, as described in Example 3 (b). Results are presented for a first (black line, 1) and a second (red line, 2) cycle of discharge and charge.
  • Figure 23 shows in (A) two charge and discharge profiles for Cell 7 recorded at a cycling rate of 0.1 C between 1.5 V and 4.5 V vs Li + / Li; and in (B) two charge and discharge profiles for Cell 8 recorded at a cycling rate of 0.1 C between 1.5 V and 4.2 V vs Na + / Na, as described in Example 3 (b). Results are presented for a first (black line, 1) and a second (red line, 2) cycle of discharge and charge.
  • Figure 24 shows in (A) two charge and discharge profiles for Cell 9 recorded at a cycling rate of 0.1 C between 1.5 V and 4.5 V vs Li + / Li; and in (B) two charge and discharge profiles for Cell 10 recorded at a cycling rate of 0.1 C between 1.5 V and 4.2 V vs Na + / Na, as described in Example 3 (b). Results are presented for a first (black line, 1) and a second (red line, 2) cycle of discharge and charge.
  • Figure 25 shows in (A) two charge and discharge profiles for Cell 11 recorded at a cycling speed of 0.1 C between 1.5 V and 4.5 V vs Li + / Li; and in (B) two charge and discharge profiles for Cell 12 recorded at a cycling speed of 0.1 C between 1.5 V and 4.2
  • Figure 26 shows in (A) two charge and discharge profiles for Cell 13 recorded at a cycling rate of 0.1 C between 1.5 V and 4.5 V vs Li + / Li; and in (B) two charge and discharge profiles for Cell 14 recorded at a cycling speed of 0.1 C between 1.5 V and 4.2
  • Figure 27 shows in (A) two charge and discharge profiles for Cell 15 recorded at a cycling rate of 0.1 C between 1.5 V and 4.5 V vs Li + / Li; and in (B) two load profiles and discharge for Cell 16 recorded at a cycling rate of 0.1 C between 1.5 V and 4.2
  • Figure 28 shows in (A) two charge and discharge profiles for Cell 17 recorded at a cycling rate of 0.1 C between 1.5 V and 4.5 V vs Li + / Li; and in (B) two charge and discharge profiles for Cell 18 recorded at a cycling rate of 0.1 C between 1.5 V and 4.2
  • Figure 29 shows in (A) two charge and discharge profiles for Cell 19 recorded at a cycling rate of 0.1 C between 1.5 V and 4.5 V vs Li + / Li; and in (B) two charge and discharge profiles for Cell 20 recorded at a cycling rate of 0.1 C between 1.5 V and 4.2
  • Figure 30 shows in (A) two charge and discharge profiles for Cell 21 recorded at a cycling rate of 0.1 C between 1.5 V and 4.5 V vs Li + / Li; and in (B) two charge and discharge profiles for Cell 22 recorded at a cycling speed of 0.1 C between 1.5 V and 4.2
  • Figure 31 shows in (A) two charge and discharge profiles for Cell 23 recorded at a cycling rate of 0.1 C between 1.5 V and 4.5 V vs Li + / Li; and in (B) two charge and discharge profiles for Cell 24 recorded at a cycling speed of 0.1 C between 1.5 V and 4.2
  • Figure 32 shows in (A) two charge and discharge profiles for Cell 25 recorded at a cycling rate of 0.1 C between 1.5 V and 4.5 V vs Li + / Li; and in (B) two charge and discharge profiles for Cell 26 recorded at a cycling rate of 0.1 C between 1.5 V and 4.2
  • Figure 33 shows in (A) two charge and discharge profiles for Cell 27 recorded at a cycling rate of 0.1 C between 1.5 V and 4.5 V vs Li + / Li; and in (B) two load profiles and discharge for Cell 28 recorded at a cycling rate of 0.1 C between 1.5 V and 4.2
  • Figure 34 shows in (A) two charge and discharge profiles for Cell 29 recorded at a cycling rate of 0.1 C between 1.5 V and 4.5 V vs Li + / Li; and in (B) two charge and discharge profiles for Cell 30 recorded at a cycling rate of 0.1 C between 1.5 V and 4.2
  • Figure 35 shows three charge and discharge profiles for Cell 33 recorded at a cycling rate of 0.1C between 1.5V and 4.2V vs Na + / Na, as described in Example 3 (b ). Results are presented for a first (black line, 1), second (red line, 2), and third (blue line, 3) cycle of discharge and charge.
  • Figure 36 shows three charge and discharge profiles for Cell 34 recorded at a cycling rate of 0.1C between 1.5V and 4.2V vs Na + / Na, as described in Example 3 (b ). Results are presented for a first (black line, 1), second (red line, 2), and third (blue line, 3) cycle of discharge and charge.
  • Figure 37 shows three charge and discharge profiles for Cell 35 recorded at a cycling rate of 0.1C between 1.5V and 4.2V vs Na + / Na, as described in Example 3 (b ). Results are presented for a first (black line, 1), second (red line, 2), and third (blue line, 3) cycle of discharge and charge.
  • Figure 38 shows a graph of capacity (mAh.g ⁇ 1 ) and efficiency (%) as a function of the number of cycles recorded in (A) for Cells 1, 3, 5, 17, 19, 25 and 31 (lithium ion); and in (B) for Cells 2, 4, 6, 18, 26 and 32 (sodium-ion), as described in Example 3 (b).
  • Figure 39 is a table of the reflection parameters of a metal lamellar oxide of potassium having the crystal structure characteristics shown in Table 1, as described in Example 2 (b).
  • Figure 40 is a table of the reflection parameters of a metal lamellar oxide of potassium having the crystal structure characteristics shown in Table 2, as described in Example 2 (b).
  • Figure 41 is a table of the reflection parameters of a lamellar oxide of potassium metal having the crystal structure characteristics shown in Table 3, as described in Example 2 (b).
  • the present technology relates to electrode materials comprising a lamellar oxide of potassium and at least one metallic element as electrochemically active materials, their manufacturing processes and their use in electrochemical cells, for example, in lithium-ion batteries, sodium-ion batteries or potassium-ion batteries.
  • the present technology relates to an electrode material including an electrochemically active material, in which said electrochemically active material includes a lamellar oxide of potassium and of a metal of formula K X MO 2 , in which x is a number such as 0 ⁇ x £ 0.7, and M is selected from Na, Li, Co, Mn, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zn, Mg, Zr, Sb, and a combination of at least two of those -this.
  • the electrochemically active material includes a lamellar oxide of potassium and of a metal of formula K X MO 2 , in which x is a number such as 0 ⁇ x £ 0.7, and M is chosen from Co, Mn, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zr, Sb, and a combination of at least two of these.
  • the electrochemically active material can include a lamellar oxide of potassium and of a metal of formula K x M y Mn 1-y O 2 , in which x is as defined here, y is a number such as 0 £ y £ 1, 0, and M is selected from Na, Li, Co, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zn, Mg, Zr, Sb, and a combination of at least two thereof.
  • M can be chosen from Co, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zr, Sb, and a combination of at least two of these.
  • the electrochemically active material may include a lamellar oxide of potassium and a metal of the formula K x Fe y Mn 1-y O 2 , in which y is as defined herein.
  • the electrochemically active material can include a lamellar oxide of potassium and of metal of the formula K x Ni 0.5X Mn 1-0.5X O 2 , in which x is as defined here.
  • the electrochemically active material may include a lamellar oxide of potassium and of metal of formula K x Ni 0.5X Mn 1-0.5X-y M y O 2 , in which x is as defined here, y is a number such that 0 £ y £ (1.0 - 0.5x), and M is selected from Na, Li, Co, Fe, Ti, Cr, V, Cu, Zn, Mg, Zr, Sb, and a combination of at least two of these. According to one example, M is chosen from Co, Fe, Ti, Cr, V, Cu, Zr, Sb, and a combination of at least two of these.
  • the electrochemically active material may include a lamellar oxide of potassium and metal of the formula K x Ni 0.5X Mn 1-0.5X Ti y O 2 , wherein x and y are as defined herein.
  • the electrochemically active material may include a lamellar oxide of potassium and a metal of the formula K 0.4 Ni 0.2 Mn 0.8-y Ti y O 2 , where y is a number such as 0 £ y £ 0.8.
  • the electrochemically active material includes a lamellar oxide of potassium and of a metal of the formula Na z K x M02, in which x is as defined here, z is a number such that 0 ⁇ x £ 0.8, and M is selected from Li, Co, Mn, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zn, Mg, Zr, Sb, and a combination of at least two thereof.
  • the electrochemically active material includes a lamellar oxide of potassium and of a metal of formula Na z K x MO 2 , in which x and z are as defined here, and M is chosen from Co, Mn, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zr, Sb, and a combination of at least two of these.
  • the electrochemically active material can include a lamellar oxide of potassium and of metal of the formula Na z K x M y Mn 1-y O 2 , in which x and z are as defined here, y is a number such that 0 £ y £ 1, 0, and M is selected from Li, Co, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zn, Mg, Zr, Sb, and a combination of at least two of these this.
  • M can be chosen from Co, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zr, Sb, and a combination of at least two of these.
  • the electrochemically active material may include a lamellar oxide of potassium and a metal of the formula Na z K x Ni y Mn 1-y O 2 , wherein x, y and z are as defined herein.
  • the electrochemically active material can include a lamellar oxide of potassium and metal of the formulas K x MnO 2 , K x NiMnO 2 , K x NiMnTiO 2 , or K x FeMnO 2 , where x is as shown here defined.
  • Non-limiting examples of lamellar oxides of potassium and metal include K 0.67 Ni 0.33 Mn 0.67 O 2 , K 0.6 Ni 0.3 Mn 0.7 O 2 , K 0.5 Ni 0 , 2 5Mn 0.75 O 2 , K 0.4 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 , K 0.4 Ni 0.2 Mn 0, 6 T ⁇ 0.2 O 2 , K 0.4 Ni 0, 2 Mn 0.7 Ti 0.1 O 2, K 0.4 Ni 0.2 Mn 0.7 O 2 0.08 5Ti, K 0.4 Fe 0.4 Mn 0 6 O 2, K 0.4 Ni 0.1 Mn 0.9 O 2 , K 0.4 MnO 2 , K 0.3 Ni 0.15 Mn 0.8 5O 2 , K 0.3 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 , K 0 , 3 MnO 2 , K 0.2 Ni 0.1 Mn 0.9 O 2 , K 0.2 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 , K 0 MnO 2 , K 0.1 Ni 0.05 Mn 0.95 O 2
  • the electrochemically active material can optionally be doped with other elements or impurities included in smaller amounts, for example to modulate or optimize its electrochemical properties.
  • the electrochemically active material can be doped by the partial substitution of the metal by other ions.
  • the electrochemically active material can be doped with a transition metal (e.g. Fe, Co, Ni, Mn, Ti, Cr, Cu, V, Zn, and / or Y) and / or a metal other than transition metal (eg, Mg, Al, and / or Sb).
  • the electrode material can be substantially free of lithium and / or sodium.
  • the electrochemically active material can include less than 2% by weight, less than 1% by weight, less than 0.5% by weight, less than 0.1% by weight, less than 0.05% by weight, or less than 0.01% by weight of lithium and / or sodium.
  • the electrochemically active material can be delithiated and / or deodized.
  • the electrochemically active material can be in the form of particles (eg, microparticles, or nanoparticles) which can be freshly formed and can further include a coating material.
  • the coating material can be an electronically conductive material, for example, a carbon coating.
  • the electrode material as described here may further include an electronically conductive material.
  • Non-limiting examples of electronically conductive materials include a carbon source such as carbon black (eg, Ketjen TM carbon, or Super P TM carbon), acetylene black (eg, Shawinigan carbon, or Denka TM carbon black), graphite, graphene, carbon fibers (for example, gas-formed carbon fibers (VGCFs)), carbon nanofibers, carbon nanotubes (CNTs), or a combination of at least two of these.
  • the electronically conductive material is chosen from Ketjen TM carbon, Super P TM carbon, VGCFs, and a combination of these.
  • the electrode material as described here can also include a binder.
  • the binder can be chosen for its compatibility with the different elements of an electrochemical cell. Any known compatible binder is contemplated.
  • the binder can be a fluoropolymer binder, a water soluble (water soluble) binder, or an ion conductive polymer binder, such as copolymers composed of at least one lithium ion solvation segment. , such as a polyether, and optionally at least one crosslinkable segment (for example, polymers based on poly (ethylene oxide) (PEO) including methyl methacrylate units).
  • PEO poly (ethylene oxide)
  • the binder is a fluoropolymer such as polyvinylidene fluoride (PVDF) or polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • the binder is a water-soluble binder such as styrene-butadiene rubber (SBR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), hydrogenated NBR (HNBR), epichlorohydrin rubber (CHR) , or acrylate rubber (ACM), and optionally comprising a thickening agent such as carboxymethylcellulose (CMC), or a polymer such as poly (acrylic acid) (PAA), poly (methyl methacrylate) (PMMA) , or a combination of these.
  • SBR styrene-butadiene rubber
  • NBR acrylonitrile-butadiene rubber
  • HNBR hydrogenated NBR
  • CHR epichlorohydrin rubber
  • ACM acrylate rubber
  • CMC carboxymethylcellulose
  • PAA poly (acrylic acid)
  • the binder is a polymer binder of polyether type.
  • the polyether type polymeric binder is linear, branched and / or crosslinked and is based on PEO, poly (propylene oxide) (PPO), or a combination of both (such as an EO / PO copolymer), and optionally comprises crosslinkable units.
  • the binder is PVDF, or a polymer of polyether type as defined here.
  • the electrode material as described herein may further include additional components or additives such as inorganic particles, glass or ceramic particles, ionic conductors, salts, and the like.
  • the present technology is also directed to an electrode including the electrode material as defined herein on a current collector (eg, aluminum foil or copper).
  • a current collector eg, aluminum foil or copper
  • the electrode can be self-supporting.
  • the electrode is a positive electrode.
  • the present technology also relates to an electrochemical cell including a negative electrode, a positive electrode and an electrolyte, in which the positive electrode is as defined herein.
  • the negative electrode includes an electrochemically active material selected from all known compatible electrochemically active materials.
  • the electrochemically active material of the negative electrode can be chosen for its electrochemical compatibility with the different elements of the electrochemical cell as defined here.
  • Non-limiting examples of negative electrode electrochemically active materials include alkali metals, alkali metal alloys, pre-lithium electrochemically active materials, presodinated electrochemically active materials, and prepotched electrochemically active materials.
  • the electrochemically active material of the negative electrode can be metallic lithium, metallic sodium, metallic potassium, or an alloy including at least one of these.
  • the electrochemically active material of the negative electrode can be a pre-lithium alloy, a pre-lithium graphite, a pre-lithium silicon, a pre-lithium oxide, or a combination of these when compatible.
  • the electrochemically active material of the negative electrode can be a presodized alloy, presodized hard carbon, or a presodized oxide.
  • the electrochemically active material of the negative electrode can be a prepotassed alloy, a prepotassed graphite, a prepotassed hard carbon, or a prepotassed oxide.
  • the electrolyte can also be chosen for its compatibility with the various elements of the electrochemical cell. Any type of compatible electrolyte is considered.
  • the electrolyte can be a liquid electrolyte including a salt in a solvent.
  • the electrolyte can be a gel electrolyte including a salt in a solvent and optionally a solvating polymer.
  • the electrolyte can be a solid polymer electrolyte including a salt in a solvating polymer.
  • the electrolyte can be a glass or ceramic electrolyte.
  • the electrolyte is a solid polymer electrolyte free from solvent, a glass electrolyte, or a ceramic electrolyte.
  • the salt if present in the electrolyte can be a metal salt, such as a lithium salt, a sodium salt, or a potassium salt.
  • Non-limiting examples of lithium salts include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI), lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI), 2-trifluoromethyl-4, Lithium 5-dicyano- imidazolate (LiTDI), lithium 4,5-dicyano-1, 2,3-triazolate (LiDCTA), lithium bis (pentafluoroethylsulfonyl) imide (LiBETI), lithium tetrafluoroborate (L1BF 4 ), lithium bis (oxalato) borate (LiBOB), lithium nitrate (LiNO3), lithium chloride (LiCI), lithium bromide (LiBr), lithium fluoride (LiF), lithium perchlorate (LiCIO 4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), lithium tri
  • the lithium salt is LiPF 6 , LiFSI, LiTFSI, or LiTDI.
  • sodium salts include sodium hexafluorophosphate (NaPF 6), sodium perchlorate (NaClO 4), bis (trifluoromethanesulfonyl) imide sodium (NaTFSI), bis (fluorosulfonyl) imide sodium (nafsi ), sodium 2-trifluoromethyl-4,5-dicyano-imidazolate (NaTDI), sodium bis (pentafluoroethylsulfonyl) imide (NaBETI), sodium trifluoromethanesulfonate (NaSO 3 CF 3 ) (NaTf), sodium fluoride (NaF), sodium nitrate (NaNO 3 ), and their combinations.
  • the sodium salt is NaPF 6 , NaFSI, NaTFSI, or NaCIO 4 .
  • potassium salts include potassium hexafluorophosphate (KPF 6 ), potassium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (KTFSI), potassium bis (fluorosulfonyl) imide (KFSI), potassium trifluoromethanesulfonate (KSO 3) CF 3 ) (KTf), and their combinations.
  • the potassium salt is KPF 6 .
  • the solvent if present in the electrolyte may be a non-aqueous solvent.
  • non-aqueous solvents include cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), and vinylene carbonate (VC); acyclic carbonates such as dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), methyl ethyl carbonate (EMC), and dipropyl carbonate (DPC); lactones such as ⁇ -butyrolactone (g-BL), and ⁇ -valerolactone (g-VL); acyclic ethers such as 1,2-dimethoxyethane (DME), 1, 2-diethoxyethane (DEE), ethoxy methoxy ethane (EME), trimethoxymethane, and ethylmonoglyme; cyclic ethers such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1, 3-
  • the electrolyte comprises a salt chosen from lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), sodium hexafluorophosphate (NaPF 6 ), sodium perchlorate (NaCIO 4 ), or potassium hexafluorophosphate (KPF 6) ) dissolved in a mixture of non-aqueous solvents such as a mixture of ethylene carbonate and diethyl carbonate (EC / DEC) ([3: 7] by volume), ethylene carbonate and dimethyl carbonate (EC / DMC) ([4: 6] by volume), or dissolved in dimethyl carbonate (DMC), or propylene carbonate.
  • LiPF 6 lithium hexafluorophosphate
  • NaPF 6 sodium hexafluorophosphate
  • NaCIO 4 sodium perchlorate
  • KPF 6 potassium hexafluorophosphate
  • the electrolyte is a liquid electrolyte and the electrode material comprises an electrochemically active material, an electronically conductive material and a binder in a composition ratio of about 80: 10: 10.
  • the material d The electrode comprises about 80% by weight of the electrochemically active material, about 10% by weight of the electronically conductive material and about 10% by weight of the binder.
  • the electrolyte is a gel electrolyte or a polymer gel electrolyte.
  • the polymer gel electrolyte can include, for example, a polymer precursor and a salt (eg, a salt as defined above), a solvent (eg, a solvent as defined above), and a polymerization initiator. and / or crosslinking, when necessary.
  • Non-limiting examples of gel electrolytes include, without limitation, the gel electrolytes described in PCT patent applications published under numbers WO2009 / 111860 (Zaghib et al.) And WO2004 / 068610 (Zaghib et al.).
  • the electrolyte can also be a solid polymer electrolyte.
  • the solid polymer electrolyte can be chosen from all known solid polymer electrolytes and can be chosen for its compatibility with the various elements of the electrochemical cell.
  • the solid polymer electrolyte can be chosen for its compatibility with lithium, sodium, and / or potassium.
  • Solid polymer electrolytes generally comprise a salt as well as one or more solid polar polymer (s), optionally crosslinked.
  • Polyether type polymers such as those based on PEO, can be used, but several other compatible polymers are also known for the preparation of solid polymer electrolytes and are also contemplated.
  • the polymer can be crosslinked. Examples of such polymers include branched polymers, for example, star polymers or comb polymers such. than those described in the PCT patent application published under number W02003 / 063287 (Zaghib et al.).
  • the electrolyte is a solid polymer electrolyte including a salt in a solvating polymer.
  • the polymer of the solid polymer electrolyte is PEO and the salt is LiTFSI, LiFSI, LiTDI, NaTFSI, or NaFSI.
  • the electrolyte is a solid polymer electrolyte and the electrode material comprises from about 50% by weight to about 75% by weight of the electrochemically active material, from about 1% by weight to about 5% by weight. weight of the electronically conductive material, and from about 20% by weight to about 49% by weight of the binder.
  • the electrolyte is a ceramic electrolyte.
  • the ceramic electrolyte may include an ion-conductive crystalline ceramic or an ion-conductive amorphous ceramic (eg, ion-conductive amorphous glass) or an ion-conductive glass ceramic.
  • Non-limiting examples of glass or ceramic electrolytes include site-deficient perovskite-type electrolytes, garnet-type electrolytes, NASICON-type glass-ceramic electrolytes, LISICON-type electrolytes, aluminum oxides (AI 2 O 3 ) conductors of sodium ions (Na + ) stabilized with lithium, and other similar glass or ceramic electrolytes.
  • a gel electrolyte or a liquid electrolyte as defined above can also impregnate a separator such as a polymer separator.
  • separators include membranes of polyethylene (PE), polypropylene (PP), cellulose, polytetrafluoroethylene (PTFE), poly (vinylidene fluoride) (PVDF), and polypropylene-polyethylene-polypropylene (PP / PE / PP).
  • the separator is a commercial polymer separator of the Celgard TM type.
  • the electrolyte can also optionally comprise additional components or additives such as ionic conductors, inorganic particles, glass or ceramic particles, for example, nanoceramics (such as Al 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2 , and other similar compounds) and other similar additives.
  • additional components or additives such as ionic conductors, inorganic particles, glass or ceramic particles, for example, nanoceramics (such as Al 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2 , and other similar compounds) and other similar additives.
  • the present technology also relates to a battery comprising at least one electrochemical cell as defined here.
  • the battery can be a lithium battery, a lithium-ion battery, a sodium battery, a sodium-ion battery, a potassium battery, or a potassium-ion battery.
  • the battery is a lithium battery or a lithium-ion battery.
  • the electrolyte is a liquid electrolyte as defined here and the electrochemically active material of the negative electrode comprises metallic lithium, a lithium-based alloy, a pre-lithium alloy, a pre-lithium graphite, a pre-lithium silicon, or a prelithiated oxide.
  • the electrolyte is a gel electrolyte as defined here and the electrochemically active material of the negative electrode comprises metallic lithium, a lithium-based alloy, a pre-lithium alloy, a pre-lithium graphite, or a lithium-based alloy. pre-lithium silicon.
  • the electrolyte is a solid polymer electrolyte and the electrochemically active material of the negative electrode comprises metallic lithium, a lithium-based alloy, a prithied graphite, or a prithied silicon.
  • the electrolyte is a ceramic electrolyte and the electrochemically active material of the negative electrode comprises metallic lithium, a lithium-based alloy, or a preithied graphite, and / or a preithied silicon.
  • the battery is a sodium battery or a sodium-ion battery.
  • the electrolyte is a liquid electrolyte as defined here and the electrochemically active material of the negative electrode comprises metallic sodium, a sodium-based alloy, a presodium alloy, presodized hard carbon, or an oxide. presodied.
  • the electrolyte is a gel electrolyte as defined herein and the electrochemically active material of the negative electrode comprises metallic sodium, a sodium-based alloy, a presodized alloy, or presodized hard carbon. .
  • the electrolyte is a solid polymer electrolyte and the electrochemically active material of the negative electrode comprises metallic sodium, a sodium-based alloy, or presodized hard carbon.
  • the electrolyte is a ceramic electrolyte and the electrochemically active material of the negative electrode comprises metallic sodium, a sodium-based alloy, or presodized hard carbon.
  • the battery is a potassium battery or a potassium-ion battery.
  • the electrolyte is a liquid electrolyte as defined here and the electrochemically active material of the negative electrode comprises metallic potassium, a potassium-based alloy, a pre-potassium alloy, a pre-potassium graphite, a pre-potassium hard carbon, or a pre-potassium oxide.
  • the electrolyte is an electrolyte gel as defined herein and the electrochemically active material of the negative electrode comprises metallic potassium, a potassium-based alloy, a pre-potassium alloy, a pre-potassium graphite, or a pre-potassium hard carbon.
  • the electrolyte is a solid polymer electrolyte and the electrochemically active material of the negative electrode comprises metallic potassium, a potassium-based alloy, a pre-potassium graphite, or a pre-potassium hard carbon.
  • the electrolyte is a ceramic electrolyte and the electrochemically active material of the negative electrode comprises metallic potassium, a potassium-based alloy, a pre-potassium graphite, or a pre-potassium hard carbon.
  • the present technology also relates to a lamellar oxide of potassium and of metal which is in crystalline form and of formula K X MO 2 , in which x is a number such as 0 ⁇ x £ 0.7, and M is chosen from Li, Co , Mn, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zn, Mg, Zr, Sb and their combinations.
  • the present technology also relates to a lamellar oxide of potassium and of metal in crystalline form of formula K X MO 2 , in which x is a number such that 0 ⁇ x £ 0.7, and M is chosen from Co, Mn, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zr, Sb, and their combinations.
  • the lamellar oxide of potassium metal in crystalline form is of formula K 0.67 Ni 0.33 Mn 0.67 O 2 , and has an XRD unit substantially as shown in Figure 1.
  • the lamellar oxide of potassium and of metal in crystalline form is of formula K 0.6 Ni 0.3 Mn 0.7 O 2 , and has an XRD unit substantially as shown in Figure 2.
  • the lamellar oxide of potassium and of metal in crystalline form is of formula K 0.5 Ni 0.25 Mn 075 O 2 , and has an XRD unit substantially as shown in Figure 3.
  • the lamellar oxide of potassium and of metal in crystalline form is of formula K 0.4 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 , and has an XRD unit substantially as shown in Figure 4.
  • the lamellar oxide of potassium and of metal in crystalline form is of formula K 0.4 Ni 0.2 Mn 0.6 Ti 0.2 O 2 , and has an XRD unit substantially as shown in Figure 5.
  • the lamellar oxide of potassium and of metal in crystalline form is of formula K 0.4 Ni 0.2 Mn 0.7 Ti 0.1 O 2 , and has an XRD unit substantially as shown in Figure 6.
  • the lamellar oxide of potassium and of metal in crystalline form is of formula K 0.4 Ni 0.2 Mn 0.75 Ti 0.08 O 2 , and has an XRD unit substantially as shown in Figure 7.
  • the lamellar oxide of potassium and of metal in crystalline form is of formula K 0.4 Fe 0.4 Mn 0.6 O 2 , and has an XRD unit substantially as shown in Figure 8.
  • the lamellar oxide of potassium and of metal in crystalline form is of formula K 0.4 Ni 0.1 Mn 0.9 O 2 , and has an XRD unit substantially as shown in Figure 9.
  • the lamellar oxide of potassium and of metal in crystalline form is of formula K 0.4 MnO 2 , and has an XRD unit substantially as shown in Figure 10.
  • the lamellar oxide of potassium and of metal in crystalline form is of formula K 0.5 Ni 0.15 Mn 0.85 O 2 , and has an XRD unit substantially as shown in Figure 11.
  • the lamellar oxide of potassium and of metal in crystalline form is of formula K 0.3 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 , and has an XRD unit substantially as shown in Figure 12.
  • the lamellar oxide of potassium and of metal in crystalline form is of formula K 0.3 MnO 2 , and has an XRD unit substantially as shown in Figure 13.
  • the lamellar oxide of potassium and of metal in crystalline form is of formula K 0.2 Ni 0.1 Mn 0.9 O 2 , and has an XRD unit substantially as shown in Figure 14.
  • the lamellar oxide of potassium and of metal in crystalline form is of formula K 0.2 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 , and has an XRD unit substantially as shown in Figure 15.
  • the lamellar oxide of potassium and of metal in crystalline form is of formula K 0.2 MnO 2 , and has an XRD unit substantially as shown in Figure 16.
  • the lamellar oxide of potassium and of metal in crystalline form is of formula K 0.1 Ni 0.08 Mn 0.95 O 2 , and has an XRD unit substantially as shown in Figure 17.
  • the lamellar oxide of potassium and of metal in crystalline form is of formula Na 0.74 K 0.08 Ni 0.41 Mn 0.59 O 2 , Na 0.6 K 0.08 Ni 0, 3 4mn 0, 6 6O 2, Na 0.7 4K 0.08 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2, Na 0, qK 0.08 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2, Na 0.3 2K 0.08 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 , or Na 0.2 K 0.2 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 , and has an XRD pattern substantially as shown in Figure 18.
  • the lamellar oxide of potassium and of metal in crystalline form of formula K X MO 2 has XRD 2Q (°) reflections substantially as presented in FIG. 39.
  • the lamellar oxide of potassium and metal in crystalline form of formula K X MO 2 has XRD 2Q (°) reflections substantially as shown in Figure 40.
  • the lamellar oxide of potassium and metal in crystalline form of formula K X MO 2 has XRD 2Q (°) reflections substantially as presented in Figure 41.
  • the lamellar oxide of potassium and of metal in crystalline form is of formula K 0.4 Ni 0, 2 Mn 0.8 O 2 , and has an XRD motif substantially as shown in Figure 4, or has XRD 2Q (°) reflections substantially as shown in Figure 40.
  • the lamellar oxide of potassium and of metal in crystalline form is of formula K 0.4 Ni 0.2 Mn 0.6 Ti 0.2 O 2 , and has an XRD unit substantially as shown. in Figure 5.
  • the lamellar oxide of potassium and of metal in crystalline form is of formula K 0.4 Ni 0.2 Mn 0.7 Ti 0.1 O 2 , and has an XRD unit substantially as shown. in Figure 6, or has XRD 2Q (°) reflections substantially as shown in Figure 40.
  • the lamellar oxide of potassium and of metal in crystalline form is of formula K 0.4 Ni 0.2 Mn 0.75 Ti 0.08 O 2 , and has an XRD unit substantially as shown. in Figure 7, or has XRD 2Q (°) reflections substantially as shown in Figure 40.
  • the lamellar oxide of potassium and of metal in crystalline form is of formula K 0.4 Fe 0.4 Mn 0.6 O 2 , and has an XRD unit substantially as shown in Figure 8 , or has XRD 2Q (°) reflections substantially as presented in Figure 41.
  • the lamellar oxide of potassium and metal in crystalline form is of formula K 0.4 Ni 0.1 Mn 0.9 O 2 , and has an XRD pattern substantially as shown in Figure 9, or has XRD 2Q (°) reflections substantially as shown in Figure 39 and / or Figure 40.
  • the lamellar oxide of potassium and of metal in crystalline form is of formula K 0.5 Ni 0.15 Mn 0.85 O 2 , and has an XRD unit substantially as shown in Figure 11 , or has XRD 2q (°) reflections substantially as shown in Figure 40.
  • the lamellar oxide of potassium and of metal in crystalline form is of formula K 0.3 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 , and has an XRD unit substantially as shown in Figure 12 , or has XRD 2Q (°) reflections substantially as shown in Figure 40.
  • the lamellar oxide of potassium and of metal in crystalline form is of formula K 0.2 Ni 0.1 Mn 0.9 O 2 , and has an XRD unit substantially as shown in Figure 14 , or has XRD 2Q (°) reflections substantially as shown in Figure 40 and / or Figure 41.
  • the lamellar oxide of potassium and of metal in crystalline form is of formula K 0.2 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 , and has an XRD unit substantially as presented in FIG. 15, or has XRD 2Q (°) reflections substantially as shown in Figure 41.
  • the lamellar oxide of potassium and metal in crystalline form is of formula K 0.1 Ni 0, 08 Mn 0.95 O 2 , and has an XRD pattern substantially as shown in Figure 17, or has XRD 2Q (°) reflections substantially as shown in Figure 41.
  • Na 0.3 2K 0.08 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 , and Na 0.2 K 0.2 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 were prepared using reaction techniques solid state.
  • the respective precursors K2CO3 / KOH, and metal oxides such as Na 2 CO 3 , Mn 2 O 3 , C0 2 O 3 , CuO, ZrO 2 , NiO, Fe 2 0 3 , and TiO 2 ) were weighed in order to 'obtain the desired stoichiometries.
  • the samples were prepared by grinding and mixing the precursor powders.
  • the ground and mixed precursor powders were then placed in an oven and heated to a temperature between 600 ° C and 1000 ° C under an atmosphere of air or oxygen for 5 to 24 hours. For example, at a temperature between 800 ° C and 1000 ° C and for 6 to 8 hours.
  • the lamellar oxides of potassium and of metal as defined herein can be prepared using techniques of synthesis in liquid medium.
  • the lamellar oxides of potassium and metal as defined herein can be prepared by a sol-gel process, for example, by a sol-gel process (333SG) similar to that described by Hashem et al. (Hashem, Ahmed M., et al. Research on Engineering Structures and Materials 1.2 (2015): 81- 97).
  • sol-gel powders 333SG are synthesized using citric acid as the chelating agent.
  • the respective precursors (metal acetates, in which the metal is Na, Mn, Ti, K, Fe or Ni) are weighed to obtain the desired stoichiometry and dissolved in distilled water.
  • the solution is added dropwise to an aqueous citric acid solution of about 1 mol / L stirred continuously.
  • the pH is adjusted to a value between about 7.0 and about 8.0 with ammonium hydroxide.
  • the solution is then heated to a temperature of between approximately 70 ° C. and approximately 80 ° C., while stirring in order to evaporate the solvents, until a transparent sol-gel precursor is obtained.
  • the resulting sol-gel precursor is calcined in an oven at a temperature of about 450 ° C for about 8 hours under an atmosphere of air or oxygen in order to remove the organic content. Finally, the powder thus obtained is ground in a mortar and calcined at a temperature of approximately 900 ° C. for approximately 12 hours.
  • Figures 1 to 17 show respectively in (A) the X-ray diffraction diagrams for the lamellar oxide powders of potassium and metal of formulas K 0.67 Ni 0.3 3Mn 0.67 O 2 , K 0, qNi 0.3 Mn 0.7 O 2 , K 0.8 Ni 0.2 5Mn 0.7 5O 2 , K 0.4 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 , K 0.4 Ni 0.2 Mn 0, 6 Ti 0.2 O 2 , K 0.4 Ni 0.2 Mn 0.7 Ti 0, lO 2 , K 0.4 Ni 0.2 Mn 0.7 5Ti 0, 05O 2 , K 0.4 Fe 0.4 Mn 0 6 O 2, K 0.4 Ni 0, LMN 0.9 O 2, K 2 MnO 0.4, K 0.3 Ni 0, 15Mn 0.8 5O 2, K 0.3 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 , K 0.3 MnO 2 , K 0.2 Ni 0.1 Mn 0.9 O 2 , K 0.2 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 ,
  • Figure 18 respectively show the X-ray diffraction patterns for potassium lamellar oxide powders and metal Na formulas 0.7 4K 0.08 Ni 0.4 Mn 0.5 9O l 2, Na 0, 6 K 0.08 Ni 0.3 4mn 0, 6 6O 2, Na 0.7 4K 0.08 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2, Na 0, 6 K 0.08 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 , Na 0.3 2K 0.08 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 , and Na 0.2 K 0.2 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 .
  • Characteristics of the crystal structure The data processing and characterization of the crystal structure was carried out by indexing and comparing the XRD spectra with models from a database to confirm the crystal structure of the lamellar oxides of potassium and of metal.
  • Figures 1 to 3 (B) and Figure 9 (C) respectively show an illustration of the crystal structure of lamellar oxides of potassium and metal of formula K 0.67 Ni 0.33 Mn 0.67 O 2 , K 0.6 Ni 0.3 Mn 0.7 O 2 , K 0.5 Ni 0.2 5Mn 0.7 5O 2 , and K 0.4 Ni 0.1 Mn 0.9 O 2 and having the characteristics of crystal structure shown in Table 1.
  • Figures 4, 6, 7, 9, 11, 12 and 14 show respectively an illustration of the crystal structure of the lamellar oxides of potassium and metal of the formulas K 0.4 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 , K 0.4 Ni 0.2 Mn 0.7 Ti 0.1 O 2 , K 0.4 Ni 0.2 Mn 0.7 5Ti 0.08 O 2 , K 0.4 Ni 0.1 Mn 0, 9 O 2 , K 0.3 Ni 0.1 sMn 0.85 O 2 , K 0.3 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 and K 0.2 Ni 0.1 Mn 0.9 O 2 , and having the characteristics of crystal structure shown in Table 2.
  • FIG. 40 The reflection parameters of lamellar oxides of potassium and metal having the characteristics of the crystal structure shown in Table 2 are shown in Figure 40.
  • Figures 8 (B), 14 (C), 15 (B) and 17 (B) respectively show an illustration of the crystal structure of the lamellar oxides of potassium and metal of the formulas K 0.4 Fe 0.4 Mn 0, 6 O 2 , K 0.2 Ni 0.1 Mn 0.9 O 2 , K 0.2 Ni 0.2 Mn 0.8 O 2 , and K 0.1 Ni 0.08 Mn 0.9 5O 2 and having the characteristics of crystal structure shown in Table 3.
  • Table 3 Table 3.
  • FIG 41 The reflection parameters of the lamellar oxides of potassium and of metal having the characteristics of crystal structure shown in Table 3 are shown in Figure 41.
  • Figures 10 and 13 respectively show in (B) an illustration of the crystal structure of the lamellar oxides.
  • Figure 16 shows in (B) the characteristics of the crystal structure of a lamellar oxide of potassium and of a metal of formula K 0.2 MnO 2 .
  • the main phase consists of a tetragonal manganese oxide Mn 3 O 4 .
  • Example 1 The electrochemical properties of the electrochemically active materials as prepared in Example 1 (a) were studied.
  • the electrochemical cells were assembled according to the configurations of electrochemical cells presented in Table 5. a) Configurations of the electrochemical cells
  • electrochemical cells were assembled in 2032 type button cell cases with the components shown above and negative electrodes including lithium or sodium metallic films on aluminum current collectors.
  • the electrochemical cells comprised an electrode material comprising about 80% by weight of electrochemically active material, about 10% by weight of binder (PVDF) and about 10% by weight of electronically conductive material (Ketjen TM black, Super P TM or VGCF ). All electrochemical cells comprising liquid electrolytes were assembled with Celgard TM separators.
  • the electrochemical cell separators comprising negative electrodes including a metallic lithium film were impregnated with a 1 M solution of LiPF 6 in an EC / DMC mixture ([4: 6] by volume) in the form of liquid electrolyte and approximately 2% by volume of VC.
  • the separators of the electrochemical cells comprising negative electrodes including a metallic sodium film were impregnated with a 1 M solution of NaPF 6 in an EC / DEC ([3: 7] by volume) or EC / DMC ([4: 6] by volume) as a liquid electrolyte.
  • b) Electrochemical Behavior of Lamellar Oxides of Potassium and of Metal This example illustrates the electrochemical behavior of electrochemical cells as described in Example 3 (a).
  • Figure 19 shows a graph of the capacity (mAh.g 1 ) versus x in a lamellar oxide of potassium and a metal of the formula K x Ni 0.5 xMn 1-0.5 xO 2 recorded for x between 0, 1 and 0.7. The results are presented for a lithium-ion battery (red line) and for a sodium-ion battery (black line). As shown in Figure 19, x can preferably be about 0.4.
  • Figures 20 to 37 show the charge and discharge profiles for Cells 1 to 28 and 33 to 35.
  • the charge and discharge were performed at 0.1 C between 1.5 V and 4.5 V vs Li + / Li for all electrochemical cells including metallic lithium film as negative electrode and at 0.1 C between 1.5 V and 4.2 V vs Na + / Na for all electrochemical cells including metallic sodium film as a negative electrode.
  • Charging and discharging were carried out at a temperature of 25 ° C starting with discharging. The results are presented for a first (black line, 1), a second (red line, 2), and possibly a third (blue line, 3) cycle of discharge and charge.
  • the capacities delivered by each of the electrochemical cells are presented in Table 6. Table 6. Capacity delivered by the cells of Table 5
  • Figure 38 shows a graph representing the capacity (mAh g -1 ) and the efficiency (%) versus the number of cycles in (A) for Cells 1, 3, 5, 17, 19, 25 and 31; and in (B) for cells 2, 4, 6, 18, 26 and 32.
  • the long cycling experiments were carried out at a constant charge and discharge current of C / 10 and at a temperature of about 25 ° vs.
  • the results shown in Figure 38 (A) were recorded vs Li + / Li for approximately 45 cycles; and in (B) vs Na + / Na for about 35 cycles.

Abstract

Des matériaux d'électrode comprenant un matériau électrochimiquement actif, dans lesquels ledit matériau électrochimiquement actif comprend un oxyde lamellaire de potassium et de métal. L'oxyde lamellaire de potassium et de métal peut être de formule KxMO2. L'invention concerne également des électrodes, des cellules électrochimiques et des batteries comprenant ledit matériau d'électrode. Par exemple, ladite batterie peut être une batterie au lithium ou lithium-ion, une batterie au sodium ou sodium-ion, ou une batterie au potassium ou potassium-ion.

Description

MATÉRIAUX D’ÉLECTRODE COMPRENANT UN OXYDE LAMELLAIRE DE POTASSIUM ET DE MÉTAL, ÉLECTRODES LES COMPRENANT ET LEUR UTILISATION EN
ÉLECTROCHIMIE
DEMANDE RELIEE La présente demande revendique la priorité, sous la loi applicable, de la demande de brevet provisoire américaine N° 62/855,537 déposée le 31 mai 2019, le contenu de laquelle est incorporé ici par référence dans son intégralité et à toutes fins.
DOMAINE TECHNIQUE
La présente demande se rapporte au domaine des matériaux électrochimiquement actifs et de leurs utilisations dans des applications électrochimiques. Plus particulièrement, la présente demande concerne généralement des matériaux d'électrode comprenant un oxyde lamellaire de potassium et de métal en tant que matériau électrochimiquement actif, les électrodes les comprenant, leurs procédés de fabrication et leur utilisation dans des cellules électrochimiques.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE Les batteries dites tout solide sont une solution émergente pour les batteries de véhicules électriques ou les batteries de traction des voitures électriques de nouvelle génération. Par rapport aux batteries lithium-ion conventionnelles utilisant des électrolytes liquides, les batteries tout solide peuvent généralement être fabriquées à moindre coût, et peuvent présenter une durée de vie améliorée, des temps de charge plus rapides, des performances plus élevées, et une sécurité améliorée.
En raison de leur capacité théorique plus élevée, et de leur potentiel à résoudre certains problèmes de densité énergétique associés batteries lithium-ion conventionnelles, les batteries comprenant des anodes de lithium ou de sodium métallique ont été revisitées et améliorées afin de remplacer les anodes en graphite dans les systèmes de stockage à densité énergétique élevée.
Cependant, le coût plus élevé des matériaux de cathode commerciaux classiques pour les batteries lithium-ion (par exemple, le dioxyde de cobalt et de lithium (UC0O2 ) et les oxydes de lithium, de nickel, de manganèse et de cobalt (NMC) tels que le LiNi0,33Mn0,33Co0,33O2 (NMC 111), le LiNi0,6Mn0,2Co0,2O2 (NMC 622), et le LiNi0,8Mn0,1Co0,1O2 (NMC 811)), et les procédés complexes de synthèse ou de production des matériaux d'électrodes exempts de lithium, limitent l'adoption des batteries tout solide, en particulier dans les systèmes de stockage d'énergie à grande échelle.
Par conséquent, il existe donc un besoin pour le développement de nouveaux matériaux d'électrode excluant un ou plusieurs des inconvénients des matériaux de cathode commerciaux conventionnels. Par exemple, il existe un besoin pour des matériaux à faible coût, à haute capacité et à haut voltage pour les batteries tout solide.
SOMMAIRE
Selon un aspect, la présente technologie concerne un matériau d'électrode comprenant un matériau électrochimiquement actif, ledit matériau électrochimiquement actif comprenant un oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule KXMO2 , dans laquelle x est un nombre tel que 0 < x £ 0,7, et M est choisi parmi Co, Mn, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zr, Sb, et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
Dans un mode de réalisation, le matériau électrochimiquement actif comprend un oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule KxMyMn1-yO2 , dans laquelle x est tel qu’ici défini, y est un nombre tel que 0 £ y £ 1 ,0, et M est choisi parmi Co, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zr, Sb, et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci. Par exemple, l’oxyde lamellaire de potassium et de métal est de formule KxFeyMn1-y O2, dans laquelle x et y sont tels qu’ici définis.
Dans un autre mode de réalisation, l’oxyde lamellaire de potassium et de métal est de formule KxNi0,5XMn1-0,5XO2 , dans laquelle x est tel qu’ici défini.
Dans un autre mode de réalisation, l’oxyde lamellaire de potassium et de métal est de formule KxNi0,5XMn1-0,5X-yMyO2 , dans laquelle x est tel qu’ici défini, y est un nombre tel que 0 £ y £ (1 ,0 - 0,5x), et M est choisi parmi Co, Fe, Ti, Cr, V, Cu, Zr, Sb, et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci. Par exemple, l’oxyde lamellaire de potassium et de métal est de formule KxNi0,5XMni- 0,5XTiyO2 , dans laquelle x et y sont tel qu’ici définis.
Dans un autre mode de réalisation, l’oxyde lamellaire de potassium et de métal est choisi dans le groupe constitué de K0,67Ni0,33Mn0,67O2 , K0,6Ni0,3MnojO2 , K0,5Ni0,25Mn0,75O2 , K0,4Ni0,2Mn0,8O2 , K0,4Ni0,2Mn0, 6Tί0,2O2 , K0,4Ni0,2Mn0,7Ti0,1O2 , K0,4Ni0,2Mn0,75Ti0,08O2 , K0,4Fe0,4Mn0, 6O2 , K0,4Ni0,1Mn0,9O2 , K0,4MnO2 , K0,3Ni0,15Mn0,85O2 , K0,3Ni0,2Mn0,8O2 , K0,3MnO2 , KO2 Ni0 1Mn0,9O2 , K0,2Ni0,2Mn0,8O2 , K0,2MnO2 , K0,1 Ni0.05Mn0.95O2 , K0,1 Ni0,1Mn0,9O2 , et d’une combinaison d’au moins deux de ceux-ci. Selon un autre aspect, la présente technologie concerne un matériau d'électrode comprenant un matériau électrochimiquement actif, ledit matériau électrochimiquement actif comprenant un oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule NazKxMO2 , dans laquelle x est un nombre tel que 0 < x £ 0,7, z est un nombre tel que 0 <x £ 0,8, et M est choisi parmi Co, Mn, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zr, Sb, et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
Dans un mode de réalisation, le matériau électrochimiquement actif comprend un oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule NazKxMyMn1-yO2 , dans laquelle x et z sont tels qu’ici définis, y est un nombre tel que 0 £ y £ 1 ,0, et M est choisi parmi Co, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zr, Sb, et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
Dans un autre mode de réalisation, l’oxyde lamellaire de potassium et de métal est de formule NazKxNiyMn1-yO2 , dans laquelle x et z sont tels qu’ici définis, et y est un nombre tel que 0 £ y £ 1 ,0.
Dans un autre mode de réalisation, l’oxyde lamellaire de potassium et de métal est choisi dans le groupe constitué de Na0,74K0,08Ni0,4iMn0,59O2 , Na0, 6K0,08Ni0,34Mn0,66O2 , Na0,74K0,08Ni0,2Mn0,8O2 , Na0,6K0,08Ni0,2Mn0,8O2 , Na0,32K0,08Ni0,2Mn0,8O2 , Na0,2K0,2Ni0,2Mn0,8O2 , et d’une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
Dans un autre mode de réalisation, le matériau d'électrode comprend en outre un matériau conducteur électronique. Selon un exemple, le matériau conducteur électronique est choisi dans le groupe constitué du noir de carbone, du noir d’acétylène, du graphite, du graphène, des fibres de carbone, des nanofibres de carbone, des nanotubes de carbones, et d’une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
Dans un autre mode de réalisation, le matériau d'électrode comprend en outre un liant. Selon un exemple, le liant est choisi dans le groupe constitué d’un liant polymère de type polyéther, un polymère fluoré, et un liant hydrosoluble.
Selon un autre aspect, la présente technologie concerne une électrode comprenant un matériau d'électrode tel qu’ici défini sur un collecteur de courant.
Dans un mode de réalisation, l’électrode est une électrode positive. Selon un autre aspect, la présente technologie concerne une cellule électrochimique comprenant une électrode négative, une électrode positive et un électrolyte, dans laquelle l'électrode positive est telle qu’ici définie.
Dans un mode de réalisation, l’électrode négative comprend du lithium métallique, du sodium métallique, du potassium métallique, ou un alliage comprenant au moins un de ceux-ci.
Dans un autre mode de réalisation, l’électrode négative comprend au moins l’un d’un alliage prélithié, un graphite prélithié, un silicium prélithié, un oxyde prélithié, ou une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
Dans un autre mode de réalisation, l'électrode négative comprend au moins l'un d'un alliage présodié, d'un carbone dur présodié, et d'un oxyde présodié.
Dans un autre mode de réalisation, l'électrode négative comprend au moins l'un d'un alliage prépotassié, un graphite prépotassié, un carbone dur prépotassié, et un oxyde prépotassié.
Dans un autre mode de réalisation, l'électrolyte est un électrolyte liquide comprenant un sel dans un solvant.
Dans un autre mode de réalisation, l'électrolyte est un électrolyte gel comprenant un sel dans un solvant et éventuellement un polymère solvatant.
Dans un autre mode de réalisation, l'électrolyte est un électrolyte polymère solide comprenant un sel dans un polymère solvatant.
Selon un exemple, le sel est choisi parmi un sel de lithium, un sel de sodium, un sel de potassium, et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
Dans un autre mode de réalisation, l'électrolyte est un électrolyte de verre ou de céramique. Par exemple, l'électrolyte est un électrolyte en verre ou en céramique choisi parmi un électrolyte de type pérovskite déficient en sites, un électrolyte de type grenat, un électrolyte en vitrocéramique de type NASICON, un électrolyte de type LISICON, un oxyde d'aluminium (AI2O3) conducteur d’ion de sodium (Na+) stabilisé au lithium, et d’autres électrolytes en verre ou en céramique similaires.
Selon un autre aspect, la présente technologie concerne une batterie comprenant au moins une cellule électrochimique telle qu’ici définie. Dans un mode de réalisation, la batterie est choisie dans le groupe constitué d’une batterie au lithium, d’une batterie lithium-ion, d’une batterie au sodium, d’une batterie sodium-ion, d’une batterie au potassium, et d’une batterie potassium-ion.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES La Figure 1 montre en (A) un diagramme de diffraction des rayons X pour une poudre d'oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule K0,67Ni0,33Mn0,67O2 obtenue en utilisant la synthèse à l'état solide décrite à l'Exemple 1 (a); et en (B) une illustration de la structure cristalline et les caractéristiques de la structure cristalline pour le K0,67Ni0,33Mn0,67O2 lamellaire.
La Figure 2 montre en (A) un diagramme de diffraction des rayons X pour une poudre d'oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule K0,6Ni0,3Mn0,7O2 obtenue en utilisant la synthèse à l'état solide décrite à l'Exemple 1 (a); et en (B) une illustration de la structure cristalline et les caractéristiques de la structure cristalline pour le K0,6Ni0,3Mn0,7O2 lamellaire.
La Figure 3 montre en (A) un diagramme de diffraction des rayons X pour une poudre d'oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule K0,5Ni0,25Mn0,75 2 obtenue en utilisant la synthèse à l'état solide décrite à l'Exemple 1 (a); et en (B) une illustration de la structure cristalline et les caractéristiques de la structure cristalline pour le K0,5Ni0,25Mn0,75 2 lamellaire.
La Figure 4 montre en (A) un diagramme de diffraction des rayons X pour une poudre d'oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule K0,4Ni0,2Mn0,8O2 obtenue en utilisant la synthèse à l'état solide décrite à l'Exemple 1 (a); et en (B) une illustration de la structure cristalline et les caractéristiques de la structure cristalline pour le K0,4Ni0,2Mn0,8O2 lamellaire.
La Figure 5 montre en (A) un diagramme de diffraction des rayons X pour une poudre d'oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule K0,4Ni0,2Mn0,6Ti0,2O2 obtenue en utilisant la synthèse à l'état solide décrite à l'Exemple 1(a); et en (B) deux illustrations de la structure cristalline pour le K0,4Ni0,2Mn0,6Ti0,2O2 lamellaire. La Figure 6 montre en (A) un diagramme de diffraction des rayons X pour une poudre d'oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule K0,4Ni0,2Mn0,7Tί0,1O2 obtenue en utilisant la synthèse à l'état solide décrite à l'Exemple 1 (a); et en (B) une illustration de la structure cristalline et les caractéristiques de la structure cristalline pour le K0,4Ni0,2Mn0,7Ti0,1O2 lamellaire. La Figure 7 montre en (A) un diagramme de diffraction des rayons X pour une poudre d'oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule K0,4Ni0,2Mn0,75Ti0,08O2 obtenue en utilisant la synthèse à l'état solide décrite à l'Exemple 1 (a); et en (B) une illustration de la structure cristalline et les caractéristiques de la structure cristalline pour le K0,4Ni0,2Mn0,75Ti0,08O2 lamellaire.
La Figure 8 montre en (A) un diagramme de diffraction des rayons X pour une poudre d'oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule K0,4Fe0,4Mn0,6O2 obtenue en utilisant la synthèse à l'état solide décrite à l'Exemple 1 (a); et en (B) une illustration de la structure cristalline et les caractéristiques de la structure cristalline pour le K0,4Fe0,4Mn0,6O2 lamellaire.
La Figure 9 montre en (A) un diagramme de diffraction des rayons X pour une poudre d'oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule K0,4Ni0,1Mn0,9O2 obtenue en utilisant la synthèse à l'état solide décrite à l'Exemple 1 (a); et en (B) et (C) une illustration de la structure cristalline et les caractéristiques de la structure cristalline pour le K0,4Ni0,1Mn0,9O2 lamellaire.
La Figure 10 montre en (A) un diagramme de diffraction des rayons X pour une poudre d'oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule K0,4MnO2 obtenue en utilisant la synthèse à l'état solide décrite à l'Exemple 1 (a); et en (B) une illustration de la structure cristalline et les caractéristiques de la structure cristalline pour le K0,4MnO2 lamellaire.
La Figure 1 1 montre en (A) un diagramme de diffraction des rayons X pour une poudre d'oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule K0,3Ni0,15Mn0,85O2 obtenue en utilisant la synthèse à l'état solide décrite à l'Exemple 1 (a); et en (B) une illustration de la structure cristalline et les caractéristiques de la structure cristalline pour le K0,3Ni0,15Mn0,85O2 lamellaire.
La Figure 12 montre en (A) un diagramme de diffraction des rayons X pour une poudre d'oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule K0,3Ni0,2Mn0,8O2 obtenue en utilisant la synthèse à l'état solide décrite à l'Exemple 1 (a); et en (B) une illustration de la structure cristalline et les caractéristiques de la structure cristalline pour le K0,3Ni0,2Mn0,8O2 lamellaire.
La Figure 13 montre en (A) un diagramme de diffraction des rayons X pour une poudre d'oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule K0,3MnO2 obtenue en utilisant la synthèse à l'état solide décrite à l'Exemple 1 (a); et en (B) une illustration de la structure cristalline et les caractéristiques de la structure cristalline pour le K0,3MnO2 lamellaire.
La Figure 14 montre en (A) un diagramme de diffraction des rayons X pour une poudre d'oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule K0,2Ni0,1Mn0,9O2 obtenue en utilisant la synthèse à l'état solide décrite à l'Exemple 1 (a); et en (B) et (C) une illustration de la structure cristalline et les caractéristiques de la structure cristalline pour le K0,2Ni0,1Mn0,9O2 lamellaire.
La Figure 15 montre en (A) un diagramme de diffraction des rayons X pour une poudre d'oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule K0,2Ni0,2Mn0,8O2 obtenue en utilisant la synthèse à l'état solide décrite à l'Exemple 1 (a); et en (B) une illustration de la structure cristalline et les caractéristiques de la structure cristalline pour le K0,2Ni0,2Mn0,8O2 lamellaire.
La Figure 16 montre en (A) un diagramme de diffraction des rayons X pour une poudre d'oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule K0,2Mn0,2 obtenue en utilisant la synthèse à l'état solide décrite à l'Exemple 1 (a); et en (B) les caractéristiques de la structure cristalline pour le K0,2MnO2 lamellaire.
La Figure 17 montre en (A) un diagramme de diffraction des rayons X pour une poudre d'oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule K0,1Ni0,08Mn0,95O2 obtenue en utilisant la synthèse à l'état solide décrite à l'Exemple 1 (a); et en (B) une illustration de la structure cristalline et les caractéristiques de la structure cristalline pour le K0,1Ni0,08Mn0,95O2 lamellaire.
La Figure 18 montre en les diagrammes de diffraction des rayons X pour des poudres d'oxydes lamellaires de potassium et de métal de formules Na0,74K0,08Ni0,4iMn0,59O2 (ligne noire), Na0, 6K0,08Ni0,34Mn0,66O2 (ligne rouge), Na0,74K0,08Ni0,2Mn0,8O2 (ligne bleue), Na0,eK0,08Ni0,2Mn0,8O2 (ligne rose), Na0,32K0,o8Ni0,2Mn0,8O2 (ligne bordeaux), et Na0,2K0,2Ni0,2Mn0,8O2 (ligne orange) obtenues en utilisant la synthèse à l'état solide décrite à l'Exemple 1 (a).
La Figure 19 est un graphique de la capacité (mAh.g-1) en fonction de x pour un oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule KxNi0,5xMn1-0,5xO2 (dans laquelle, x est un nombre tel que 0, 1 £ x £ 0,7), comme décrit dans l'Exemple 3(b). Les résultats sont présentés pour une batterie lithium-ion (ligne rouge) et pour une batterie sodium-ion (ligne noire).
La Figure 20 montre en (A) deux profils de charge et de décharge pour la Cellule 1 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0, 1 C entre 1 ,5 V et 4,5 V vs Li+/Li; et en (B) deux profils de charge et de décharge pour la Cellule 2 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0, 1 C entre 1 ,5 V et 4,2 V vs Na+/Na, comme décrit dans l'Exemple 3(b). Les résultats sont présentés pour un premier (ligne noire, 1) et un deuxième (ligne rouge, 2) cycle de décharge et de charge.
La Figure 21 montre en (A) deux profils de charge et de décharge pour la Cellule 3 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0, 1 C entre 1 ,5 V et 4,5 V vs Li+/Li; et en (B) deux profils de charge et de décharge pour la Cellule 4 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0, 1 C entre 1 ,5 V et 4,2 V vs Na+/Na, comme décrit dans l'Exemple 3(b). Les résultats sont présentés pour un premier (ligne noire, 1) et un deuxième (ligne rouge, 2) cycle de décharge et de charge.
La Figure 22 montre en (A) deux profils de charge et de décharge pour la Cellule 5 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0, 1 C entre 1 ,5 V et 4,5 V vs Li+/Li; et en (B) deux profils de charge et de décharge pour la Cellule 6 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0, 1 C entre 1 ,5 V et 4,2 V vs Na+/Na, comme décrit dans l'Exemple 3(b). Les résultats sont présentés pour un premier (ligne noire, 1) et un deuxième (ligne rouge, 2) cycle de décharge et de charge.
La Figure 23 montre en (A) deux profils de charge et de décharge pour la Cellule 7 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0, 1 C entre 1 ,5 V et 4,5 V vs Li+/Li; et en (B) deux profils de charge et de décharge pour la Cellule 8 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0, 1 C entre 1 ,5 V et 4,2 V vs Na+/Na, comme décrit dans l'Exemple 3(b). Les résultats sont présentés pour un premier (ligne noire, 1) et un deuxième (ligne rouge, 2) cycle de décharge et de charge.
La Figure 24 montre en (A) deux profils de charge et de décharge pour la Cellule 9 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0, 1 C entre 1 ,5 V et 4,5 V vs Li+/Li; et en (B) deux profils de charge et de décharge pour la Cellule 10 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0,1 C entre 1 ,5 V et 4,2 V vs Na+/Na, comme décrit dans l'Exemple 3(b). Les résultats sont présentés pour un premier (ligne noire, 1) et un deuxième (ligne rouge, 2) cycle de décharge et de charge.
La Figure 25 montre en (A) deux profils de charge et de décharge pour la Cellule 1 1 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0, 1 C entre 1 ,5 V et 4,5 V vs Li+/Li; et en (B) deux profils de charge et de décharge pour la Cellule 12 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0,1 C entre 1 ,5 V et 4,2
V vs Na+/Na, comme décrit dans l'Exemple 3(b). Les résultats sont présentés pour un premier (ligne noire, 1) et un deuxième (ligne rouge, 2) cycle de décharge et de charge.
La Figure 26 montre en (A) deux profils de charge et de décharge pour la Cellule 13 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0, 1 C entre 1 ,5 V et 4,5 V vs Li+/Li; et en (B) deux profils de charge et de décharge pour la Cellule 14 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0,1 C entre 1 ,5 V et 4,2
V vs Na+/Na, comme décrit dans l'Exemple 3(b). Les résultats sont présentés pour un premier (ligne noire, 1) et un deuxième (ligne rouge, 2) cycle de décharge et de charge.
La Figure 27 montre en (A) deux profils de charge et de décharge pour la Cellule 15 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0, 1 C entre 1 ,5 V et 4,5 V vs Li+/Li; et en (B) deux profils de charge et de décharge pour la Cellule 16 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0,1 C entre 1 ,5 V et 4,2
V vs Na+/Na, comme décrit dans l'Exemple 3(b). Les résultats sont présentés pour un premier (ligne noire, 1) et un deuxième (ligne rouge, 2) cycle de décharge et de charge.
La Figure 28 montre en (A) deux profils de charge et de décharge pour la Cellule 17 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0, 1 C entre 1 ,5 V et 4,5 V vs Li+/Li; et en (B) deux profils de charge et de décharge pour la Cellule 18 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0,1 C entre 1 ,5 V et 4,2
V vs Na+/Na, comme décrit dans l'Exemple 3(b). Les résultats sont présentés pour un premier (ligne noire, 1) et un deuxième (ligne rouge, 2) cycle de décharge et de charge.
La Figure 29 montre en (A) deux profils de charge et de décharge pour la Cellule 19 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0, 1 C entre 1 ,5 V et 4,5 V vs Li+/Li; et en (B) deux profils de charge et de décharge pour la Cellule 20 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0,1 C entre 1 ,5 V et 4,2
V vs Na+/Na, comme décrit dans l'Exemple 3(b). Les résultats sont présentés pour un premier (ligne noire, 1) et un deuxième (ligne rouge, 2) cycle de décharge et de charge.
La Figure 30 montre en (A) deux profils de charge et de décharge pour la Cellule 21 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0, 1 C entre 1 ,5 V et 4,5 V vs Li+/Li; et en (B) deux profils de charge et de décharge pour la Cellule 22 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0,1 C entre 1 ,5 V et 4,2
V vs Na+/Na, comme décrit dans l'Exemple 3(b). Les résultats sont présentés pour un premier (ligne noire, 1) et un deuxième (ligne rouge, 2) cycle de décharge et de charge.
La Figure 31 montre en (A) deux profils de charge et de décharge pour la Cellule 23 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0, 1 C entre 1 ,5 V et 4,5 V vs Li+/Li; et en (B) deux profils de charge et de décharge pour la Cellule 24 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0,1 C entre 1 ,5 V et 4,2
V vs Na+/Na, comme décrit dans l'Exemple 3(b). Les résultats sont présentés pour un premier (ligne noire, 1) et un deuxième (ligne rouge, 2) cycle de décharge et de charge.
La Figure 32 montre en (A) deux profils de charge et de décharge pour la Cellule 25 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0, 1 C entre 1 ,5 V et 4,5 V vs Li+/Li; et en (B) deux profils de charge et de décharge pour la Cellule 26 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0,1 C entre 1 ,5 V et 4,2
V vs Na+/Na, comme décrit dans l'Exemple 3(b). Les résultats sont présentés pour un premier (ligne noire, 1) et un deuxième (ligne rouge, 2) cycle de décharge et de charge.
La Figure 33 montre en (A) deux profils de charge et de décharge pour la Cellule 27 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0, 1 C entre 1 ,5 V et 4,5 V vs Li+/Li; et en (B) deux profils de charge et de décharge pour la Cellule 28 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0,1 C entre 1 ,5 V et 4,2
V vs Na+/Na, comme décrit dans l'Exemple 3(b). Les résultats sont présentés pour un premier (ligne noire, 1) et un deuxième (ligne rouge, 2) cycle de décharge et de charge.
La Figure 34 montre en (A) deux profils de charge et de décharge pour la Cellule 29 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0, 1 C entre 1 ,5 V et 4,5 V vs Li+/Li; et en (B) deux profils de charge et de décharge pour la Cellule 30 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0,1 C entre 1 ,5 V et 4,2
V vs Na+/Na, comme décrit dans l'Exemple 3(b). Les résultats sont présentés pour un premier (ligne noire, 1) et un deuxième (ligne rouge, 2) cycle de décharge et de charge.
La Figure 35 montre trois profils de charge et de décharge pour la Cellule 33 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0, 1C entre 1 ,5 V et 4,2 V vs Na+/Na, comme décrit dans l'Exemple 3(b). Les résultats sont présentés pour un premier (ligne noire, 1), un deuxième (ligne rouge, 2), et un troisième (ligne bleue, 3) cycle de décharge et de charge.
La Figure 36 montre trois profils de charge et de décharge pour la Cellule 34 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0, 1C entre 1 ,5 V et 4,2 V vs Na+/Na, comme décrit dans l'Exemple 3(b). Les résultats sont présentés pour un premier (ligne noire, 1), un deuxième (ligne rouge, 2), et un troisième (ligne bleue, 3) cycle de décharge et de charge.
La Figure 37 montre trois profils de charge et de décharge pour la Cellule 35 enregistrés à une vitesse de cyclage de 0, 1C entre 1 ,5 V et 4,2 V vs Na+/Na, comme décrit dans l'Exemple 3(b). Les résultats sont présentés pour un premier (ligne noire, 1), un deuxième (ligne rouge, 2), et un troisième (ligne bleue, 3) cycle de décharge et de charge.
La Figure 38 présente un graphique de la capacité (mAh.g·1) et de l'efficacité (%) en fonction du nombre de cycles enregistré en (A) pour les Cellules 1 , 3, 5, 17, 19, 25 et 31 (lithium-ion); et en (B) pour les Cellules 2, 4, 6, 18, 26 et 32 (sodium-ion), comme décrit dans l'Exemple 3(b).
La Figure 39 est un tableau des paramètres de réflexion d'un oxyde lamellaire de potassium et de métal ayant les caractéristiques de structure cristalline présentées dans le Tableau 1 , comme décrit dans l'Exemple 2(b).
La Figure 40 est un tableau des paramètres de réflexion d'un oxyde lamellaire de potassium et de métal ayant les caractéristiques de structure cristalline présentées dans le Tableau 2, comme décrit dans l'Exemple 2(b). La Figure 41 est un tableau des paramètres de réflexion d'un oxyde lamellaire de potassium et de métal ayant les caractéristiques de structure cristalline présentées dans le Tableau 3, comme décrit dans l'Exemple 2(b).
DESCRIPTION DÉTAILLÉE La description détaillée et les exemples suivants sont présentés à titre illustratif seulement et ne doivent pas être interprétés comme limitant davantage la portée de l'invention.
Tous les termes et toutes les expressions techniques et scientifiques utilisés ici ont les mêmes définitions que celles généralement comprises de la personne versée dans l’art de la présente technologie. La définition de certains termes et expressions utilisés est néanmoins fournie ci- dessous.
Lorsque le terme « approximativement » ou son terme équivalent « environ » sont utilisés ici, il signifie dans la région de, ou autour de. Par exemple, lorsque les termes « approximativement » ou « environ » sont utilisés en lien avec une valeur numérique, ils la modifient au-dessus et au- dessous par une variation de 10% par rapport à la valeur nominale. Ce terme peut également tenir compte, par exemple, de l'erreur expérimentale d'un appareil de mesure ou de l’arrondissement.
Lorsqu’un intervalle de valeurs est mentionné dans la présente demande, les bornes inférieures et supérieures de l'intervalle sont, à moins d'indications contraires, toujours incluses dans la définition. La présente technologie concerne des matériaux d'électrode comprenant un oxyde lamellaire de potassium et au moins un élément métallique en tant que matériaux électrochimiquement actifs, leurs procédés de fabrication et leur utilisation dans des cellules électrochimiques, par exemple, dans les batteries lithium-ion, les batteries sodium-ion ou les batteries potassium-ion.
Selon un exemple, la présente technologie concerne un matériau d'électrode incluant un matériau électrochimiquement actif, dans lequel ledit matériau électrochimiquement actif inclut un oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule KXMO2 , dans laquelle x est un nombre tel que 0 < x £ 0,7, et M est choisi parmi Na, Li, Co, Mn, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zn, Mg, Zr, Sb, et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci. Selon un autre exemple, le matériau électrochimiquement actif inclut un oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule KXMO2 , dans laquelle x est un nombre tel que 0 <x £ 0,7, et M est choisi parmi Co, Mn, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zr, Sb, et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
Selon un autre exemple, le matériau électrochimiquement actif peut inclure un oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule KxMyMn1-yO2 , dans laquelle x est tel qu’ici défini, y est un nombre tel que 0 £ y £ 1 ,0, et M est choisi parmi Na, Li, Co, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zn, Mg, Zr, Sb, et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci. Selon un exemple, M peut être choisi parmi Co, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zr, Sb, et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci. Par exemple, le matériau électrochimiquement actif peut inclure un oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule KxFeyMn1-yO2 , dans laquelle y est tel qu’ici défini.
Selon un autre exemple, le matériau électrochimiquement actif peut inclure un oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule KxNi0,5XMn1-0,5XO2 , dans laquelle x est tel qu’ici défini.
Selon un autre exemple, le matériau électrochimiquement actif peut inclure un oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule KxNi0,5XMn1-0,5X-yMyO2 , dans laquelle x est tel qu’ici défini, y est un nombre tel que 0 £ y £ (1.0 - 0,5x), et M est choisi parmi Na, Li, Co, Fe, Ti, Cr, V, Cu, Zn, Mg, Zr, Sb, et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci. Selon un exemple, M est choisi parmi Co, Fe, Ti, Cr, V, Cu, Zr, Sb, et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci. Par exemple, le matériau électrochimiquement actif peut inclure un oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule KxNi0,5XMn1-0,5XTiyO2 , dans laquelle x et y sont tels qu’ici définis. Par exemple, le matériau électrochimiquement actif peut inclure un oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule K0,4Ni0,2Mn0,8-yTiyO2 , dans laquelle y est un nombre tel que 0 £ y £ 0,8.
Selon un autre exemple, le matériau électrochimiquement actif inclut un oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule NazKxM02, dans laquelle x est tel qu’ici défini, z est un nombre tel que 0 <x £ 0,8, et M est choisi parmi Li, Co, Mn, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zn, Mg, Zr, Sb, et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
Selon un autre exemple, le matériau électrochimiquement actif inclut un oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule NazKxMO2 , dans laquelle x et z sont tels qu’ici définis, et M est choisi parmi Co, Mn, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zr, Sb, et une combinaison d’au moins deux de ceux- ci. Selon un autre exemple, le matériau électrochimiquement actif peut inclure un oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule NazKxMyMn1-yO2 , dans laquelle x et z sont tels qu’ici défini, y est un nombre tel que 0 £ y £ 1 ,0, et M est choisi parmi Li, Co, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zn, Mg, Zr, Sb, et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci. Selon un exemple, M peut être choisi parmi Co, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zr, Sb, et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci. Par exemple, le matériau électrochimiquement actif peut inclure un oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule NazKxNiyMn1-yO2 , dans laquelle x, y et z sont tels qu’ici définis.
Selon un autre exemple, le matériau électrochimiquement actif peut inclure un oxyde lamellaire de potassium et de métal de formules KxMnO2 , KxNiMnO2 , KxNiMnTiO2 , ou KxFeMnO2 , dans laquelle x est tel qu’ici défini. Des exemples non limitatifs d’oxydes lamellaires de potassium et de métal incluent K0,67Ni0,33Mn0,67O2 , K0, 6Ni0,3Mn0,7O2 , K0,5Ni0,25Mn0,75O2 , K0,4Ni0,2Mn0,8O2 , K0,4Ni0,2Mn0, 6Tί0,2O2 , K0,4Ni0,2Mn0,7Ti0,1O2 , K0,4Ni0,2Mn0,75Ti0,08O2 , K0,4Fe0,4Mn0, 6O2 , K0,4Ni0,1Mn0,9O2 , K0,4MnO2 , K0,3Ni0,15Mn0,85O2 , K0,3Ni0,2Mn0,8O2 , K0,3MnO2 , K0,2Ni0,1Mn0,9O2 , K0,2Ni0,2Mn0,8O2 , K0,2MnO2 , K0,1 Ni0,05Mn0,95O2 , K0,1 Ni0,1Mn0,9O2 , Na0,74K0,08Ni0,41Mn0,59O2 , Na0,6K0,08 Ni, 6O2 Na0,74K0,08Ni0,2Mn0,8O2 , Na0,6K0,08Ni0,2Mn0,8O2 , Na0,32K0,08Ni0,2 0,8O2 , et Na0,2K0,2Ni0,2Mn0,8O2 ·
Le matériau électrochimiquement actif peut éventuellement être dopé avec d'autres éléments ou impuretés inclus en plus petites quantités, par exemple pour moduler ou optimiser ses propriétés électrochimiques. Dans certains cas, le matériau électrochimiquement actif peut être dopé par la substitution partielle du métal par d'autres ions. Par exemple, le matériau électrochimiquement actif peut être dopé avec un métal de transition (par exemple Fe, Co, Ni, Mn, Ti, Cr, Cu, V, Zn, et/ou Y) et/ou un métal autre qu’un métal de transition (par exemple, Mg, Al, et/ou Sb).
Le matériau d'électrode peut être substantiellement exempt de lithium et/ou de sodium. Par exemple, le matériau électrochimiquement actif peut inclure moins de 2% en poids, moins de 1 % en poids, moins de 0,5% en poids, moins de 0, 1 % en poids, moins de 0,05% en poids, ou moins de 0,01 % en poids de lithium et/ou de sodium. Par exemple, le matériau électrochimiquement actif peut être délithié et/ou désodié.
Selon un autre exemple, le matériau électrochimiquement actif peut être sous forme de particules (par exemple, des microparticules, ou des nanoparticules) qui peuvent être fraîchement formées et peuvent en outre inclure un matériau d’enrobage. Le matériau d’enrobage peut être un matériau conducteur électronique, par exemple, un enrobage de carbone. Selon un autre exemple, le matériau d'électrode tel que décrit ici peut inclure en outre un matériau conducteur électronique. Des exemples non limitatifs de matériaux conducteurs électroniques incluent une source de carbone telle que le noir de carbone (par exemple, le carbone Ketjen™, ou le carbone Super P™), le noir d'acétylène (par exemple, le carbone Shawinigan, ou le noir de carbone Denka™), le graphite, le graphène, les fibres de carbone (par exemple, les fibres de carbone formées en phase gazeuse (VGCFs)), les nanofibres de carbone, les nanotubes de carbone (CNTs), ou une combinaison d’au moins deux de ceux-ci. Selon une variante d’intérêt, le matériau conducteur électronique est choisi parmi le carbone Ketjen™, le carbone Super P™, les VGCFs, et une combinaison de ceux-ci.
Selon un autre exemple, le matériau d'électrode tel que décrit ici peut aussi inclure un liant. Par exemple, le liant peut être choisi pour sa compatibilité avec les différents éléments d’une cellule électrochimique. Tout liant compatible connu est envisagé. Par exemple, le liant peut être un liant un polymère fluoré, un liant soluble dans l’eau (hydrosoluble), ou un liant polymère conducteur d'ions, tel que des copolymères composés d'au moins un segment de solvatation d’ions lithium, tel qu'un polyéther, et éventuellement d'au moins un segment réticulable (par exemple, des polymères à base de poly(oxyde d’éthylène) (PEO) incluant des unités méthacrylate de méthyle). Selon un exemple, le liant est un polymère fluoré tel que le fluorure de polyvinylidène (PVDF) ou le polytétrafluoroéthylène (PTFE). Selon un autre exemple, le liant est un liant soluble dans l'eau tel que le caoutchouc styrène-butadiène (SBR), le caoutchouc acrylonitrile-butadiène (NBR), le NBR hydrogéné (HNBR), le caoutchouc d’épichlorohydrine (CHR), ou le caoutchouc d’acrylate (ACM), et comprenant éventuellement un agent épaississant tel que le carboxyméthylcellulose (CMC), ou un polymère tel que le poly(acide acrylique) (PAA), le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA), ou une combinaison de ceux-ci. Selon un autre exemple, le liant est un liant polymère de type polyéther. Par exemple, le liant polymère de type polyéther est linéaire, ramifié et/ou réticulé et est basé sur le PEO, le poly(oxyde de propylène) (PPO), ou une combinaison des deux (comme un copolymère EO/PO), et comprend éventuellement des unités réticulables. Selon une variante d'intérêt, le liant est le PVDF, ou un polymère de type polyéther tel qu’ici défini.
Le matériau d'électrode tel que décrit ici peut comprendre en outre des composantes additionnelles ou des additifs tels que des particules inorganiques, des particules de verre ou de céramique, des conducteurs ioniques, des sels, et autres additifs similaires.
La présente technologie concerne également une électrode incluant le matériau d'électrode tel que défini ici sur un collecteur de courant (par exemple, une feuille d’aluminium ou de cuivre). Alternativement l’électrode peut être autosupportée. Selon une variante d'intérêt, l’électrode est une électrode positive.
La présente technologie concerne également une cellule électrochimique incluant une électrode négative, une électrode positive et un électrolyte, dans laquelle l'électrode positive est telle qu’ici définie.
Selon un exemple, l’électrode négative (contre-électrode) inclut un matériau électrochimiquement actif choisi parmi tous les matériaux électrochimiquement actifs compatibles connus. Par exemple, le matériau électrochimiquement actif de l’électrode négative peut être choisi pour sa compatibilité électrochimique avec les différents éléments de la cellule électrochimique telle qu’ici définie.
Des exemples non limitatifs de matériaux électrochimiquement actifs de l’électrode négative incluent les métaux alcalins, les alliages de métaux alcalins, les matériaux électrochimiquement actifs prélithiés, les matériaux électrochimiquement actifs présodiés et les matériaux électrochimiquement actifs prépotassiés. Selon un exemple, le matériau électrochimiquement actif de l'électrode négative peut être du lithium métallique, du sodium métallique, du potassium métallique, ou un alliage incluant au moins un de ceux-ci. Selon un autre exemple, le matériau électrochimiquement actif de l'électrode négative peut être un alliage prélithié, un graphite prélithié, un silicium prélithié, un oxyde prélithié, ou une combinaison de ceux-ci lorsque compatible. Selon un autre exemple, le matériau électrochimiquement actif de l'électrode négative peut être un alliage présodié, du carbone dur présodié, ou un oxyde présodié. Selon un autre exemple, le matériau électrochimiquement actif de l'électrode négative peut être un alliage prépotassié, un graphite prépotassié, un carbone dur prépotassié, ou un oxyde prépotassié.
Selon un autre exemple, l’électrolyte peut être également choisi pour sa compatibilité avec les différents éléments de la cellule électrochimique. Tout type d'électrolyte compatible est envisagé. Selon un exemple, l'électrolyte peut être un électrolyte liquide incluant un sel dans un solvant. Selon une alternative, l'électrolyte peut être un électrolyte en gel incluant un sel dans un solvant et éventuellement un polymère solvatant. Selon une autre alternative, l'électrolyte peut être un électrolyte polymère solide incluant un sel dans un polymère solvatant. Selon une autre alternative, l'électrolyte peut être un électrolyte en verre ou en céramique. Selon une variante d’intérêt, l'électrolyte est un électrolyte polymère solide exempt de solvant, un électrolyte en verre, ou un électrolyte en céramique. Le sel s’il est présent dans l’électrolyte peut être un sel de métal, tel qu'un sel de lithium, un sel de sodium, ou un sel de potassium. Des exemples non limitatifs de sels de lithium incluent l’hexafluorophosphate de lithium (LiPF6), le bis(trifluorométhanesulfonyl)imidure de lithium (LiTFSI), le bis(fluorosulfonyl)imidure de lithium (LiFSI), le 2-trifluorométhyl-4,5-dicyano- imidazolate de lithium (LiTDI), le 4,5-dicyano-1 ,2,3-triazolate de lithium (LiDCTA), le bis (pentafluoroéthylsulfonyl)imide de lithium (LiBETI), le tétrafluoroborate de lithium (L1BF4), le bis(oxalato) borate de lithium (LiBOB), le nitrate de lithium (LiNO3), le chlorure de lithium (LiCI), le bromure de lithium (LiBr), le fluorure de lithium (LiF), le perchlorate de lithium (LiCIO4), l’hexafluoroarsénate de lithium (LiAsF6), le trifluorométhanesulfonate de lithium (LiSO3CF3) (LiTf), le fluoroalkylphosphate de lithium Li[PF3(CF2CF3)3] (LiFAP), le tétrakis(trifluoroacétoxy)borate de lithium Li[B(OCOCF3)4] (LiTFAB), le bis(1 ,2-benzenediolato(2-)-O,O')borate de lithium Li[B(C6O2 )2] (LBBB), et leurs combinaisons. Selon une variante d'intérêt, le sel de lithium est le LiPF6, le LiFSI, le LiTFSI, ou le LiTDI. Des exemples non limitatifs de sels de sodium incluent l’hexafluorophosphate de sodium (NaPF6), le perchlorate de sodium (NaCIO4), le bis(trifluorométhanesulfonyl)imidure de sodium (NaTFSI), le bis(fluorosulfonyl)imidure de sodium (NaFSI), le 2-trifluorométhyl-4,5-dicyano-imidazolate de sodium (NaTDI), le bis (pentafluoroéthylsulfonyl)imide de sodium (NaBETI), le trifluorométhanesulfonate de sodium (NaSO3CF3) (NaTf), le fluorure de sodium (NaF), le nitrate de sodium (NaNO3), et leurs combinaisons. Selon une variante d'intérêt, le sel de sodium est le NaPF6, le NaFSI, le NaTFSI, ou le NaCIO4. Des exemples non limitatifs de sels de potassium incluent l’hexafluorophosphate de potassium (KPF6), le bis(trifluorométhanesulfonyl)imidure de potassium (KTFSI), le bis(fluorosulfonyl)imidure de potassium (KFSI), le trifluorométhanesulfonate de potassium (KSO3CF3) (KTf), et leurs combinaisons. Selon une variante d'intérêt, le sel de potassium est le KPF6.
Le solvant s’il est présent dans l’électrolyte peut être un solvant non aqueux. Des exemples non limitatifs de solvants non aqueux incluent les carbonates cycliques comme le carbonate d'éthylène (EC), le carbonate de propylène (PC), le carbonate de butylène (BC), et le carbonate de vinylène (VC); les carbonates acycliques comme le carbonate de diméthyle (DMC), le carbonate de diéthyle (DEC), le carbonate de méthyle et d’éthyle (EMC), et le carbonate de dipropyle (DPC); les lactones comme la y-butyrolactone (g-BL), et la y-valérolactone (g-VL); les éthers acycliques comme le 1 ,2-diméthoxyéthane (DME), le 1 ,2-diéthoxyéthane (DEE), l’éthoxy méthoxy éthane (EME), le triméthoxyméthane, et l’éthylmonoglyme; les éthers cycliques comme le tétrahydrofurane, le 2-méthyltétrahydrofurane, le 1 ,3-dioxolane, et les dérivés de dioxolane; et d'autres solvants comme le diméthylsulfoxyde, le formamide, l’acétamide, le diméthylformamide, l’acétonitrile, le propylnitrile, le nitrométhane, les triesters d'acide phosphorique, le sulfolane, le méthylsulfolane, les dérivés de carbonate de propylène, et leurs mélanges.
Selon un exemple, l'électrolyte comprend un sel choisi parmi l’hexafluorophosphate de lithium (LiPF6), l’hexafluorophosphate de sodium (NaPF6), le perchlorate de sodium (NaCIO4), ou l’hexafluorophosphate de potassium (KPF6) dissout dans un mélange de solvants non aqueux comme un mélange de carbonate d'éthylène et de carbonate de diéthyle (EC/DEC) ([3:7] en volume), de carbonate d'éthylène et de carbonate de diméthyle (EC/DMC) ([4:6] en volume), ou dissout dans du carbonate de diméthyle (DMC), ou du carbonate de propylène.
Selon un exemple, l'électrolyte est un électrolyte liquide et le matériau d'électrode comprend un matériau électrochimiquement actif, un matériau conducteur électronique et un liant dans un rapport de composition d'environ 80: 10: 10. Par exemple, le matériau d'électrode comprend environ 80% en poids du matériau électrochimiquement actif, environ 10% en poids du matériau conducteur électronique et environ 10% en poids du liant.
Lorsque l’électrolyte est un électrolyte en gel ou un électrolyte polymère en gel. L'électrolyte polymère en gel peut inclure, par exemple, un précurseur de polymère et un sel (par exemple, un sel tel que défini précédemment), un solvant (par exemple, un solvant tel que défini précédemment), et un initiateur de polymérisation et/ou de réticulation, lorsque nécessaire. Des exemples non limitatifs d'électrolyte en gel incluent, sans limitation, les électrolytes en gel décrits dans les demandes de brevets PCT publiées sous les numéros W02009/1 11860 (Zaghib et al.) et W02004/068610 (Zaghib et al.).
L’électrolyte peut aussi être un électrolyte polymère solide. Par exemple, l’électrolyte polymère solide peut être choisi parmi tous les électrolytes polymères solides connus et peut être choisi pour sa compatibilité avec les divers éléments de la cellule électrochimique. Par exemple, l’électrolyte polymère solide peut être choisi pour sa compatibilité avec le lithium, le sodium, et/ou le potassium. Les électrolytes polymères solides comprennent généralement un sel ainsi qu’un ou plusieurs polymère(s) polaire(s) solide(s), éventuellement réticulé(s). Des polymères de type polyéther, tels que ceux à base PEO, peuvent être utilisés, mais plusieurs autres polymères compatibles sont également connus pour la préparation d’électrolytes polymères solides et sont également envisagés. Le polymère peut être réticulé. Des exemples de tels polymères incluent les polymères ramifiés, par exemple, des polymères en étoile ou des polymères en peigne tels que ceux décrits dans la demande de brevet PCT publiée sous le numéro W02003/063287 (Zaghib et al.).
Selon un exemple, l'électrolyte est un électrolyte polymère solide incluant un sel dans un polymère solvatant. Selon une variante d’intérêt, le polymère de l’électrolyte polymère solide est le PEO et le sel est LiTFSI, LiFSI, LiTDI, NaTFSI, ou NaFSI.
Selon un autre exemple, l'électrolyte est un électrolyte polymère solide et le matériau d'électrode comprend d’environ 50% en poids à environ 75% en poids du matériau électrochimiquement actif, d'environ 1% en poids à environ 5% en poids du matériau conducteur électronique, et d'environ 20% en poids à environ 49% en poids du liant. Selon un autre exemple, l'électrolyte est un électrolyte en céramique. Par exemple, l'électrolyte céramique peut être inclure une céramique cristalline conductrice d’ions ou une céramique amorphe conductrice d’ions (par exemple, un verre amorphe conducteur d'ions) ou une vitrocéramique conductrice d'ions. Des exemples non limitatifs d'électrolytes en verre ou en céramique incluent des électrolytes de type pérovskite déficient en sites, des électrolytes de type grenat, des électrolytes en vitrocéramique de type NASICON, des électrolytes de type LISICON, des oxydes d'aluminium (AI2O3) conducteurs d’ions de sodium (Na+) stabilisés au lithium, et d’autres électrolytes en verre ou en céramique similaires.
Un électrolyte en gel ou un électrolyte liquide tel que défini précédemment peut également imprégner un séparateur tel qu'un séparateur en polymère. Des exemples non limitatifs de séparateurs comprennent des membranes de polyéthylène (PE), de polypropylène (PP), de cellulose, de polytétrafluoroéthylène (PTFE), poly(fluorure de vinylidène) (PVDF), et de polypropylène-polyéthylène-polypropylène (PP/PE/PP). Par exemple, le séparateur est un séparateur de polymère commercial de type Celgard™.
L’électrolyte peut également éventuellement comprendre des composantes additionnelles ou des additifs tels que des conducteurs ioniques, des particules inorganiques, des particules de verre ou de céramique, par exemple, des nanocéramiques (telles que AI2O3, TiO2, SiO2, et d’autres composés similaires) et d’autres additifs de même type.
La présente technologie concerne également une batterie comprenant au moins une cellule électrochimique telle qu’ici définie. Par exemple, la batterie peut être une batterie au lithium, une batterie lithium-ion, une batterie au sodium, une batterie sodium-ion, une batterie au potassium, ou une batterie potassium-ion.
Selon au moins un exemple, la batterie est une batterie au lithium ou une batterie lithium-ion. Selon un exemple, l'électrolyte est un électrolyte liquide tel qu’ici défini et le matériau électrochimiquement actif de l'électrode négative comprend du lithium métallique, un alliage à base de lithium, un alliage prélithié, un graphite prélithié, un silicium prélithié, ou un oxyde prélithié. Selon un autre exemple, l'électrolyte est un électrolyte en gel tel qu’ici défini et le matériau électrochimiquement actif de l'électrode négative comprend du lithium métallique, un alliage à base de lithium, un alliage prélithié, un graphite prélithié, ou un silicium prélithié. Selon un autre exemple, l'électrolyte est un électrolyte polymère solide et le matériau électrochimiquement actif de l'électrode négative comprend du lithium métallique, un alliage à base de lithium, un graphite prélithié, ou un silicium prélithié. Selon un autre exemple, l'électrolyte est un électrolyte en céramique et le matériau électrochimiquement actif de l'électrode négative comprend du lithium métallique, un alliage à base de lithium, ou un graphite prélithié, et/ou un silicium prélithié.
Selon au moins un exemple, la batterie est une batterie au sodium ou une batterie sodium-ion. Selon un exemple, l'électrolyte est un électrolyte liquide tel qu’ici défini et le matériau électrochimiquement actif de l'électrode négative comprend du sodium métallique, un alliage à base de sodium, un alliage présodié, du carbone dur présodié, ou un oxyde présodié. Selon un autre exemple, l'électrolyte est un électrolyte en gel tel qu’ici défini ici et le matériau électrochimiquement actif de l'électrode négative comprend du sodium métallique, un alliage à base de sodium, un alliage présodié, ou du carbone dur présodié. Selon un autre exemple, l'électrolyte est un électrolyte polymère solide et le matériau électrochimiquement actif de l'électrode négative comprend du sodium métallique, un alliage à base de sodium, ou du carbone dur présodié. Selon un autre exemple, l'électrolyte est un électrolyte en céramique et le matériau électrochimiquement actif de l'électrode négative comprend du sodium métallique, un alliage à base de sodium, ou du carbone dur présodié.
Selon au moins un exemple, la batterie est une batterie au potassium ou une batterie au potassium-ion. Selon un exemple, l'électrolyte est un électrolyte liquide tel qu’ici défini et le matériau électrochimiquement actif de l'électrode négative comprend du potassium métallique, un alliage à base de potassium, un alliage pré-potassié, un graphite pré-potassié, un carbone dur pré-potassié, ou un oxyde pré-potassié. Selon un autre exemple, l'électrolyte est un électrolyte en gel tel qu’ici défini et le matériau électrochimiquement actif de l'électrode négative comprend du potassium métallique, un alliage à base de potassium, un alliage pré-potassié, un graphite pré-potassié, ou un carbone dur pré-potassié. Selon un autre exemple, l'électrolyte est un électrolyte polymère solide et le matériau électrochimiquement actif de l'électrode négative comprend du potassium métallique, un alliage à base de potassium, un graphite pré-potassié, ou un carbone dur pré-potassié. Selon un autre exemple, l'électrolyte est un électrolyte en céramique et le matériau électrochimiquement actif de l'électrode négative comprend du potassium métallique, un alliage à base de potassium, un graphite pré-potassié, ou un carbone dur pré- potassié.
La présente technologie concerne également un oxyde lamellaire de potassium et de métal qui est sous forme cristalline et de formule KXMO2 , dans laquelle x est un nombre tel que 0 < x £ 0,7, et M est choisi parmi Li, Co, Mn, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zn, Mg, Zr, Sb et leurs combinaisons.
La présente technologie concerne également un oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline de formule KXMO2 , dans laquelle x est un nombre tel que 0 < x £ 0,7, et M est choisi parmi Co, Mn, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zr, Sb, et leurs combinaisons.
Selon au moins un exemple, l'oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline est de formule K0,67Ni0,33Mn0,67O2 , et a un motif XRD substantiellement comme présenté à la Figure 1.
Selon une autre alternative, l'oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline est de formule K0, 6Ni0,3Mn0,7O2 , et a un motif XRD substantiellement comme présenté à la Figure 2.
Selon une autre alternative, l'oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline est de formule K0,5Ni0,25Mn075O2 , et a un motif XRD substantiellement comme présenté à la Figure 3.
Selon une autre alternative, l'oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline est de formule K0,4Ni0,2Mn0,8O2 , et a un motif XRD substantiellement comme présenté à la Figure 4.
Selon une autre alternative, l'oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline est de formule K0,4Ni0,2Mn0,6Ti0,2O2 , et a un motif XRD substantiellement comme présenté à la Figure 5. Selon une autre alternative, l'oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline est de formule K0,4Ni0,2Mn0,7Ti0,1O2 , et a un motif XRD substantiellement comme présenté à la Figure 6.
Selon une autre alternative, l'oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline est de formule K0,4Ni0,2Mn0,75Ti0,08O2 , et a un motif XRD substantiellement comme présenté à la Figure 7.
Selon une autre alternative, l'oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline est de formule K0,4Fe0,4Mn0, 6O2 , et a un motif XRD substantiellement comme présenté à la Figure 8.
Selon une autre alternative, l'oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline est de formule K0,4Ni0,1Mn0,9O2 , et a un motif XRD substantiellement comme présenté à la Figure 9.
Selon une autre alternative, l'oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline est de formule K0,4MnO2 , et a un motif XRD substantiellement comme présenté à la Figure 10.
Selon une autre alternative, l'oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline est de formule K0,5Ni0,15Mn0,85O2 , et a un motif XRD substantiellement comme présenté à la Figure 1 1.
Selon une autre alternative, l'oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline est de formule K0,3Ni0,2Mn0,8O2 , et a un motif XRD substantiellement comme présenté à la Figure 12.
Selon une autre alternative, l'oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline est de formule K0,3MnO2 , et a un motif XRD substantiellement comme présenté à la Figure 13.
Selon une autre alternative, l'oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline est de formule K0,2Ni0,1Mn0,9O2 , et a un motif XRD substantiellement comme présenté à la Figure 14.
Selon une autre alternative, l'oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline est de formule K0,2Ni0,2Mn0,8O2 , et a un motif XRD substantiellement comme présenté à la Figure 15.
Selon une autre alternative, l'oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline est de formule K0,2MnO2 , et a un motif XRD substantiellement comme présenté à la Figure 16. Selon une autre alternative, l'oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline est de formule K0,1Ni0,08Mn0,95O2 , et a un motif XRD substantiellement comme présenté à la Figure 17.
Selon une autre alternative, l'oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline est de formule Na0,74K0,08Ni0,41Mn0,59O2 , Na0, 6K0,08Ni0,34Mn0, 66O2 , Na0,74K0,08Ni0,2Mn0,8O2 , Na0,qK0,08Ni0,2Mn0,8O2 , Na0,32K0,08Ni0,2Mn0,8O2 , ou Na0,2K0,2Ni0,2Mn0,8O2 , et a un motif XRD substantiellement comme présenté à la Figure 18.
Selon au moins un exemple, l'oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline de formule KXMO2 possède des réflexions XRD 2Q (°) substantiellement tel que présenté à la Figure 39. Selon une alternative, l'oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline de formule KXMO2 possède des réflexions XRD 2Q (°) substantiellement tel que présenté à la Figure 40. Selon une autre alternative, l'oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline de formule KXMO2 possède des réflexions XRD 2Q (°) substantiellement tel que présenté à la Figure 41. Selon une autre variante d'intérêt, l’oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline est de formule K0,4Ni0,2Mn0,8O2 , et a un motif XRD substantiellement comme présenté à la Figure 4, ou possède des réflexions XRD 2Q (°) substantiellement tel que présenté à la Figure 40.
Selon une autre variante d’intérêt, l’oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline est de formule K0,4Ni0,2Mn0,6Ti0,2O2 , et a un motif XRD substantiellement comme présenté à la Figure 5.
Selon une autre variante d’intérêt, l’oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline est de formule K0,4Ni0,2Mn0,7Ti0,1O2 , et a un motif XRD substantiellement comme présenté à la Figure 6, ou possède des réflexions XRD 2Q (°) substantiellement tel que présenté à la Figure 40.
Selon une autre variante d’intérêt, l’oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline est de formule K0,4Ni0,2Mn0,75Ti0,08O2 , et a un motif XRD substantiellement comme présenté à la Figure 7, ou possède des réflexions XRD 2Q (°) substantiellement tel que présenté à la Figure 40. Selon une autre variante d'intérêt, l’oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline est de formule K0,4Fe0,4Mn0, 6O2 , et a un motif XRD substantiellement comme présenté à la Figure 8, ou possède des réflexions XRD 2Q (°) substantiellement tel que présenté à la Figure 41. Selon une autre variante d'intérêt, l’oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline est de formule K0,4Ni0,1Mn0,9O2 , et a un motif XRD substantiellement comme présenté à la Figure 9, ou possède des réflexions XRD 2Q (°) substantiellement tel que présenté à la Figure 39 et/ou à la Figure 40.
Selon une autre variante d'intérêt, l’oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline est de formule K0,5Ni0,15Mn0,85O2, et a un motif XRD substantiellement comme présenté à la Figure 11 , ou possède des réflexions XRD 2q (°) substantiellement tel que présenté à la Figure 40.
Selon une autre variante d'intérêt, l’oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline est de formule K0,3Ni0,2Mn0,8O2 , et a un motif XRD substantiellement comme présenté à la Figure 12, ou possède des réflexions XRD 2Q (°) substantiellement tel que présenté à la Figure 40.
Selon une autre variante d'intérêt, l’oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline est de formule K0,2Ni0,1Mn0,9O2 , et a un motif XRD substantiellement comme présenté à la Figure 14, ou possède des réflexions XRD 2Q (°) substantiellement tel que présenté à la Figure 40 et/ou à la Figure 41.
Selon une autre variante d'intérêt, l’oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline est de formule K0,2Ni0,2Mn0,8O2 , et a un motif XRD substantiellement tel que présenté à la Figure 15, ou possède des réflexions XRD 2Q (°) substantiellement tel que présenté à la Figure 41. Selon une autre variante d'intérêt, l’oxyde lamellaire de potassium et de métal sous forme cristalline est de formule K0,1Ni0,08Mn0,95O2 , et a un motif XRD substantiellement comme présenté à la Figure 17, ou possède des réflexions XRD 2Q (°) substantiellement comme présenté à la Figure 41. EXEMPLES
Les exemples qui suivent sont à titre illustratif et ne doivent pas être interprétés comme limitant davantage la portée de l'invention telle qu’envisagée. Ces exemples seront mieux compris en se référant aux Figures annexées.
Exemple 1 : Synthèse des matériaux électrochimiquement actifs
a) Synthèse à l'état solide
Des oxydes lamellaires de potassium et de métal de formules K0,67Ni0,33Mn0,67O2 , K0,6Ni0,3Mn0,7O2 , K0 ,5N i0,25Mn0 ,75O2 , K0,4Ni0,2Mn0,8O2 , K0,4Ni0,2M n0,6Tί0,2O2 , K0,4Ni0,2Mn0,7Tί0,1O2 ,
K0,4Ni0,2Mn0,75Tί0,05O2 , K0,4Fe0,4Mn0,6O2 , K0,4Ni0,1Mn0,9O2 , K0,4MnO2 , K0,3Ni0,1 5Mn0,85O2 , K0,3Ni0,2Mn0,8O2 , K0,3MnO2 , K0,2Ni0,1Mn0,9O2 , K0,2Ni0,2Mn0,8O2 , K0,2MnO2 , K0,1Ni0,05Mn0,95O2 , K0,1 N i0,1Mn0,9O2 , Na0,74K0,08Ni0,4iMn0,59O2 , Na0, 6K0,08Ni0,34Mn0, 66O2 , Na0,74K0,08Ni0,2Mn0,8O2 , Na0, 6K0,08Ni0,2Mn0,8O2 . Na0,32K0,08Ni0,2Mn0,8O2 , et Na0,2K0,2Ni0,2Mn0,8O2 ont été préparés en utilisant des techniques de réaction à l'état solide. Les précurseurs respectifs (K2CO3/KOH, et les oxydes métalliques tels que Na2CO3, Mn2O3, C02O3, CuO, ZrO2 , NiO, Fe203, et TiO2 ) ont été pesés afin d’obtenir les stœchiométries souhaitées. Les échantillons ont été préparés en broyant et en mélangeant les poudres de précurseurs. Les poudres broyées et mélangées de précurseurs ont ensuite été placées dans un four et chauffées à une température comprise entre 600 °C et 1000 °C sous une atmosphère d'air ou d'oxygène pendant 5 à 24 heures. Par exemple, à une température comprise entre 800 °C et 1000 °C et pendant 6 à 8 heures. b) Synthèse en milieu liquide
Alternativement, les oxydes lamellaires de potassium et de métal tels qu’ici définis peuvent être préparés en utilisant des techniques de synthèse en milieu liquide. Par exemple, les oxydes lamellaires de potassium et de métal tels qu’ici définis peuvent être préparés par un procédé sol- gel, par exemple, par un procédé sol-gel (333SG) similaire à celui décrit par Hashem et al. (Hashem, Ahmed M., et al. Research on Engineering Structures and Materials 1.2 (2015): 81- 97). Par exemple, en utilisant ce procédé sol-gel, des poudres sol-gel (333SG) sont synthétisées en utilisant de l'acide citrique comme agent chélatant. Les précurseurs respectifs (des acétates de métal, dans lesquels le métal est Na, Mn, Ti, K, Fe ou Ni) sont pesés pour obtenir la stoechiométrie souhaitée et dissous dans de l'eau distillée. La solution est ajoutée goutte à goutte à une solution aqueuse d'acide citrique d'environ 1 mol/L agitée en continu. Le pH est ajusté à une valeur entre environ 7,0 et environ 8,0 avec de l'hydroxyde d'ammonium. La solution est ensuite chauffée à une température comprise entre environ 70 °C et environ 80 °C, tout en agitant afin d’évaporer les solvants, et ce jusqu'à l'obtention d'un précurseur sol-gel transparent. Le précurseur sol-gel résultant est calciné dans un four à une température d'environ 450 °C pendant environ 8 heures sous une atmosphère d'air ou d'oxygène afin d’éliminer le contenu organique. Enfin, la poudre ainsi obtenue est broyée dans un mortier et calcinée à une température d’environ 900°C pendant environ 12 heures.
Exemple 2: Caractérisation des matériaux électrochimiquement actifs
a) Diffraction des rayons X (DRX) sur poudres La structure atomique et moléculaire des matériaux électrochimiquement actifs a été étudiée par diffraction des rayons X effectuée sur les poudres d'oxydes lamellaires de potassium et de métal préparés à l'Exemple 1 (a). Les Figures 1 à 17 présentent respectivement en (A) les diagrammes de diffraction des rayons X pour les poudres d’oxyde lamellaire de potassium et de métal de formules K0,67Ni0,33Mn0,67O2 , K0,qNi0,3Mn0,7O2 , K0,8Ni0,25Mn0,75O2 , K0,4Ni0,2Mn0,8O2 , K0,4Ni0,2Mn0, 6Ti0,2O2 , K0,4Ni0,2Mn0,7Ti0,lO2 , K0,4Ni0,2Mn0,75Ti0,05O2 , K0,4Fe0,4Mn0, 6O2 , K0,4Ni0,lMn0,9O2 , K0,4MnO2 , K0,3Ni0,15Mn0,85O2 , K0,3Ni0,2Mn0,8O2 , K0,3MnO2 , K0,2Ni0,1Mn0,9O2 , K0,2Ni0,2Mn0,8O2 ,
K0,2MnO2 , et K0,1 Ni0,08Mn0,95O2 . La Figure 18 présentent respectivement les diagrammes de diffraction des rayons X pour les poudres d’oxyde lamellaire de potassium et de métal de formules Na0,74K0,08Ni0,4l Mn0,59O2 , Na0, 6K0,08Ni0,34Mn0, 66O2 , Na0,74K0,08Ni0,2Mn0,8O2 , Na0, 6K0,08Ni0,2Mn0,8O2 , Na0,32K0,08Ni0,2Mn0,8O2 , et Na0,2K0,2Ni0,2Mn0,8O2 .
Les spectres de rayons X ont été obtenus en utilisant un diffractomètre à rayons X Rigaku Smartlab™ équipé d'une source de rayons X au cobalt émettant des rayons X avec une longueur d'onde, l = 1 ,78901 Â. b) Caractéristiques de la structure cristalline Le traitement des données et la caractérisation de la structure cristalline ont été effectués en indexant et en comparant les spectres XRD avec des modèles provenant d’une base de données pour confirmer la structure cristalline des oxydes lamellaires de potassium et de métal.
Les Figures 1 à 3 (B) et la Figure 9 (C) présentent respectivement une illustration de la structure cristalline des oxydes lamellaires de potassium et de métal de formule K0,67Ni0,33Mn0,67O2 , K0,6Ni0,3Mn0,7O2 , K0,5Ni0,25Mn0,75O2 , et K0,4Ni0,1Mn0,9O2 et ayant les caractéristiques de structure cristalline présentées dans le Tableau 1.
Tableau 1. Caractéristiques de la structure cristalline des oxydes lamellaires de potassium et de métal de formules K0,67Ni0,33Mn0,67O2 , K0,qNi0,3Mn0,7O2 , K0,8Ni0,25Mn0,75O2 , et K0,4Ni0,1Mn0,9O2
Figure imgf000028_0001
Les paramètres de réflexion des oxydes lamellaires de potassium et de métal ayant les caractéristiques de structure cristalline présentées dans le Tableau 1 sont présentés à la Figure
39.
Les Figures 4, 6, 7, 9, 11 , 12 et 14 (B) présentent respectivement une illustration de la structure cristalline des oxydes lamellaires de potassium et de métal de formules K0,4Ni0,2Mn0,8O2 , K0,4Ni0,2Mn0,7Ti0,1O2 , K0,4Ni0,2Mn0,75Ti0,08O2 , K0,4Ni0,1Mn0,9O2 , K0,3Ni0,1sMn0,85O2 , K0,3Ni0,2Mn0,8O2 et K0,2Ni0,1Mn0,9O2 , et ayant les caractéristiques de structure cristalline présentées dans le Tableau 2.
Tableau 2. Caractéristiques de la structure cristalline des oxydes lamellaires de potassium et de métal de formules K0,4Ni0,2Mn0,8O2 , K0,4Ni0,2Mn0,7Ti0,1O2 , K0,4Ni0,2Mn0,75Ti0,08O2 , K0,4Ni0,1Mn0,9O2 , K0,3Ni0,15Mn0,85O2 , K0,3Ni0,2Mn0,8O2 , et K0,2Ni0,lMn0,9O2
Figure imgf000028_0002
Les paramètres de réflexion des oxydes lamellaires de potassium et de métal ayant les caractéristiques de la structure cristalline présentées dans le Tableau 2 sont présentés à la Figure 40. Les Figures 8(B), 14(C), 15(B) et 17(B) présentent respectivement une illustration de la structure cristalline des oxydes lamellaires de potassium et de métal de formules K0,4Fe0,4Mn0, 6O2 , K0,2Ni0,1Mn0,9O2 , K0,2Ni0,2Mn0,8O2 , et K0,1Ni0,08Mn0,95O2 et ayant les caractéristiques de structure cristalline présentées dans le Tableau 3. Tableau 3. Caractéristiques de la structure cristalline des oxydes lamellaires de potassium et de métal de formules K0,4Fe0,4Mn0,6O2 , K0,2Ni0,1Mn0,9O2 , K0,2Ni0,2Mn0,8O2 , et K0,1Ni0,05Mn0,95O2
Figure imgf000029_0001
Les paramètres de réflexion des oxydes lamellaires de potassium et de métal ayant les caractéristiques de structure cristalline présentées dans le Tableau 3 sont présentés à la Figure 41. Les Figures 10 et 13 présentent respectivement en (B) une illustration de la structure cristalline des oxydes lamellaires de potassium et de métal de formules K0,4MnO2 et K0,3MnO2 et ayant les caractéristiques de structure cristalline présentées dans le Tableau 4.
Tableau 4. Caractéristiques de la structure cristalline des oxydes lamellaires de potassium et de métal de formules K0,4MnO2 , ou K0,3MnO2
Figure imgf000029_0002
La Figure 16 montre en (B) les caractéristiques de la structure cristalline d'un oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule K0,2MnO2 . La phase principale est constituée d’un oxyde de manganèse Mn3O4 tétragonal.
Comme indiqué ci-dessus, deux structures sont proposées pour les oxydes lamellaires de potassium et de métal de formules K0,4Ni0,1Mn0,9O2 (Figure 9, Tableaux 1 et 2), et K0,2Ni0,1Mn0,9O2 (Figure 14, Tableaux 2 et 3). En effet, selon les diagrammes de diffraction des rayons X, ces deux structures peuvent être possibles.
Exemple 3: Propriétés électrochimiques
Les propriétés électrochimiques des matériaux électrochimiquement actifs tels que préparés à l'Exemple 1 (a) ont été étudiées. Les cellules électrochimiques ont été assemblées selon les configurations de cellules électrochimiques présentées dans le Tableau 5. a ) Configurations des cellules électrochimiques
Tableau 5. Configurations des cellules électrochimiques
Figure imgf000030_0001
Figure imgf000031_0001
Toutes les cellules électrochimiques ont été assemblées dans des boîtiers de pile bouton de type 2032 avec les composantes indiquées ci-dessus et des électrodes négatives incluant des films de lithium ou de sodium métallique sur des collecteurs de courant en aluminium. Les cellules électrochimiques comprenaient un matériau d'électrode comprenant environ 80% en poids de matériau électrochimiquement actif, environ 10% en poids de liant (PVDF) et environ 10% en poids de matériau conducteur électronique (noir Ketjen™, Super P™ ou VGCF). Toutes les cellules électrochimiques comprenant des électrolytes liquides ont été assemblées avec des séparateurs Celgard™.
Les séparateurs des cellules électrochimiques comprenant des électrodes négatives incluant un film de lithium métallique ont été imprégnés d'une solution 1 M de LiPF6 dans un mélange EC/DMC ([4:6] en volume) sous forme d'électrolyte liquide et environ 2 % en volume de VC. Les séparateurs des cellules électrochimiques comprenant des électrodes négatives incluant un film de sodium métallique ont été imprégnés d'une solution 1 M de NaPF6 dans un mélange EC/DEC ([3:7] en volume) ou EC/DMC ([4:6] en volume) sous forme d'électrolyte liquide. b) Comportement électrochimique des oxydes lamellaires de potassium et de métal Cet exemple illustre le comportement électrochimique des cellules électrochimiques telles que décrites à l'Exemple 3(a).
La Figure 19 montre un graphique de la capacité (mAh.g 1) en fonction de x dans un oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule KxNi0,5xMn1-0,5xO2 enregistré pour x entre 0,1 et 0,7. Les résultats sont présentés pour une batterie lithium-ion (ligne rouge) et pour une batterie sodium-ion (ligne noire). Comme le montre la Figure 19, x peut de préférence être d'environ 0,4.
Les Figures 20 à 37 montrent les profils de charge et de décharge pour les Cellules 1 à 28 et 33 à 35. La charge et la décharge ont été effectuées à 0, 1 C entre 1 ,5 V et 4,5 V vs Li+/Li pour toutes les cellules électrochimiques comprenant un film de lithium métallique en tant qu’électrode négative et à 0,1 C entre 1 ,5 V et 4,2 V vs Na+/Na pour toutes les cellules électrochimiques comprenant un film de sodium métallique en tant qu’électrode négative. La charge et la décharge ont été effectuées à une température de 25 °C en commençant par une décharge. Les résultats sont présentés pour un premier (ligne noire, 1), un deuxième (ligne rouge, 2), et éventuellement un troisième (ligne bleue, 3) cycle de décharge et de charge. Les capacités délivrées par chacune des cellules électrochimiques sont présentées dans le Tableau 6. Tableau 6. Capacité délivrée par les cellules du Tableau 5
Figure imgf000032_0001
Figure imgf000033_0001
La Figure 38 montre un graphique représentant la capacité (mAh g-1) et l'efficacité (%) en fonction du nombre de cycles en (A) pour les Cellules 1 , 3, 5, 17, 19, 25 et 31 ; et en (B) pour les cellules 2, 4, 6, 18, 26 et 32. Les expériences de long cyclage ont été effectuées à un courant de charge et de décharge constant de C/10 et à une température d'environ 25 °C. Les résultats présentés à la Figure 38 (A) ont été enregistrés vs Li+/Li pour environ 45 cycles; et en (B) vs Na+/Na pour environ 35 cycles.
Plusieurs modifications pourraient être effectuées à l’un ou l’autre des modes de réalisations décrits ci-dessus sans sortir du cadre de la présente invention telle qu’envisagée. Les références, brevets ou documents de littérature scientifique référés dans la présente demande sont incorporés ici par référence dans leur intégralité et à toutes fins.

Claims

REVENDICATIONS
1. Un matériau d'électrode comprenant un matériau électrochimiquement actif, ledit matériau électrochimiquement actif comprenant un oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule KXMO2 , dans laquelle x est un nombre tel que 0 < x £ 0,7, et M est choisi parmi Co, Mn, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zr, Sb, et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
2. Matériau d'électrode selon la revendication 1 , dans lequel le matériau électrochimiquement actif comprend un oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule KxMyMn1-yO2 , dans laquelle x est tel que défini à la revendication 1 , y est un nombre tel que 0 £ y £ 1 ,0, et M est choisi parmi Co, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zr, Sb, et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
3. Matériau d'électrode selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’oxyde lamellaire de potassium et de métal est de formule KxFeyMn1-yO2 , dans laquelle x est tel que défini à la revendication 1 , et y est un nombre tel que 0 £ y £ 1 ,0.
4. Matériau d'électrode selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’oxyde lamellaire de potassium et de métal est de formule KxMnO2 , dans laquelle x est tel que défini à la revendication 1.
5. Matériau d'électrode selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’oxyde lamellaire de potassium et de métal est de formule KxNiMnO2 , dans laquelle x est tel que défini à la revendication 1.
6. Matériau d'électrode selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’oxyde lamellaire de potassium et de métal est de formule KxNiMnTiO2 , dans laquelle x est tel que défini à la revendication 1.
7. Matériau d'électrode selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’oxyde lamellaire de potassium et de métal est de formule KxFeMnO2 , dans laquelle x est tel que défini à la revendication 1.
8. Matériau d'électrode selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’oxyde lamellaire de potassium et de métal est de formule KxNi0,5XMn1-0,5XO2 , dans laquelle x est tel que défini à la revendication 1.
9. Matériau d'électrode selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’oxyde lamellaire de potassium et de métal est de formule KxNi0,5xMn1-0,5x-yMyO2 , dans laquelle x est tel que défini à la revendication 1 , y est un nombre tel que 0 £ y £ (1 ,0 - 0,5x), et M est choisi parmi Co, Fe, Ti, Cr, V, Cu, Zr, Sb, et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
10. Matériau d'électrode selon la revendication 9, dans lequel l’oxyde lamellaire de potassium et de métal est de formule KxNi0,5xMn1-0,5xTiyO2 , dans laquelle x est tel que défini à la revendication 1 , et y est tel que défini à la revendication 9.
1 1. Matériau d'électrode selon la revendication 9 ou 10, dans lequel l’oxyde lamellaire de potassium et de métal est de formule K0,4Ni0,2Mn0,8-yTiyO2 , dans laquelle y est un nombre tel que 0 £ y £ 0,8.
12. Matériau d'électrode selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 , dans lequel l’oxyde lamellaire de potassium et de métal est choisi dans le groupe constitué de K0,67Ni0,33Mn0,67O2 , K0, 6Ni0,3Mn0,7O2 , K0,5Ni0,25Mn0,75O2 , K0,4NI0,2Mn0,8O2 , K0,4Ni0,2Mn0, 6 i0,2O2 , K0,4Ni0,2Mn0,7Ti0,1O2 , K0,4Ni0,2Mn0,75Ti0,08O2 , K0,4Fe0,4Mn0, 6O2 , K0,4Ni0,1Mn0,9O2 , K0,4MnO2 , K0,3Ni0,15Mn0,85O2 , K0,3Ni0,2Mn0,8O2 , K0,3MnO2 , K0,2Ni0,1Mn0,9O2 , K0,2Ni0,2Mn0,8O2 , K0,2MnO2 ,
K0,1 Ni0,05Mn0,95O2 , K0,1 Ni0,1Mn0,9O2 , et d’une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
13. Matériau d'électrode selon la revendication 12, dans lequel l’oxyde lamellaire de potassium et de métal est K0,4Ni0,2Mn0,8O2 .
14. Matériau d'électrode selon la revendication 12, dans lequel l’oxyde lamellaire de potassium et de métal est K0,4Ni0,2Mn0, 6Ti0,2O2 .
15. Matériau d'électrode selon la revendication 12, dans lequel l’oxyde lamellaire de potassium et de métal est K0,4Ni0,2Mn0,75Ti0,08O2 .
16. Matériau d'électrode selon la revendication 12, dans lequel l’oxyde lamellaire de potassium et de métal est K0,4Fe0,4Mn0, 6O2 .
17. Un matériau d'électrode comprenant un matériau électrochimiquement actif, ledit matériau électrochimiquement actif comprenant un oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule NazKxMO2 , dans laquelle x est un nombre tel que 0 < x £ 0,7, z est un nombre tel que 0 <x £ 0,8, et M est choisi parmi Co, Mn, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zr, Sb, et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
18. Matériau d'électrode selon la revendication 17, dans lequel le matériau électrochimiquement actif comprend un oxyde lamellaire de potassium et de métal de formule NazKxMyMn1-yO2 , dans laquelle x et z sont tels que définis à la revendication 17, y est un nombre tel que 0 £ y £ 1 ,0, et M est choisi parmi Co, Fe, Ni, Ti, Cr, V, Cu, Zr, Sb, et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
19. Matériau d'électrode selon la revendication 17 ou 18, dans lequel l’oxyde lamellaire de potassium et de métal est de formule NazKxNiyMn1-yO2 , dans laquelle x et z sont tels que définis à la revendication 17, et y est un nombre tel que 0 £ y £ 1 ,0.
20. Matériau d'électrode selon l’une quelconque des revendications 17 à 19, dans lequel l’oxyde lamellaire de potassium et de métal est choisi dans le groupe constitué de
Na0,74K0,08Ni0,4lMn0,59O2 , Na0, 6K0,08Ni0,34Mn0, 66O2 , Na0,74K0,08Ni0,2Mn0,8O2 ,
Na0, 6K0,08Ni0,2Mn0,8O2 , Na0,32K0,08Ni0,2Mn0,8O2 , Na0,2K0,2Ni0,2Mn0,8O2 , et d’une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
21. Matériau d'électrode selon la revendication 20, dans lequel l’oxyde lamellaire de potassium et de métal est Na0,74K0,08Ni0,4iMn0,59O2 .
22. Matériau d'électrode selon la revendication 20, dans lequel l’oxyde lamellaire de potassium et de métal est Na0,eK0,08Ni0,34Mn0,66O2 .
23. Matériau d'électrode selon la revendication 20, dans lequel l’oxyde lamellaire de potassium et de métal est Na0,74K0,08Ni0,2Mn0,8O2 .
24. Matériau d'électrode selon la revendication 20, dans lequel l’oxyde lamellaire de potassium et de métal est Na0, 6K0,08Ni0,2Mn0,8O2 .
25. Matériau d'électrode selon la revendication 20, dans lequel l’oxyde lamellaire de potassium et de métal est Na0,32K0,08Ni0,2Mn0,8O2 .
26. Matériau d'électrode selon la revendication 20, dans lequel l’oxyde lamellaire de potassium et de métal est Na0,2K0,2Ni0,2Mn0,8O2 .
27. Matériau d'électrode selon l’une quelconque des revendications 1 à 26, comprenant en outre un matériau conducteur électronique.
28. Matériau d'électrode selon la revendication 27, dans lequel le matériau conducteur électronique est choisi dans le groupe constitué du noir de carbone, du noir d’acétylène, du graphite, du graphène, des fibres de carbone, des nanofibres de carbone, des nanotubes de carbones, et d’une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
29. Matériau d'électrode selon la revendication 28, dans lequel le matériau conducteur électronique comprend des fibres de carbone.
30. Matériau d'électrode selon la revendication 29, dans lequel les fibres de carbone sont formées en phase gazeuse (VGCFs).
31. Matériau d'électrode selon la revendication 28, dans lequel le matériau conducteur électronique comprend du noir de carbone.
32. Matériau d'électrode selon la revendication 31 , dans lequel le noir de carbone est du carbone Super P™.
33. Matériau d'électrode selon la revendication 31 , dans lequel le noir de carbone est du carbone Ketjen™.
34. Matériau d'électrode selon l'une quelconque des revendications 1 à 33, comprenant en outre un liant.
35. Matériau d'électrode selon la revendication 34, dans lequel le liant est choisi dans le groupe constitué d’un liant polymère de type polyéther, un polymère fluoré, et un liant hydrosoluble.
36. Matériau d'électrode selon la revendication 35, dans lequel le liant est un polymère fluoré choisi parmi le fluorure de polyvinylidène (PVDF), et le polytétrafluoroéthylène (PTFE).
37. Matériau d'électrode selon la revendication 36, dans lequel le liant est le fluorure de polyvinylidène (PVDF).
38. Matériau d'électrode selon la revendication 35, dans lequel le liant est un liant polymère de type polyéther.
39. Matériau d'électrode selon la revendication 38, dans lequel le liant polymère de type polyéther est ramifié et/ou réticulé.
40. Matériau d'électrode selon la revendication 38 ou 39, dans lequel le liant polymère de type polyéther est un polymère basé sur le poly(oxyde d’éthylène) (PEO).
41. Une électrode comprenant un matériau d'électrode tel que défini à l'une quelconque des revendications 1 à 40 sur un collecteur de courant.
42. Électrode selon la revendication 41 , dans laquelle l’électrode est une électrode positive.
43. Une cellule électrochimique comprenant une électrode négative, une électrode positive et un électrolyte, dans laquelle l'électrode positive est telle que définie à la revendication 41 ou 42.
44. Cellule électrochimique selon la revendication 43, dans laquelle l’électrode négative comprend du lithium métallique, du sodium métallique, du potassium métallique, ou un alliage comprenant au moins un de ceux-ci.
45. Cellule électrochimique selon la revendication 43, dans laquelle l’électrode négative comprend au moins l’un d’un alliage prélithié, un graphite prélithié, un silicium prélithié, un oxyde prélithié, ou une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
46. Cellule électrochimique selon la revendication 43, dans laquelle l'électrode négative comprend au moins l'un d'un alliage présodié, d'un carbone dur présodié, et d'un oxyde présodié.
47. Cellule électrochimique selon la revendication 43, dans laquelle l'électrode négative comprend au moins l'un d'un alliage prépotassié, un graphite prépotassié, un carbone dur prépotassié, et un oxyde prépotassié.
48. Cellule électrochimique selon l'une quelconque des revendications 43 à 47, dans laquelle l'électrolyte est un électrolyte liquide comprenant un sel dans un solvant.
49. Cellule électrochimique selon l'une quelconque des revendications 43 à 47, dans laquelle l'électrolyte est un électrolyte gel comprenant un sel dans un solvant et éventuellement un polymère solvatant.
50. Cellule électrochimique selon l'une quelconque des revendications 43 à 47, dans laquelle l'électrolyte est un électrolyte polymère solide comprenant un sel dans un polymère solvatant.
51. Cellule électrochimique selon l'une quelconque des revendications 48 à 50, dans laquelle le sel est choisi parmi un sel de lithium, un sel de sodium, un sel de potassium, et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
52. Cellule électrochimique selon l'une quelconque des revendications 48 à 51 , dans laquelle le sel est un sel de lithium.
53. Cellule électrochimique selon la revendication 52, dans laquelle le sel de lithium est choisi parmi l’hexafluorophosphate de lithium (LiPF6), le bis(trifluorométhanesulfonyl)imidure de lithium (LiTFSI), le bis(fluorosulfonyl)imidure de lithium (LiFSI), le 2-trifluorométhyl-4,5- dicyanoimidazolate de lithium (LiTDI), le 4,5-dicyano-1 ,2,3-triazolate de lithium (LiDCTA), le bis(pentafluoroéthylsulfonyl)imidure de lithium (LiBETI), le tétrafluoroborate de lithium (L1BF4), le bis(oxalato)borate de lithium (LiBOB), le nitrate de lithium (L1NO3), le chlorure de lithium (LiCI), le bromure de lithium (LiBr), le fluorure de lithium (LiF), le perchlorate de lithium (UCIO4), l’hexafluoroarsénate de lithium (LiAsF6), le trifluorométhanesulfonate de lithium (USO3CF3) (LiTf), le fluoroalkylphosphate de lithium Li[PF3(CF2CF3)3] (LiFAP), le tétrakis(trifluoroacétoxy)borate de lithium Li[B(OCOCF3)4] (LiTFAB), le bis(1 ,2- benzenediolato(2-)-O,O')borate de lithium Li[B(C6O2 )2] (LiBBB), et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
54. Cellule électrochimique selon la revendication 52 ou 53, dans laquelle le sel de lithium est choisi parmi LiPF6, LiFSI, LiTFSI, LiTDI, et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
55. Cellule électrochimique selon l'une quelconque des revendications 48 à 51 , dans laquelle le sel est un sel de sodium.
56. Cellule électrochimique selon la revendication 55, dans laquelle le sel de sodium est choisi parmi l’hexafluorophosphate de sodium (NaPF6), le perchlorate de sodium (NaCIO4), le bis(trifluorométhanesulfonyl)imidure de sodium (NaTFSI), le bis(fluorosulfonyl)imidure de sodium (NaFSI), le 2-trifluorométhyl-4,5-dicyanoimidazolate de sodium (NaTDI), le bis(pentafluoroéthylsulfonyl)imidure de sodium (NaBETI), le trifluorométhanesulfonate de sodium (NaSO3CF3) (NaTf), le fluorure de sodium (NaF), le nitrate de sodium (NaNO3), et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
57. Cellule électrochimique selon la revendication 55 ou 56, dans laquelle le sel de sodium est choisi parmi NaPF6, NaFSI, NaTFSI, NaCICL, et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
58. Cellule électrochimique selon l'une quelconque des revendications 48 à 51 , dans laquelle le sel est un sel de potassium.
59. Cellule électrochimique selon la revendication 58, dans laquelle le sel de potassium est choisi parmi l’hexafluorophosphate de potassium (KPF6), le bis(trifluorométhanesulfonyl)imidure de potassium (KTFSI), le bis(fluorosulfonyl)imidure de potassium (KFSI), le trifluorométhanesulfonate de potassium (KSO3CF3) (KTf), et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
60. Cellule électrochimique selon la revendication 58 ou 59, dans laquelle le sel de potassium est KPF6.
61. Cellule électrochimique selon l'une quelconque des revendications 43 à 47, dans laquelle l'électrolyte est un électrolyte en verre ou en céramique.
62. Cellule électrochimique selon la revendication 61 , dans laquelle l'électrolyte est un électrolyte en verre ou en céramique choisi parmi un électrolyte de type pérovskite déficient en sites, un électrolyte de type grenat, un électrolyte en vitrocéramique de type NASICON, un électrolyte de type LISICON, un oxyde d'aluminium (AI2O3) conducteur d’ion de sodium
(Na+) stabilisé au lithium, et d’autres électrolytes en verre ou en céramique similaires.
63. Une batterie comprenant au moins une cellule électrochimique telle que définie à l'une quelconque des revendications 43 à 62.
64. Batterie selon la revendication 63, dans laquelle ladite batterie est choisie dans le groupe constitué d’une batterie au lithium, d’une batterie lithium-ion, d’une batterie au sodium, d’une batterie sodium-ion, d’une batterie au potassium, et d’une batterie potassium-ion.
65. Batterie selon la revendication 63 ou 64, dans laquelle ladite batterie est une batterie lithium-ion.
66. Batterie selon la revendication 63 ou 64, dans laquelle ladite batterie est une batterie sodium-ion.
67. Batterie selon la revendication 63 ou 64, dans laquelle ladite batterie est une batterie potassium-ion.
PCT/CA2020/050735 2019-05-31 2020-05-29 Matériaux d'électrode comprenant un oxyde lamellaire de potassium et de métal, électrodes les comprenant et leur utilisation en électrochimie WO2020237386A1 (fr)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20812764.7A EP3977542A4 (fr) 2019-05-31 2020-05-29 Matériaux d'électrode comprenant un oxyde lamellaire de potassium et de métal, électrodes les comprenant et leur utilisation en électrochimie
CN202080039869.0A CN113906585A (zh) 2019-05-31 2020-05-29 包含含有钾和金属的层状氧化物的电极材料、包含该材料的电极及其在电化学中的用途
KR1020217040748A KR20220015410A (ko) 2019-05-31 2020-05-29 층상 칼륨 금속 옥사이드를 포함하는 전극 물질, 전극 물질을 포함하는 전극 및 전기화학에서의 전극 물질의 용도
JP2021570360A JP2022534928A (ja) 2019-05-31 2020-05-29 層状カリウム金属酸化物を含む電極材料、電極材料を含む電極、および電気化学における電極材料の使用
CA3138162A CA3138162A1 (fr) 2019-05-31 2020-05-29 Materiaux d'electrode comprenant un oxyde lamellaire de potassium et de metal, electrodes les comprenant et leur utilisation en electrochimie
US17/615,267 US20220231284A1 (en) 2019-05-31 2020-05-29 Electrode materials comprising a layered potassium metal oxide, electrodes comprising them and their use in electrochemistry

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962855537P 2019-05-31 2019-05-31
US62/855,537 2019-05-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020237386A1 true WO2020237386A1 (fr) 2020-12-03

Family

ID=73552033

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CA2020/050735 WO2020237386A1 (fr) 2019-05-31 2020-05-29 Matériaux d'électrode comprenant un oxyde lamellaire de potassium et de métal, électrodes les comprenant et leur utilisation en électrochimie

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20220231284A1 (fr)
EP (1) EP3977542A4 (fr)
JP (1) JP2022534928A (fr)
KR (1) KR20220015410A (fr)
CN (1) CN113906585A (fr)
CA (1) CA3138162A1 (fr)
WO (1) WO2020237386A1 (fr)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114835141B (zh) * 2022-03-31 2023-08-04 贵州光瑞新能源科技有限公司 一种六氟磷酸锂电解质的制备工艺及装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000182616A (ja) * 1998-12-14 2000-06-30 Fuji Elelctrochem Co Ltd 非水電解液２次電池用正極活物質の製造方法
WO2003063287A2 (fr) 2002-01-16 2003-07-31 HYDRO-QUéBEC Électrolyte polymère à haute stabilité, son utilisation dans les systèmes électrochimiques
WO2004068610A2 (fr) 2003-01-30 2004-08-12 Hydro-Quebec Generateur electrochimique rechargeable
WO2009111860A1 (fr) 2008-03-11 2009-09-17 Hydro-Quebec Procédé de préparation d’une pile électrochimique comportant un gel électrolytique
US20150349339A1 (en) * 2012-12-27 2015-12-03 Korea Electronics Technology Institute A cathode active material coated with manganese phosphate for a lithium secondary battery and a preparation method of the same
CN106654252A (zh) * 2016-12-22 2017-05-10 河北师范大学 一种含锰钾氧的锂电池负极材料的制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2503897A (en) * 2012-07-10 2014-01-15 Faradion Ltd Nickel doped compound for use as an electrode material in energy storage devices

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000182616A (ja) * 1998-12-14 2000-06-30 Fuji Elelctrochem Co Ltd 非水電解液２次電池用正極活物質の製造方法
WO2003063287A2 (fr) 2002-01-16 2003-07-31 HYDRO-QUéBEC Électrolyte polymère à haute stabilité, son utilisation dans les systèmes électrochimiques
WO2004068610A2 (fr) 2003-01-30 2004-08-12 Hydro-Quebec Generateur electrochimique rechargeable
WO2009111860A1 (fr) 2008-03-11 2009-09-17 Hydro-Quebec Procédé de préparation d’une pile électrochimique comportant un gel électrolytique
US20150349339A1 (en) * 2012-12-27 2015-12-03 Korea Electronics Technology Institute A cathode active material coated with manganese phosphate for a lithium secondary battery and a preparation method of the same
CN106654252A (zh) * 2016-12-22 2017-05-10 河北师范大学 一种含锰钾氧的锂电池负极材料的制备方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HASHEM, AHMED M. ET AL., RESEARCH ON ENGINEERING STRUCTURES AND MATERIALS, vol. 1, no. 2, 2015, pages 81 - 97
LIU, CAI-LING ET AL.: "Influence of Na-substitution on the structure and electrochemical properties of layered oxides K .67Ni0.17Co0.17Mn0.66O2 cathode materials.", ELECTROCHIMICA ACTA, vol. 286, 2018, pages 114 - 122, XP093054804, DOI: 10.1016/j.electacta.2018.08.028
LIU, CAI-LING ET AL.: "K0.67Ni0.17Co0.17Mn0.66O2: A cathode material for potassium-ion battery.", ELECTROCHEMISTRY COMMUNICATIONS, vol. 82, 2017, pages 150 - 154, XP085158245, DOI: 10.1016/j.elecom.2017.08.008
See also references of EP3977542A4
WANG, XUANPENG ET AL.: "Earth abundant Fe/Mn-based layered oxide interconnected nanowires for advanced K-ion full batteries.", NANO LETTERS, vol. 17, no. 1, 2017, pages 544 - 550, XP093054810, DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b04611
ZOU, XIAOXI ET AL.: "Recent research progress in non-aqueous potassium-ion batteries.", PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS, vol. 19, no. 39, 2017, pages 26495 - 26506, XP093054814, DOI: 10.1039/C7CP03852F

Also Published As

Publication number Publication date
CN113906585A (zh) 2022-01-07
EP3977542A4 (fr) 2023-08-16
KR20220015410A (ko) 2022-02-08
US20220231284A1 (en) 2022-07-21
JP2022534928A (ja) 2022-08-04
CA3138162A1 (fr) 2020-12-03
EP3977542A1 (fr) 2022-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9093702B2 (en) Electrolytic solution for lithium battery, lithium battery employing the same and method for operating the lithium battery
KR101264364B1 (ko) 리튬 이차 전지용 양극 활물질 및 이를 이용한 리튬 이차 전지
KR101607024B1 (ko) 리튬 이차전지
US10263286B2 (en) Secondary battery electrolyte and secondary battery
KR101182428B1 (ko) 양극 및 이를 포함한 리튬 전지
JP5277225B2 (ja) リチウム電池用電解液、これを含むリチウム電池及びリチウム電池の作動方法
EP3861579A1 (fr) Matériaux d&#39;électrode comprenant un oxyde lamellaire de sodium et de métal, électrodes les comprenant et leur utilisation en électrochimie
CN111095657B (zh) 非水电解液用添加剂、非水电解液电池用电解液和非水电解液电池
WO2017154788A1 (fr) Solution électrolytique pour batteries secondaires, et batterie secondaire
KR102657064B1 (ko) 리튬 이차전지용 전극
JP2019053984A (ja) 非水電解液用添加剤、非水電解液、及び非水電解液電池
WO2020206552A1 (fr) Électrolytes céramiques, leurs procédés de préparation et les cellules électrochimiques les comprenant
EP3977542A1 (fr) Matériaux d&#39;électrode comprenant un oxyde lamellaire de potassium et de métal, électrodes les comprenant et leur utilisation en électrochimie
EP3549192B1 (fr) Amelioration de la conductivite ionique d&#39;electrolyte a base de sels de lithium d&#39;imidazolate
WO2023070216A1 (fr) Composés inorganiques possédant une structure de type argyrodite, leurs procédés de préparation et leurs utilisations dans des applications électrochimiques
WO2021195778A1 (fr) Matériaux d&#39;électrode comprenant un oxyde de sodium et de métal de type tunnel, électrodes les comprenant et leur utilisation en électrochimie
WO2022126253A1 (fr) Matériaux d&#39;électrode comprenant un oxyde lamellaire de métaux enrobé d&#39;un oxyde de métaux de type tunnel, électrodes les comprenant et leur utilisation en électrochimie
WO2019097189A1 (fr) Utilisation d&#39;un melange de sels a titre d&#39;additif dans une batterie au lithium gelifiee
WO2022251968A1 (fr) Matériaux d&#39;enrobage à base d&#39;hydrocarbures aliphatiques insaturés et leurs utilisations dans des applications électrochimiques
CN110326153B (zh) 二次电池和二次电池的使用方法
WO2023007991A1 (fr) Batterie secondaire au lithium-ion
WO2023193111A1 (fr) Matériaux d&#39;électrode comprenant un oxyde de sodium, de lithium, de manganèse et de métal de type tunnel dopé au fe, électrodes les comprenant et leur utilisation en électrochimie
KR102338841B1 (ko) 리튬 이차 전지
WO2021168558A1 (fr) Materiaux d &#39; electrode comprenant un oxyde lamellaire de lithium et de metal enrobe d&#39;un phosphate de metal de type olivine, electrodes les comprenant et leur utilisation en electrochimie
EP4348734A1 (fr) Liants d&#39;électrode comprenant un mélange d&#39;un polymère basé sur le polybutadiène et d&#39;un polymère basé sur le polynorbornène, électrodes les comprenant et leur utilisation en électrochimie

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20812764

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 3138162

Country of ref document: CA

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021570360

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20217040748

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020812764

Country of ref document: EP

Effective date: 20220103