特許 6592206 コアシェル電気活性物質

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6592206

(24)【登録日】2019年9月27日

(45)【発行日】2019年10月16日

(54)【発明の名称】コアシェル電気活性物質

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/525 20100101AFI20191007BHJP

   C01G 53/00 20060101ALI20191007BHJP

   H01M 4/36 20060101ALI20191007BHJP

   H01M 4/505 20100101ALI20191007BHJP

【ＦＩ】

   H01M4/525

   C01G53/00 A

   H01M4/36 C

   H01M4/36 E

   H01M4/505

【請求項の数】35

【全頁数】32

(21)【出願番号】特願2018-558301(P2018-558301)

(86)(22)【出願日】2018年2月21日

(65)【公表番号】特表2019-514835(P2019-514835A)

(43)【公表日】2019年6月6日

(86)【国際出願番号】US2018018986

(87)【国際公開番号】WO2018156607

(87)【国際公開日】20180830

【審査請求日】2018年11月6日

(31)【優先権主張番号】62/461,890

(32)【優先日】2017年2月22日

(33)【優先権主張国】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】518101406

【氏名又は名称】リオナノ インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(74)【代理人】

【識別番号】100181674

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 貴敏

(74)【代理人】

【識別番号】100181641

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】230113332

【弁護士】

【氏名又は名称】山本 健策

(72)【発明者】

【氏名】レン， ドン

(72)【発明者】

【氏名】シェン， ユン

(72)【発明者】

【氏名】ユ， インチャオ

【審査官】 藤原 敬士

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０１８９２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１７／００４７６０９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１４−５２９８６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０３５７６３８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−１２０７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１０００６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ４／５２５

Ｃ０１Ｇ ５３／００

Ｈ０１Ｍ ４／３６

Ｈ０１Ｍ ４／５０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

組成物であって、複数の粒子を含む正電気活性物質を含み、前記正電気活性物質が、式（Ｌｉ_１＋ａ（Ｎｉ_ｑＭ_ｒＣｏ_{１−ｑ−ｒ}）Ｏ_２）_ｘ（Ｌｉ_１＋ａ（Ｎｉ_ｓＭｎ_ｔＣｏ_{１−ｓ−ｔ}）Ｏ_２）_１−ｘを有し、式中、
Ｍは、Ｍｎおよび／またはＡｌであり；
ｘは、０．７０から０．９５（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；
ａは、０．０１から０．０７（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；
ｑは、０．８０から０．９６（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；
ｒは、０．０１から０．１０（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；
ｓは、０．３４から０．７０（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；
ｔは、０．２０から０．４０（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；
１−ｑ−ｒは、０より大きく；
１−ｓ−ｔは、０より大きく；
前記物質が、Ｌｉ_１＋ａ（Ｎｉ_ｑＭ_ｒＣｏ_{１−ｑ−ｒ}）Ｏ_２を含む第１の相、およびＬｉ_１＋ａ（Ｎｉ_ｓＭｎ_ｔＣｏ_{１−ｓ−ｔ}）Ｏ_２を含む第２の相を含む、
組成物。

【請求項2】

前記第２の相が、前記第１の相を取り囲んでいる、請求項１に記載の組成物。

【請求項3】

ｑが、０．８０から０．９５（これらの数値を含む）の範囲であり；ｒが、０．０４から０．１０（これらの数値を含む）の範囲であり；ｓが、０．３４から０．６５（これらの数値を含む）の範囲であり；ｔが、０．２０から０．３５（これらの数値を含む）の範囲であり；１−ｑ−ｒが、０．０４から０．１０（これらの数値を含む）の範囲であり；１−ｓ−ｔが、０．２０から０．３５（これらの数値を含む）の範囲であり；ｘが、０．８０から０．９５（これらの数値を含む）の範囲であり；ａが、０．０２から０．０５（これらの数値を含む）の範囲である、請求項１から２のいずれか一項に記載の組成物。

【請求項4】

前記物質が、１４マイクロメートル未満の平均Ｄ５０粒子サイズを有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の組成物。

【請求項5】

前記複数の粒子が、少なくとも０．６５のスパンを有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の組成物。

【請求項6】

ｒ＜ｔである、請求項１から５のいずれか一項に記載の組成物。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか一項に記載の組成物と；
負電気活性物質と；
前記正電気活性物質と前記負電気活性物質とを分離するセパレータと
を含む、電気化学セル。

【請求項8】

電池で使用される、請求項７に記載の電気化学セル。

【請求項9】

前記物質が、
第１の溶液からニッケル、マンガン、およびコバルトを沈殿させて粒子を生成する第１のステップと；
前記粒子上に第２の溶液からニッケル、マンガン、およびコバルトを沈殿させてコアシェル粒子を形成する第２のステップと
を含むプロセスにより形成される、請求項１から６のいずれか一項に記載の組成物を製造する方法。

【請求項10】

前記第１および第２の沈殿させるステップが、同じ反応器内で行われる、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記第１の溶液が、第１のｐＨを有し、前記第２の溶液が、第２のｐＨを有し、前記第２のｐＨが前記第１のｐＨより大きい、請求項９〜１０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

前記第２のｐＨが、前記第１のｐＨよりも少なくとも１ｐＨ単位大きい、請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項13】

前記第１のｐＨが、少なくとも１０であり、前記第２のｐＨが、少なくとも１１である、請求項９から１２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項14】

前記第１の沈殿させるステップが、第１の温度で行われ、前記第２の沈殿させるステップが、第２の温度で行われる、請求項９から１３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項15】

前記第２の温度が、前記第１の温度よりも少なくとも１０℃高い、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記第１の沈殿させるステップが、第１の撹拌スピードで行われ、前記第２の沈殿させるステップが、第２の撹拌スピードで行われる、請求項１４〜１５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項17】

組成物であって、複数の粒子を含む正電気活性物質を含み、前記複数の粒子の少なくともいくつかは、コアと、前記コアを少なくとも部分的に取り囲むシェルとを含み、前記コアは、式Ｌｉ_１＋ａ（Ｎｉ_ｑＭ_ｒＣｏ_{１−ｑ−ｒ}）Ｏ_２を有し、前記シェルは、式Ｌｉ_１＋ａ（Ｎｉ_ｓＭｎ_ｔＣｏ_{１−ｓ−ｔ}）Ｏ_２を有し、Ｌｉ_１＋ａ（Ｎｉ_ｑＭ_ｒＣｏ_{１−ｑ−ｒ}）Ｏ_２とＬｉ_１＋ａ（Ｎｉ_ｓＭｎ_ｔＣｏ_{１−ｓ−ｔ}）Ｏ_２のモル比は、ｘ：（１−ｘ）であり、式中、
Ｍは、Ｍｎおよび／またはＡｌであり；
ｘは、０．７０から０．９５（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；
ａは、０．０１から０．０７（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；
ｑは、０．８０から０．９６（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；
ｒは、０．０１から０．１０（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；
ｓは、０．３４から０．７０（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；
ｔは、０．２０から０．４０（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；
１−ｑ−ｒは、０より大きく；
１−ｓ−ｔは、０より大きい、
組成物。

【請求項18】

コアを有する前記複数の粒子が、８マイクロメートルから１２マイクロメートルの間の平均コアサイズおよび／または０．０５マイクロメートルから１．１マイクロメートルの間の平均シェル厚を有する、請求項１７に記載の組成物。

【請求項19】

前記複数の粒子が、少なくとも０．６５のスパンを有する、請求項１７〜１８のいずれか一項に記載の組成物。

【請求項20】

ｒ＜ｔである、請求項１７から１９のいずれか一項に記載の組成物。

【請求項21】

反応器内で、第１の溶液からニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトを沈殿させて粒子を生成する第１のステップと；
前記反応器内で、前記粒子上に第２の溶液からニッケル、マンガン、およびコバルトを沈殿させて、コアシェル粒子を形成する第２のステップと
を含む、請求項１〜６および１７〜２０のいずれか一項に記載の組成物を製造するための方法。

【請求項22】

前記第２の溶液からニッケル、マンガン、およびコバルト塩を沈殿させる前に前記反応器から前記粒子が除去されない、請求項２１に記載の方法。

【請求項23】

前記第１の溶液が、第１のｐＨを有し、前記第２の溶液が、第２のｐＨを有し、前記第２のｐＨは、前記第１のｐＨより大きい、請求項２１〜２２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項24】

前記第２のｐＨが、前記第１のｐＨよりも少なくとも１ｐＨ単位大きい、請求項２３に記載の方法。

【請求項25】

前記第１のｐＨが、少なくとも１０であり、前記第２のｐＨが、少なくとも１１である、請求項２３〜２４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項26】

前記コアシェル粒子をリチウム含有塩と混合して、リチウム金属前駆体混合物を形成するステップをさらに含む、請求項２１から２５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項27】

前記リチウム金属前駆体混合物をか焼するステップをさらに含む、請求項２６に記載の方法。

【請求項28】

前記リチウム金属前駆体混合物を、６８０℃から８８０℃の間の温度でか焼するステップを含む、請求項２７に記載の方法。

【請求項29】

前記リチウム含有塩が、炭酸リチウムおよび／または水酸化リチウムを含む、請求項２６から２８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項30】

前記第１の溶液が、硫酸ニッケル、酢酸ニッケル、塩化ニッケル、硝酸ニッケル、硫酸マンガン、酢酸マンガン、塩化マンガン、硝酸マンガン、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸コバルト、酢酸コバルト、塩化コバルト、および／または硝酸コバルトのうちの１つまたは１つより多くを含み、
前記第２の溶液が、硫酸ニッケル、酢酸ニッケル、塩化ニッケル、硝酸ニッケル、硫酸マンガン、酢酸マンガン、塩化マンガン、硝酸マンガン、硫酸コバルト、酢酸コバルト、塩化コバルト、および／または硝酸コバルトのうちの１つまたは１つより多くを含む、
請求項２１から２９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項31】

前記第１の溶液が、メタノールおよび／またはエタノールを含み、前記第２の溶液が、メタノールおよび／またはエタノールを含む、請求項２１から３０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項32】

第１の溶液からニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトを沈殿させるステップが、５０℃から８０℃の間の温度で第１の溶液からニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトを沈殿させるステップを含み、そして、第２の溶液からニッケル、マンガン、およびコバルトを沈殿させるステップが、５０℃から８０℃の間の温度で第２の溶液からニッケル、マンガン、およびコバルトを沈殿させるステップを含む、
請求項２１から３１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項33】

第１のｐＨで、第１の溶液からニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトを沈殿させて粒子を生成するステップと；
第２のｐＨで、前記粒子上に第２の溶液からニッケル、マンガン、およびコバルトを沈殿させてコアシェル粒子を形成するステップと
を含む、請求項１〜６および１７〜２０のいずれか一項に記載の組成物を製造するための方法。

【請求項34】

第１の温度で、第１の溶液からニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトを沈殿させて粒子を生成するステップと；
第２の温度で、前記粒子上に第２の溶液からニッケル、マンガン、およびコバルトを沈殿させてコアシェル粒子を形成するステップと
を含む、請求項１〜６および１７〜２０のいずれか一項に記載の組成物を製造するための方法。

【請求項35】

第１の撹拌速度で、第１の溶液からニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトを沈殿させて粒子を生成するステップと；
第２の撹拌速度で、前記粒子上に第２の溶液からニッケル、マンガン、およびコバルトを沈殿させてコアシェル粒子を形成するステップと
を含む、請求項１〜６および１７〜２０のいずれか一項に記載の組成物を製造するための方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願
本出願は、２０１７年２月２２日に出願された、発明の名称「Core-Shell Electroactive Materials」の米国仮特許出願第62/461,890号の利益を主張し、この出願は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

【0002】

分野
本発明は、概して、例えばリチウムイオン電池等の電池、および他の用途における使用のための電気化学セル用の物質に関する。

【背景技術】

【0003】

背景
リチウムイオン電池（ＬＩＢ）等の先進のエネルギー貯蔵デバイスは、より高いエネルギー密度およびより速い充電速度が要求される電子機器の発達に対応しなければならない。これらの要求を満たすことができれば、例えば電気自動車（ＥＶ）のより長い走行距離、またはオフピークの再生可能エネルギー貯蔵の解決策等、広範囲に及ぶ技術的向上の扉を開くことができる可能性がある。これには、例えば、電池系の全重量および体積を低減するために、ＬＩＢの質量エネルギー密度または体積エネルギー密度の向上が必要となり得る。さらに、サイクル寿命を低減することなく高電流を迅速に送達することができる、速い充電速度を有する電池が、ある特定の用途に望ましい。技術、消費者、または規制機関の変化し続ける要求に対応するためには、電池の容量、寿命、充電速度、または安全性等の因子の改善もまた望ましくなり得る。

【0004】

リチウム、ニッケル、マグネシウム、コバルト遷移金属酸化物をベースとするカソード物質は、例えば高電圧でのその高い比容量に基づいて、ＬＩＢの性能を向上させる可能性を有する。しかしながら、これらの物質（例えば、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物（ＮＣＡ）またはリチウムニッケルマンガンコバルト酸化物（ＮＭＣ））の製造は、湿度に対する物質の感受性、または湿度による汚染を防止するために使用される機器の法外な費用によって妨げられ得る。ＮＣＡおよびＮＭＣの適用はまた、一部の場合において、遷移金属組成物が示す低い熱安定性によって制限され得、遷移金属組成物は、熱暴走等の安全性の問題をもたらすことがある電解質の分解を促進する酸素を放出し得る。ほとんどのＮＭＣ物質のサイクル寿命は、Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ（ＵＳＡＢＣ）等の組織が示す目標を満たすことができない。したがって、そのような物質における改善が必要である。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

要旨
本発明は、概して、例えばリチウムイオン電池等の電池、および他の用途における使用のための電気化学セル用の物質に関する。本発明の主題は、一部の場合において、相互に関連した生成物、特定の問題に対する代替の解決策、ならびに／または１つもしくは１つより多くの系および／もしくは物品の複数の異なる使用を含む。

【0006】

一態様では、本発明は、概して組成物に関する。１組の実施形態では、組成物は、式（Ｌｉ_１＋ａ（Ｎｉ_ｑＭ_ｒＣｏ_{１−ｑ−ｒ}）Ｏ_２）_ｘ（Ｌｉ_１＋ａ（Ｎｉ_ｓＭｎ_ｔＣｏ_{１−ｓ−ｔ}）Ｏ_２）_１−ｘを有する物質を含み、式中、Ｍは、Ｍｎおよび／またはＡｌであり；ｘは、０．７０から０．９５（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；ａは、０．０１から０．０７（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；ｑは、０．８０から０．９６（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；ｒは、０．０１から０．１０（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；ｓは、０．３４から０．７０（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；ｔは、０．２０から０．４０（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；１−ｑ−ｒは、０より大きく；１−ｓ−ｔは、０より大きい。

【0007】

別の組の実施形態によれば、組成物は、複数の粒子を含み、複数の粒子の少なくともいくつかは、コアと、コアを少なくとも部分的に取り囲むシェルとを含み、コアは、式Ｌｉ_１＋ａ（Ｎｉ_ｑＭ_ｒＣｏ_{１−ｑ−ｒ}）Ｏ_２を有し、シェルは、式Ｌｉ_１＋ａ（Ｎｉ_ｓＭｎ_ｔＣｏ_{１−ｓ−ｔ}）Ｏ_２を有し、式中、Ｍは、Ｍｎおよび／またはＡｌであり；ｘは、０．７０から０．９５（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；ａは、０．０１から０．０７（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；ｑは、０．８０から０．９６（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；ｒは、０．０１から０．１０（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；ｓは、０．３４から０．７０（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；ｔは、０．２０から０．４０（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；１−ｑ−ｒは、０より大きく；１−ｓ−ｔは、０より大きい。

【0008】

別の組の実施形態では、組成物は、複数の粒子を含み、複数の粒子の少なくともいくつかは、コアと、コアを少なくとも部分的に取り囲むシェルとを含む。一部の場合において、粒子の少なくともいくつかは、反応器内で、第１の溶液からニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトを沈殿させて粒子を生成するステップと、反応器内で、粒子上に第２の溶液からニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトを沈殿させて、コアシェル粒子を形成するステップとを含む方法により形成される。

【0009】

さらに別の組の実施形態では、組成物は、複数の粒子を含み、複数の粒子の少なくともいくつかは、コアと、コアを少なくとも部分的に取り囲むシェルとを含む。一部の実施形態では、粒子の少なくともいくつかは、第１のｐＨで、第１の溶液からニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトを沈殿させて粒子を生成するステップと、第２のｐＨで、粒子上に第２の溶液からニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトを沈殿させて、コアシェル粒子を形成するステップとを含む方法により形成される。

【0010】

さらに別の組の実施形態では、組成物は、複数の粒子を含み、複数の粒子の少なくともいくつかは、コアと、コアを少なくとも部分的に取り囲むシェルとを含む。一部の実施形態では、粒子の少なくともいくつかは、第１の温度で、第１の溶液からニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトを沈殿させて粒子を生成するステップと、第２の温度で、粒子上に第２の溶液からニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトを沈殿させて、コアシェル粒子を形成するステップとを含む方法により形成される。

【0011】

別の態様では、本発明は、方法に関する。１組の実施形態では、方法は、反応器内で、第１の溶液からニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトを沈殿させて粒子を生成するステップと；反応器内で、粒子上に第２の溶液からニッケル、マンガン、およびコバルトを沈殿させて、コアシェル粒子を形成するステップとを含む。

【0012】

別の組の実施形態によれば、方法は、第１のｐＨで、第１の溶液からニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトを沈殿させて粒子を生成するステップと；第２のｐＨで、粒子上に第２の溶液からニッケル、マンガン、およびコバルトを沈殿させてコアシェル粒子を形成するステップとを含む。

【0013】

さらに別の組の実施形態では、方法は、第１の温度で、第１の溶液からニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトを沈殿させて粒子を生成するステップと；第２の温度で、粒子上に第２の溶液からニッケル、マンガン、およびコバルトを沈殿させてコアシェル粒子を形成するステップとを含む。

【0014】

さらに別の組の実施形態では、方法は、第１の撹拌速度で、第１の溶液からニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトを沈殿させて粒子を生成するステップと；第２の撹拌速度で、粒子上に第２の溶液からニッケル、マンガン、およびコバルトを沈殿させてコアシェル粒子を形成するステップとを含む。

【0015】

さらに、一部の態様では、本発明は、概して、例えばリチウムイオン電池または他の用途のためのある特定の電気活性物質に関する。例えば、ある特定の実施形態は、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物化合物またはリチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物化合物を含む正電気活性物質を提供する。一部の場合において、物質は、式（Ｌｉ_１＋ａ［Ｎｉ_ｑＭ_ｒＣｏ_{１−ｑ−ｒ}］Ｏ_２）_ｘ・（Ｌｉ_１＋ａ［Ｎｉ_ｓＭｎ_ｔＣｏ_{１−ｓ−ｔ}］Ｏ_２）_１−ｘを有するコアシェル構造を有してもよく、式中、Ｍは、Ｍｎおよび／またはＡｌであってもよい。一部の実施形態では、ｘは、０．７０から０．９５（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ａは、０．０１から０．０７（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｑは、０．８０から０．９６（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｒは、０．０１から０．１０（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｓは、０．３４から０．７０（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｔは、０．２０から０．４０（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、１−ｑ−ｒは、０より大きく、１−ｓ−ｔは、０より大きい。

【0016】

ある特定の実施形態において、正電気活性物質は、コアとして（Ｌｉ_１＋ａ［Ｎｉ_ｑＭ_ｒＣｏ_{１−ｑ−ｒ}］Ｏ_２）_ｘ、およびシェルとして（Ｌｉ_１＋ａ［Ｎｉ_ｓＭｎ_ｔＣｏ_{１−ｓ−ｔ}］Ｏ_２）_１−ｘを有するコアシェル構造を有する。Ｍは、Ｍｎ、Ａｌ、またはこれらの組合せであってもよい。一部の実施形態では、ｘは、０．７０から０．９５（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ａは、０．０１から０．０７（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｑは、０．８０から０．９６（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｒは、０．０１から０．１０（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｓは、０．３４から０．７０（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｔは、０．２０から０．４０（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、１−ｑ−ｒは、０より大きく、１−ｓ−ｔは、０より大きい。さらに、ある特定の実施形態において、正電気活性物質は、コアとしてＬｉ_１＋ａ［Ｎｉ_ｑＭ_ｒＣｏ_{１−ｑ−ｒ}］Ｏ_２、およびシェルとしてＬｉ_１＋ａ［Ｎｉ_ｓＭｎ_ｔＣｏ_{１−ｓ−ｔ}］Ｏ_２を有するコアシェル構造を有する。Ｍは、Ｍｎ、Ａｌ、またはこれらの組合せであってもよい。一部の実施形態では、ａは、０．０１から０．０７（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｑは、０．８０から０．９６（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｒは、０．０１から０．１０（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｓは、０．３４から０．７０（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｔは、０．２０から０．４０（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、１−ｑ−ｒは、０より大きく、１−ｓ−ｔは、０より大きい。

【0017】

一部の場合において、粒子のサイズは、Ｄ５０として表現することができ、Ｄ５０は、存在する全粒子の５０％（数で）を超える粒子サイズ直径（中央値としても公知である）である。粒子の典型的なサイズ分布は、（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０として定義されるスパンで表現することができ、Ｄ９０およびＤ１０は、それぞれ、全ての粒子の９０％および１０％（数で）を超える粒子直径を意味する。ある特定の実施形態において、正電気活性物質は、スパンで約０．５５から約１．００の粒子サイズ分布を有する。他のスパンは、以下で詳細に論じられる。

【0018】

一部の実施形態は、本明細書に記載のもの等の物質を調製するための合成方法を提供する。例えば、物質は、任意選択でコアシェル構造を有するリチウムニッケルマンガンコバルト酸化物正電気活性物質であってもよい。ある特定の実施形態によれば、方法は、（ｉ）コアとしてニッケル、マンガンおよびコバルトを含む金属前駆体を調製するステップと；（ｉｉ）コア上にニッケル、マンガンおよびコバルトを含むシェル金属前駆体を成長させて、ニッケル、マンガンおよびコバルトを含むコアシェル金属前駆体を形成するステップと；（ｉｉｉ）コアシェル金属前駆体をリチウム含有塩と混合して、リチウム金属前駆体混合物を形成するステップと；（ｉｖ）リチウム金属前駆体混合物をか焼して、正電気活性物質を得るステップとを含む。混合物は、高濃度酸素雰囲気下で、約６８０℃から約８８０℃の範囲内の温度でか焼され得る。この合成方法は、ある特定の場合において大規模に実行され得る単純な１つである。さらなる方法は、本明細書において詳細に論じられる。

【0019】

ある特定の実施形態では、ニッケル、マンガン、およびコバルトを含むコアおよびシェル金属前駆体は両方とも、ニッケル、マンガン、およびコバルトの塩を蒸留水、メタノール、エタノール、またはそれらの混合物等の溶媒に溶解して、溶液から金属前駆体を沈殿させることにより調製され得る。

【0020】

ある特定の実施形態では、ニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトを含むコア金属前駆体は、（ｉ）ニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトの塩を、蒸留水、メタノール、エタノール、またはそれらの混合物等の溶媒に溶解し；（ｉｉ）窒素雰囲気下で反応器内に溶液をポンピングすると同時に、所望量の水酸化ナトリウムおよび水酸化アンモニアを別個にポンピングし；（ｉｉｉ）ｐＨを約１０．２から約１１．２の範囲内に、および温度を約５０℃から約８０℃の範囲内に維持し；（ｉｖ）溶液から金属前駆体を沈殿させることにより調製され得る。

【0021】

ある特定の実施形態では、ニッケル、マンガンおよびコバルトを含むシェル金属前駆体は、（ｉ）ニッケル、マンガンおよびコバルトの塩を、蒸留水、メタノール、エタノール、またはそれらの混合物等の溶媒に溶解し；（ｉｉ）窒素雰囲気下でコア金属前駆体を含有する反応器内に溶液をポンピングすると同時に、所望量の水酸化ナトリウムおよび水酸化アンモニアを別個にポンピングし；（ｉｉｉ）ｐＨを約１０．８から約１２．０の範囲内に、および温度を約５０℃から約８０℃の範囲内に維持し；（ｉｖ）コア金属前駆体上に溶液からシェル金属前駆体を沈殿させることにより調製され得る。

【0022】

ある特定の実施形態では、ニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトを含むコアシェル金属前駆体は、（ｉ）溶液からコア金属前駆体を調製し；（ｉｉ）コア金属前駆体上にシェル金属前駆体を形成し；（ｉｉｉ）溶液からコアシェル金属前駆体を形成することにより調製され得る。

【0023】

また、ある特定の実施形態は、前述の正電気活性物質を含む正電極、リチウムインターカレーション負電気活性物質、好適な非水性電解質、および負電気活性物質と正電気活性物質との間のセパレータで構成される、リチウムイオン電気化学セルを提供する。

【0024】

別の態様では、本発明は、本明細書に記載の実施形態の１つまたは１つより多く、例えばリチウムイオン電池用の物質を作製する方法を包含する。さらに別の態様では、本発明は、本明細書に記載の実施形態の１つまたは１つより多く、例えばリチウムイオン電池用の物質を使用する方法を包含する。本発明のさらに他の態様は、以下でより詳細に説明される。

【0025】

本発明の他の利点および新規な特徴は、付随する図面と併せて考慮すれば、以下の本発明の様々な限定されない実施形態の詳細な説明から明らかとなる。

【0026】

付随する図面を参照しながら、本発明の限定されない実施形態を例として説明するが、図面は概略であり、縮尺通りに描かれることを意図しない。図中、示されるそれぞれの同一またはほぼ同一の構成要素は、典型的には単一の番号で表される。明確性を目的として、当業者が本発明を理解できるように、全ての図面において全ての構成要素が標示されているわけではなく、また図示が不要である場合、本発明の各実施形態の全ての構成要素が示されているわけではない。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】図１は、本発明の一実施形態による正電気活性物質の形成プロセスの概略図である。

【0028】

【図2】図２は、本発明の別の実施形態における正電気活性物質の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。

【発明を実施するための形態】

【0029】

詳細な説明
本発明は、概して、例えばリチウムイオン電池等の電池、および他の用途における使用のための電気化学セル用の物質に関する。例えば、本発明のある特定の実施形態は、コアシェル構造を有し得る正電気活性物質を提供する。ある特定の実施形態では、物質は、式（Ｌｉ_１＋ａ［Ｎｉ_ｑＭ_ｒＣｏ_{１−ｑ−ｒ}］Ｏ_２）_ｘ・（Ｌｉ_１＋ａ［Ｎｉ_ｓＭｎ_ｔＣｏ_{１−ｓ−ｔ}］Ｏ_２）_１−ｘを有し、式中、Ｍは、Ｍｎおよび／またはＡｌであってもよい。一部の場合において、第１の部分はコアシェル粒子におけるコアを表し得、一方第２の部分はシェルを表し得る。ある特定の実施形態では、ｘは、０．７０から０．９５（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ａは、０．０１から０．０７（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｑは、０．８０から０．９６（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｒは、０．０１から０．１０（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｓは、０．３４から０．７０（これらの数値を含む）の範囲の数値であり、ｔは、０．２０から０．４０（これらの数値を含む）の範囲の数値である。さらに、一部の実施形態は、同じ反応器内でコアおよびシェルを形成することにより、ならびに／またはｐＨを変更してコアおよびシェルを生成することにより、ならびに／または撹拌速度を変更してコアおよびシェルを生成することにより、ならびに／または供給速度を変更してコアおよびシェルを生成することにより、粒子、例えばコアシェル粒子を形成する方法に関する。一部の実施形態では、これらのような反応パラメータを制御することにより、物質は、例えばスパンまたは他の好適な技術により測定されたときに、驚くほど狭く一様な粒子サイズ分布を有することができる。

【0030】

本発明のある特定の態様は、概して、例えばリチウムイオン電池等の電池、および他の用途における使用のための電気化学セル用の物質に、そのような物質を作製するための技術として関する。一部の実施形態では、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物等の物質を生成する方法が論じられる。一部の場合において、そのような物質は、粒子として形成されてもよく、また一部の場合において、粒子は２つの区別可能な領域を含有してもよい。例えば、一部の場合において、粒子は、コアシェル粒子として存在してもよく、例えば、粒子のコアおよびシェルは、容易に区別可能な組成を有する。一部の場合において、本明細書において論じられるように、そのような物質は、例えば複数の粒子として反応器内で物質を形成し、次いで、粒子が組成の変化を示すように、例えばコアシェル構造を形成するように反応器の条件を改変することによって形成され得る。一部の場合において、これは、例えば、複数のシェルを形成するように１回より多く繰り返されてもよい。さらに、一部の場合において、コアシェル構造を形成するプロセスは、反応器から粒子を除去することなく、または別様に反応を中断することなく行うことができ、その理由は、さもなくばそのような中断が反応をより制御困難とし得るためであることが理解されるべきである。しかしながら、一部の実施形態では、粒子のコアおよびシェルは、例えば異なる反応器を使用して、または別様に反応を中断することにより、別個に調製され得る。

【0031】

ある特定の実施形態では、粒子は、ニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、コバルト、ならびに酸素を含んでもよい。粒子はまた、一部の場合において、リチウムを含んでもよい。例えば、これらに加えて、および／またはこれらの代わりに、ナトリウム、塩化物、硫黄等の他の元素（またはイオン）、例えば本明細書において論じられるものが存在してもよい。

【0032】

粒子のコアおよびシェル部分は、異なる組成を有してもよく、または同じ組成を有するが異なる濃度であってもよい。コアおよびシェル粒子は、顕微鏡下で（例えば顕微鏡写真におけるコア部分とシェル部分との間の視覚的変化として）、および またはエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）技術等の組成分析技術を使用することにより区別可能であってもよい。コア部分とシェル部分との間に急な遷移があってもよく、または、組成は、より急でない遷移を示し、代わりに、例えば約５００ｎｍ未満、約３００ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、約５０ｎｍ未満、約３０ｎｍ未満、または約１０ｎｍ未満の距離にわたり、徐々に変動してもよい。一部の場合において、コアとシェルとの間（またはその逆）の原子の相対的モル量は、少なくとも０．０５、少なくとも０．１０、少なくとも０．１５、少なくとも０．２０、少なくとも０．２５、少なくとも０．３０、少なくとも０．３５、少なくとも０．４０、少なくとも０．４５、または少なくとも０．５０だけ変動してもよい。

【0033】

例示的な限定されない例として、コアは、０．８０から０．９６（例えば、式（Ｌｉ_１＋ａ（Ｎｉ_ｑＭ_ｒＣｏ_{１−ｑ−ｒ}）Ｏ_２）におけるｑ）の範囲のモル量のＮｉを含有してもよく、一方シェルは、０．３４から０．７０（例えば、式Ｌｉ_１＋ａ（Ｎｉ_ｓＭｎ_ｔＣｏ_{１−ｓ−ｔ}）Ｏ_２）におけるｓ）の範囲のモル量のＮｉを含有してもよく、ｑとｓとの間の差は、上述の量であってもよい。Ｍは、Ｍｎおよび／またはＡｌであってもよい。

【0034】

いかなる特定の理論にも束縛されないが、本明細書に記載の物質のいくつかは、物質中の遷移金属イオン ニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトの比のため、物質中のニッケルの百分率のため、ならびに／または物質を調製するための沈殿方法が例えばコアシェル粒子としての物質の形態のより正確な制御を可能にするために、優れた容量を提供し得ると考えられる。一部の場合において、物質は、リチウムイオン電池における使用のための高容量、優れた速度能力、および長いサイクル寿命を有する、高性能リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物正電気活性物質を調製するために使用され得る。

【0035】

一態様では、本発明は、概して、例えばリチウムイオン電池または他の用途における使用のための、ニッケル−マンガン−コバルト酸化物（ＮＭＣ）物質等の正電気活性物質に関する。ＮＭＣ正電気活性物質は、様々な基準にわたるそのバランスの取れた性能に起因して、電気自動車等の様々な用途に有利である。上述のように、一部の実施形態では、物質は、粒子として存在してもよく（例えば本明細書においてより詳細に論じられるように）、また一部の場合においては、粒子は、例えばコアシェル構造のように、組成的に区別可能である２つの領域を有してもよい。

【0036】

したがって、様々な実施形態は、概して、ある特定の型のＮＭＣまたはニッケルマンガンコバルト酸化物物質に関する。そのようなニッケルマンガンコバルト酸化物物質はそれぞれ、それらの構造内に存在する様々な量の範囲のニッケル、マンガン、およびコバルトのそれぞれを有してもよく、それらは固定された整数比で存在する必要はないことが理解されるべきである。さらに、一部の実施形態では、例えばニッケル、マンガン、またはコバルトのうちの１つまたは１つより多くに加えて、またはその代わりに、他の元素が存在してもよいことが理解されるべきである。限定されない例は、例えば、参照により本明細書にその全体が組み込まれる、Renらによる米国特許出願第６２／４３５，６６９号、発明の名称「Electroactive Materials for Lithium-Ion Batteries and Other Applications」において論じられているように、サマリウム、ランタン、または亜鉛を含む。

【0037】

例えば、１組の実施形態では、正電気活性物質は、第１の領域および第２の領域を有してもよく（例えばコアシェル粒子の場合のように）、第１の領域（例えばコア）は、式Ｌｉ_１＋ａ（Ｎｉ_ｑＭ_ｒＣｏ_{１−ｑ−ｒ}）Ｏ_２（式中、Ｍは、Ｍｎおよび／またはＡｌである）を有してもよく、第２の領域（例えばシェル）は、式Ｌｉ_１＋ａ（Ｎｉ_ｓＭｎ_ｔＣｏ_{１−ｓ−ｔ}）Ｏ_２を有してもよい。一部の場合では、２つの領域は、例えば式（Ｌｉ_１＋ａ（Ｎｉ_ｑＭ_ｒＣｏ_{１−ｑ−ｒ}）Ｏ_２）_ｘ（Ｌｉ_１＋ａ（Ｎｉ_ｓＭｎ_ｔＣｏ_{１−ｓ−ｔ}）Ｏ_２）_１−ｘ（式中、Ｍは、Ｍｎおよび／またはＡｌである）で表現されるように、粒子全体を構成してもよい。一部の場合において、０．７０≦ｘ≦０．９５、０．０１≦ａ≦０．０７、０．８０≦ｑ≦０．９６、０．０１≦ｒ≦０．１０、０．３４≦ｓ≦０．７０、０．２０≦ｔ≦０．４０（これらは全て、それ未満またはそれに等しい）であり、すなわち、ｘは、０．７０から０．９５の範囲の数値であり、ａは、０．０１から０．０７の範囲の数値であり、ｑは、０．８０から０．９６の範囲の数値であり、ｒは、０．０１から０．１０の範囲の数値であり、ｓは、０．３４から０．７０の範囲の数値であり、ｔは、０．２０から０．４０の範囲の数値であり、１−ｑ−ｒは、０より大きく、１−ｓ−ｔは、０より大きい。

【0038】

正電気活性物質の例は、これに限定されないが、ｘ＝０．７０、ａ＝０．０２、ｑ＝０．８０、ｒ＝０．１０、ｓ＝０．５０、ｔ＝０．３０；またはｘ＝０．９０、ａ＝０．０５、ｑ＝０．９０、ｒ＝０．０５、ｓ＝０．６０、ｔ＝０．２０である組成物を含む。

【0039】

一部の場合において、物質は、リチウムを含んでもよく、すなわち、物質は、リチウムＮＭＣ物質である。しかしながら、ある特定の場合において、例えばリチウムに加えて、および／またはその代わりに、他のアルカリ金属イオン、例えばナトリウムもまた存在してもよい。一部の場合において、ＮＭＣ組成物中の少なくとも５０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、または少なくとも９９％（モル）のアルカリ金属イオンが、リチウムである。

【0040】

物質はまた、様々な量のニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトを含有してもよい。これらは、例えば式Ｎｉ_ｑＭ_ｒＣｏ_ｊまたはＮｉ_ｓＭｎ_ｔＣｏ_ｋにおいて、互いに独立して変動してもよい。一部の場合において、ｑ、ｒ、およびｊ（またはｓ、ｔ、およびｋ）の合計は１であり、すなわち、組成物中にこれらの３種を除く（アルカリ金属イオン以外の）他のイオンは存在しない。したがって、ｊは、（１−ｑ−ｒ）に等しくてもよく、または、ｋは、（１−ｓ−ｔ）に等しくてもよい。しかしながら、他の場合において、ｑ、ｒ、およびｊ（またはｓ、ｔ、およびｋ）の合計は、実際には１より小さくてもよく、または１より大きくてもよく、例えば、０．８から１．２、０．９から１．１、０．９５から１．０５、または０．９８から１．０２であってもよい。したがって、組成物は、オーバードープもしくはアンダードープであってもよく、ならびに／または、ニッケル、マンガンおよびコバルトに加えて存在する他のイオンを含有してもよい。１つより多くの区別可能な領域が存在する場合、各領域は、独立して、これらの基準の１つまたは１つより多くを満たしてもよいことが理解されるべきである。

【0041】

１組の実施形態では、組成物の一部分（例えばコアまたはシェル内）に存在するニッケルの量（すなわちｑまたはｓ）は、少なくとも０．３４、少なくとも０．３５、少なくとも０．４、少なくとも０．４５、少なくとも０．５、少なくとも０．５５、少なくとも０．６、少なくとも０．６５、少なくとも０．７、少なくとも０．７５、少なくとも０．８、少なくとも０．８５、または少なくとも０．９であってもよい。一部の場合において、ｑまたはｓは、独立して、０．９９以下、０．９６以下、０．９５以下、０．９以下、０．８５以下、０．８以下、０．７５以下、０．７以下、０．６５以下、０．６以下、０．５８以下、０．５５以下、０．５以下、０．４５以下、０．４以下、０．３５以下、または０．３４以下であってもよい。様々な実施形態において、これらのいずれかの組合せもまた可能であり、例えば、ｑまたはｓは、独立して、０．３４から０．７０の間、または０．８０から０．９６の間等（これらの値は全て包含される）の範囲であってもよい。上述のように、一部の実施形態では、組成物の異なる部分（例えば粒子のコアおよびシェル）は、それぞれ上記の値から採用される異なる組成を有してもよい。一部の場合において、コアは、シェルに存在する量より多くのニッケルを有してもよく、すなわち、ｑは、ｓより大きくてもよい。さらに、一部の場合において、ｑは、ｓよりも少なくとも０．０５、少なくとも０．１０、少なくとも０．１５、少なくとも０．２０、少なくとも０．２５、少なくとも０．３０、少なくとも０．３５、少なくとも０．４０、少なくとも０．４５、または少なくとも０．５０大きくてもよい。

【0042】

ある特定の実施形態によれば、組成物の一部分（例えばコアまたはシェル内）に存在するマンガンの量（すなわちｒまたはｔ）は、少なくとも０．０１、少なくとも０．０２、少なくとも０．０３、少なくとも０．０５、少なくとも０．１、少なくとも０．２、少なくとも０．２１、少なくとも０．２５、少なくとも０．３、少なくとも０．３５、少なくとも０．４、少なくとも０．４５、または少なくとも０．５であってもよい。一部の実施形態では、ｒまたはｔは、独立して、０．５以下、０．４５以下、０．４以下、０．３８以下、０．３５以下、０．３以下、０．２５以下、０．２以下、０．１以下、０．０５以下、０．０３以下、または０．０２以下であってもよい。様々な実施形態において、これらのいずれかの組合せもまた可能であり、例えば、ｒまたはｔは、独立して、０．０１から０．１０の間、０．０２から０．１０の間、０．０４から０．１０の間、または０．１から０．４の間等（これらの値は全て包含される）の範囲であってもよい。上述のように、一部の実施形態では、組成物の異なる部分（例えば粒子のコアおよびシェル）は、それぞれ上記の値から採用される異なる組成を有してもよい。一部の場合において、コアは、シェルに存在する量より少ないマンガンを有してもよく、すなわち、ｒは、ｔより小さくてもよい。さらに、一部の場合において、ｔは、ｒよりも少なくとも０．０５、少なくとも０．１０、少なくとも０．１５、少なくとも０．２０、少なくとも０．２５、少なくとも０．３０、少なくとも０．３５、少なくとも０．４０、少なくとも０．４５、または少なくとも０．５０大きくてもよい。

【0043】

一部の実施形態では、組成物の一部分（例えばコアまたはシェル内）に存在するアルミニウムの量（すなわちｒまたはｔ）は、少なくとも０．０１、少なくとも０．０２、少なくとも０．０３、少なくとも０．０５、少なくとも０．１、少なくとも０．２、少なくとも０．２１、少なくとも０．２５、少なくとも０．３、少なくとも０．３５、少なくとも０．４、少なくとも０．４５、または少なくとも０．５であってもよい。一部の実施形態では、ｒまたはｔは、独立して、０．５以下、０．４５以下、０．４以下、０．３８以下、０．３５以下、０．３以下、０．２５以下、０．２以下、０．１以下、０．０５以下、０．０３以下、または０．０２以下であってもよい。様々な実施形態において、これらのいずれかの組合せもまた可能であり、例えば、ｒまたはｔは、独立して、０．０１から０．１０の間、０．０２から０．１０の間、０．０４から０．１０の間、または０．１から０．４の間等（これらの値は全て包含される）の範囲であってもよい。上述のように、一部の実施形態では、組成物の異なる部分（例えば粒子のコアおよびシェル）は、それぞれ上記の値から採用される異なる組成を有してもよい。一部の場合において、コアは、シェルに存在する量より少ないマンガンを有してもよく、すなわち、ｒは、ｔより小さくてもよい。さらに、一部の場合において、ｔは、ｒよりも少なくとも０．０５、少なくとも０．１０、少なくとも０．１５、少なくとも０．２０、少なくとも０．２５、少なくとも０．３０、少なくとも０．３５、少なくとも０．４０、少なくとも０．４５、または少なくとも０．５０大きくてもよい。

【0044】

さらに、一部の実施形態では、マンガンおよびアルミニウムの両方が存在してもよいことが理解されるべきである。例えば、本明細書において論じられる（例えば、Ｌｉ_１＋ａ（Ｎｉ_ｑＭ_ｒＣｏ_{１−ｑ−ｒ}）Ｏ_２等の式中の）Ｍは、マンガンおよび／またはアルミニウムであってもよい。例えば、Ｍは、１００％のＭｎ、１００％のＡｌ、またはＭｎとＡｌの任意の組合せであってもよい。例えば、少なくとも５％、少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、少なくとも９０％、または少なくとも９５％（モル）のＭｎが存在し、残りがＡｌであってもよい。一部の場合において、９５％以下、９０％以下、８０％以下、７０％以下、６０％以下、５０％以下、４０％以下、３０％以下、２０％以下、１０％以下、または５％以下（モル）のＭｎが存在し、残りがＡｌであってもよい。

【0045】

同様に、ある特定の実施形態では、組成物の一部分（例えばコアまたはシェル内）に存在するコバルトの量（すなわちｊまたはｋ）は、少なくとも０．２、少なくとも０．２１、少なくとも０．２５、少なくとも０．３、または少なくとも０．３５であってもよい。一部の実施形態では、ｊまたはｋは、独立して、０．３８以下、０．３５以下、０．３以下、または０．２５以下であってもよい。様々な実施形態において、これらのいずれかの組合せもまた可能であり、例えば、ｊまたはｋは、独立して、０．２１から０．３８の間（これらの値は全て包含される）の範囲であってもよい。上述のように、一部の実施形態では、組成物の異なる部分（例えば粒子のコアおよびシェル）は、それぞれ上記の値から採用される異なる組成を有してもよい。さらに、一部の場合において、ｑ、ｒ、およびｊ、ならびに／またはｋが、ｓ、ｔ、およびｋが１であるように、もしくは１近傍、例えば０．８から１．２、０．９から１．１、０．９５から１．０５、もしくは０．９８から１．０２等となり得るように選択され得るように、ｊは選択され得る。一態様では、そのような物質は、例えば本明細書において論じられるもの等の方法を使用して、粒子として形成され得る。いかなる理論にも束縛されることを望まないが、例えばコア／シェル粒子、または組成的に区別可能である部分を有する他の粒子を形成するためのそのような粒子の組成の制御は、以前は達成可能ではなかったと考えられる。ほとんどの場合において、ＮＭＣ物質は、以前は、しばしば異なる反応器を使用して、複数ステッププロセスで電気活性物質に形成された。しかしながら、本明細書において論じられるように、ＮＭＣ粒子を形成するためのプロセスの制御、例えばｐＨまたは反応温度の制御は、例えば粒子の異なる部分を形成するように反応条件を制御すること等によって、本明細書に記載の特質を有する粒子の創出を促進することができる。したがって、１組の実施形態は、概して、組成的に区別可能である２つまたはそれより多い部分を含み得る、例えばコアシェル配置を有する粒子として形成された電気活性物質に関する。物質は、本明細書に記載のようなリチウムＮＭＣ物質等のＮＭＣ物質を含み得る。粒子は、比較的単分散性であってもよく、または、粒子は、あるサイズ範囲内で存在してもよい。粒子はまた、球状または非球状であってもよい。

【0046】

ある特定の場合において、粒子サイズ（またはサイズ分布）は、Ｄ５０を使用して決定され得る。複数の粒子のＤ５０は、全粒子の５０パーセントを超える粒子直径（しばしば、例えば対数正規分布における粒子の中央値または質量中央直径と呼ばれる）である。したがって、Ｄ５０は、質量により決定される平均粒子直径の尺度である。試料のＤ５０を決定するための機器は、商業的に容易に入手可能であり、篩い分けまたはレーザー光散乱等の技術を含み得る。本明細書において論じられるように、粒子は、粒子の形成中のｐＨまたは温度を制御することにより制御され得る。Ｄ５０は概して平均粒子直径を指すが、これは必ずしも粒子が完全に球状でなければならないことを暗に意味するわけではなく、粒子はまた非球状であってもよいことが留意されるべきである。

【0047】

ある特定の場合において、Ｄ５０は、少なくとも約３マイクロメートル、少なくとも約３．５マイクロメートル、少なくとも約４マイクロメートル、少なくとも約４．５マイクロメートル、少なくとも約５マイクロメートル、少なくとも約５．５マイクロメートル、少なくとも約６マイクロメートル、少なくとも約６．５マイクロメートル、少なくとも約７マイクロメートル、少なくとも約７．５マイクロメートル、少なくとも約７．８マイクロメートル、少なくとも約８マイクロメートル、少なくとも約９マイクロメートル、少なくとも約１０マイクロメートル、少なくとも約１１マイクロメートル、少なくとも約１２マイクロメートル、少なくとも約１３マイクロメートル、少なくとも約１４マイクロメートル、または少なくとも約１５マイクロメートルであってもよい。さらに、Ｄ５０は、約１５マイクロメートル以下、約１４マイクロメートル以下、約１３マイクロメートル以下、約１２マイクロメートル以下、約１１マイクロメートル以下、約１０マイクロメートル以下、約９マイクロメートル、約８．５マイクロメートル以下、約８マイクロメートル以下、約７．８マイクロメートル以下、約７．５マイクロメートル以下、約７マイクロメートル以下、約６．５マイクロメートル以下、約６マイクロメートル以下、約５．５マイクロメートル以下、約５マイクロメートル以下、約４．５マイクロメートル以下、または約４マイクロメートル以下であってもよい。さらなる環境においてはこれらのいずれかの組合せもまた可能であり、例えば、Ｄ５０は、約４．０マイクロメートルから約７．８マイクロメートルであってもよい。

【0048】

さらに、一部の実施形態では、粒子は、比較的狭い粒子サイズ分布を示してもよい。そのような分布は、例えば、（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０として定義されるスパンを使用して決定されてもよく、Ｄ９０およびＤ１０は上記のＤ５０と同じように定義されるが、ただし５０％ではなくそれぞれ９０％および１０％が使用される。例えば、一実施形態では、物質は、約０．６０から約１．１０の粒子サイズ分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０またはスパンを有してもよい。一部の場合において、スパンは、少なくとも約０．５、少なくとも約０．５５、少なくとも約０．６、少なくとも約０．６５、少なくとも約０．７、少なくとも約０．７５、少なくとも約０．８、少なくとも約０．８５、少なくとも約０．９、少なくとも約０．９５、または少なくとも約１であってもよい。一部の場合において、スパンは、約１．３以下、約１．２５以下、約１．２以下、約１．１５以下、約１．１以下、約１．０５以下、約１以下、約０．９５以下、約０．９以下、約０．８５以下、約０．８以下、約０．７５以下、または約０．７以下であってもよい。様々な実施形態において、これらのいずれかの組合せもまた可能であり、例えば、スパンは、０．５から１の間、０．６から０．８の間、０．８から１．１の間等であってもよい。

【0049】

ある特定の実施形態によれば、粒子の形状／サイズは、それらのタップ密度を測定することにより決定され得る。タップ密度は、典型的には粒子を落ち着かせるための試料のタッピング（例えば３，０００回）を伴う圧密プロセス後の試料の質量／体積に等しい。したがって、タップ密度は、粒子の形状（形状のいかなる不規則性にもかかわらず粒子がどれほど良好に圧密試料にまとまるか）および粒子のサイズ（より大きい粒子は、典型的には容易には互いに密に充填することができず、より低いタップ密度をもたらす）の両方の関数である。

【0050】

したがって、タップ密度は、粒子の相対的サイズ、形状、および／または均一性の実際的な一般的尺度であり、粒子の綿密な、または微視的な分析を必ずしも必要としない。タップ密度は、（例えば一様な塊となるまでの）粒子の圧縮または破砕を伴う技術とは区別されるべきであり（そうすることよって粒子の形状が保存されないため）、そのような技術は、個々の粒子の密度ではなく物質のかさ密度の尺度となることが理解されるべきである。さらに、タップ密度は、粒子のサイズの単純な関数ではなく、タップ密度は、その平均直径またはＤ５０測定値を使用して（例えば、粒子が面心立方充填における完全な球であると仮定することにより）計算することができないことが理解されるべきであるが、これは、そうすることが、粒子の形状分布および均一性を無視することになるためである。

【0051】

タップ密度を決定するためには、典型的には、例えば物質を含有する容器を繰り返し上昇させてその自重下で指定された比較的短い距離だけ落下させることによる、機械的タッピングが使用される。これは、複数回、例えば数百もしくは数千回、または、（例えば、粒子を試料内で最大限に落ち着かせてから）体積のさらなる大きな変化が観察されなくなるまで行われてもよい。一部の場合において、タッピングの代わりに、物質を回転させるデバイスが使用されてもよい。タップ密度を決定する標準的方法は、例えば、ＡＳＴＭ法Ｂ５２７またはＤ４７８１を含む。試料のタップ密度を決定するため（例えば自動タッピングのため）の機器は、商業的供給源から容易に入手可能である。いかなる理論にも束縛されることを望まないが、タップ密度がより大きいと、より多量の正電気活性物質が限定または特定体積内に貯蔵され得、それによってより高い体積容量または改善された体積エネルギー密度がもたらされると考えられる。

【0052】

１組の実施形態では、粒子は、少なくとも２．０ｇ／ｃｍ^３、少なくとも２．１ｇ／ｃｍ^３、少なくとも２．２ｇ／ｃｍ^３、少なくとも２．３ｇ／ｃｍ^３、または少なくとも２．４ｇ／ｃｍ^３のタップ密度を有する。さらに、タップ密度は、約２．５ｇ／ｃｍ^３以下、約２．４ｇ／ｃｍ^３以下、約２．３ｇ／ｃｍ^３以下、約２．２ｇ／ｃｍ^３以下、または約２．１ｇ／ｃｍ^３以下であってもよい。様々な実施形態において、これらのいずれかの組合せも可能であり、例えば、本発明の粒子は、２．００から２．４０ｇ／ｃｍ^３のタップ密度を有してもよい。

【0053】

上述のように、ある特定の実施形態では、粒子は、例えばコアおよび区別可能なシェルを有するコアシェル粒子である。１組の実施形態では、粒子は、約１．５マイクロメートル未満、一部の場合においては１．４マイクロメートル未満、１．３マイクロメートル未満、１．２マイクロメートル未満、１．１マイクロメートル未満、１．０マイクロメートル未満、０．９マイクロメートル未満、０．８マイクロメートル未満、０．７マイクロメートル未満、０．６マイクロメートル未満、０．５マイクロメートル未満、０．４マイクロメートル未満、０．３マイクロメートル未満、０．２マイクロメートル未満、または０．１マイクロメートル未満の平均シェル厚を有してもよい。一部の場合において、平均シェル厚は、少なくとも０．０１マイクロメートル、少なくとも０．０３マイクロメートル、少なくとも０．０５マイクロメートル、少なくとも０．１マイクロメートル、少なくとも０．２マイクロメートル、少なくとも０．３マイクロメートル、少なくとも０．４マイクロメートル、少なくとも０．５マイクロメートル、少なくとも０．６マイクロメートル、少なくとも０．７マイクロメートル、少なくとも０．８マイクロメートル、少なくとも０．９マイクロメートル、少なくとも１マイクロメートル等であってもよい。様々な実施形態において、これらのいずれかの組合せもまた可能であり、例えば、平均シェル厚は、０．０５マイクロメートルから１．１マイクロメートルの間であってもよい。さらに、シェルは、コアの周囲に均一に、または不均一に分布してもよいことが理解されるべきである。シェルはまた、一部の場合において、球対称または非球対称であってもよい。

【0054】

１組の実施形態では、粒子は、少なくとも１マイクロメートル、少なくとも２マイクロメートル、少なくとも３マイクロメートル、少なくとも４マイクロメートル、少なくとも５マイクロメートル、少なくとも６マイクロメートル、少なくとも７マイクロメートル、少なくとも８マイクロメートル、少なくとも９マイクロメートル、少なくとも１０マイクロメートル、少なくとも１２マイクロメートル、少なくとも１５マイクロメートル等の平均コアサイズを有してもよい。一部の場合において、平均コアサイズは、２０マイクロメートル以下、１８マイクロメートル以下、１６マイクロメートル以下、１５マイクロメートル以下、１４マイクロメートル以下、１３マイクロメートル以下、１２マイクロメートル以下、１１マイクロメートル以下、１０マイクロメートル以下、９マイクロメートル以下、８マイクロメートル以下、７マイクロメートル以下、６マイクロメートル以下、５マイクロメートル以下等であってもよい。様々な実施形態において、これらのいずれかの組合せもまた可能である。例えば、限定されない例として、粒子は、８マイクロメートルから１２マイクロメートルの平均コアサイズを有してもよい。

【0055】

１組の実施形態では、平均して粒子の体積の少なくとも５０％がコアであってもよく、一部の場合において、粒子の体積の少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、または少なくとも９５％がコアであってもよい。一部の場合において、粒子の体積の９５％以下、９０％以下、８５％以下、８０％以下、７５％以下、７０％以下、６５％以下、６０％以下、５５％以下、または５０％以下がコアであってもよい。これらのいずれかの組合せもまた可能であり、例えば、コアは、一実施形態では、粒子の平均体積の６０％から８０％を占めてもよい。

【0056】

また、本発明のある特定の態様は、概して、本明細書に記載のもの等の物質を作製するための技術に関する。物質は、当業者に公知である任意の方法により合成され得る。一例では、物質は、コアとしてニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトを含む金属前駆体を調製するステップと、コア上にニッケル、マンガンおよびコバルトを含むシェル金属前駆体を成長させて、コアシェル金属前駆体を形成するステップと、コアシェル金属前駆体をリチウム含有塩と混合して、リチウム−金属前駆体混合物を形成するステップと、リチウム−金属前駆体混合物をか焼して、正電気活性物質を得るステップとを含む方法により合成され得る。リチウム−金属前駆体混合物は、高濃度酸素雰囲気下で、約６８０℃から約８８０℃の範囲の温度でか焼され得る。

【0057】

ニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトを含むコア金属前駆体は、ニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトを混合することにより、例えばニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトの好適な塩を混合することにより調製され得る。例えば、コア金属前駆体は、ニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトを含有する溶液を調製し、溶液からコア金属前駆体を共沈させることにより調製され得る。一部の場合において、溶液は、ニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトの塩を溶媒に溶解することにより調製され得る。

【0058】

一部の実施形態では、コア金属前駆体は、まずニッケル塩、マンガン塩および／またはアルミニウム塩、ならびにコバルト塩を溶媒に溶解することにより調製され得る。様々な実施形態において、多種多様なそのような塩が使用され得る。例えば、ニッケル塩の例は、これらに限定されないが、硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ_４もしくはＮｉＳＯ_４・６Ｈ_２Ｏ）、酢酸ニッケル（Ｎｉ（ＣＨ_３ＣＯＯ）_２）、塩化ニッケル（ＮｉＣｌ_２）、または硝酸ニッケル（Ｎｉ（ＮＯ_３）_２もしくはＮｉ（ＮＯ_３）_２・６Ｈ_２Ｏ）を含む。また、一部の場合において、１種より多くのニッケル塩が使用され得る。同様に、マンガン塩の限定されない例は、硫酸マンガン（ＭｎＳＯ_４もしくはＭｎＳＯ_４・Ｈ_２Ｏ）、酢酸マンガン（Ｍｎ（ＣＨ_３ＣＯＯ）_２）、塩化マンガン（ＭｎＣｌ_２）、または硝酸マンガン（Ｍｎ（ＮＯ_３）_２もしくはＭｎ（ＮＯ_３）_２・４Ｈ_２Ｏ）を含む。また、ある特定の場合において、１種より多くのマンガン塩が使用され得る。アルミニウム塩の限定されない例は、硫酸アルミニウム（Ａｌ_２（ＳＯ_４）_３）、硝酸アルミニウム（Ａｌ（ＮＯ_３）_３）、アルミン酸ナトリウム（ＮａＡｌＯ_２）、アルミン酸カリウム（ＫＡｌＯ_２）、アルミニウムアルコキシド（Ａｌ（ＯＲ）_３）（式中、Ｒは、アルキル、例えばメチル、エチル、イソプロピル等である）、または塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）を含む。コバルト塩の例は、これらに限定されないが、硫酸コバルト（ＣｏＳＯ_４もしくはＣｏＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ）、酢酸コバルト（Ｃｏ（ＣＨ_３ＣＯＯ）_２）、塩化コバルト（ＣｏＣｌ_２）、または硝酸コバルト（Ｃｏ（ＮＯ_３）_２もしくはＣｏ（ＮＯ_３）_２・６Ｈ_２Ｏ）を含む。また、一部の場合において、１種より多くのコバルト塩が使用され得る。他の実施形態では、塩化物、シュウ酸塩、硫酸塩、硝酸塩、または酢酸塩を含む、他の金属の他の塩が存在してもよく、他の金属の限定されない例は、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、Renらにより米国特許出願第６２／４３５，６６９号、発明の名称「Electroactive Materials for Lithium-Ion Batteries and Other Applications」において論じられているように、サマリウム、ランタン、または亜鉛を含む。様々な実施形態において、これらの塩および／または他の塩のいずれかの任意の組合せが使用されてもよい。塩は、例えば０．１モル／ｌからそのそれぞれの最大溶解度レベルまでの任意の好適な濃度で使用され得、正確な濃度は重要ではない。一部の実施形態では、金属溶液の濃度は、Ｎｉ：Ｍｎ：ＣｏまたはＮｉ：Ａｌ：Ｃｏの所望のモル比に基づいて選択され得る。

【0059】

さらに、塩は、様々な溶媒のいずれに溶解されてもよい。溶液を調製するために使用される溶媒は、例えば、蒸留水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、プロパノール等であってもよい。一部の場合において、これらの溶媒のいずれかの組合せもまた使用され得る。

【0060】

ある特定の場合において、塩は、水酸化物と反応して金属前駆体を形成し得る。一部の場合において、金属前駆体は、ニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトを、例えば水酸化物と相互作用させて共沈させることにより調製され得る。使用され得る水酸化物の例は、これらに限定されないが、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、または水酸化アンモニウムを含む。さらに、ある特定の場合において、１種より多くの水酸化物が使用されてもよい。

【0061】

ある特定の実施形態によれば、この反応中のｐＨが重要となり得る。いかなる理論にも束縛されることを望まないが、ｐＨを使用して、例えば粒子の成長スピードを制御することによりその創出を制御することができると考えられる。したがって、一部の場合において、少なくとも１０のｐＨが使用されてもよく、一部の場合において、ｐＨは、少なくとも１０．２、少なくとも１０．５、少なくとも１０．８、少なくとも１１、または少なくとも１１．５であってもよい。また、一部の場合において、ｐＨは、ある特定の限度内に、例えば１２以下、１１．５以下、１１以下、１０．８以下、または１０．５以下に維持されてもよい。また、ｐＨは、これらの組合せの範囲内に維持されてもよく、例えば、ｐＨは、反応中、１０．８から１２の間に維持されてもよい。ｐＨは、例えば反応に添加される水酸化物の量を制御することにより制御され得る。

【0062】

さらに、１組の実施形態では、例えば成長を制御するために温度が制御され得る。一部の場合において、例えば、反応の温度は、少なくとも５０℃、少なくとも５５℃、少なくとも６０℃、少なくとも６５℃、少なくとも７０℃、少なくとも７５℃、少なくとも８０℃、少なくとも８５℃等であってもよい。さらに、温度は、９０℃以下、８５℃以下、８０℃以下、７５℃以下、７０℃以下、７５℃以下、６０℃以下、５５℃以下等に制御されてもよい。さらに、他の実施形態では、これらのいずれかの組合せもまた可能であり、例えば、反応の温度は、５５℃から８５℃の間に維持されてもよい。

【0063】

一部の実施形態では、成長を制御するために期間もまた制御され得る。例えば、反応の期間は、少なくとも１、少なくとも２、少なくとも５、もしくは少なくとも１０時間、および／または３０時間以内、２５時間以内、２４時間以内、２０時間以内、もしくは１８時間以内の滞留時間を提供するように制御され得る。

【0064】

ある特定の実施形態では、反応は、酸素（Ｏ_２）にほとんど、または全く接触させずに行われてもよい。したがって、例えば、反応は、窒素雰囲気、不活性ガス雰囲気（例えばアルゴン）等、およびこれらの組合せ、ならびに／または、酸素を含有しない他の好適なガスを含有する反応器内で行われてもよい。

【0065】

ある特定の実施形態では、水酸化ナトリウム、水酸化アンモニア等の反応成分の量および／または供給速度、ｐＨ値、温度等は、金属前駆体のサイズを制御するために正確に監視されてもよい。例えば、限定されない例示的な例として、約１０．２から約１１．２のｐＨ、および約５０℃から約８０℃の範囲の温度で共沈が行われてもよい。これは、例えば、溶液を窒素雰囲気下で反応器内にポンピングすることにより行われてもよい。ｐＨを約１０．２から約１１．２の範囲に、および温度を約５０℃から約８０℃の範囲に維持しながら、所望量の水酸化ナトリウム（所望のｐＨを維持するように機能する）および水酸化アンモニアが反応器内にポンピングされてもよい。

【0066】

上述のように、コア金属前駆体を形成するための上で論じられた反応は、成長を制御するために制御され得る。ｐＨ、温度、撹拌速度および反応期間等の因子の制御は、形成されるコア粒子のサイズおよび／またはサイズ分布を制御するために制御され得る。しかしながら、本発明の様々な態様では、コア粒子の形成後、コア粒子上に区別可能なシェルが堆積され、それによりコアシェル粒子が形成されてもよい。

【0067】

１組の実施形態では、シェルは、コア金属前駆体を除去することなく反応器の条件を変更することにより形成され得る。したがって、シェル金属前駆体は、反応器から粒子を除去することなく添加され得る。例えば、供給、ｐＨ、温度、および／または撹拌速度のうちの１つまたは１つより多くの変化を使用して組成の変化に影響を与え、それによりコアの周囲にシェルを形成させることができる。しかしながら、他の実施形態では、コアを反応器から除去し、別個に反応させてシェルを形成してもよい。一部の場合において、コア金属前駆体およびシェル金属前駆体を生成するための反応は、コア金属前駆体反応からシェル金属前駆体反応に向かって連続的に、例えば中断することなく行われてもよい。

【0068】

ある特定の実施形態によれば、例えばコア金属前駆体の代わりに、シェル金属前駆体が反応器に添加される。シェル金属前駆体は、コア金属前駆体と同様に、例えば上で論じられたように形成され得る。例えば、シェル金属前駆体は、上で論じられたように、まずニッケル塩、マンガン塩、およびコバルト塩を溶媒に溶解することにより調製され得る。しかしながら、一部の場合において、これらの１つまたは１つより多くの濃度は、コア金属前駆体と異なってもよく、それによりコア組成物と比較して区別可能なシェル組成物を生成してもよい。例えば、一部の場合において、シェルは、異なるモル量のニッケル、マンガン、コバルト等の元素を有する最終組成を有してもよい。一部の場合において、シェルおよびコアはまた、異なる元素、例えばサマリウム、ランタン、または亜鉛等を含有してもよいが、他の場合において、シェルおよびコアは、同じ元素のみを含有するが区別可能な量または濃度で含有してもよい。シェル金属前駆体およびこれらを形成するためのプロセスは、コア金属前駆体に関して上述された通りであるが、コア金属前駆体ではなくシェル金属前駆体に適用される通りである。

【0069】

さらに、コアへのシェル金属前駆体の添加は、コア金属前駆体に関して上述されたものと同様であるが、コア金属前駆体ではなくシェル金属前駆体に適用される通りの反応条件下で生じ得る。例えば、反応成分の量および／または供給速度は、金属前駆体のサイズを制御するために正確に監視されてもよく、または、反応は、酸素（Ｏ_２）にほとんど、もしくは全く接触させずに行われてもよい。ｐＨ、温度、および／または撹拌速度等の他の条件もまた制御され得る。

【0070】

一部の場合において、これら等の条件は、コアを生成するために使用される条件とは区別可能であってもよい。例えば、シェル金属前駆体を添加するための反応のｐＨは、コア金属前駆体に対するｐＨより高くても、または低くてもよく、また少なくとも０．５、少なくとも１、または少なくとも１．５のｐＨ単位異なっていてもよい。同様に、シェル金属前駆体を添加するための温度は、コア金属前駆体に対する温度より高くても、または低くてもよく、また少なくとも１０℃、少なくとも２０℃、少なくとも３０℃、少なくとも４０℃、または少なくとも５０℃異なっていてもよい。

【0071】

撹拌速度（または撹拌スピード）は、羽根または他の撹拌装置が特定の場所を通過する頻度、例えば回数として測定され得る。これは、例えば、羽根が反応器内の特定の場所をある特定の頻度で通過するように、軸の回りに羽根をスピンさせることにより達成され得る。（しかしながら、羽根は反応器内のあらゆる点を通過する必要はなく、および／または、反応器のいくつかの点が全体もしくは平均撹拌速度とは異なる撹拌速度を経験してもよいことが理解されるべきである。）一部の場合において、撹拌速度は、毎分回転数（略してｒｐｍ）として定量化され得るが、例えば、撹拌装置が反応器内の特定の場所をどれほど頻繁に通過するかを決定する上で、撹拌速度または頻度の他の尺度もまた可能である（例えばヘルツで測定される）。一部の場合において、例えば、撹拌速度は、撹拌装置が届く部分の平均として、少なくとも５０ｒｐｍ（もしくはＨｚ）、少なくとも１００ｒｐｍ（もしくはＨｚ）、少なくとも１５０ｒｐｍ（もしくはＨｚ）、少なくとも２００ｒｐｍ（もしくはＨｚ）、少なくとも２５０ｒｐｍ（もしくはＨｚ）、少なくとも３００ｒｐｍ（もしくはＨｚ）、少なくとも３５０ｒｐｍ（もしくはＨｚ）、少なくとも４００ｒｐｍ（もしくはＨｚ）、少なくとも５００ｒｐｍ（もしくはＨｚ）、少なくとも６００ｒｐｍ（もしくはＨｚ）、少なくとも７００ｒｐｍ（もしくはＨｚ）、少なくとも８００ｒｐｍ（もしくはＨｚ）、少なくとも９００ｒｐｍ（もしくはＨｚ）、少なくとも１０００ｒｐｍ（もしくはＨｚ）、少なくとも１１００ｒｐｍ（もしくはＨｚ）、少なくとも１２００ｒｐｍ（もしくはＨｚ）、少なくとも１３００ｒｐｍ（もしくはＨｚ）、または少なくとも１４００ｒｐｍ（もしくはＨｚ）であってもよい。さらに、一部の場合において、速度は、１５００ｒｐｍ（もしくはＨｚ）未満、１４００ｒｐｍ（もしくはＨｚ）未満、１３００ｒｐｍ（もしくはＨｚ）未満、１２００ｒｐｍ（もしくはＨｚ）未満、１１００ｒｐｍ（もしくはＨｚ）未満、１０００ｒｐｍ（もしくはＨｚ）未満、９００ｒｐｍ（もしくはＨｚ）未満、８００ｒｐｍ（もしくはＨｚ）未満、７００ｒｐｍ（もしくはＨｚ）未満、６５０ｒｐｍ（もしくはＨｚ）未満、６００ｒｐｍ（もしくはＨｚ）未満、５５０ｒｐｍ（もしくはＨｚ）未満、５００ｒｐｍ（もしくはＨｚ）未満、４５０ｒｐｍ（もしくはＨｚ）未満、４００ｒｐｍ（もしくはＨｚ）未満、３５０ｒｐｍ（もしくはＨｚ）未満、３００ｒｐｍ（もしくはＨｚ）未満、２５０ｒｐｍ（もしくはＨｚ）未満、または２００ｒｐｍ（もしくはＨｚ）未満であってもよい。一部の場合において、これらの組合せも可能となり得、例えば、速度は、１５０ｒｐｍから５００ｒｐｍの間、または３００Ｈｚから４００Ｈｚの間等であってもよい。

【0072】

したがって、ある特定の実施形態では、コア粒子上へのシェル金属前駆体の沈殿は、形成されるシェルのサイズまたは厚さを制御するために正確に制御され得る。例えば、ニッケル、マンガン、およびコバルトを含むシェル金属前駆体が、コア金属前駆体上に成長または沈殿されて、コアシェル粒子を形成し得る。

【0073】

したがって、限定されない例として、コアシェル金属前駆体は、ニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトを含有する溶液を調製し（例えば、コアを調製するために使用される溶液と区別可能である）、シェル金属前駆体をコア金属前駆体上に共沈させて溶液からコアシェル金属前駆体を形成することにより調製され得る。一部の場合において、シェル金属前駆体は、ニッケル、マンガンおよびコバルトの塩を溶媒に溶解することにより調製され得る。共沈は、約１０．８から約１２．０のｐＨ、および約５０℃から約８０℃の範囲の温度で行われてもよい。溶液は、窒素雰囲気下で、コア金属前駆体を含有する反応器内にポンピングされてもよい。同時に、ｐＨを約１０．８から約１２．０の範囲に、および温度を約５０℃から約８０℃の範囲に維持しながら、所望量の水酸化ナトリウム（所望のｐＨを維持するように機能する）および水酸化アンモニアが反応器内にポンピングされて、コアシェル金属前駆体組成物を形成してもよい。

【0074】

さらに、金属前駆体は、リチウム含有塩、または他の好適なリチウム源と混合されて、リチウム金属前駆体混合物を形成してもよい。使用されるリチウム源、そしてニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトの塩の量は、所望の正電気活性物質の化学式に依存し得る。量は、反応中に生じる浪費分を埋め合わせる必要がある。例えば、金属前駆体は、沈殿後、除去および乾燥され（例えば過剰の溶媒を除去するために）、次いで好適なリチウム源に曝露されてもよい。リチウム源の例は、これらに限定されないが、水酸化リチウム（ＬｉＯＨもしくはＬｉＯＨ・Ｈ_２Ｏ）または炭酸リチウム（Ｌｉ_２ＣＯ_３）を含む。また、一部の場合において、１種より多くのリチウム源が使用され得る。一部の場合において、リチウム源および金属前駆体は、機械的に互いに混合される。添加されるリチウムの量は、物質の所望の化学式により決定され得る。しかしながら、一部の場合において、例えば形成中に生じ得る浪費分または他の無効分を埋め合わせるために、過剰量のリチウムおよび／または金属前駆体が使用されてもよい。

【0075】

リチウム−金属前駆体混合物は、次いで、加熱またはか焼され得る。か焼温度は、例えば、異なる温度で調製された物質の電気化学的性能に従って選択され得る。そのような加熱は、混合物から水および／または様々な不純物を除去して、最終組成物を形成するために使用され得る。例えば、か焼によって、例えば水酸化物が水（Ｈ_２Ｏ）として除去され、炭酸塩がＣＯ_２として除去され、硫酸塩がＳＯ_ｘとして除去され、硝酸塩がＮＯ_ｘとして除去され得る。一部の実施形態では、例えば少なくとも７００℃、少なくとも７２０℃、少なくとも７４０℃、少なくとも７６０℃、少なくとも８００℃、少なくとも８２０℃、少なくとも８４０℃、少なくとも８６０℃、少なくとも８８０℃、少なくとも９００℃の温度等の比較的高い温度が使用され得る。さらに、一部の実施形態では、温度は、１０００℃以下、９８０℃以下、９６０℃以下、９４０℃以下、９２０℃以下、９００℃以下等に維持され得る。ある特定の実施形態では、これらのいずれかの組合せ、例えば８２０℃から９６０℃の間もまた可能である。一部の場合において、加熱またはか焼の期間は、少なくとも１時間、少なくとも２時間、少なくとも５時間、もしくは少なくとも１０時間、および／または３０時間以内、２５時間以内、２４時間以内、２０時間以内、もしくは１８時間以内であってもよい。１組の実施形態では、例えば、か焼は、約８２０℃から約９６０℃の範囲の温度で、１０から１８時間の範囲の期間行われてもよい。したがって、限定されない例として、リチウム−コアシェル金属前駆体混合物は、約６８０℃から約８８０℃の範囲の温度でか焼されてもよい。一部の場合において、物質の所望の電気化学的性能が、か焼温度および／またはその調製期間を決定付け得る。か焼または加熱後、組成物は、例えば本明細書において論じられるように粒子を形成し得る。

【0076】

一部の態様では、電気化学セルは、本明細書に記載のような物質を使用して生成され得る。例えば、リチウムイオン電気化学セルは、リチウムインターカレーション負電気活性物質、本明細書に記載のような物質を含むカソード、好適な電解質（例えば非水性電解質）、および負電気活性物質と正電気活性物質との間のセパレータを使用して調製され得る。

【0077】

電気化学セルにおいて、例えば本明細書に記載の電気活性物質と併せて様々なカソード物質が使用され得る。多くのそのようなカソード物質が当業者に公知であり、いくつかは商業的に容易に入手可能である。例えば、本明細書に記載の電気活性物質は、カーボンブラックおよび好適な結合剤と組み合わされて、電気化学セルにおける使用のためのカソードを形成し得る。

【0078】

限定されない例として、一実施形態では、カソードは、以下のステップ：（ｉ）Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）中に２〜３ｗｔ％のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）結合剤を混合して、ＮＭＰ−結合剤混合物を形成するステップと；（ｉｉ）ＮＭＰ−結合剤混合物を正電気活性物質およびカーボンブラックと混合して、８０ｗｔ％の正電気活性物質、１０ｗｔ％のカーボンブラックおよび１０ｗｔ％のＮＭＰ−結合剤混合物を含有する混合物（「８０：１０：１０混合物」）を形成するステップと；（ｉｉｉ）８０：１０：１０混合物をボールミル内に移し、混合物を８００ｒｐｍで３０分間、１０個の５ｍｍ径ジルコニアボールを用いて粉砕してスラリーを形成するステップと（ジルコニアボールはより効果的な混合のための媒体として機能する）；（ｉｖ）アルミニウム箔をガラス板の上に広げ、アセトンを噴霧して箔とガラス板との間に確実に気泡が存在しないようにすることによって、集電体を調製するステップと；（ｖ）スラリーをアルミニウム箔上に塗布し、剃刀の刃を使用して箔上に均一に広げて、コーティングフィルムを形成するステップと；（ｖｉ）コーティングを真空中１１０℃で１２時間乾燥させて、正電気活性物質を形成するステップとを使用して調製され得る。

【0079】

同様に、様々な負電気活性物質が使用されてもよく、その多くは、商業的に入手可能である。例えば、グラファイトまたはリチウム箔は、電気化学セルにおいてリチウムインターカレーション負電気活性物質として使用され得る。

【0080】

また、様々な実施形態において、様々な電解質が使用され得る。電解質は、水性または非水性であってもよい。好適な非水性電解質の限定されない例は、エチレンカーボネート（ＥＣ）およびジメチルカーボネート（ＤＭＣ）中の六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）、エチレンカーボネート（ＥＣ）およびジエチルカーボネート（ＤＥＣ）中の六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）、またはエチレンカーボネート（ＥＣ）およびエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）中の六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を含む。好適な非水性電解質の特定の限定されない例は、１モル／Ｌのエチレンカーボネート（ＥＣ）およびジメチルカーボネート（ＤＭＣ）中の六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）、１モル／Ｌのエチレンカーボネート（ＥＣ）およびジエチルカーボネート（ＤＥＣ）中の六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）、ならびに１モル／Ｌのエチレンカーボネート（ＥＣ）およびエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）中の六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）である。

【0081】

また、様々な実施形態において、様々なセパレートが使用され得る。セパレータの例は、これらに限定されないが、Ｃｅｌｇａｒｄ ２４００、２５００、２３４０、および２３２０モデルを含む。

【0082】

２０１６年９月２０日に出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ１６／５２６２７号、発明の名称「Nickel-Based Positive Electrode Materials」は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。さらに、２０１６年１２月１６日に出願された米国特許出願第６２／４３５，６６９号、発明の名称「Electroactive Materials for Lithium-Ion Batteries and Other Applications」、および２０１７年１２月１４日に出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１７／０６６３８１号、発明の名称「Electroactive Materials for Lithium-Ion Batteries and Other Applications」もまた、それぞれ参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。２０１７年２月２２日に出願された米国仮特許出願第６２／４６１，８９０号、発明の名称「Core-Shell Electroactive Materials」は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

【0083】

以下の実施例は、本発明のある特定の実施形態を例示することを意図するが、本発明の全範囲を例証するわけではない。

【実施例】

【0084】

（実施例１）

【0085】

正電気活性物質の４つの試料を、以下のように調製した。各試料のコア部分に関して表１に列挙された量で、ＮｉＳＯ_４・６Ｈ_２Ｏ、ＭｎＳＯ_４・Ｈ_２ＯおよびＣｏＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏを蒸留水に溶解して、２モル／Ｌの混合金属硫酸塩溶液を形成した。次いで、混合金属硫酸塩溶液を、窒素雰囲気下で５５℃の温度で反応器内に徐々にポンピングした。同時に、２３％のＮａＯＨ溶液および１８％のＮＨ_４ＯＨ溶液を別個に反応器内にポンピングし、コア金属前駆体を沈殿させた。溶液を反応器内にポンピングする前およびポンピングした後のｐＨは、１０．６で一定に維持した。プロセスの間、溶液の濃度、ｐＨ、温度、および反応混合物の撹拌スピードを慎重に監視および制御した。ｐＨは、ｐＨメーターを使用して監視し、ＮａＯＨの供給速度を調節することにより制御した。温度は、温度コントローラおよび熱交換器を使用して制御した。撹拌は、ＰＩＤコントローラを使用して制御した。供給速度は、デジタル薬注ポンプにより制御した。

【0086】

各試料のシェル部分に関して表１に列挙された量で、ＮｉＳＯ_４・６Ｈ_２Ｏ、ＭｎＳＯ_４・Ｈ_２ＯおよびＣｏＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏを蒸留水に溶解して、別の２モル／Ｌの混合金属硫酸塩溶液を形成した。次いで、混合金属硫酸塩溶液を、窒素雰囲気下で６５℃の温度で、上で論じられたコア金属前駆体を含有する同じ反応器内に徐々にポンピングした。同時に、２３％のＮａＯＨ溶液および１８％のＮＨ_４ＯＨ溶液もまた別個に反応器内にポンピングし、コア金属前駆体上にシェルを沈殿させた。溶液を反応器内にポンピングする前およびポンピングした後のｐＨは、１１．４で一定に維持した。プロセスの間、例えば上で論じられたように、溶液の濃度、供給速度、ｐＨ、温度、および反応混合物の撹拌速度を慎重に監視および制御した。次いで、コアシェル金属前駆体を形成した。撹拌速度は、毎分回転数（略してｒｐｍ）として定量化され得るが、これは、回転の頻度の尺度、具体的には１分間での撹拌軸の回りの回転数である。撹拌速度は、１５０ｒｐｍから５００ｒｐｍの範囲であった。

【0087】

コアシェル金属前駆体を濾過し、洗浄して、Ｎａ^＋およびＳＯ_４^２−等の残留イオンを除去し、次いで真空オーブン中で１１０℃で１２時間乾燥させた。次いで、コアシェル金属複合水酸化物前駆体を、表１に列挙されるモル比を得るのに必要な量のＬｉＯＨと、混合機内で完全に混合した。最後に、混合物を、各試料に対して表１に列挙される温度で酸素中でか焼して、正電気活性物質を生成した。表１は、ニッケル、マンガン、およびコバルトのモル百分率、ならびに得られる正電気活性物質中のＬｉ／（Ｎｉ＋Ｍｎ＋Ｃｏ）のモル比、試料１〜４を調製するために使用されるか焼温度（℃）、ならびに各試料のスパンを列挙している。

【表1】

【0088】

（実施例２）

【0089】

正電気活性物質の形態を例示するために、実施例１において調製された試料１電気活性物質のＬＥＯ １５５０ 電界放射型走査電子顕微鏡法（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）（ＦＥＳＥＭ）画像を撮影した。ＳＥＭ画像は、図２に示されている。

【0090】

（実施例３）

【0091】

Ｂｅｔｔｅｒｓｉｚｅ ＢＴ−９３００ＳＴレーザー粒径分析器（Ｌａｓｅｒ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｉｚｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ）を使用して、実施例１において調製された試料１から４のそれぞれのスパン（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０を測定した。機器パラメータおよび試料情報を設定し、好適な量の試料を試験用の分散プールに添加した。試験が終了した後、式（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０を用いて各試料のスパンを計算した。表１は、試料１〜４のスパンを列挙している。データは、正電気活性物質が均一であり、比較的狭いサイズ分布を有していたことを示している。

【0092】

（実施例４）

【0093】

実施例１においてカソードとして調製された試料１〜４の正電気活性物質を使用して、電気化学セルを以下のように構築した。しかしながら、電気化学セルの他の構築方法もまた可能である。これらの実施例において使用されるカソードは、以下の通り：（ｉ）Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）中に２〜３ｗｔ％のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）結合剤を混合して、ＮＭＰ−結合剤混合物を形成し；（ｉｉ）ＮＭＰ−結合剤混合物を正電気活性物質およびカーボンブラックと混合して、８０ｗｔ％の正電気活性物質、１０ｗｔ％のカーボンブラックおよび１０ｗｔ％のＮＭＰ−結合剤混合物を含有する混合物（「８０：１０：１０混合物」）を形成し；（ｉｉｉ）８０：１０：１０混合物をボールミル内に移し、混合物を８００ｒｐｍで３０分間、１０個の５ｍｍ径ジルコニアボールを用いて粉砕してスラリーを形成し（ジルコニアボールはより効果的な混合のための媒体として機能する）；（ｉｖ）アルミニウム箔をガラス板の上に広げ、アセトンを噴霧して箔とガラス板との間に確実に気泡が存在しないようにすることによって、集電体を調製し；（ｖ）スラリーをアルミニウム箔上に塗布し、剃刀の刃を使用して箔上に均一に広げて、コーティングフィルムを形成し；（ｖｉ）コーティングを真空中で１１０℃で１２時間乾燥させて、正電気活性物質を形成することで調製した。次いで、リチウムインターカレーション負電気活性物質、カーボネート非水性電解質、セパレータ、および試料１〜４のそれぞれの正電気活性物質を組み合わせることにより、４つのリチウムイオン電気化学セルの組を調製した。

【0094】

本明細書において、本発明の一部の実施形態を説明および例示したが、機能を行うため、ならびに／または結果および／もしくは本明細書に記載の利点の１つもしくは１つより多くを得るための様々な他の手段および／または構造が、当業者に容易に想定され、そのような変形および／または改変のそれぞれが、本発明の範囲内であるとみなされる。より一般的には、本明細書に記載の全てのパラメータ、寸法、物質、および構成は、例示的であることを意図すること、ならびにその実際のパラメータ、寸法、物質、および／または構成は、本発明の教示（複数可）が使用される特定の用途（複数可）に依存することが、当業者に容易に理解される。当業者は、本明細書に記載の本発明の特定の実施形態の多くの均等物を認識し、または慣例的にすぎない実験を使用して確認することができる。したがって、上記実施形態は、例示のみを目的として示されること、ならびに、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内で、本発明は、具体的に説明および特許請求されるのとは別様に実践されてもよいことを理解されたい。本発明は、本明細書に記載のそれぞれの個々の特徴、系、物品、物質、キット、および／または方法に関連する。さらに、２つまたは２つより多くのそのような特徴、系、物品、物質、キット、および／または方法の任意の組合せは、そのような特徴、系、物品、物質、キット、および／または方法が互いに矛盾しない限り、本発明の範囲内に含まれる。

【0095】

本明細書および参照により組み込まれる文献が、相反する、および／または矛盾する開示を含む場合、本明細書が優先されるものとする。参照により組み込まれる２つまたは２つより多くの文献が、互いに対して相反する、および／または矛盾する開示を含む場合、より最近の発効日を有する文献が優先されるものとする。

【0096】

本明細書において定義および使用される全ての定義は、辞書の定義、参照により組み込まれる文献における定義、および／または定義される用語の通常の意味よりも優先されることが理解されるべきである。
不定冠詞「ａ」および「ａｎ」は、本明細書および特許請求の範囲において使用される場合、反対の意味が明示されない限り、「少なくとも１つ」を意味することが理解されるべきである。

【0097】

「および／または」という語句は、本明細書および特許請求の範囲において使用される場合、そのように結合された要素の「いずれかまたは両方」、すなわち、一部の場合においては連言的に存在し、他の場合においては選言的に存在する要素を意味することが理解されるべきである。「および／または」で列挙される複数の要素も、同様に、すなわちそのように結合される要素の「１つまたは１つより多く（one or more）」と解釈されるべきである。「および／または」節により具体的に特定される要素以外の他の要素が、それらの具体的に特定される要素と関連しているかまたは関連していないかにかかわらず、任意選択で存在してもよい。したがって、限定されない例として、「Ａおよび／またはＢ」の言及は、「含む」等の非制限的言語と併せて使用される場合、一実施形態において、Ａのみ（Ｂ以外の要素を任意選択で含む）を指してもよく、別の実施形態において、Ｂのみ（Ａ以外の要素を任意選択で含む）を指してもよく、さらに別の実施形態において、ＡおよびＢの両方（他の要素を任意選択で含む）、等を指してもよい。

【0098】

本明細書および特許請求の範囲において使用される場合、「または」は、上で定義されるような「および／または」と同じ意味を有することが理解されるべきである。例えば、列挙において項目を分離する際に、「または」または「および／または」は、包含的である、すなわち、複数または列挙される要素の少なくとも１つを含むが、１つより多くも含み、および任意選択で追加的な列挙されていない項目を含むと解釈されるものとする。反対の意味が明示されている用語のみ、例えば「〜の１つのみ」もしくは「〜のただ１つ」、または、特許請求の範囲内において使用される場合には「〜からなる」が、複数または列挙される要素のただ１つの要素の包含を指す。概して、「または」という用語は、本明細書において使用される場合、「いずれか」、「〜の１つ」、「〜の１つのみ」、または「〜のただ１つ」等の排他性の用語が先行する場合には、排他的代替（すなわち、「一方または他方であるが、両方ではない」）を示すものとしてのみ解釈されるものとする。

【0099】

本明細書および特許請求の範囲において使用される場合、１つまたは１つより多くの要素の列挙に関連する「少なくとも１つ」という語句は、要素の列挙内の要素のいずれか１つまたは１つより多くから選択される、少なくとも１つの要素を意味するが、要素の列挙内に具体的に列挙されたありとあらゆる要素の少なくとも１つを含むとは限らず、要素の列挙における要素の任意の組合せを除外しないことが理解されるべきである。この定義はまた、「少なくとも１つ」という語句が指す要素の列挙内に具体的に特定される要素以外の要素が、それらの具体的に特定される要素と関連しているかまたは関連していないかにかかわらず、任意選択で存在してもよいことを許容する。したがって、限定されない例として、「ＡおよびＢの少なくとも１つ」（または、同等に、「ＡまたはＢの少なくとも１つ」、または、同等に、「Ａおよび／またはＢの少なくとも１つ」）は、一実施形態では、Ｂが存在しない、任意選択で１つより多くを含む少なくとも１つのＡ（および任意選択でＢ以外の要素を含む）、別の実施形態では、Ａが存在しない、任意選択で１つより多くを含む少なくとも１つのＢ（および任意選択でＡ以外の要素を含む）、さらに別の実施形態では、任意選択で１つより多くを含む少なくとも１つのＡ、および任意選択で１つより多くを含む少なくとも１つのＢ（および任意選択で他の要素を含む）、等を指してもよい。

【0100】

本明細書において数に関連して「約」という単語が使用されている場合、本発明のさらに別の実施形態は、「約」という単語の存在により修飾されない数を含むことが理解されるべきである。

【0101】

また、反対の意味が明示されない限り、１つより多くのステップまたは行為を含む本明細書において請求される任意の方法において、方法のステップまたは行為の順番は、方法のステップまたは行為が列挙される順番に限定されるとは限らないことが理解されるべきである。

【0102】

特許請求の範囲において、および上記明細書において、「含む（comprising）」、「含む（including）」、「保持する」、「有する」、「含有する」、「伴う」、「保有する」、「〜で構成される」等の移行句は全て、非制限的である、すなわち、含むがそれに限定されないことを意味すると理解されたい。「〜からなる」および「から本質的になる」という移行句のみが、それぞれ、United States Patent Office Manual of Patent Examining Procedures、セクション２１１１．０３に規定されるように、制限的または半制限的移行句であるとする。
一実施形態において、例えば、以下の項目が提供される。
（項目１）
式（Ｌｉ_１＋ａ（Ｎｉ_ｑＭ_ｒＣｏ_{１−ｑ−ｒ}）Ｏ_２）_ｘ（Ｌｉ_１＋ａ（Ｎｉ_ｓＭｎ_ｔＣｏ_{１−ｓ−ｔ}）Ｏ_２）_１−ｘを有する物質
を含む組成物であって、式中、
Ｍは、Ｍｎおよび／またはＡｌであり；
ｘは、０．７０から０．９５（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；
ａは、０．０１から０．０７（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；
ｑは、０．８０から０．９６（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；
ｒは、０．０１から０．１０（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；
ｓは、０．３４から０．７０（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；
ｔは、０．２０から０．４０（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；
１−ｑ−ｒは、０より大きく；
１−ｓ−ｔは、０より大きい、
組成物。
（項目２）
Ｍが、Ｍｎを含む、項目１に記載の組成物。
（項目３）
Ｍが、Ａｌを含む、項目１または２のいずれか一項に記載の組成物。
（項目４）
前記物質が、複数の粒子を含む、項目１から３のいずれか一項に記載の組成物。
（項目５）
前記物質が、Ｌｉ_１＋ａ（Ｎｉ_ｑＭ_ｒＣｏ_{１−ｑ−ｒ}）Ｏ_２を含む第１の相、およびＬｉ_１＋ａ（Ｎｉ_ｓＭｎ_ｔＣｏ_{１−ｓ−ｔ}）Ｏ_２を含む第２の相を含む、項目１から４のいずれか一項に記載の組成物。
（項目６）
前記第２の相が、前記第１の相を取り囲んでいる、項目１から５のいずれか一項に記載の組成物。
（項目７）
ｑが、０．８０から０．９５（これらの数値を含む）の範囲である、項目１から６のいずれか一項に記載の組成物。
（項目８）
ｒが、０．０４から０．１０（これらの数値を含む）の範囲である、項目１から７のいずれか一項に記載の組成物。
（項目９）
ｓが、０．３４から０．６５（これらの数値を含む）の範囲である、項目１から８のいずれか一項に記載の組成物。
（項目１０）
ｔが、０．２０から０．３５（これらの数値を含む）の範囲である、項目１から９のいずれか一項に記載の組成物。
（項目１１）
１−ｑ−ｒが、少なくとも０．０４である、項目１から１０のいずれか一項に記載の組成物。
（項目１２）
１−ｑ−ｒが、０．０４から０．１０（これらの数値を含む）の範囲である、項目１から１１のいずれか一項に記載の組成物。
（項目１３）
１−ｓ−ｔが、少なくとも０．２０である、項目１から１２のいずれか一項に記載の組成物。
（項目１４）
１−ｓ−ｔが、０．２０から０．３５（これらの数値を含む）の範囲である、項目１から１３のいずれか一項に記載の組成物。
（項目１５）
ｘが、０．８０から０．９５（これらの数値を含む）の範囲である、項目１から１４のいずれか一項に記載の組成物。
（項目１６）
ａが、０．０２から０．０５（これらの数値を含む）の範囲である、項目１から１５のいずれか一項に記載の組成物。
（項目１７）
前記物質が、１４マイクロメートル未満の平均Ｄ５０粒子サイズを有する、項目１から１６のいずれか一項に記載の組成物。
（項目１８）
項目１から１７のいずれか一項に記載の組成物を含む正電気活性物質と；
負電気活性物質と；
前記正電気活性物質と前記負電気活性物質とを分離するセパレータと
を含む、電気化学セル。
（項目１９）
電池で使用される、項目１８に記載の電気化学セル。
（項目２０）
前記物質が、
第１の溶液からニッケル、マンガン、およびコバルトを沈殿させて粒子を生成するステップと；
前記粒子上に第２の溶液からニッケル、マンガン、およびコバルトを沈殿させてコアシェル粒子を形成するステップと
を含むプロセスにより形成される、項目１から１９のいずれか一項に記載の組成物。
（項目２１）
前記第１および第２の沈殿させるステップが、同じ反応器内で行われる、項目２０に記載の組成物。
（項目２２）
前記第１の溶液が、第１のｐＨを有し、前記第２の溶液が、第２のｐＨを有し、前記第２のｐＨが前記第１のｐＨより大きい、項目２０または２１のいずれか一項に記載の組成物。
（項目２３）
前記第２のｐＨが、前記第１のｐＨよりも少なくとも１ｐＨ単位大きい、項目２０から２２のいずれか一項に記載の組成物。
（項目２４）
前記第１のｐＨが、少なくとも１０である、項目２０から２３のいずれか一項に記載の組成物。
（項目２５）
前記第２のｐＨが、少なくとも１１である、項目２０から２４のいずれか一項に記載の組成物。
（項目２６）
前記第１の沈殿させるステップが、第１の温度で行われ、前記第２の沈殿させるステップが、第２の温度で行われる、項目２０から２５のいずれか一項に記載の組成物。
（項目２７）
前記第２の温度が、前記第１の温度よりも少なくとも１０℃高い、項目２６のいずれか一項に記載の組成物。
（項目２８）
前記第１の温度が、少なくとも５０℃である、項目２６または２７のいずれか一項に記載の組成物。
（項目２９）
前記第１の温度が、少なくとも６０℃である、項目２６から２８のいずれか一項に記載の組成物。
（項目３０）
前記第１の沈殿させるステップが、第１の撹拌スピードで行われ、前記第２の沈殿させるステップが、第２の撹拌スピードで行われる、項目２６から２９のいずれか一項に記載の組成物。
（項目３１）
複数の粒子を含む組成物であって、前記複数の粒子の少なくともいくつかは、コアと、前記コアを少なくとも部分的に取り囲むシェルとを含み、前記コアは、式Ｌｉ_１＋ａ（Ｎｉ_ｑＭ_ｒＣｏ_{１−ｑ−ｒ}）Ｏ_２を有し、前記シェルは、式Ｌｉ_１＋ａ（Ｎｉ_ｓＭｎ_ｔＣｏ_{１−ｓ−ｔ}）Ｏ_２を有し、式中、
Ｍは、Ｍｎおよび／またはＡｌであり；
ｘは、０．７０から０．９５（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；
ａは、０．０１から０．０７（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；
ｑは、０．８０から０．９６（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；
ｒは、０．０１から０．１０（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；
ｓは、０．３４から０．７０（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；
ｔは、０．２０から０．４０（これらの数値を含む）の範囲の数値であり；
１−ｑ−ｒは、０より大きく；
１−ｓ−ｔは、０より大きい、
組成物。
（項目３２）
Ｍが、Ｍｎを含む、項目３１に記載の組成物。
（項目３３）
Ｍが、Ａｌを含む、項目３１または３２のいずれか一項に記載の組成物。
（項目３４）
コアを有する前記複数の粒子が、８マイクロメートルから１２マイクロメートルの間の平均コアサイズを有する、項目３１から３３のいずれか一項に記載の組成物。
（項目３５）
コアを有する前記複数の粒子が、０．０５マイクロメートルから１．１マイクロメートルの間の平均シェル厚を有する、項目３１から３４のいずれか一項に記載の組成物。
（項目３６）
前記複数の粒子が、０．５から１の間のスパンを有する、項目３１から３５のいずれか一項に記載の組成物。
（項目３７）
前記複数の粒子が、０．９未満のスパンを有する、項目３１から３６のいずれか一項に記載の組成物。
（項目３８）
前記複数の粒子が、０．８未満のスパンを有する、項目３１から３７のいずれか一項に記載の組成物。
（項目３９）
前記複数の粒子が、０．６から０．８の間のスパンを有する、項目３１からのいずれか一項に記載の組成物。
（項目４０）
反応器内で、第１の溶液からニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトを沈殿させて粒子を生成するステップと；
前記反応器内で、前記粒子上に第２の溶液からニッケル、マンガン、およびコバルトを沈殿させて、コアシェル粒子を形成するステップと
を含む方法。
（項目４１）
前記第２の溶液からニッケル、マンガン、およびコバルト塩を沈殿させる前に前記反応器から前記粒子が除去されない、項目４０に記載の方法。
（項目４２）
前記第１の溶液が、第１のｐＨを有し、前記第２の溶液が、第２のｐＨを有し、前記第２のｐＨは、前記第１のｐＨより大きい、項目４０または４１のいずれか一項に記載の方法。
（項目４３）
前記第２のｐＨが、前記第１のｐＨよりも少なくとも１ｐＨ単位大きい、項目４２に記載の方法。
（項目４４）
前記第１のｐＨが、少なくとも１０である、項目４２または４３のいずれか一項に記載の方法。
（項目４５）
前記第１のｐＨが、１０．２から１１．２の間である、項目４２から４４のいずれか一項に記載の方法。
（項目４６）
前記第２のｐＨが、少なくとも１１である、項目４２４５のいずれか一項に記載の方法。
（項目４７）
前記第２のｐＨが、１１から１２の間である、項目４２から４６のいずれか一項に記載の方法。
（項目４８）
前記コアシェル粒子をリチウム含有塩と混合して、リチウム金属前駆体混合物を形成するステップをさらに含む、項目４０から４７のいずれか一項に記載の方法。
（項目４９）
前記リチウム金属前駆体混合物をか焼するステップをさらに含む、項目４８に記載の方法。
（項目５０）
前記リチウム金属前駆体混合物を、６８０℃から８８０℃の間の温度でか焼するステップを含む、項目４９に記載の方法。
（項目５１）
前記リチウム含有塩が、炭酸リチウムを含む、項目４８から５０のいずれか一項に記載の方法。
（項目５２）
前記リチウム含有塩が、水酸化リチウムを含む、項目４８から５１のいずれか一項に記載の方法。
（項目５３）
前記第１の溶液が、硫酸ニッケル、酢酸ニッケル、塩化ニッケル、および／または硝酸ニッケルのうちの１つまたは１つより多くを含む、項目４０から５２のいずれか一項に記載の方法。
（項目５４）
前記第１の溶液が、硫酸マンガン、酢酸マンガン、塩化マンガン、および／または硝酸マンガンのうちの１つまたは１つより多くを含む、項目４０から５３のいずれか一項に記載の方法。
（項目５５）
前記第１の溶液が、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、および／または硝酸アルミニウムのうちの１つまたは１つより多くを含む、項目４０から５４のいずれか一項に記載の方法。
（項目５６）
前記第１の溶液が、硫酸コバルト、酢酸コバルト、塩化コバルト、および／または硝酸コバルトを含む、項目４０から５５のいずれか一項に記載の方法。
（項目５７）
前記第２の溶液が、硫酸ニッケル、酢酸ニッケル、塩化ニッケル、および／または硝酸ニッケルのうちの１つまたは１つより多くを含む、項目４０から５６のいずれか一項に記載の方法。
（項目５８）
前記第２の溶液が、硫酸マンガン、酢酸マンガン、塩化マンガン、および／または硝酸マンガンのうちの１つまたは１つより多くを含む、項目４０から５７のいずれか一項に記載の方法。
（項目５９）
前記第２の溶液が、硫酸コバルト、酢酸コバルト、塩化コバルト、および／または硝酸コバルトを含む、項目４０から５８のいずれか一項に記載の方法。
（項目６０）
前記第１の溶液が、メタノールを含む、項目４０から５９のいずれか一項に記載の方法。
（項目６１）
前記第２の溶液が、メタノールを含む、項目４０から６０のいずれか一項に記載の方法。
（項目６２）
前記第１の溶液が、エタノールを含む、項目４０から６１のいずれか一項に記載の方法。
（項目６３）
前記第２の溶液が、エタノールを含む、項目４０から６２のいずれか一項に記載の方法。
（項目６４）
第１の溶液からニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトを沈殿させるステップが、５０℃から８０℃の間の温度で第１の溶液からニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトを沈殿させるステップを含む、項目４０から６３のいずれか一項に記載の方法。
（項目６５）
第２の溶液からニッケル、マンガン、およびコバルトを沈殿させるステップが、５０℃から８０℃の間の温度で第２の溶液からニッケル、マンガン、およびコバルトを沈殿させるステップを含む、項目４０から６４のいずれか一項に記載の方法。
（項目６６）
第１のｐＨで、第１の溶液からニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトを沈殿させて粒子を生成するステップと；
第２のｐＨで、前記粒子上に第２の溶液からニッケル、マンガン、およびコバルトを沈殿させてコアシェル粒子を形成するステップと
を含む方法。
（項目６７）
第１の温度で、第１の溶液からニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトを沈殿させて粒子を生成するステップと；
第２の温度で、前記粒子上に第２の溶液からニッケル、マンガン、およびコバルトを沈殿させてコアシェル粒子を形成するステップと
を含む方法。
（項目６８）
第１の撹拌速度で、第１の溶液からニッケル、マンガンおよび／またはアルミニウム、ならびにコバルトを沈殿させて粒子を生成するステップと；
第２の撹拌速度で、前記粒子上に第２の溶液からニッケル、マンガン、およびコバルトを沈殿させてコアシェル粒子を形成するステップと
を含む方法。

【図1】

【図2】