カルボホスフェートおよび関連化合物
本発明は、概して、カルボホスフェートおよび他の化合物に関する。かかる化合物は、電池および他の電気化学デバイス、または本明細書に記載されたもののごとき他の適用に用い得る。本発明の１つの態様は、概して、カルボホスフェート化合物、すなわち、カーボネートおよびホスフェートイオンを含む化合物に指向される。例えば、一つの組の具体例により、化合物は式Ａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ（式中、Ｍは１以上のカチオンを含む）を有する。Ａは、例えば、リチウムおよび／またはナトリウムのごとき１以上のアルカリ金属を含み得る。いくらかの場合、ｘは、約０．１より大きく、ａは約０．１〜約５．１であり、およびｂは約０．１〜約５．１である。ある具体例において、化合物は、鉱物シドレンカイト、ボンシテダイト、ブラッドレイアイト、クラウフォルダイトまたはフェロタイカイトの単位格子に等構造の単位格子原子配列を有し得る。いくつかの具体例において、化合物は、式Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み、Ｍは１以上のカチオンを含み、ＸはＢ、Ｃおよび／またはＮを含み、ＹはＳｉ、Ｐ、Ａｓ、Ｓ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏおよび／またはＷを含む）を有し得る。いくらかの場合、ｘは約０．１より大きく、ａは約０．１〜約５．１であり、およびｂは約０．１〜約５．１である。本発明の他の態様は、概して、かかる化合物、かかる化合物を含むキット等を調製または使用するための技術に指向される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、例えば、電池および他の適用に用いるカルボホスフェート（carbophosphate）および他の化合物に関する。
【０００２】
関連出願
本願は、Cederらにより、２０１０年２月２２日付けで出願され、「カルボホスフェートおよび関連化合物」を発明の名称とする、米国仮特許出願第６１／３０６，６７０号（ここに出典明示して本明細書の一部とみなす）の優先権を主張する。
【背景技術】
【０００３】
例えば、電気運搬手段（power vehicle）または携帯用電子デバイスに対する軽量で高密度エネルギーの電池の需要は、上昇し続けている。しかしながら、多数の化合物は電池および他の適用に用いるために研究されてきたが、良好な特性の耐熱性および／または高エネルギー密度を有する化合物を同定することは困難なままである。したがって、電池および他の適用に用いる化合物における改良が依然として必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、概して、例えば、電池および他の適用に用いるカルボホスフェートおよび他の化合物に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、概して、例えば、電池および他の適用に用いるカルボホスフェートおよび他の化合物に関する。本発明の主題は、いくらかの場合、相互に関係した生成物、特定の問題に対する代替解決方法および／または１以上のシステムおよび／または物品の複数の異なる使用を含む。
【０００６】
ポリアニオン基を持つ化合物は、酸化物より一般的に安定している。いくらかの場合、それらは高温でより少ないＯ２を放出でき、これはリチウムイオン電池のごときある種の適用につき重要な安全性の特徴であり得る。加えて、重量を低下させるために、炭酸およびホウ酸のごときより低重量のポリアニオン基を、例えば、より高いエネルギーおよび出力密度のために有用であり得る。かくして、本発明のいくつかの態様は、炭酸基および／または複数のポリアニオン基、例えば、炭酸−リン酸、ケイ酸−炭酸に指向される。
【０００７】
１つの態様において、本発明はある化合物に指向される。１組の具体例によれば、化合物は、式：
Ｌｉｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
（式中、Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ｘは約０．１より大きく、ａは約０．１〜約５．１であり、およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する。いくらかの場合、Ｍの少なくとも約２５モル％は、１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む。
【０００８】
もう一つの組の具体例における化合物は、式：
Ａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み、Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ｘは約０．１より大きく、ａは約０．１〜約５．１であり、およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する。ある種の場合には、Ｍの少なくとも約２５モル％が１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む。いくつかの具体例において、化合物は、ＡがＮａである場合、ｘは２〜４であって、ＭはＦｅ、Ｍｇ、ＭｎまたはＳｒであるものではない。
【０００９】
ある組の具体例によれば、化合物は、式：
Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ
（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み；ＸはＢ、ＣおよびＮの１以上を含み；ＹはＳｉ、Ｐ、ＡｓおよびＳの１以上を含み；ｘは約０．１より大きく；ａは約０．１〜約５．１であり；およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する。いくつかの例において、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む。いくつかの具体例において、組成は、各々、Ａ、Ｍ、ＹおよびＸについて以下の組合せ：Ｎａ、ＡｌおよびＣｏ、Ｓｉ、Ｎ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂ；Ｎａ、ＡｌおよびＣｏ、Ｓｉ、Ｃ；Ｎａ、Ｍｎ、Ｐ、Ｃ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｐ、Ｃ；Ｎａ、Ｃｏ、Ｐ、Ｂ；Ｎａ、ＭｇおよびＦｅ、Ｓ、Ｃ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｓ、Ｃ；Ｌｉ、Ｃｕ、Ｐ、Ｂ；およびＬｉ、Ｚｎ、Ｐ、Ｂのいずれも含まない。
【００１０】
もう一つの組の具体例において、化合物は式：
Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ
（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み；ＸはＢ、ＣおよびＮの１以上を含み；Ｙは、Ｖ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷの１以上を含み；ｘは約０．１より大きく；ａは約０．１〜約５．１であり；およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する。１つの具体例において、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む。いくらかの場合、ＭはＶ、Ｎｂ、ＭｏまたはＷを含まない。いくつかの例において、組成は、各々、Ａ、Ｍ、ＹおよびＸについて以下の組合せ：Ｎａ、ＡｌおよびＣｏ、Ｓｉ、Ｎ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂ；Ｎａ、ＡｌおよびＣｏ、Ｓｉ、Ｃ；Ｎａ、Ｍｎ、Ｐ、Ｃ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｐ、Ｃ；Ｎａ、Ｃｏ、Ｐ、Ｂ；Ｎａ、ＭｇおよびＦｅ、Ｓ、Ｃ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｓ、Ｃ；Ｌｉ、Ｃｕ、Ｐ、Ｂ；およびＬｉ、Ｚｎ、Ｐ、Ｂのいずれも含まない：
【００１１】
さらにもう一つの組の具体例において、化合物は式：
Ａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み；ｘは約０．１より大きく；ａは約０．１〜約５．１であり；およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する。いくらかの場合、化合物は、Ｎａ３Ｆｅ（ＰＯ４）（ＣＯ３）、Ｎａ３Ｍｇ（ＰＯ４）（ＣＯ３）、Ｎａ３Ｍｎ（ＰＯ４）（ＣＯ３）またはＮａ３Ｓｒ（ＰＯ４）（ＣＯ３）ではない。いくつかの具体例において、Ｍの少なくとも約２５モル％は、１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む。
【００１２】
もう一つの組の具体例において、化合物は、式：
Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ
（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み；ＸはＢ、ＣおよびＮよりなる群から選択され；Ｙは、Ｓｉ、Ｐ、Ａｓ、Ｓ、Ｖ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷよりなる群から選択され；ｘは約０．１より大きく；ａは約０．１〜約５．１であり；およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する。いくつかの具体例において、Ｍの少なくとも約１０モル％は、１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む。いくらかの場合、化合物は、２５℃および１気圧にて熱力学的に不安定である。いくつかの具体例において、Ｍの少なくとも約２５モル％は、１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む。
【００１３】
さらにもう一つの組の具体例において、化合物は、式：
Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ
（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み；ＸはＢ、ＣおよびＮよりなる群から選択され；ＹはＳｉ、Ｐ、Ａｓ、Ｓ、Ｖ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷよりなる群から選択され；ｘは約０．１より大きく；ａは約０．１〜約５．１であり；およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する。いくらかの場合、化合物は、Ｎａ３ＦｅＰＯ４ＣＯ３、Ｎａ３ＭｎＰＯ４ＣＯ３、Ｎａ６Ｆｅ２ＳＯ４（ＣＯ３）４、ＮａＨ６Ｃｏ（ＰＯ４）２ＢＯ３、Ａｌ１２ＣＯ４（ＮＯ３）２Ｎａ４（ＳｉＯ４）１２またはＦｅ９Ｈ２Ｎａ（ＳｉＯ４）６（ＢＯ３）３ではない。いくつかの具体例において、Ｍの少なくとも約２５モル％は、１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む。
【００１４】
さらにもう一つの組の具体例において、化合物は、シドレンカイト（sidorenkite）単位格子、ボンシテダイト（bonshtedtite）単位格子、ブラッドレイアイト（bradleyite）単位格子、クラウフォルダイト（crawfordite）単位格子またはフェロタイカイト（ferrotychite）単位格子に等構造の単位格子原子配列を有するリチウム含有化合物である。さらにもう一つの組の具体例において、化合物は、少なくとも約２５モル％のリチウムを含むリチウム含有化合物であり、この化合物は、ＣＯ３の三角平面基、ＰＯ４の四面体基およびＭＯ６（式中、Ｍは正のカチオンである）の八面体基を含む単位格子を有する。さらにもう一つの組の具体例によれば、化合物は、１０．７±１、２０．４±１、２１．４±１、２７．１±１、２８．８±１、３４．０±１および３５．８±１度の２θで極大を有するＸＲＤ回折パターンを有し、ここに、ＸＲＤは、１．５４１８オングストロームの波長を持つ銅Ｋアルファ源を有するＸ線回折計を用いて得られる。
【００１５】
もう一つの態様において、本発明は、三斜晶系（Ｐ１）結晶構造を有する化合物に概して指向される。一組の具体例によれば、化合物は式：
Ａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
（式中、Ａが１以上のアルカリ金属を含み、Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ｘは約０．１より大きく、ａは約０．１〜約５．１であり、およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する。いくらかの場合、Ｍの少なくとも約２５モル％は、１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む。
【００１６】
もう一つの組の具体例において、化合物は、式：
Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ
（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み；ＸはＢ、ＣおよびＮの１以上を含み；Ｙは、Ｓｉ、Ｐ、ＡｓおよびＳの１以上を含み；ｘは約０．１より大きく；ａは約０．１〜約５．１であり；およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する。ある種の具体例において、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む。
【００１７】
さらにもう一つの組の具体例によれば、化合物は式：
Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ
（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み；ＸはＢ、ＣおよびＮの１以上を含み；Ｙは、Ｖ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷの１以上を含み；ｘは約０．１より大きく；ａは約０．１〜約５．１であり；およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する。いくらかの場合、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む。ある種の具体例において、Ｍは、Ｖ、Ｎｂ、ＭｏまたはＷを含まない。
【００１８】
さらにもう一つの態様において、本発明は電気化学デバイスに指向される。一組の具体例によれば、電気化学デバイスは、リチウム含有化合物を含むｎ電極を含む。ある種の具体例において、化合物には式：
Ｌｉｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
（式中、Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ｘは約０．１より大きく、ａは約０．１〜約５．１であり、およびｂは約０．１〜約５．１である）を有し得る。ある種の例において、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む。いくらかの場合、リチウム含有化合物は、ＣＯ３の三角平面基、ＰＯ４の四面体基および／またはＭＯ６の八面体基を含む単位格子を有する。
【００１９】
もう一つの組の具体例によれば、電気化学デバイスは、式：
Ａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
（式中、Ａが１以上のアルカリ金属を含み、Ｍは基底状態より上の１を超える酸化状態を有する１以上の金属カチオンを含み、ｘは約０．１より大きく、ａは約０．１〜約５．１であり、およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する化合物を含む電極を含む。いくつかの例において、Ｍの少なくとも約２５モル％は、１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む。
【００２０】
もう一つの組の具体例において、電気化学デバイスは、式：
Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ
（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み；ＸはＢ、ＣおよびＮよりなる群から選択され；ＹはＳｉ、Ｐ、Ａｓ、Ｓ、Ｖ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷよりなる群から選択され；ｘは約０．１より大きく；ａは約０．１〜約５．１であり；およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する化合物を含む電極を含む。いくらかの場合、Ｍの少なくとも約２５モル％は、１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む。
【００２１】
さらにもう一つの組の具体例において、電気化学デバイスは、本明細書に記載されたものごとき化合物を含む電極を含む。例えば、化合物はリチウム含有化合物またはナトリウム含有化合物であり得る。いくつかの具体例において、化合物は、少なくとも約１００ｍＡ ｈ／ｇのエネルギー密度を有する。ある具体例において、化合物は少なくとも２つの異なるポリアニオン基を含む。いくらかの場合、化合物は、少なくとも約２５０℃の温度に対する曝露に際して実質的に分解しない。いくつかの例において、化合物は、約５モル％以下のアニオン酸化物を含む。さらにもう一つの組の具体例において、示差走査熱量測定法（ＤＳＣ）を用いて分析された場合、化合物は、３００℃未満の熱転移を示さない。いくらかの場合、２５０℃の温度に加熱された場合、化合物は１ｍｌ／ｇ以下の酸素を放出する。
【００２２】
本発明のさらにもう一つの態様は、ある方法に指向される。一組の具体例において、その方法は、リン酸アニオン、炭酸アニオン、アルカリ金属カチオンおよび非アルカリ金属カチオンを含む水性液体を供し；少なくとも約７０℃の制御温度に液体を曝露し；次いで、液体から水を除去して、固形生成物を回収する行為を含む。
【００２３】
もう一つの組の具体例において、本発明は、本明細書に記載された１以上の具体例、１つの非限定の例として、式 Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み、Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ＸはＢ、ＣおよびＮよりなる群から選択され、およびＹはＳｉ、Ｐ、Ａｓ、Ｓ、Ｖ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷよりなる群から選択される）を有する化合物を調製する方法に指向される。いくらかの場合、ｘが約０．１より大きく、ａは約０．１〜約５．１であり、およびｂは約０．１〜約５．１である。
【００２４】
ある種の態様によれば、本明細書に記載されるのは、以下の項により特定される主題である。これらの項は、例示的でかつ非限定であることが意図される。
１．式 Ｌｉｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ（式中、Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み、ｘは約０．１より大きく、ａは約０．１〜約５．１であり、およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する化合物。
２．Ｍが１以上の二価または三価のカチオンを含む項１に記載の化合物。
３．Ｍが１以上の遷移金属を含む項１または２記載の化合物。
４．Ｍが、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｓｎ、ＳｂおよびＭｏの１以上を含む、項１〜３のいずれか１記載の化合物。
５．Ｍが実質的にＦｅおよび／またはＭｎよりなる項１〜４のいずれか１記載の化合物。
６．ＭがＦｅを含む項１〜５のいずれか１記載の化合物。
７．ＭがＮｉを含む項１〜４および６のいずれか１記載の化合物。
８．ＭがＣｏを含む項１〜４、６および７のいずれか１記載の化合物。
９．ＭがＭｎを含む項１〜５のいずれか１記載の化合物。
【００２５】
１０．ＭがＶを含む項１〜４および６〜８のいずれか１記載の化合物。
１１．ＭがＭｏを含む項１〜４、６〜８および１０のいずれか１記載の化合物。
１２．Ｍがアルカリ土類金属を含む項１〜４、６〜８、１０および１１のいずれか１記載の化合物。
１３．Ｍの少なくとも約５０モル％が、１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む項１〜４、６〜８および１０〜１２のいずれか１記載の化合物。
１４．Ｍにおける各カチオンが、包括的に、１＋〜５＋の酸化状態を有する項１〜１３のいずれか１記載の化合物。
１５．Ｍにおける各カチオンが、包括的に、１＋〜４＋の酸化状態を有する項１〜１４のいずれか１記載の化合物。
１６．Ｍにおける各カチオンが、包括的に、２＋〜４＋の酸化状態を有する項１〜１５のいずれか１記載の化合物。
１７．ｘが約１．５〜約１０．１である項１〜１６のいずれか１記載の化合物。
１８．ｘが約１．９〜約３．１である項１〜１７のいずれか１記載の化合物。
１９．ｘが３である項１〜１８のいずれか１記載の化合物。
【００２６】
２０．ｘが２である項１〜１８のいずれか１記載の化合物。
２１．ａが約０．１〜約４である項１〜２０のいずれか１記載の化合物。
２２．ａが約０．９〜約１．１である項１〜２１のいずれか１記載の化合物。
２３．ａが１である項１〜２２のいずれか１記載の化合物。
２４．ｂが約０．１〜約４である項１〜２３のいずれか１記載の化合物。
２５．ｂが約０．９〜約１．１である項１〜２４のいずれか１記載の化合物。
２６．ｂが１である項１〜２５のいずれか１記載の化合物。
２７．化合物が、シドレンカイト単位格子、ボンシテダイト単位格子、ブラッドレイアイト単位格子、クラウフォルダイト単位格子またはフェロタイカイト単位格子に等構造の単位格子原子配列を有する項１〜２６のいずれか１記載の化合物。
２８．化合物に三斜晶系結晶構造を有する項１〜２７のいずれか１記載の化合物。
２９．項１〜２８のいずれかに記載の化合物を含む電極を含む電気化学デバイス。
【００２７】
３０．式 Ａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み、Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み、ｘは約０．１より大きく、ａは約０．１〜約５．１であり、およびｂは約０．１〜約５．１であり；所望により、但し、化合物は、ＡがＮａである場合、ｘが２〜４であり、ＭがＦｅ、Ｍｇ、ＭｎまたはＳｒであるものではない）を有する化合物。
３１．Ａが実質的に１つのアルカリ金属よりなる項３０記載の化合物。
３２．ＡがＬｉを含む項３０または３１のいずれか１記載の化合物。
３３．ＡがＮａを含む項３０〜３２のいずれか１記載の化合物。
３４．Ａが実質的にＬｉよりなる項３０〜３２のいずれか１記載の化合物。
３５．Ａが実質的にＮａよりなる項３０、３１および３３のいずれか１記載の化合物。
３６．Ａが実質的にＬｉおよびＮａよりなる項３０、３２および３４のいずれか１記載の化合物。
３７．Ｍが１以上の二価または三価のカチオンを含む項３０〜３６のいずれか１記載の化合物。
３８．ｘが約１．５〜約１０．１である項３０〜３７のいずれか１記載の化合物。
３９．ｘが約１．９〜約３．１である項３０〜３８のいずれか１記載の化合物。
【００２８】
４０．ａが約０．１〜約４である項３０〜３９のいずれか１記載の化合物。
４１．ａが約０．９〜約１．１である項３０〜４０のいずれか１記載の化合物。
４２．ｂが約０．１〜約４である項３０〜４１のいずれか１記載の化合物。
４３．ｂが約０．９〜約１．１である項３０〜４２のいずれか１記載の化合物。
４４．Ｍの少なくとも約５０モル％が、１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む項３０〜４３のいずれか１記載の化合物。
４５．Ｍがアルカリ土類金属を含む項３０〜４４のいずれか１記載の化合物。
４６．Ｍが遷移金属を含む項３０〜４５のいずれか１記載の化合物。
４７．Ｍが、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｓｎ、ＳｂおよびＭｏの１以上を含む、項３０〜４６のいずれか１記載の化合物。
４８．化合物が、シドレンカイト単位格子、ボンシテダイト単位格子またはブラッドレイアイト単位格子、クラウフォルダイト単位格子またはフェロタイカイト単位格子に等構造の単位格子原子配列を有する項３０〜４７のいずれか１記載の化合物。
４９．化合物に三斜晶系結晶構造を有する項３０〜４８のいずれか１記載の化合物。
【００２９】
５０．項３０〜４９のいずれかに記載の化合物を含む電極を含む電気化学デバイス。
５１．シドレンカイト単位格子、ボンシテダイト単位格子、ブラッドレイアイト単位格子、クラウフォルダイト単位格子またはフェロタイカイト単位格子に等構造の単位格子原子配列を有するリチウム含有化合物。
５２．ＣＯ３の三角平面基、ＰＯ４の四面体基およびＭＯ６の八面体基（式中、Ｍは正のカチオンである）を含有する単位格子を有する、少なくとも約２５モル％のリチウムを含むリチウム含有化合物。
５３．Ｍが正の二価または三価のカチオンである項５２記載の化合物。
５４．ＭＯ６の八面体基がＣＯ３の三角平面基と端を共有する項５２または５３記載の化合物。
５５．ＭＯ６の八面体基がＰＯ４の四面体基と４つの頂点を共有する項５２〜５４のいずれか１記載の化合物。
５６．ＭがＦｅを含む項５２〜５５のいずれか１記載の化合物。
５７．ＭがＮｉを含む項５２〜５６のいずれか１記載の化合物。
５８．ＭがＣｏを含む項５２〜５７のいずれか１記載の化合物。
５９．ＭがＭｎを含む項５２〜５８のいずれか１記載の化合物。
【００３０】
６０．ＭがＶを含む項５２〜５９のいずれか１記載の化合物。
６１．ＭがＣｒを含む項５２〜６０のいずれか１記載の化合物。
６２．ＭがＣｕを含む項５２〜６１のいずれか１記載の化合物。
６３．ＭがＴｉを含む項５２〜６２のいずれか１記載の化合物。
６４．ＭがＢｉを含む項５２〜６３のいずれか１記載の化合物。
６５．ＭがＳｎを含む項５２〜６４のいずれか１記載の化合物。
６６．ＭがＳｂを含む項５２〜６５のいずれか１記載の化合物。
６７．ＭがＭｏを含む項５２〜６６のいずれか１記載の化合物。
６８．項５２〜６７のいずれかに記載の化合物を含む電極を含む電気化学デバイス。
６９．１０．７±１、２０．４±１、２１．４±１、２７．１±１、２８．８±１、３４．０±１および３５．８±１度の２θで極大を有するＸＲＤ回折パターンを有し、ここに、ＸＲＤは、１．５４１８オングストロームの波長を持つ銅Ｋアルファ源を有するＸ線回折計を用いて得られるリチウム含有化合物。
【００３１】
７０．式 Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み；ＸはＢ、ＣおよびＮの１以上を含み；Ｙは、Ｓｉ、Ｐ、ＡｓおよびＳの１以上を含み；ｘは約０．１より大きく；ａは約０．１〜約５．１であり；およびｂは約０．１〜約５．１であり；所望により、但し、組成は、各々、Ａ、Ｍ、ＹおよびＸについていずれかの以下の組合せ：Ｎａ、ＡｌおよびＣｏ、Ｓｉ、Ｎ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂ；Ｎａ、ＡｌおよびＣｏ、Ｓｉ、Ｃ；Ｎａ、Ｍｎ、Ｐ、Ｃ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｐ、Ｃ；Ｎａ、Ｃｏ、Ｐ、Ｂ；Ｎａ、ＭｇおよびＦｅ、Ｓ、Ｃ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｓ、Ｃ；Ｌｉ、Ｃｕ、Ｐ、Ｂ；およびＬｉ、Ｚｎ、Ｐ、Ｂを含まない）を有する化合物。
７１．式 Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み、ＭはＶ、Ｎｂ、ＭｏまたはＷを含まなく；ＸはＢ、ＣおよびＮの１以上を含み；Ｙは、Ｖ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷの１以上を含み；ｘは約０．１より大きく；ａは約０．１〜約５．１であり；およびｂは約０．１〜約５．１であり；所望により、但し、組成は、各々、Ａ、Ｍ、ＹおよびＸについていずれかの以下の組合せ：Ｎａ、ＡｌおよびＣｏ、Ｓｉ、Ｎ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂ；Ｎａ、ＡｌおよびＣｏ、Ｓｉ、Ｃ；Ｎａ、Ｍｎ、Ｐ、Ｃ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｐ、Ｃ；Ｎａ、Ｃｏ、Ｐ、Ｂ；Ｎａ、ＭｇおよびＦｅ、Ｓ、Ｃ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｓ、Ｃ；Ｌｉ、Ｃｕ、Ｐ、Ｂ；およびＬｉ、Ｚｎ、Ｐ、Ｂを含まない）を有する化合物。
７２．Ｍが１以上の二価または三価のカチオンを含む項７０または７１記載の化合物。
７３．Ｍが１以上のアルカリ土類金属を含む項７０〜７２のいずれか１記載の化合物。
７４．Ｍが１以上の遷移金属を含む項７０〜７３のいずれか１記載の化合物。
７５．Ｍが、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｓｎ、ＳｂおよびＭｏの１以上を含む項７０〜７４のいずれか１記載の化合物。
７６．ｘが約１．５〜約１０．１である項７０〜７５のいずれか１記載の化合物。
７７．ｘが約１．９〜約１０．１である項７０〜７６のいずれか１記載の化合物。
７８．ｘが約１．９〜約３．１である項７０〜７７のいずれか１記載の化合物。
７９．ａが約０．１〜約４である項７０〜７８のいずれか１記載の化合物。
【００３２】
８０．ａが約０．９〜約１．１である項７０〜７９のいずれか１記載の化合物。
８１．ｂが約０．１〜約４である項７０〜８０のいずれか１記載の化合物。
８２．ｂが約０．９〜約１．１である項７０〜８１のいずれか１記載の化合物。
８３．ｂが約２．９〜約３．１である項７０〜８２のいずれか１記載の化合物。
８４．ａが１であって、ｂが３である項７０〜８３のいずれか１記載の化合物。
８５．ＸおよびＹが、ＸおよびＹについての以下の組合せ：Ｃ、Ｐ；Ｂ、Ｐ；Ｂ、Ｓｉ；Ｃ、Ｓｉ；Ｃ、Ｓ；Ｂ、Ｓ；Ｎ、Ｐ；Ｎ、Ｓｉ；およびＮ、Ｓの１つから選択される項７０および７２〜８４のいずれか１記載の化合物。
８６．ＸおよびＹが、ＸおよびＹについての以下の組合せ：Ｃ、Ｖ；Ｂ、Ｖ；およびＮ、Ｖの１つから選択される項７１〜８５のいずれか１記載の化合物。
８７．ｘがＣであって、ＹがＰである項７０および７２〜８６のいずれか１記載の化合物。
８８．化合物が、シドレンカイト単位格子、ボンシテダイト単位格子、またはブラッドレイアイト単位格子、クラウフォルダイト単位格子、またはフェロタイカイト単位格子に等構造の単位格子原子配列を有する項７０〜８７のいずれか１記載の化合物。
８９．化合物が三斜晶系結晶構造を有する項７０〜８８のいずれか１記載の化合物。
【００３３】
９０．項７０〜８９のいずれかの化合物を含む電極を含む電気化学デバイス。
９１．式 Ａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み、Ｍは、基底状態より上の１を超える酸化状態を有する１以上の金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み、ｘは約０．１より大きく、ａは約０．１〜約５．１であり、およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する化合物を含む電極を含む電気化学デバイス。
９２．Ｍが１以上の非アルカリ金属カチオンを含む項９１記載のデバイス。
９３．Ｍが１以上の二価または三価のカチオンを含む項９１または９２記載のデバイス。
９４．Ｍが１以上のアルカリ土類金属を含む項９１〜９３のいずれか１記載のデバイス。
９５．Ｍが１以上の遷移金属を含む項９１〜９４のいずれか１記載のデバイス。
９６．Ｍが、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｓｎ、ＳｂおよびＭｏの１以上を含む項９１〜９５のいずれか１記載のデバイス。
９７．ｘが約１．５〜約１０．１である項９１〜９６のいずれか１記載のデバイス。
９８．ｘが約１．９〜約３．１である項９１〜９７のいずれか１記載のデバイス。
９９．ａが約０．１〜約４である項９１〜９８のいずれか１記載のデバイス。
【００３４】
１００．ａが約０．９〜約１．１である項９１〜９９のいずれか１記載のデバイス。
１０１．ｂが約０．１〜約４である項９１〜１００のいずれか１記載のデバイス。
１０２．ｂが約０．９〜約１．１である項９１〜１０１のいずれか１記載のデバイス。
１０３．化合物が、シドレンカイト単位格子、ボンシテダイト単位格子またはブラッドレイアイト単位格子、クラウフォルダイト単位格子またはフェロタイカイト単位格子に等構造の単位格子原子配列を有する項９１〜１０２のいずれか１記載のデバイス。
１０４．式 Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；
Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み；ＸはＢ、ＣおよびＮよりなる群から選択され；ＹはＳｉ、Ｐ、Ａｓ、Ｓ、Ｖ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷよりなる群から選択され；ｘは約０．１より大きく；ａは約０．１〜約５．１であり；およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する化合物を含む電極を含む電気化学デバイス。
１０５．Ｍが１以上の二価または三価のカチオンを含む項１０４記載のデバイス。
１０６．Ｍが１以上のアルカリ土類金属を含む項１０４または１０５記載のデバイス。
１０７．Ｍが１以上の遷移金属を含む項１０４〜１０６のいずれか１記載のデバイス。
１０８．Ｍが、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｓｎ、ＳｂおよびＭｏの１以上を含む項１０４〜１０７のいずれか１記載のデバイス。
１０９．ｘが約１．５〜約１０．１である項１０４〜１０８のいずれか１記載のデバイス。
【００３５】
１１０．ｘが約１．９〜約３．１である項１０４〜１０９のいずれか１記載のデバイス。
１１１．ａが約０．１〜約４である項１０４〜１１０のいずれか１記載のデバイス。
１１２．ａが約０．９〜約１．１である項１０４〜１１１のいずれか１記載のデバイス。
１１３．ｂが約０．１〜約４である項１０４〜１１２のいずれか１記載のデバイス。
１１４．ｂが約０．９〜約１．１である項１０４〜１１３のいずれか１記載のデバイス。
１１５．化合物が、シドレンカイト単位格子、ボンシテダイト単位格子またはブラッドレイアイト単位格子、クラウフォルダイト単位格子またはフェロタイカイト単位格子に等構造の単位格子原子配列を有する項１０４〜１１４のいずれか１記載のデバイス。
１１６．リン酸アニオン、炭酸アニオン、アルカリ金属カチオンおよび非アルカリ金属カチオンを含む水性液体を供し；少なくとも約７０℃の制御温度に液体を曝露し；次いで液体から水を除去して、固形生成物を回収することを含むことを特徴とする方法。
１１７．生成物が結晶であることを特徴とする項１１６記載の方法。
１１８．電極に固形生成物を形成することをさらに含むことを特徴とする項１１６または１１７記載の方法。
１１９．アルカリ金属カチオンおよびリン酸アニオンを含む第１の化合物、および非アルカリ金属カチオンおよび炭酸アニオンを含む第２の化合物を水に添加して、水性液体を形成することを特徴とする項１１６〜１１８のいずれか１記載の方法。
【００３６】
１２０．アルカリ金属カチオンおよび炭酸アニオンを含む第１の化合物、および非アルカリ金属カチオンおよびリン酸アニオンを含む第２の化合物を水に添加して、水性液体を形成することを含むことを特徴とする項１１６〜１１８のいずれか１記載の方法、。
１２１．アルカリ金属カチオンおよび炭酸アニオンを含む第１の化合物、非アルカリ金属カチオンおよび硝酸アニオンを含む第２の化合物、およびリン酸アニオンを含む第３の化合物を水に添加して、水性液体を形成することを特徴とする項１１６〜１１８のいずれか１記載の方法。
１２２．アルカリ金属カチオンおよび炭酸アニオンを含む第１の化合物；塩素アニオン、硫酸アニオン、臭素アニオンおよびヨウ素アニオンを含む第２の化合物；およびリン酸アニオンを含む第３の化合物を水に添加して、水性液体を形成することを特徴とする項１１６〜１１８のいずれか１記載の方法。
１２３．アルカリ金属カチオンを含む第１の化合物、非アルカリ金属カチオンを含む第２の化合物、炭酸アニオンを含む第３の化合物、およびリン酸アニオンを含む第４の化合物を水に添加して、水性液体を形成することを特徴とする項１１６〜１１８のいずれか１記載の方法。
１２４．水性液体中のアルカリ金属カチオン−対−リン酸アニオンの比率が、約５：０．１〜約１：５０であることを特徴とする項１１６〜１２３のいずれか１記載の方法。
１２５．水性液体中のアルカリ金属カチオン−対−リン酸アニオンの比率が、約５：０．１〜約１：１０であることを特徴とする項１１６〜１２４のいずれか１記載の方法。
１２６．水性液体中のアルカリ金属カチオン−対−リン酸アニオンの比率が、約５：０．１〜約１：５であることを特徴とする項１１６〜１２５のいずれか１記載の方法。
１２７．水性液体中のアルカリ金属カチオン−対−リン酸アニオンの比率が、約１：１であることを特徴とする項１１６〜１２６のいずれか１記載の方法。
１２８．水性液体中のアルカリ金属カチオン−対−炭酸アニオンの比率が、約５：０．１〜約１：５０であることを特徴とする項１１６〜１２７のいずれか１記載の方法。
１２９．水性液体中のアルカリ金属カチオン−対−炭酸アニオンの比率が、約５：０．１〜約１：１０であることを特徴とする項１１６〜１２８のいずれか１記載の方法。
【００３７】
１３０．水性液体中のアルカリ金属カチオン−対−炭酸アニオンの比率が、約５：０．１〜約１：５である項１１６〜１２９のいずれか１記載の方法。
１３１．水性液体中のアルカリ金属カチオン−対−炭酸アニオンの比率が、約１：１である項１１６〜１３０のいずれか１記載の方法。
１３２．水性液体中のリン酸アニオン−対−炭酸アニオンの比率が、約１：０．１〜約１：１０である項１１６〜１３１のいずれか１記載の方法。
１３３．水性液体中のリン酸アニオン−対−炭酸アニオンの比率が、約１：０．５〜約１：２である項１１６〜１３２のいずれか１記載の方法。
１３４．水性液体中のリン酸アニオン−対−炭酸アニオンの比率が、約１：１である項１１６〜１３３のいずれか１記載の方法。
１３５．アルカリ金属カチオン−対−非アルカリ金属カチオンの比率が、約１：０．１〜約１：１０である項１１６〜１３４のいずれか１記載の方法。
１３６．アルカリ金属カチオン−対−非アルカリ金属カチオンの比率が、約１：０．２〜約１：５である項１１６〜１３５のいずれか１記載の方法。
１３７．アルカリ金属カチオン−対−非アルカリ金属カチオンの比率が、約１：０．５〜約１：２である項１１６〜１３６のいずれか１記載の方法。
１３８．三斜晶系（Ｐ１）結晶構造および式 Ａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み、Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は、１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み、ｘは約０．１より大きく、ａは約０．１〜約５．１であり、およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する化合物。
１３９．三斜晶系（Ｐ１）結晶構造および式 Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み；ＸはＢ、ＣおよびＮの１以上を含み；Ｙは、Ｓｉ、Ｐ、ＡｓおよびＳの１以上を含み；ｘは約０．１より大きく；ａは約０．１〜約５．１であり；およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する化合物。
【００３８】
１４０．三斜晶系（Ｐ１）結晶構造および式 Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み、ＭはＶ、Ｎｂ、ＭｏまたはＷを含まなく；ＸはＢ、ＣおよびＮの１以上を含み；Ｙは、Ｖ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷの１以上を含み；ｘは約０．１より大きく；ａは約０．１〜約５．１であり；およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する化合物。
１４１．項１３８〜１４０のいずれかに記載の化合物を含む電極を含む電気化学デバイス。
１４２．リチウム含有化合物を含む電極を含む電気化学デバイスであって、
化合物が、Ｌｉｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
（式中、Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み、リチウム含有化合物は、ＣＯ３の三角平面基、ＰＯ４の四面体基、およびＭＯ６の八面体基を含む単位格子を有し、ｘは約０．１より大きく、ａは約０．１〜約５．１であり、およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する該デバイス。
【００３９】
さらにもう一つの態様において、本発明は、１以上の本明細書に記載された具体例、例えば、前記に記載されたもののごとき化合物、または後記の他の化合物を用いる方法に指向される。
【００４０】
本発明の他の利点および新規な特徴は、添付図面と関連して考慮される場合、本発明の種々の非限定の具体例の以下の詳細な記載から明らかになるであろう。本明細書および出典明示して本明細書の一部とみなす文書が、矛盾および／または一貫しない開示を含む場合には、本明細書が照査されるであろう。出典明示して本明細書の一部とみなす２以上の文書が、相互に関して矛盾および／または一貫しない開示を含むならば、後の発効日を有する文書が支配する。
【００４１】
本発明の非限定の実施例は、添付図面を参照して例示により記載され、当該図面は模式図であって、スケールを示すことを意図しない。図において、例示された同一またはほぼ同一の構成成分は、典型的には、単一の数字によって表される。明確性の目的のために、すべての構成成分はすべての図において標識されなく、本発明の各具体例のすべての構成成分も、当業者が本発明を理解するのを可能にする必要がない場合には、例示が示されない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、本発明のある化合物についてのＸＲＤパターンを示す。
【図２】図２は、本発明の１つの具体例による化合物についての典型的なサイクルプロフィールを示す。
【図３】図３Ａ−３Ｄは、本発明の他の具体例によるある種の化合物の種々の典型的なサイクルプロフィールおよび放電容量保持率を示す。
【図４】図４は、本発明の１つの具体例による結晶単位格子を示す。
【図５】図５は、本発明の１つの具体例におけるカルボホスフェート化合物についてのある種の酸化還元活性元素についての電圧を示す。
【図６Ａ−６Ｂ】図６Ａ−６Ｂは、本発明のもう一つの具体例によるある種の化合物におけるＬｉ拡散経路を示す。
【図７】図７は、本発明のさらにもう一つの具体例における種々のカルボスルファート化合物についての電圧を示す。
【図８】図８は、本発明のさらにもう一つの具体例における、種々のカルボシリケート（carbosilicate）についての電圧を示す。
【図９】図９は、本発明の１つの具体例による、ＸＯ４およびＹＯ３基の異なる組合せを有するある種のナトリウム金属化合物の安定性を示す；
【図１０】図１０は、本発明のもう一つの具体例による、ＸＯ４およびＹＯ３基の異なる組合せを有するある種のリチウム金属化合物の安定性を示す。
【図１１】図１１は、本発明のもう一つの具体例における、Ｌｉ３Ｖ（ＣＯ３）（ＳｉＯ４）の結晶単位格子を示す。
【図１２Ａ−１２Ｂ】図１２Ａ−１２Ｂは、本発明のいくつかの具体例における、Ｎａ３ＭｎＰＯ４ＣＯ３のサイクル曲線および容量を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本発明は、概して、カルボホスフェートおよび他の化合物に関する。かかる化合物は、電池および他の電気化学デバイス、または本明細書に記載されたもののごとき他の適用において用い得る。本発明の１つの態様は、概して、カルボホスフェート化合物、すなわち、炭酸イオンおよびリン酸イオンを含む化合物に指向される。例えば、一組の具体例により、化合物は、式 Ａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ（式中、Ｍは１以上のカチオンを含む）を有する。Ａは、１以上のアルカリ金属、例えば、リチウムおよび／またはナトリウムを含み得る。いくらかの場合、ｘは約０．１より大きく、ａは約０．１〜約５．１であり、およびｂは約０．１〜約５．１である。ある具体例において、化合物は、鉱物シドレンカイト、ボンシテダイト、ブラッドレイアイト、クラウフォルダイトまたはフェロタイカイトの単位格子に等構造の単位格子原子配列を有し得る。いくつかの具体例において、化合物は、式 Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み、Ｍは１以上のカチオンを含み、ＸはＢ、Ｃおよび／またはＮを含み、およびＹはＳｉ、Ｐ、Ａｓ、Ｓ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏおよび／またはＷを含む）を有し得る。いくらかの場合、ｘは約０．１より大きく、ａは約０．１〜約５．１であり、およびｂは約０．１〜約５．１である。本発明の他の態様は、概して、かかる化合物、かかる化合物を含むキット等を調製または用いるための技術に指向される。
【００４４】
本発明のある態様は、概して、リチウム、ナトリウムまたはカリウムのごときアルカリ金属、１以上の他のカチオン、および炭酸基および／またはリン酸基のごときポリアニオン基を含む化合物に指向される。しかしながら、いくらかの場合、さらに、炭酸基および／またはリン酸基に加えて、他の基が存在し得る。適当なポリアニオン基の例は、以下に言及される。アルカリ金属は周期表の第１族に関連したものであり、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）またはフランシウム（Ｆｒ）を含み、１以上のものが存在し得る。かくして、例えば、「リチウム含有化合物」は、他のイオンに加えてリチウムを含むが、「ナトリウム含有化合物」は他のイオンに加えてナトリウムを含む。水素（Ｈ）は金属ではないが、それは第１族の一部であり、多数の場合にアルカリ金属に交換でき；かくして、本明細書に用いた「アルカリ金属」は水素を含む。本明細書に記載された種々の式において、前記のもののいずれかを含めて、１以上のアルカリ金属が存在し得る。いくらかの場合、本明細書に記載された構造式は「Ａ」を含み、本明細書に開示されたいずれのかかる式においても、「Ａ」は１以上のアルカリ金属を示す。
【００４５】
化合物を形成する原子が化学結合により一緒に保持されるが、化学結合は共有結合である必要がなく（いくつかの結合が共有結合を含み得るが）、例えば、少なくともいくつかの原子が結合して、イオン結合または静電的結合により化合物を形成する場合、化合物はイオン化合物を含み得ることが注目されるべきである。また、他の結合相互作用、例えば、金属結合、ファンデルワールス力等が可能である。
【００４６】
リン酸アニオン（ホスフェートともいう）は、典型的には式 ＰＯ４３−を有し、炭酸アニオン（カーボネートともいう）は典型的には、式 ＣＯ３２−を有する。一緒に共有結合または錯体化された２以上の原子から構成された化学的アニオン基が、単一のユニットとして作用する（対照的に、酸化物イオンＯ２−は、単一の原子からなり、ポリアニオンではない）と考えることができる場合、ホスフェートおよびカーボネートの双方は多原子アニオンまたは「ポリアニオン」の例である。いくらかの場合、さらに以下に言及されるごとく、他のポリアニオンが、ホスフェートおよび／またはカーボネートに加えて、またはそれらに代えて用い得る。ポリアニオンのいくつかの非限定の例は、ホウ酸、硝酸、ケイ酸、ヒ酸、硫酸、バナジン酸、ニオブ酸、モリブデン酸またはタングステン酸を含む。
【００４７】
電子構造改変を介して、リン酸基（ＰＯ４）のごときある種のポリアニオン基が所与の遷移金属イオンの動作電圧の上昇を示した。それらは、いくらかの場合、化合物において酸素をより強く結合することにより、安定性を増加し得る。炭酸基のごときある種のポリアニオン基は、他のポリアニオン基、例えば、リン酸基と比較して、比較的軽い。かくして、リン酸基のごとき他のポリアニオン基の存在の有無での炭酸基のごときかかる比較的軽いポリアニオン基の使用は、比較的より高いエネルギー密度に導くことができる。本発明者の知る限りでは、炭酸基およびリン酸基の組合せを持つリチウム含有化合物は、電池材料であることまたは電池材料として試験されたことは知られていない。
【００４８】
また、化合物は１以上のカチオンを含み得る。例えば、いくらかの場合、化合物は一価のカチオン（１＋の形式電荷を持つ）、二価のカチオン（２＋の形式電荷を持つ）および／または三価のカチオン（３＋の形式電荷を持つ）を含み得る。一価カチオンの例は、以前に記載されたもののごときアルカリ金属ならびにある種の遷移金属イオンを含む。二価または三価のカチオンの例は、限定されるものではないが、種々の遷移金属イオンまたはアルカリ土類金属イオンを含む。アルカリ土類金属は周期表の第２族に関連したものであり、典型的には、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）および／またはラジウム（Ｒａ）を含む。具体例に依存して、１以上のものが存在し得る。遷移金属は、周期表の第３〜１２族を含み、スカンジウム（Ｓｃ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等のごとき元素を含む。カチオンの他の例は、ビスマス（Ｂｉ）、スズ（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）等のごとき非遷移金属カチオンを含む。
【００４９】
本明細書に言及されるごとく、本発明のある種の化合物は、構造式により表され、これらは、本明細書に開示されたいずれのかかる式においても、１以上のカチオンを表す「Ｍ」を含み得る。例えば、ある具体例によれば、Ｍは１以上の二価および／または三価のカチオンを含み得る。いくつかの具体例において、Ｍは、リチウムまたはナトリウムのごときアルカリ金属および／または一価カチオンを含まない。また、本発明のある種の具体例において、Ｍは、マグネシウムまたはカルシウムのごときアルカリ土類金属を含まない。いくらかの場合、Ｍカチオンの少なくとも約１０モル％は、１以上の非アルカリ、非アルカリ土類金属を含み得る。ある種の具体例において、少なくとも約２５モル％、少なくとも約５０モル％、少なくとも約７５モル％または実質的にすべてのＭカチオンは、１以上の非アルカリ、非アルカリ土類金属イオンを含み得る。
【００５０】
いくつかの具体例において、化合物は固体であり得、いくらかの場合、結晶；例えば、化合物を形成するために本明細書に開示されたカチオンおよびアニオンは、明確な結晶構造を有する、すなわち、結晶構造を形成するために繰り返される単位格子原子配列を規定する繰り返しアレイにおいて配列し得る。例えば、後記に詳述されるごとく、カチオンおよびアニオンは、単位格子原子配列がシドレンカイト単位格子、ボンシテダイト単位格子、ブラッドレイアイト単位格子、クラウフォルダイト単位格子またはフェロタイカイト単位格子に等構造であるように、本発明のある種の化合物において配列し得る。
【００５１】
１つの態様において、本発明は、アルカリ金属カチオン、非アルカリ金属カチオンもしくは基底状態（すなわち、基底状態はＭ０である場合）より上の１を超える酸化状態を有する金属カチオン、リン酸アニオンおよび炭酸アニオンを含む化合物に指向される。化合物は、化学量論的または非化学量論的であり得る。例えば、ある組の具体例において、化合物は、式：
ＡｘＭｙ（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
を有し得る。この式において、Ａはアルカリ金属（例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ等）であって、Ｍは１以上のカチオンを含む。例えば、Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオン、基底状態（すなわち、Ｍ０）より上の１を超える酸化状態を有する１以上の金属カチオン、１以上の非アルカリ土類金属カチオン、１以上の二価または三価のカチオン、１以上の遷移金属イオン等、ならびにこれらの組合せを含み得る（例えば、Ｍは、アルカリ金属でなく、アルカリ土類金属でない１以上のカチオンを含み得る）。また、Ｍの組合せが可能であり、例えば、Ｍは１以上の二価のカチオンおよび／または１以上の三価のカチオン等を含み得る。いくらかの場合、Ｍを形成するカチオンのいくつかだけが遷移金属イオンを含み得る。例えば、前記のごとく、いくつかの具体例において、Ｍを形成するカチオンの少なくとも約１０モル％、少なくとも約２５モル％、少なくとも約５０モル％、または少なくとも約７５モル％は、遷移金属イオンであり得る。ある具体例において、Ｍの少なくとも約１０モル％、少なくとも約２５モル％、少なくとも約５０モル％、または少なくとも約７５モル％は、１以上の非アルカリおよび非アルカリ土類金属を含む。一組の具体例において、特定の非限定の例として、式はＬｉｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂまたはＮａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂであり得る。
【００５２】
本明細書のいずれの式においても、ａは約０．１〜約５．１、約０．１〜約４．１、約０．２〜約４．１、約０．３〜約３．１、約０．４〜約２．１、約０．５〜約１．５、約０．７〜約１．３、または約０．９〜約１．１であり得る。また、ｂは、約０．１〜約５．１、約０．１〜約４．１、約０．２〜約４．１、約０．３〜約３．１、約２．９〜約３．１、約０．４〜約２．１、約０．５〜約１．５、約０．７〜約１．３、または約０．９〜約１．１であり得る。いくつかの具体例において、ａが約１であり、および／またはｂは約１である。加えて、ｙは約０．１より大きくてもよい。例えば、ｙは、約０．１〜約５．１、約０．１〜約４．１、約０．２〜約４．１、約０．３〜約３．１、約０．４〜２．１、約０．５〜約１．５、約０．７〜約１．３、または約０．９〜約１．１であり得る。また、いくつかの例において、ｙは１であり得る。また、ｘは約０．１より大きくてもよい。例えば、ｘは、約０．１〜約５．１、約０．１〜約４．１、約１．５〜約１０．１、約１．９〜約１０．１、約０．２〜約４．１、約１．５〜約３．５、約１．７〜約３．３、約１．９〜約３．１、約１．８〜約２．２、約１．９〜約２．１、約２．８〜約３．２、または約２．９〜約３．１であり得る。例えば、ｘはいくらかの場合、２または３であり得；ｘについての他の範囲が後記される。
【００５３】
一組の具体例において、ｘ、ｙ、ａおよびｂは、量（ｘ＋ｊｙ−３ａ−２ｂ）（式中、ｊは、Ｍの価数の合計（１以上のＭが存在するならば、モル平均される）である）が、約−０．５〜約０．５、約−０．３〜約０．３、または−０．１〜約０．１であるように選択される。いくらかの（すべてではない）場合、量（ｘ＋ｊｙ−３ａ−２ｂ）は約０である。１つの非限定の例として、ａおよびｂが、各々、１であり、ｘが３であり、ｙが１であり、Ｍは二価である（したがって、ｊは２である）ならば、この関係は満たされる。しかしながら、他の具体例において、これらの関係は、例えば、本発明のある種の非化学量論的な化合物につき、必ずしも必要ではないかもしれない。
【００５４】
言及されるごとき、本明細書のいずれの式におけるＭも、非アルカリ金属カチオンのごときカチオンであり得る。いくらかの場合、Ｍにおけるいくつかまたはすべてのカチオンは、いずれの酸化状態、例えば、包括的に１＋〜５＋、包括的に１＋〜４＋、包括的に１＋〜３＋、包括的に１＋〜２＋、包括的に２＋〜５＋、包括的に２＋〜４＋、包括的に２＋〜３＋、包括的に３＋〜５＋、包括的に４＋〜５＋等を有し得る。いくらかの場合、いずれのＭも存在し、単一の酸化状態、例えば、１＋、２＋２ ３＋、４＋、５＋、６＋等をを有し得る。いくつかの具体例において、Ｍは、基底状態（すなわち、Ｍ０）より上の１を超える酸化状態を有する１以上の金属カチオンを含み得る。いくらかの場合、Ｍは、１以上の１価のカチオン、二価のカチオン、または三価のカチオンを含み得る。例えば、Ｍは、遷移金属（例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ等）、アルカリ金属（例えば、ＭｇまたはＳｒ）等、および／またはＭは、２、３または４、またはそれを超えるかかるカチオンを含み得るか、または実質的にそれらからなり得る。ある種の具体例において、Ｍを形成するカチオンの少なくとも約１０モル％、少なくとも約２５モル％、少なくとも約５０モル％、または少なくとも約７５モル％は、遷移金属イオンであり得る。いくつかの具体例において、Ｍの少なくとも約１０モル％、少なくとも約２５モル％、少なくとも約５０モル％、または少なくとも約７５モル％は、１以上の非アルカリおよび非アルカリ土類金属を含む。
【００５５】
いくつかの具体例において、Ｍは２以上の二価のカチオン、三価のカチオンまたはこれらのいずれかの組合せを含み得る。例えば、いくつかの具体例において、化合物は式：
Ａｘ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
（式中、ＭおよびＭ’は、各々，独立して二価または三価のカチオンであり、ＭはＭ’と同一ではなく、ｙおよびｚは、少なくともいくらかの場合、量（ｙ＋ｚ）が約０．９〜約１．１であるかまたは、量（ｙ＋ｚ）が約１であり得るように、選択し得る）を有し得る。例えば、ｙおよびｚは各々約１／２であり得、ｙが約１／３であって、ｚが約２／３であり得、ｙが約１／４であって、ｚが約３／４であり得る等である。いくつかの（すべてではない）場合、ｘ、ｙ、ｚ、ａおよびｂは、量（ｘ＋ｊｙ＋ｋｚ−３ａ−２ｂ）（式中、ｊはＭの原子価であり、ｋはＭ’の原子価である）が、約−０．５〜約０．５、約−０．３〜約０．３、または−０．１〜約０．１にあるように、選択し得る。いくらかの場合、量（ｘ＋ｊｙ＋ｋｚ−３ａ−２ｂ）は約０である。特定の非限定の例として、ＭおよびＭ’が各々二価の場合（すなわち、ｊが２で、ｋが２である場合）、ａおよびｂが、各々、１であり、ｘは３であり、ｙは１／２であり、ｚは１／２であるならば、この関係は満たされる。さらに他の具体例において、化合物内に存在する３、４またはそれを超える二価および／または三価のカチオンが存在し得る。
【００５６】
典型的には、前記に記載されたもののごとき化合物（または本明細書に言及されたいずれの他の化合物および／または式も）は、その化合物が印加電場の不存在下で実質的に電気的に中性（帯電していない）であるように、選択された添字を有するであろう。例えば、電場が印加されない場合に、正および負の電荷が実質的に平衡を保ち、化合物に実質的に中性の電荷を与える限り、化合物内の添字は、整数、１０進または分数であるように選択し得る。各原子またはポリアニオンについての形式電荷（例えば、Ｌｉは１＋、Ｋは１＋、ＰＯ４は３−、ＣＯ３は２−である等）がよく知られているので、化合物が電気的に中性であるかを判断することは当業者によって行うことができる。しかしながら、いくらかの場合、化合物が、例えば、本明細書に言及されるごとくある種の非化学量論的な化合物について、印加電場の不存在下で実質的に電気的に中性であることは必ずしも化合物に必要とされない添字を有し得る。
【００５７】
ある組の具体例において、本発明の化合物は、式：
Ａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
（式中、ｘは約２．９〜約３．１にあり、Ａ、Ｍ、ａおよびｂは前記に同じである）を有し得る。非限定例として、ｘはいくらかの場合に３であり得；Ｍは単一の二価のカチオンであり得；ａは約０．１〜約５．１であり得；および／またはｂは約０．１〜約５．１であり得る。例えば、化合物は、式Ａ３（Ｍ）（ＰＯ４）（ＣＯ３）、例えば、Ｌｉ３（Ｍ）（ＰＯ４）（ＣＯ３）、Ｎａ３（Ｍ）（ＰＯ４）（ＣＯ３）またはＫ３（Ｍ）（ＰＯ４）（ＣＯ３）を有し得る。二価のカチオンの例は、限定されるものではないが、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｓｎ、ＳｂまたはＭｇを含む。かくして、化合物の特定の例は、限定されるものではないが、Ｌｉ３ＦｅＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３ＮｉＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３ＣｏＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３ＭｎＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３ＶＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３ＭｏＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３ＦｅＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３ＮｉＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３ＣｏＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３ＭｎＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３ＶＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３ＭｏＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３ＦｅＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３ＮｉＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３ＣｏＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３ＭｎＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３ＶＣＯ３ＰＯ４またはＫ３ＭｏＣＯ３ＰＯ４を含む。さらなる非限定の例は、Ｌｉ３ＣｒＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３ＣｒＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３ＣｒＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３ＣｕＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３ＣｕＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３ＣｕＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３ＴｉＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３ＴｉＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３ＴｉＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３ＢｉＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３ＢｉＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３ＢｉＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３ＳｎＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３ＳｎＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３ＳｎＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３ＳｂＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３ＳｂＣＯ３ＰＯ４またはＫ３ＳｂＣＯ３ＰＯ４を含む。
【００５８】
しかしながら、いくつかの具体例において、１を超える二価のカチオンは、例えば、式：
Ａｘ（ＭｙＭ’ｚ）（ＰＯ４）（ＣＯ３）ｂ
（式中、少なくともいくらかの場合、ｘは約２．９〜約３．１にあり、ＭおよびＭ’は、各々、独立して単一の二価のカチオンであり、量（ｙ＋ｚ）は約０．９〜約１．１である）として、存在し得る。これらの変数（例えば、Ａ、Ｍ、ａ、ｂ、ｙおよびｚ）は、そうでなければ前記されたものと同じであり得る。例えば、ａは約０．１〜約５．１であり得、および／またはｂは約０．１〜約５．１であり得る。例えば、化合物は、式Ａ３（Ｍ１／２Ｍ’１／２）（ＰＯ４）（ＣＯ３）、例えば、Ｌｉ３（Ｍ１／２Ｍ’１／２）（ＰＯ４）（ＣＯ３）、Ｎａ３（Ｍ１／２Ｍ’１／２）（ＰＯ４）（ＣＯ３）またはＫ３（Ｍ１／２Ｍ’１／２）（ＰＯ４）（ＣＯ３）を有し得る。特定の非限定の例は、Ｌｉ３Ｆｅ１／２Ｎｉ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３Ｆｅ１／２Ｃｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３Ｆｅ１／２Ｍｎ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３Ｆｅ１／２Ｖ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３Ｆｅ１／２Ｍｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３Ｎｉ１／２Ｃｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３Ｎｉ１／２Ｍｎ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３Ｎｉ１／２Ｖ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３Ｎｉ１／２Ｍｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３Ｃｏ１／２Ｍｎ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３Ｃｏ１／２Ｖ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３Ｃｏ１／２Ｍｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３Ｍｎ１／２Ｖ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３Ｍｎ１／２Ｍｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３Ｖ１／２Ｍｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３Ｆｅ１／２Ｎｉ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３Ｆｅ１／２Ｃｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３Ｆｅ１／２Ｍｎ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３Ｆｅ１／２Ｖ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３Ｆｅ１／２Ｍｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３Ｎｉ１／２Ｃｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３Ｎｉ１／２Ｍｎ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３Ｎｉ１／２Ｖ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３Ｎｉ１／２Ｍｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３Ｃｏ１／２Ｍｎ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３Ｃｏ１／２Ｖ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３Ｃｏ１／２Ｍｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３Ｍｎ１／２Ｖ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３Ｍｎ１／２Ｍｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３Ｖ１／２Ｍｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３Ｆｅ１／２Ｎｉ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３Ｆｅ１／２Ｃｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３Ｆｅ１／２Ｍｎ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３Ｆｅ１／２Ｖ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３Ｆｅ１／２Ｍｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３Ｎｉ１／２Ｃｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３Ｎｉ１／２Ｍｎ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３Ｎｉ１／２Ｖ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３Ｎｉ１／２Ｍｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３Ｃｏ１／２Ｍｎ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３Ｃｏ１／２Ｖ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３Ｃｏ１／２Ｍｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３Ｍｎ１／２Ｖ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３Ｍｎ１／２Ｍｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４またはＫ３Ｖ１／２Ｍｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４を含む。
【００５９】
他の具体例において、Ｍは三価のカチオンであり、化合物は式：
Ａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
（式中、ｘが約１．９〜約２．１であり、Ａ、Ｍ、ａおよびｂは前記したものに同じである）を有する。非限定の例として、ｘはある例において２であり得；Ｍは単一の三価のカチオンであり得；ａは約０．１〜約５．１であり得；および／またはｂは約０．１〜約５．１であり得る。三価のカチオンの１つの非限定の例は、Ａｌ３＋である。例えば、化合物は、式 Ａ２Ｍ（ＰＯ４）（ＣＯ３）、例えば、Ｌｉ２Ｍ（ＰＯ４）（ＣＯ３）、Ｎａ２Ｍ（ＰＯ４）（ＣＯ３）またはＫ２Ｍ（ＰＯ４）（ＣＯ３）、例えば、Ｌｉ２Ａｌ（ＰＯ４）（ＣＯ３）、Ｎａ２Ａｌ（ＰＯ４）（ＣＯ３）またはＫ２Ａｌ（ＰＯ４）（ＣＯ３）を有し得る。
【００６０】
さらに他の具体例において、化合物は、二価および三価のカチオン含み得る。例えば、化合物は、式：
Ａｘ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
（式中、Ｍは単一の二価のカチオンを有し、Ｍ’は単一の三価のカチオンである）を有し得る。これらの変数（例えば、Ａ、Ｍ、ａ、ｂ、ｘ、ｙおよびｚ）は、前記に言及したものと同じであり得る。いくつか（すべてではない）場合、電荷中性については、量（ｘ＋２ｙ＋３ｚ）は、約４．５〜約５．５、約４．７〜約５．３および４．９〜約５．１であり得る。いくらかの場合、量（ｘ＋２ｙ＋３ｚ）は約５であり得る。かかる化合物の例は、限定されるものではないが、ＬｉｘＦｅｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＬｉｘＮｉｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＬｉｘＣｏｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＬｉｘＭｎｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＬｉｘＶｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＬｉｘＭｏｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＮａｘＦｅｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＮａｘＮｉｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＮａｘＣｏｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＮａｘＭｎｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＮａｘＶｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＮａｘＭｏｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＫｘＦｅｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＫｘＮｉｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＫｘＣｏｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＫｘＭｎｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＫｘＶｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４またはＫｘＭｏｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４を含む。さらなる非限定の例は、ＬｉｘＣｒｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＮａｘＣｒｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＫｘＣｒｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＬｉｘＣｕｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＮａｘＣｕｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＫｘＣｕｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＬｉｘＴｉｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＮａｘＴｉｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＫｘＴｉｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＬｉｘＢｉｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＮａｘＢｉｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＫｘＢｉｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＬｉｘＳｎｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＮａｘＳｎｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＫｘＳｎｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＬｉｘＳｂｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＮａｘＳｂｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４またはＫｘＳｂｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４を含む。
【００６１】
一組の具体例において、化合物は、Ｎａ３Ｆｅ（ＰＯ４）（ＣＯ３）、Ｎａ３Ｍｇ（ＰＯ４）（ＣＯ３）、Ｎａ３Ｍｎ（ＰＯ４）（ＣＯ３）および／またはＮａ３Ｓｒ（ＰＯ４）（ＣＯ３）ではない。もう一つの組の具体例において、化合物が、ＡがＮａである場合、ｘが２〜４であり、ＭがＦｅ、Ｍｇ、ＭｎまたはＳｒであるものではないように、化合物は選択される。しかしながら、他の具体例において、これらの化合物のいずれも含まれ得る。
【００６２】
前記に記載された化合物は、典型的には、ホスフェート（ＰＯ４）およびカーボネート（ＣＯ３）を含む。しかしながら、これは例示の目的のみであり、他の具体例において、他のポリアニオン基はホスフェートおよび／またはカーボネートに代えてまたはそれらに加えて存在し得ると理解されるべきである。例えば、一組の具体例において、化合物は式：
ＡｘＭｙ（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ
を有し得る。この式において、Ａはアルカリ金属（例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ等）であり、ＸはＢ、Ｃおよび／またはＮの１以上を含み、Ｙは、Ｓｉ、Ｐ、Ａｓ、Ｓ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏおよび／またはＷの１以上を含む。Ｍは、１以上のカチオンを含み得る。例として、例えば、従前に言及したごとく、Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオン、基底状態（すなわち、Ｍ０）を超える１を超える酸化状態を有する１以上の金属カチオン、１以上の非アルカリ土類金属カチオン、１以上の二価または三価のカチオン、１以上の遷移金属イオン等、ならびにそれらの組合せを含み得る（例えば、Ｍは、アルカリ金属でなく、アルカリ土類金属でない１以上のカチオンを含み得る）。いくつかの具体例において、Ｙは、Ｐ、Ｓｉ、ＳおよびＶよりなる群から選択され得る。
【００６３】
ａは、約０．１〜約５．１、約０．１〜約４．１、約０．２〜約４．１、約０．３〜約３．１、約０．４〜約２．１、約０．５〜約１．５、約０．７〜約１．３、または約０．９〜約１．１であり得る。また、ｂは、約０．１〜約５．１、約０．１〜約４．１、約０．２〜約４．１、約０．３〜約３．１で、約２．９〜約３．１、約０．４〜２．１、約０．５〜約１．５、約０．７〜約１．３、または約０．９〜約１．１であり得る。いくつかの具体例において、ａは約１であり、および／またはｂは約１である。加えて、ｙは約０．１より大きくてもよい。例えば、ｙは、約０．１〜約５．１、約０．１〜約４．１、約０．２〜約４．１、約０．３〜約３、約０．４〜２．１、約０．５〜約１．５、約０．７〜約１．３、または約０．９〜約１．１であり得る。また、ｙは、いくつかの例において１であり得る。また、ｘは約０．１より大きくてもよい。例えば、ｘは、約０．１〜約５．１、約０．１〜約４．１、約１．５〜約１０．１、約１．９〜約１０．１、約０．２〜約４．１、約１．５〜約３．５、約１．７〜約３．３、約１．９〜約３．１、約１．８〜約２．２、約１．９〜約２．１、約２．８〜約３．２、または約２．９〜約３．１であり得る。例えば、ｘはいくらかの場合、２または３であり得る。
【００６４】
一組の具体例において、ＸおよびＹは、ＸとＹにつき、各々、以下の組合せ：Ｃ、Ｐ；Ｂ、Ｐ；Ｂ、Ｓｉ；Ｃ、Ｓｉ；Ｃ、Ｓ；Ｂ、Ｓ；Ｎ、Ｐ；Ｎ、Ｓｉ；Ｎ、Ｓ；Ｃ、Ｖ；Ｂ、Ｖ；またはＮ、Ｖの１つから選択される。例えば、従前に言及された一組の具体例において、ＸはＣであり、ＹはＰであってもよい。
【００６５】
前記の化合物の非限定の例は、Ｌｉｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂまたはＮａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂを含む。潜在的に適当な化合物の特定の例は、限定されるものではないが、Ｌｉｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ｎａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ｌｉｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＢＯ３）ｂ、Ｎａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＢＯ３）ｂ、Ｌｉｘ（Ｍ）（ＳｉＯ４）ａ（ＢＯ３）ｂ、Ｎａｘ（Ｍ）（ＳｉＯ４）ａ（ＢＯ３）ｂ、Ｌｉｘ（Ｍ）（ＳｉＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ｎａｘ（Ｍ）（ＳｉＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ｌｉｘ（Ｍ）（ＳＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ｎａｘ（Ｍ）（ＳＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ｌｉｘ（Ｍ）（ＳＯ４）ａ（ＢＯ３）ｂ、Ｎａｘ（Ｍ）（ＳＯ４）ａ（ＢＯ３）ｂ、Ｌｉｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＮＯ３）ｂ、Ｎａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＮＯ３）ｂ、Ｌｉｘ（Ｍ）（ＳｉＯ４）ａ（ＮＯ３）ｂ、Ｎａｘ（Ｍ）（ＳｉＯ４）ａ（ＮＯ３）ｂ、Ｌｉｘ（Ｍ）（ＳＯ４）ａ（ＮＯ３）ｂ、Ｎａｘ（Ｍ）（ＳＯ４）ａ（ＮＯ３）ｂ、Ｌｉｘ（Ｍ）（ＶＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ｎａｘ（Ｍ）（ＶＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ｌｉｘ（Ｍ）（ＶＯ４）ａ（ＢＯ３）ｂ、Ｎａｘ（Ｍ）（ＶＯ４）ａ（ＢＯ３）ｂ、Ｌｉｘ（Ｍ）（ＶＯ４）ａ（ＮＯ３）ｂまたはＮａｘ（Ｍ）（ＶＯ４）ａ（ＮＯ３）ｂを含む。また、他の組合せは本発明の他の実施例において可能である。
【００６６】
一組の具体例において、化合物は、各々、Ａ、Ｍ、ＹおよびＸについて以下の組合せ：Ｎａ、ＡｌおよびＣｏ、Ｓｉ、Ｎ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂ；Ｎａ、ＡｌおよびＣｏ、Ｓｉ、Ｃ；
Ｎａ、Ｍｎ、Ｐ、Ｃ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｐ、Ｃ；Ｎａ、Ｃｏ、Ｐ、Ｂ；Ｎａ、ＭｇおよびＦｅ、Ｓ、Ｃ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｓ、Ｃ；Ｌｉ、Ｃｕ、Ｐ、Ｂ；およびＬｉ、Ｚｎ、Ｐ、Ｂのいずれも含まない。しかしながら、また、他の具体例において、これらの化合物のいずれかを含み得る。
【００６７】
いくつかの具体例において、ＹおよびＸを含む前記のポリアニオンおよび／または他のポリアニオンを含めて、１を超える（ＹＯ４）および／または（ＸＯ３）が存在し得る。いくらかの場合、他の化合物は、例えば、ドーパントおよび／または不純物として存在でき、出発組成における製造技術または不純物により、または結晶構造中のギャップ、欠陥または空孔により、化合物中の変動が存在し得る。しかしながら、一組の具体例において、化合物内に存在するアニオンの酸化物（Ｏ２−）の量は、比較的低レベルに維持し得る。例えば、化合物は、約２０モル％以下、約１５ｍｏｌ以下、約１０モル％以下、または約５モル％以下のアニオン酸化物を存在させる（従前に言及したごとく、アニオン酸化物Ｏ２−は、ポリアニオンでない）。
【００６８】
前記のごとく、本明細書に言及された化合物は化学量論的または非化学量論的であり得る。非化学量論的な化合物において、種々のカチオン間の比率は正確または化学量論的ではなく、および／または種々のアニオン間の比率は正確または化学量論ではない。例えば、カチオンとアニオンとの間の比率、または非化学量論的な化合物内のカチオンとアニオンとの間の比率は、１：０．９９、１：０．９８． １：０．９７、１：０．９６、１：０．９５、１：０．９４、１：０．９３、１：０．９２、１：０．９１、１：０．９０、１：０．８８、１：０．８６、１：０．８４、１：０．８２、１：０．８０、１：０．７８、１：０．７６、１：０．７４、１：０．７２、１：０．７０等であり得、具体例に依存して、カチオンまたはアニオンのいずれかは過剰であり得る。もう一つの例として、化合物における第１と第２のカチオン（例えば、ＡまたはＭ）との間の比率は、必ずしも単純な整数比率（例えば、１：１、２：１、３：１等）でなくてもよく、分数、例えば、１−ｗ：１、１＋ｗ：１、２−ｗ：１、２＋ｗ：１、３−ｗ：１、３＋ｗ：１等であり得、ｗが１０進の数である場合、例えば、ｗは、０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８、０．０９、０．１０、０．１２、０．１４、０．１６、０．１８、０．２０、０．２２、０．２４、０．２６、０．２８、０．３０等であり得る。かくして、（Ｌｉ３ＦｅＣＯ３ＰＯ４のごとき式における暗黙の複数の１を含めた）本明細書に記載されたいずれかの式におけるいずれの添字においても、１以上の添字は、独立して、ａ＋ｗまたはａ−ｗ（ここに、ｗは前記のごとく定義される）の付加により改変し得る。
【００６９】
かくして、種々の非限定の例として、本発明の化合物は、式 Ａｘ−ｗＭｙ（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ａｘ−ｗＭｙ（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ、Ａｘ−ｗ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ａｘ−ｗ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ、Ａｘ−ｗＭｙ（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ａｘ−ｗＭｙ（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ、Ａｘ−ｗ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ａｘ−ｗ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ、ＡｘＭｙ−ｗ（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、ＡｘＭｙ−ｗ（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ、Ａｘ（Ｍｙ）１−ｗ（Ｍ’ｚ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ａｘ（Ｍｙ）１−ｗ（Ｍ’ｚ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ、Ａｘ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）１−ｗ（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ａｘ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）１−ｗ（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ、ＡｘＭｙ−ｗ（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、ＡｘＭｙ−ｗ（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ、Ａｘ（Ｍｙ）１−ｗ（Ｍ’ｚ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ａｘ（Ｍｙ）１−ｗ（Ｍ’ｚ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ、Ａｘ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）１−ｗ（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ａｘ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）１−ｗ（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ、ＡｘＭｙ（ＰＯ４）ａ−ｗ（ＣＯ３）ｂ、ＡｘＭｙ（ＹＯ４）ａ−ｗ（ＸＯ３）ｂ、Ａｘ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）（ＰＯ４）ａ−ｗ（ＣＯ３）ｂ、Ａｘ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）（ＹＯ４）ａ−ｗ（ＸＯ３）ｂ、ＡｘＭｙ（ＰＯ４）ａ−ｗ（ＣＯ３）ｂ、ＡｘＭｙ（ＹＯ４）ａ−ｗ（ＸＯ３）ｂ、Ａｘ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）（ＰＯ４）ａ−ｗ（ＣＯ３）ｂ、Ａｘ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）（ＹＯ４）ａ−ｗ（ＸＯ３）ｂ、ＡｘＭｙ（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ−ｗ、ＡｘＭｙ（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ−ｗ、Ａｘ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ−ｗ、Ａｘ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ−ｗ、ＡｘＭｙ（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ−ｗ、ＡｘＭｙ（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ−ｗ、Ａｘ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ−ｗ、Ａｘ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ−ｗ等を有し得る。これらの式における他の変数（例えば、Ａ、ｘ、Ｍ、Ｍ’、Ｙ、Ｘ、ａ、ｂ等）は、本明細書のいずれでも記載されたもの同一であり得る。また、ｗは他の具体例（すなわち、化合物が化学量論的であるような）において０であり得る。加えて、前記のごとく、１を超えるカチオンおよび／またはアニオンは、いくらかの場合、例えば、Ａｘ−ｗＭｙ−ｖ（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ａｘ−ｗＭｙ（ＰＯ４）ａ−ｖ（ＣＯ３）ｂ、Ａｘ−ｗＭｙ（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ−ｖ、Ａｘ−ｗＭｙ−ｖ（ＰＯ４）ａ−ｕ（ＣＯ３）ｂ（式中、ｕおよびｖが独立して選択されるが、上記のｗと同様に定義される）等においてのように、非化学量論的であり得る。
【００７０】
１つの態様において、化合物は、単位格子原子配列がシドレンカイト単位格子、ボンシテダイト単位格子、ブラッドレイアイト単位格子、クラウフォルダイト単位格子またはフェロタイカイト単位格子に等構造であるような構造を有し得る。単位格子の例は図４に示される。本明細書に用いた、「等構造の」は、構造における原子が、同一の立体配置における三次元空間にトポロジー的に配置されることを意味する（例えば、酸素原子、カチオン、アニオン等は同じトポロジー配置で位置する）が、化合物における正確な次元または格子定数（例えば、原子間の間隔）は、対応する単位格子と異なり得る。例えば、シドレンカイト単位格子、ボンシテダイト単位格子およびブラッドレイアイト単位格子は、相互に等構造である。当業者は、単位格子変数、次元、原子の位置等の決定のためによく確立された技術を用いて、例えば、Ｘ線回折、中性子回折または電子回折のごとき結晶学的技術を用いて、本発明の化合物の単位格子および／または原子の位置を決定できるであろう。
【００７１】
いくつかの具体例において、国際結晶学連合によって規定されるように、化合物は空間群番号１１に属する単位格子を有する。この構造は単斜晶系であり、国際的短縮記号（International Short Symbol）（Ｐ１２１／ｍ１）を有する。かくして、化合物は、単斜晶系のＰ２１／ｍ（１１）空間群構造を採用するものであり得る。単位格子構造の特定の非限定の例は、図４に示される。この図において、酸素原子は１１により示され、Ｘ原子（例えば、炭素）は１２により示され、Ｙ原子（例えば、リン）は１３により示され、Ａ原子（例えば、ナトリウム）は１４により示され、Ｍ原子（例えば、マンガン）は１５により示される。１つの具体例において、格子ベクトル長は、８．９９７、６．７４１および５．１６３であり、格子ベクトル角度は、９０°、９０．１６°および９０°である。しかしながら、いくつかの具体例において、例えば、いくつかのイオン交換が生じた後、例えば、構造が単斜晶系から三斜晶系（Ｐ１）に緩和するような構造のいくらかの緩和が生じ得る。
【００７２】
一組の具体例において、化合物はＣＯ３の三角平面基（または他のＸＯ３の三角平面基）、ＰＯ４の四面体基（または他のＹＯ４の四面体基）および／またはＭＯ６の八面体基を含む単位格子を有し得る。Ｍは、正のカチオン、例えば、正の二価または三価のカチオン、またはＭに関して本明細書に記載された他のカチオンであり得る。いくらかの場合、ＭＯ６の八面体基（例えば、図４における原子１５の周囲のクラスター）は、カーボネートＣＯ３または他のＸＯ３三角平面基（例えば、図４における原子１２の周囲のクラスター）と端を共有し得るか、および／またはＭＯ６の八面体基は、ＰＯ４または他のＹＯ４の四面体基（例えば、原子１３の周囲のクラスター）と４つの頂点を共有し得る。
【００７３】
特定の例として、１つの具体例において、本発明の化合物は、１．５４１８オングストロームの波長を持つ銅Ｋアルファ源を有するＸ線回折計を用いて測定し得る。ＸＲＤ回折パターンは、１０．７±１、２０．４±１、２１．４±１、２７．１±１、２８．８±１、３４．０±１および３５．８±１度の２シータ（２θ）での極大を有し得る。スペクトルの他の例は図１にみられる。いくつかの具体例において、化合物が図１にみられるものに類似するスペクトルを有することができ、例えば、当業者ならば、化合物が図１に示されるものの１つと実質的に同一のスペクトルを有することに同意するであろう。
【００７４】
いくらかの場合、化合物は、２５℃および１気圧にて熱力学的に不安定である。本明細書に用いた、「熱力学的に不安定」なる語句は、かかる条件の下、いずれの外部入力（例えば、温度変化、他の反応物、エネルギー等）なくして、１年または５年以内のごとき、名目上の時間スケールにわたって、より低い熱力学的エネルギーを有する、他の化合物または処方に、化合物が実質的に分解し始め得ることを意味する。例えば、例のみによって、いくつかのカーボネート含有化合物は、二酸化炭素（ＣＯ２）としてカーボネートを放出することにより分解するであろう。しかしながら、多数の化合物について、速度論的制限は、化合物が熱力学的に不安定な状態でさえ分解するのを防止する。
【００７５】
いくつかの具体例において、化合物は熱的安定性である。例えば、化合物は、十分に安定であり得、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃または５００℃でさえ（例えば、１気圧）の温度に対する曝露に際して実質的に分解せず、例えば、不可逆性プロセスにおけるより小さな分解化合物（例えば、ＣＯまたはＣＯ２）を形成する。いくらかの場合、化合物は十分に安定し、２５０℃または３００℃の温度に加熱された場合、化合物は約３ｍｌ／ｇ以下の酸素放出を示す。いくらかの場合、化合物は、かかる温度に対する曝露に際して、約１ｍｌ／ｇ以下、約０．３ｍｌ／ｇ以下、約０．１ｍｌ／ｇ以下、または約０．３ｍｌ／ｇ以下の酸素を放出し得る。いずれの理論によっても拘束されることなく、耐熱性および／または酸素を放出するための化合物の能力のなさは、例えば、ホスフェート（ＰＯ４）および／またはカーボネート（ＣＯ３）のごとき、化合物内のポリアニオン基の存在によるものであり得、かかるポリアニオン基を含まないＬｉｘＣｏＯ２のごとき他の化合物と異なると考えられる。従前に言及されたごとく、いくつかの具体例において、化合物は、約２０モル％以下、約１５モル％以下、約１０モル％以下または約５モル％以下のアニオン（非ポリアニオン）酸化物を含有する。
【００７６】
化合物の耐熱性は、いずれかの適当な技術を用いて測定し得る。１つの非限定の例は、示差走査熱量測定法（ＤＳＣ）である。かくして、例えば、示差走査熱量測定法（ＤＳＣ）を用いて分析された場合、化合物は、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃または４００℃未満の熱転移を示さないかもしれない。熱転移の例は、ガラス転移（Ｔｇ）および／または融解（Ｔｍ）転移を含む。
【００７７】
一組の具体例において、化合物は、Ｃ／５０（Ｃ＝１１６ｍＡ／ｇ）の放電率にて測定された、少なくとも約５０ｍＡ ｈ／ｇ、いくらかの場合、少なくとも約６０ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約８０ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約１００ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約１２０ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約１４０ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約１６０ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約１８０ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約２００ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約２１０ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約２２０ｍＡ ｈ／ｇまたは少なくとも約２３０ｍＡ ｈ／ｇ等の特定の容量を有する。化合物は、例えば、少なくとも２つの異なるポリアニオン基を含むリチウム含有化合物、式Ｌｉｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂを有する化合物、または本明細書に開示された他の化合物であり得る。かかる特定の容量は、例えば、Ｌｉ陽極に対する電気化学電池における陽極として適当な化合物を用い、（Ｌｉ金属、例えば、Ｌｉ金属陽極におけるＬｉ＋／Ｌｉの電位、すなわち、Ｌｉ＋の電位に対し）最大４．６Ｖ、４．９Ｖ、または５．２Ｖに化合物を荷電させ、次いで化合物を少なくとも約１１６ｍＡ／ｇの割合にて２．０Ｖまで放出させることにより測定し得る。化合物の電流密度は、電極として用いた場合、約１ｍＡ／ｃｍ２未満の電極表面であり得る。
【００７８】
いくつかの具体例において、本明細書に言及された種々の組成は、例えば、スクリーニングテストに基づいて、例えば、充電またはサイクルプロフィールに基づいて、電池および／または他の電気化学デバイスにおける使用につき選択および／または最適化できる。例えば、組成は、電気化学電池の陰極に形成され、リチウム陽極に対して荷電され得る。次いで、種々の電圧（例えば、Ｌｉ＋／Ｌｉのポテンシャルに対し、４．６Ｖ、４．９Ｖまたは５．２Ｖ）に化合物を曝露し、次いで、少なくとも約１１６ｍＡ／ｇの割合にて２．０Ｖまで化合物を放電すると、種々の組成の性能を確認でき、これを用いて、特定の電池および／または他の電気化学デバイスにおける使用に組成を選択または最適化できる。化合物は、少なくとも約５０ｍＡ ｈ／ｇ、いくらかの場合、少なくとも約６０ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約８０ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約１００ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約１２０ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約１４０ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約１６０ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約１８０ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約２００ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約２１０ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約２２０ｍＡ ｈ／ｇまたは少なくとも約２３０ｍＡ ｈ／ｇ等の特定の容量を有するように選択し得る。もう一つの例として、化合物は、前記のごとく、反復充電および放電でき、良好以上の最適化された化合物が、より多くの充電／放電サイクル後に良好な充電特性を与える。
【００７９】
本発明の種々の態様によれば、本明細書に記載されたもののごとき化合物は、広範囲の目的に用い得る。いくつかの具体例において、化合物は、結合剤、充填剤、硬化剤等のごとき他の物質を所望により含有できる組成内に存在し得る。例えば、一組の具体例において、化合物は、電気化学的デバイス内に、例えば、電源ツール、ハイブリッド電気運搬手段、携帯用電子デバイス、ラップトップコンピューター等のごとき適用における使用のために、電池材料として存在し得る。いくつかのかかる具体例において、本発明の化合物は、荷電、例えば、電気電荷）を保存でき得る。例えば、化合物は、適当な電気化学デバイス内の電極において、例えば、電池、燃料電池等内の陽極として存在し得る。
【００８０】
特定の例として、いくつかの具体例において、本明細書に言及された化合物は、再充電可能なアルカリ金属電池内、電極内または電極として用い得る。リチウム電池またはナトリウム電池のごとき再充電可能なアルカリ金属電池は、典型的には充電および放電中に、各々、リチウムまたはナトリウムを交換する電極を有する。アルカリ金属イオンが交換できる割合は、高い充電および／または放電率が電池に必要である多数の適用に重要である。陰極材料について、アルカリ金属イオンおよび電子は、電池の放電中に吸着され、このプロセスは充電中に逆転する。本発明は陰極に限定されるものではないが、本明細書に用いた「充電」は、材料からのアルカリ金属イオンの除去を示し、「放電」とは、材料からのアルカリ金属イオンの挿入をいう。
【００８１】
本発明のもう一つの態様は、概して、本明細書に記載されたもののごとき化合物を調製するためのシステムおよび技術に指向される。例えば、ある種の具体例において、熱水技術を用いて、化合物を調製し得る。いくつかの具体例において、種々の塩を含有する水性液体（例えば、溶液または懸濁液等）を加熱し、次いで水を除去して、最終化合物を回収する。液体は、液体中に溶解または懸濁し得る最終化合物を形成するために用いるであろうイオンを含有する種々の塩を含み得る。本明細書に用いた「液体」は、例えば、溶液または懸濁液中においてのごとき、その中に溶解または懸濁された液体内に含有される種も含むと理解されるべきである。特定の例として、液体は、リン酸アニオン、炭酸アニオン、アルカリ金属カチオンおよび非アルカリ金属カチオンを含み得る。
【００８２】
液体において、最終化合物中に存在するであろう陽イオンは、最終的な所望の生成物を生成するための適当な負のイオンにより平衡し得る。特定の非限定の例として、Ｎａ３ＭｎＣＯ３ＰＯ４が生成されるべきならば、出発塩はＮａ２ＣＯ３、Ｎａ３ＰＯ４、ＭｎＣＯ３および／またはＭｎ３（ＰＯ４）２を含み得る。所望の最終生成物における種の比率を制御するために、合成プロセス中に除去できる他の原子団も用い得る。例えば、硝酸（ＮＯ３−）またはアンモニウム種（ＮＨ４＋）を用い得る。かくして、特定の例として、ＮａＮＯ３またはＭｎ（ＮＯ３）２を用いて、最終生成物において、各々、ＮａまたはＭｎの量を増加でき、一方、（ＮＨ４）２ＣＯ３または（ＮＨ４）３ＰＯ４を用いて、最終生成物において、ＣＯ３またはＰＯ４の量を増加できる。当業者は、正確な量の正および負の種を含む出発液体（例えば、溶液および／または懸濁液）を調製して、モル比の計算または他の同様の技術の使用により、過度の実験なくして所望の最終生成物を生成できるであろう。
【００８３】
例えば、一組の具体例において、初期の液体は、アルカリ金属カチオンおよび炭酸アニオンを含む第１の化合物、非アルカリ金属カチオンおよび硝酸アニオンを含む第２の化合物、およびリン酸アニオンを含む第３の化合物を水に添加して、水性液体を形成することにより、調製し得る。もう一つの組の具体例において、初期の液体は、アルカリ金属カチオンおよび炭酸アニオンを含む第１の化合物；塩素アニオン、硫酸アニオン、臭素アニオンおよびヨウ素アニオンを含む第２の化合物；およびリン酸アニオンを含む第３の化合物を水に添加して、水性液体を形成することにより、調製し得る。さらにもう一つの組の具体例によれば、初期の液体は、アルカリ金属カチオンを含む第１の化合物、非アルカリ金属カチオンを含む第２の化合物、炭酸アニオンを含む第３の化合物、およびリン酸アニオンを含む第４の化合物を水に添加して、水性液体を形成することにより調製し得る。
【００８４】
例えば、最終化合物が式Ａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み、Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ｘは約０．１より大きく、ａは約０．１〜約５．１であり、およびｂは約０．１〜約５．１である）を有するならば、初期のものは、アルカリ金属カチオンおよびリン酸アニオンを含む第１の化合物、および非アルカリ金属カチオンおよび炭酸アニオンを含む第２の化合物；またはアルカリ金属カチオンおよび炭酸アニオンを含む第１の化合物、および非アルカリ金属カチオンおよびリン酸アニオンを含む第２の化合物等から形成され得る。例えば、水溶液中のアルカリ金属カチオン−対−リン酸アニオンの比率は、例えば、約５：０〜約１：５０、約５：０．１〜約１：１０、約５：０．１〜約１：５、約１：０．１〜約１：５０、約１：０．１〜約１：１０、約１：０．１〜約１：５、または約１：１であり得る。同様に、いくらかの場合、水溶液中のアルカリ金属カチオン−対−炭酸アニオンの比率は、約５：０〜約１：５０、約５：０．１〜約１：１０、約５：０．１〜約１：５、約１：０．１〜約１：５０、約１：０．１〜約１：１０、約１：０．１〜約１：５または約１：１であり得る。いくつかの具体例において、リン酸アニオン−対−炭酸アニオンの比率は、約１：０．１〜約１：１０、約１：０．５〜約１：２または約１：１であり得る。、一組の具体例において、アルカリ金属カチオン−対−非アルカリ金属カチオンの比率は、約１：０．１〜約１：１０、約１：０．２〜約１：５または約１：０．５〜約１：２である。
【００８５】
いくつかの具体例において、本明細書に記載されたもののごときある種の化合物（例えば、ある種のＬｉまたはＮａの鉄カルボノホスフェート）の合成および／またはイオン交換は、グローブボックス、または熱水ボンベのごとき他の密閉反応器中で行い得る。いくらかの場合、グローブボックスまたは他の反応器は、例えば、酸素への曝露を最小化するために純粋な窒素または貴ガスのごとき不活性ガスを含み得る。いずれの特定の理論による拘束を望むことなく、環境中または熱水溶液に溶解した酸素（例えば、空気）は、いくらかの場合、Ｆｅ２＋をＦｅ３＋に酸化し得る。この酸化反応は、鉄カルボノホスフェートの非化学量論的処方を生じることもでき、例えば、生成物の式はＡ３−ｗＦｅ（ＩＩ）１−ｗＦｅ（ＩＩＩ）ｗＰＯ４ＣＯ３になる。ＡはＬｉまたはＮａであり得る。その酸化反応は以下のように記載し得る：
２ Ａ３ＦｅＰＯ４ＣＯ３＋１／２ ｗ Ｏ２＋ｗ Ｈ２Ｏ → ２Ａ３−ｗＦｅＰＯ４ＣＯ３＋２ｗ Ａ＋＋２ｗ ＯＨ（式中、ＡはＮａまたはＬｉを表す）。しかしながら、他の具体例において、かかる化合物は望ましいかもしれない。
【００８６】
しかしながら、いくらかの場合、本明細書に記載されたもののごときある種の化合物（例えば、ある種のＣｏまたはＮｉカルボノホスフェート）の合成および／またはイオン交換は、周囲環境から酸素を必ず除去する、または除去することなく、行い得る。酸素に対するＣｏ（ＩＩ）およびＮｉ（ＩＩ）のごときある種類の安定性により、周囲環境から酸素を除去する必要はないかもしれない。もう一つの例として、Ｍｎ（ＩＩ）が操作条件下、酸化に対してＦｅ（ＩＩ）より一般的に安定であるので、Ｍｎカルボノホスフェートの合成および／またはイオン交換は、周囲環境から酸素を除去して行い得る。Ｍｎ（ＩＩ）の酸化は生じ得るが、それは典型的には非常にゆっくり酸化する。かくして、周囲環境から酸素を除去する必要はないかもしれない。
【００８７】
初期の液体は、水中（または、水が存在する溶液、懸濁液または他の混合物）に塩を溶解および／または懸濁する、および／または引き続いておよび／または同時に、液体を制御温度、例えば、少なくとも約５０℃、少なくとも約６０℃、少なくとも約７０℃、少なくとも約８０℃、少なくとも約９０℃、少なくとも約１００℃、少なくとも約１１０℃、少なくとも約１２０℃、少なくとも約１３０℃、少なくとも約１４０℃、少なくとも約１５０℃、少なくとも約１６０℃、少なくとも約１７０℃、少なくとも約１８０℃、少なくとも約１９０℃、少なくとも約２００℃、または少なくとも約２１０℃に加熱することにより調製し得る。ある種の具体例において、温度は約２２０℃、約２１０℃または約２００℃未満であり得る。いくらかの場合、液体の温度および／または圧力は、水溶液が沸騰しないように、加熱プロセスの間制御し得る。
【００８８】
かかる条件に対する適当な曝露後（例えば、２、３、４またはそれを超える日数の後）、水をいずれかの適当な技術を用いて除去して、最終生成物を生成し得る。例えば、液体は、乾燥（低湿度）空気下、または過剰水を追い出す遠心分離により、比較的高温に曝露でき、それによって、最終生成物を生成する。溶液または懸濁液を乾燥させるための技術は、当業者によく知られているであろう。いくらかの場合、最終生成物は、固形生成物、例えば、結晶生成物として回収し得る。
【００８９】
いくつかの具体例において、最終生成物は、粒子として形成し得る。粒子サイズは、例えば、処方の温度および／または時間を制御することにより、制御し得る。例えば、粒子は、約２００ｎｍ〜約１０マイクロメートル、約２００ｎｍ〜約３００ｎｍ、約３００ｎｍ〜約１マイクロメートル、約１マイクロメートル〜約３マイクロメートル、または約３マイクロメートル〜約１０マイクロメートルの平均直径を有し得る。平均直径は、例えば、ＳＥＭまたはＴＥＭを用いて、見積り得る。いくらかの場合、粒子は、比較的狭いサイズ分布を有し得る。例えば、ＳＥＭまたはＴＥＭを用いて観察されるごとく、少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、約８０％、少なくとも約８５％、少なくとも約９０％または少なくとも約９５％の粒子が、粒子の平均直径または体積から約１０％以下で異なる、または約５％以下で異なる直径または体積を有するようであるサイズを有し得る。
【００９０】
また、本発明は、いくつかの態様において、本明細書に記載されたいずれかの技術または化合物による化合物の使用の促進を含む。本明細書に用いた「促進された」は、ビジネスを行うすべての方法を含み、限定されるものではないが、例えば、本発明の方法および化合物に関与できる、例えば、本明細書に言及される販売、広告、譲渡、ライセンス、受託、指示、教育、研究、輸入、輸出、交渉、融資、貸付、取引、売却、再販、流通、交換の方法等を含む。また、促進は、いくらかの場合、政府系機関からの承認の追求を含み得る。促進の方法は、限定されるものではないが、ビジネス（公または個人）、契約またはサブ契約機関、単科大学および総合大学のごとき教育機関、研究所、政府機関等を含めた、いずれのパーティーによっても行うことができる。宣伝活動は、本発明に明確に関係する、限定されるものではないが、いずれの形態の指示またはコミュニケーション（例えば、書面、口頭、および／または電子的なコミュニケーション、例えば、電子メール、電話、ファクシミリ、インターネット、ウェブベースのもの等）も含み得る。本明細書に用いた「指示」は、指導に役立つもの（例えば、指示、ガイド、注意、ラベル、ノート、ＦＡＱ（「頻繁に尋ねられる質問」）等の構成要素を規定でき、典型的には、化合物および／または化合物の包装に対するまたはそれと関連する、書面での指示を含むことができる。また、指示は、例えば、本明細書に言及されるごとく、ユーザーが指示が化合物に関係するものであることを明確に認識できるようないずれかの方法で提供された、いずれの形式（例えば、口頭、電子的、デジタル的、光学的、視覚的等）での指示コミュニケーションを含むことができる。
【００９１】
Cederらによる「カルボホスフェートおよび関連化合物」の発明の名称を有する、２０１０年２月２２日付けで出願された米国仮特許出願第６１／３０６，６７０号をここに出典明示してそのすべてを本明細書の一部とみなす。
【００９２】
以下の実施例は、本発明のある種の具体例を示すが、本発明の全範囲を例示しないことが意図される。
【００９３】
実施例１
本実施例は、ＭがＦｅ、Ｃｏ、ＭｎまたはＮｉである、種々のナトリウムの単一遷移金属カルボホスフェートＮａ３ＭＣＯ３ＰＯ４化合物の合成を示す。これらのカルボホスフェート化合物は熱水方法を用いて合成した。また、さらなるナトリウム混合遷移金属遷移金属カルボホスフェートは、同様の技術を用いて調製し、ここに、Ｍは、Ｆｅ、Ｃｏ、ＭｎおよびＮｉの混合物を含む（しかしながら、これらの元素に限定されない）。例えば、ＣｒまたはＶは、Ｍ部位にて、上記の４元素と混合できた。
【００９４】
これらの化合物のリチウム形態は、有機溶媒中のＬｉ−Ｎａイオン交換によって調製した。合成手順の詳細は、特定の代表例としてのＮａ３ＭｎＣＯ３ＰＯ４およびＬｉ３ＭｎＣＯ３ＰＯ４を用いて後記する。
【００９５】
ＮａＭｎＣＯ３ＰＯ４の合成に用いる出発物質は、Ｎａ２ＣＯ３のごとき可溶性ナトリウム塩；Ｍｎ（ＮＯ３）２・４Ｈ２ＯまたはＭｎ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏのごとき可溶性Ｍｎ塩；Ｎａ２ＣＯ３のごとき可溶性カーボネート；および（ＮＨ４）２ＨＰＯ４のごとき可溶性ホスフェートを含んだ。代表的な手順として、０．５ｇのＭｎ（ＮＯ３）２・４Ｈ２Ｏを３ｍｌの蒸留水に溶解して、薄ピンク色の溶液（溶液Ｉ）を形成し；次に、２ｇのＮａ２ＣＯ３および０．２６４ｇの（ＮＨ４）２ＨＰＯ４を１２ｍｌの蒸留水に溶解して、透明溶液（溶液ＩＩ）を形成した。溶液Ｉを強磁気撹拌下で溶液ＩＩにゆっくり添加して、薄ピンク色スラリーを形成した。このスラリーを、オートクレーブ滅菌し、９０℃で３日間または１６０℃で１６時間加熱したＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）系に移した。オートクレーブを室温（約２５℃）に冷却した後、最終生成物を蒸留水で３〜５回洗浄し、次いで９０℃にて一晩乾燥させた。
【００９６】
出発物質は、前記に列記した塩以外に、反応にＮａ、Ｍｎ、ＣＯ３２−またはＰＯ４３−を供する他の可溶性塩であることができた。したがって、出発物質のモル比を変更できた。
【００９７】
調製したＮａＭｎＣＯ３ＰＯ４からＬｉ３ＭｎＣＯ３ＰＯ４を合成するためのＬｉ−Ｎａイオン交換は、９０℃の油浴において１週間、２Ｍ ＬｉＢｒ／１−ヘキサノール溶液中でＮａＭｎＣＯ３ＰＯ４の粉末を撹拌することにより行った。また、温度は、約９０℃〜約１３５℃であることができる。イオン交換生成物を蒸留水およびメタノールによって洗浄し、７０℃で一晩乾燥させた。
【００９８】
同じ水熱合成およびイオン交換手順を用いて、出発物質を変更して、他のカルボホスフェート（Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅまたは他の金属である）を合成した。
【００９９】
Ｎａ３ＭＣＯ３ＰＯ４およびそれらの対応するＬｉ形態Ｌｉ３ＭＣＯ３ＰＯ４（Ｍ＝Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉおよびＣｏ０．５Ｍｎ０．５）のＸＲＤパターンを図１に示す。
【０１００】
実施例２
本実施例は、実施例１に言及したある種の化合物に関する試験を示す。調製したＬｉ３ＭｎＣＯ３ＰＯ４およびＬｉ３ＦｅＣＯ３ＰＯ４化合物は、実験的半電池リチウムイオン電池における陰極として試験した。Ｌｉ３ＭｎＣＯ３ＰＯ４またはＬｉ３ＦｅＣＯ３ＰＯ４は、６０％：３０％：１０％の重量比でカーボンブラックおよびＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオリド）結合剤と混合させ、陰極としてアルミニウム箔で成型した。リチウム金属箔を陽極として用いた。１：１のＥＣ／ＤＭＣ（炭酸エチレン／炭酸ジメチル）溶液中の１Ｍ ＬｉＰＦ６を電解質として用いた。セルは、定電流モードを持つＭａｃｃｏｒ ４０００電気化学的サイクラーまたはＡｒｂｉｎ ２０００電気化学的サイクラーを用いて循環させた。用いた電流密度は、Ｌｉ３ＭｎＣＯ３ＰＯ４について２ｍＡ／ｇ、およびＬｉ３ＦｅＣＯ３ＰＯ４について２ｍＡ／ｇ〜１０００ｍＡ／ｇであった。電圧ウィンドウは、２．０Ｖ〜４．８Ｖであった。図２は、Ｌｉ３ＭｎＣＯ３ＰＯ４の典型的なサイクルプロフィールを示し、充電および放電電圧を容量の関数としてプロットした。電流密度は２ｍＡ／ｇであり、サイクルウィンドウは２．０Ｖ〜４．８Ｖであった。図３Ａは、最初の３サイクルにおける非化学量論的なＬｉ３ＦｅＣＯ３ＰＯ４の典型的なサイクルプロフィールを示し、充電および放電電圧は、容量の関数としてプロットした。電流密度は２ｍＡ／ｇであった。図３Ｂは、種々の割合で異なる電流密度を持つＬｉ３ＦｅＣＯ３ＰＯ４の容量保持を示す。また、非化学量論的試料は、良好な比率容量およびサイクル保持を示した。
【０１０１】
加えて、図３Ｃおよび３Ｄは、Ｃ／１０割合にて、室温（約２５℃）、および６０℃で、化学量論的Ｌｉ３ＦｅＣＯ３ＰＯ４のサイクル曲線を示す。加えて、高温にて循環させた場合、Ｌｉ３ＦｅＣＯ３ＰＯ４はより小さな分極を示した。
【０１０２】
実施例３
いずれの理論による拘束を望むことなく、本実施例は、本明細書に言及したＹＯ４およびＸＯ３ポリアニオンを有するある種の化合物が、フバード修正語（Hubbard correction term）（ＧＧＡ＋Ｕ）を含む一般化勾配近似（ＧＧＡ）を用いて、密度汎関数理論フレームワークに基づいて、シドレンカイト構造および本明細書に引用された特性を有することを示す。
【０１０３】
シドレンカイト構造中の異なる酸化還元活性元素Ｍについての電圧を計算し、図５に示した。また、この図は、電池サイクル（例えば、２＋から３＋まで等）中に金属原子価変化を示す。Ｍｎ、ＶおよびＭｏが注目されるようであり、これらの元素についてのエネルギー密度を表１に示す。
【０１０４】
【表１】
【０１０５】
種々のＬｉｘＭ（ＰＯ４）（ＣＯ３）化合物についての熱力学的安定性は、最初の（ab initio）計算を用いて見積もった。電圧計算の結果を図５に示す。Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｖ、ＭｏおよびＢｉのごとき多数の金属は、リチウムイオン電池中で現在用いる現行の電解質の電圧範囲と一致するように適した計算上の電圧を表示する。また、ＮｉおよびＣｒを含めた他の金属が、注目される。そのＬｉ含有相は、熱力学的に不安定であることが判明した；しかしながら、それらの少数は、最低エネルギーを持つ相の組合せよりエネルギーにおいて単にわずかに高く、その結果、例えば、実施例１に示されるごとく、それらは反応の動力学を制御することにより実験室にて作成できる。
【０１０６】
ある種のＮａｘＭ（ＰＯ４）（ＣＯ３）等構造化合物の分析は、種々のナトリウム化合物が安定することを示した。例えば、２＋酸化状態におけるＭ元素について、Ｎａ３Ｍ（ＰＯ４）（ＣＯ３）は、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等のごとき種々の元素に安定であるようである。３＋酸化状態におけるＭ元素について、Ｎａ２Ｍ（ＰＯ４）（ＣＯ３）は、Ｖ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｂｉ、Ｓｃ、Ａｌ等に安定であるようである。また、同様に、アルカリとしてのカリウムを含む、種々の化合物は安定である。例えば、２＋酸化状態中のＭ元素について、Ｋ３Ｍ（ＰＯ４）（ＣＯ３）はＭｇ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｒ、Ｍｎ等に安定であるようである。３＋酸化状態におけるＭ元素について、Ｋ２Ｍ（ＰＯ４）（ＣＯ３）は、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｔｌ、Ｓｂ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ等に安定であるようである。したがって、これらの計算は、本発明のある種の化合物を生成するためのもう一つのアプローチが、まず、ナトリウム化合物またはカリウム化合物を調製し、次いで、イオン交換を用いて、リチウム化合物を生成することを含むことを示す。
【０１０７】
また、静電的相互作用に基づいた経験的ポテンシャルを用いて、ある種の化合物におけるＬｉ拡散経路を評価した。図６Ａおよび６Ｂは、シドレンカイト構造におけるＬｉの拡散経路を示す。この分析からの結果は、これらの化合物が良好なリチウムイオン拡散を示すことを示唆する。この拡散は、ｂおよびｃ軸に沿った最低の隔壁経路を持つ二次元であることが予測された。図６Ａおよび６Ｂを参照。経験的ポテンシャルバリアーは、Ｍｎ、ＦｅおよびＶ化合物につき、各々、５２１ｍｅＶ、３９４ｍｅＶおよび４５２ｍｅＶであると見積もられた。
【０１０８】
また、他の可能な安定したポリアニオン混合物の計算上の検索を行った。例えば、式Ａ３Ｍ（ＸＯ４）（ＹＯ３）（式中、ｘは１、２または３であり；ＡはＮａまたはＬｉ；ＸはＳｉ、Ｐ、ＡｓまたはＳであり；およびＹはＢまたはＣである）におけるすべての可能な化合物を計算した。ある種のＮａ化合物が安定であることが判明した。また、例えば、Ｎａカルボノホスファート化学における安定な化合物は、対応するカルボノアルセネート化学において安定であった。同様に、ある種のＮａボラトホスフェートが式Ｎａ３Ｍ（ＰＯ４）（ＢＯ３）（式中、ＭはＦｅ、ＭｎまたはＭｏである）における安定性に近いことが判明した。また、Ｎａ３Ｍ（ＳｉＯ４）（ＣＯ３）（式中、ＭはＦｅ、ＭｏまたはＶである）のごときある種のカルボノシリケートが、安定であると判明した。これらの化合物についての安定性データを、ＸおよびＹ軸に示された種々のイオンについて、Ａ＝Ｎａにつき図９およびＡ＝Ｌｉにつき図１０に示す。「ｎ／ａ」は、データが利用可能ではないことを意味する。これらの図において、グレイスケールで陰影を付けて、最低のエネルギーを持つ相の組合せに対するこれらの化合物の差異エネルギーを示す。それらのカルボノシリケート（すなわち、Ｌｉ３Ｍ（ＳｉＯ４）（ＣＯ３））についてのＬｉバージョン用の電圧を評価し、図８に示す。例えば、Ｌｉ３Ｖ（ＣＯ３）（ＳｉＯ４）は、７９９Ｗｈ／ｋｇの重量エネルギー密度および２１８３Ｗｈ／ｌの体積エネルギー密度を有する。図１１は、この化合物の単位格子を示す。
【０１０９】
他の注目される結晶構造は、フェロタイカイト（Ｎａ６Ｆｅ２（ＣＯ３）４（ＳＯ４））に類似するものを含む。リチウムアナログ（Ｌｉ６Ｍ２（ＣＯ３）４（ＳＯ４））についての電圧を図７に示す。電圧は、一般的に同じ酸化還元対についてのカルボノホスフェートより高い傾向にあった。
【０１１０】
実施例４
本実施例において、種々のナトリウムカルボノホスファート化合物をナトリウムイオン電池用の陰極材料として試験した。試験条件は、実施例２のＬｉ金属に代えて陽極としてＮａ金属を用い、１：１ ＥＣ／ＤＭＣ（炭酸エチレン／炭酸ジメチル）溶液中の１Ｍ ＮａＰＦ６を電解質として用いたことを除いて、実施例２に用いたものと同様であった。
【０１１１】
Ｎａ３ＭｎＰＯ４ＣＯ３は、一電子反応（約９５ｍＡｈ／ｇ）の理論容量を超える比較的良好な容量（約１２０ｍＡｈ／ｇ）を示し、放電カーブは、可能な２つの電子反応を示す２つのプラトーを示した。４Ｖおよび３．２Ｖ付近に集中したプラトーの電圧は、一般的に計算上の予測（Ｍｎ３＋／Ｍｎ４＋につき４．０ＶおよびＭｎ２＋／Ｍｎ３＋につき３．１Ｖ）と一致した。Ｎａ３ＭｎＰＯ４ＣＯ３のサイクル曲線および容量を図１２Ａおよび１２Ｂに示す。
【０１１２】
本発明のいくつかの具体例が本明細書に記載および示されるが、当業者ならば、機能を果たし、および／もしくは本明細書に記載された結果および／または１以上の有利さを得るための種々の他の手段ならびに／または構造を容易に描き、かかる各変更および改変は、本発明の範囲内にあると考えられる。より一般的には、当業者ならば、本明細書に記載されたすべての変数、次元、材料および／または配置が、本発明の教示を用いる特定の適用または適用群に依存するであろうことを意味することを容易に認識するであろう。当業者ならば、ルーチン実験に過ぎない、本明細書に記載された本発明の特定の実施例に対する多数の等価物を認識または確認できるであろう。したがって、前記の具体例は、添付された特許請求の範囲およびその等価物の範囲内で、本発明は、具体的に記載および特許請求されたとは別法で実施し得ると理解されるべきである。本発明は、本明細書に記載された個々の各特徴、システム、物品、材料、キットおよび／または方法に指向される。加えて、２以上のかかる特徴、システム、物品、材料、キットおよび／または方法のいずれの組合せも、かかる特徴、システム、物品、物質、キットおよび／または方法が、相互に矛盾しないならば、本発明の範囲内に含まれる。
本明細書に規定され用いたすべての定義は、辞書の定義、出典明示して本明細書の一部とみなす文書における定義および／または定義された用語の通常の意味に関して照査されると理解されるべきである。
【０１１３】
本明細書および特許請求の範囲内で用いた不定冠詞「ａ」および「ａｎ」は、反対に明確に示されない限りは、「少なくとも１つ」を意味すると理解されるべきである。
【０１１４】
ここに本明細書および特許請求の範囲に用いた「および／または」なる語句は、結合要素、すなわち、いくらかの場合に接続的に存在し、他の場合に分離的に存在する要素の「いずれかまたは双方」を意味すると理解されるべきである。「および／または」でリストされる複数の要素は、同一様式、すなわち、結合された「１以上」の要素において解釈されるべきである。具体的に同定されたものに関連または関連しないかに拘わらず、具体的に同定された要素以外に、他の要素が所望により存在し得る。かくして、非限定の例として、「Ａおよび／またはＢ」なる参照は、「含む」のごとき無制限の語句と組み合わせて用いた場合、１つの具体例において、Ａだけ（所望によりＢ以外の元素を含めて）；もう一つの具体例において、Ｂだけ（所望によりＡ以外の元素を含めて）；さらにもう一つの具体例において、ＡおよびＢの双方（所望により他の元素を含めて）等をいうことができる。
【０１１５】
本明細書および特許請求の範囲に用いた「または」は、前記の「および／または」と同一の意味を有すると理解されるべきである。例えば、リストにおいて項目を分離する場合、「または」または「および／または」は、総括的であると解釈され、すなわち、少なくとも１つであるが、１を超えるを含めた包含の複数またはリストの要素、所望により、さらなるリストされていない項目を含む。「の一つだけ」もしくは「の正確に一つ」、または特許請求の範囲に用いる場合の「よりなる」のごとき反対に明確に示された用語だけは、多数のまたはリストの要素の正確に一つの要素の包含をいう。一般的には、本明細書に用いた「または」なる用語は、排他性の用語により先行される場合、「いずれか」。「一つだけの」または「正確に一つの」のごとき、単に排他的な代替物（すなわち、双方でない一つまたは他のもの）を示すと解釈されるであろう。「実質的に .... よりなる」は、特許請求の範囲に用いる場合、特許法の分野に用いるその通常の意味を有するであろう。
【０１１６】
本明細書および特許請求の範囲に用いた「少なくとも１つの」なる語句は、１以上の要素のリストを参照して、要素のそのリストにおいるいずれかの１以上の要素から選択される少なくとも１つの要素を意味すると考えられるべきであるが、必ずしも、要素のそのリスト内に具体的にリストされた少なくとも１つの各々およびすべての要素を含まず、要素のそのリスト中の要素のいずれかの組合せを排除しない。また、この定義は、具体的に同定されたそれらの要素に関連するまたは関連しないかに拘わらず、「少なくとも１つの」なる語句を参照する要素のリスト内で具体的に同定された要素以外の要素が所望により存在し得ることを可能にする。かくして、非限定の例としての「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、１つの具体例において、Ｂが存在しない（所望により、Ｂ以外の要素を含む）、所望により１を超えるを含めて、少なくとも１つのＡ；もう一つの具体例において、Ａが存在しない（所望により、Ａ以外の要素を含む）、所望により１を超えるを含めて、少なくとも１つのＢ；さらにもう一つの具体例において、少なくとも１つの、所望により１を超えるＡおよび、少なくとも１つの、所望により１を超えるＢ等をいうことができる。
【０１１７】
また、反対に明確に示されない限りは、１を超える工程または行為を含むここに特許請求されるいずれの方法においても、その方法の工程または行為の順序は、必ずしも、その方法の工程または行為が引用される順序に限定されない。
【０１１８】
特許請求の範囲ならびに前記の明細書において、「含む」、「含めた」、「運ぶ」、「有する」、「含有する」、「含む」、「保持する」、「より構成される」等のごときすべての移行句は、無制限、すなわち、含むが、限定されるものではないことを意味すると理解されるべきである。「よりなる」および「実質的に .... よりなる」なる移行句だけは、米国特許出願審査基準、セクション２１１１．０３に記載された、各々、クローズドまたはセミクローズドの移行句であろう。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、例えば、電池および他の適用に用いるカルボホスフェート（carbophosphate）および他の化合物に関する。
【０００２】
関連出願
本願は、Cederらにより、２０１０年２月２２日付けで出願され、「カルボホスフェートおよび関連化合物」を発明の名称とする、米国仮特許出願第６１／３０６，６７０号（ここに出典明示して本明細書の一部とみなす）の優先権を主張する。
【背景技術】
【０００３】
例えば、電気運搬手段（power vehicle）または携帯用電子デバイスに対する軽量で高密度エネルギーの電池の需要は、上昇し続けている。しかしながら、多数の化合物は電池および他の適用に用いるために研究されてきたが、良好な特性の耐熱性および／または高エネルギー密度を有する化合物を同定することは困難なままである。したがって、電池および他の適用に用いる化合物における改良が依然として必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、概して、例えば、電池および他の適用に用いるカルボホスフェートおよび他の化合物に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、概して、例えば、電池および他の適用に用いるカルボホスフェートおよび他の化合物に関する。本発明の主題は、いくらかの場合、相互に関係した生成物、特定の問題に対する代替解決方法および／または１以上のシステムおよび／または物品の複数の異なる使用を含む。
【０００６】
ポリアニオン基を持つ化合物は、酸化物より一般的に安定している。いくらかの場合、それらは高温でより少ないＯ２を放出でき、これはリチウムイオン電池のごときある種の適用につき重要な安全性の特徴であり得る。加えて、重量を低下させるために、炭酸およびホウ酸のごときより低重量のポリアニオン基を、例えば、より高いエネルギーおよび出力密度のために有用であり得る。かくして、本発明のいくつかの態様は、炭酸基および／または複数のポリアニオン基、例えば、炭酸−リン酸、ケイ酸−炭酸に指向される。
【０００７】
１つの態様において、本発明はある化合物に指向される。１組の具体例によれば、化合物は、式：
Ｌｉｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
（式中、Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ｘは約０．１より大きく、ａは約０．１〜約５．１であり、およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する。いくらかの場合、Ｍの少なくとも約２５モル％は、１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む。
【０００８】
もう一つの組の具体例における化合物は、式：
Ａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み、Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ｘは約０．１より大きく、ａは約０．１〜約５．１であり、およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する。ある種の場合には、Ｍの少なくとも約２５モル％が１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む。いくつかの具体例において、化合物は、ＡがＮａである場合、ｘは２〜４であって、ＭはＦｅ、Ｍｇ、ＭｎまたはＳｒであるものではない。
【０００９】
ある組の具体例によれば、化合物は、式：
Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ
（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み；ＸはＢ、ＣおよびＮの１以上を含み；ＹはＳｉ、Ｐ、ＡｓおよびＳの１以上を含み；ｘは約０．１より大きく；ａは約０．１〜約５．１であり；およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する。いくつかの例において、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む。いくつかの具体例において、組成は、各々、Ａ、Ｍ、ＹおよびＸについて以下の組合せ：Ｎａ、ＡｌおよびＣｏ、Ｓｉ、Ｎ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂ；Ｎａ、ＡｌおよびＣｏ、Ｓｉ、Ｃ；Ｎａ、Ｍｎ、Ｐ、Ｃ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｐ、Ｃ；Ｎａ、Ｃｏ、Ｐ、Ｂ；Ｎａ、ＭｇおよびＦｅ、Ｓ、Ｃ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｓ、Ｃ；Ｌｉ、Ｃｕ、Ｐ、Ｂ；およびＬｉ、Ｚｎ、Ｐ、Ｂのいずれも含まない。
【００１０】
もう一つの組の具体例において、化合物は式：
Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ
（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み；ＸはＢ、ＣおよびＮの１以上を含み；Ｙは、Ｖ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷの１以上を含み；ｘは約０．１より大きく；ａは約０．１〜約５．１であり；およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する。１つの具体例において、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む。いくらかの場合、ＭはＶ、Ｎｂ、ＭｏまたはＷを含まない。いくつかの例において、組成は、各々、Ａ、Ｍ、ＹおよびＸについて以下の組合せ：Ｎａ、ＡｌおよびＣｏ、Ｓｉ、Ｎ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂ；Ｎａ、ＡｌおよびＣｏ、Ｓｉ、Ｃ；Ｎａ、Ｍｎ、Ｐ、Ｃ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｐ、Ｃ；Ｎａ、Ｃｏ、Ｐ、Ｂ；Ｎａ、ＭｇおよびＦｅ、Ｓ、Ｃ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｓ、Ｃ；Ｌｉ、Ｃｕ、Ｐ、Ｂ；およびＬｉ、Ｚｎ、Ｐ、Ｂのいずれも含まない：
【００１１】
さらにもう一つの組の具体例において、化合物は式：
Ａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み；ｘは約０．１より大きく；ａは約０．１〜約５．１であり；およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する。いくらかの場合、化合物は、Ｎａ３Ｆｅ（ＰＯ４）（ＣＯ３）、Ｎａ３Ｍｇ（ＰＯ４）（ＣＯ３）、Ｎａ３Ｍｎ（ＰＯ４）（ＣＯ３）またはＮａ３Ｓｒ（ＰＯ４）（ＣＯ３）ではない。いくつかの具体例において、Ｍの少なくとも約２５モル％は、１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む。
【００１２】
もう一つの組の具体例において、化合物は、式：
Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ
（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み；ＸはＢ、ＣおよびＮよりなる群から選択され；Ｙは、Ｓｉ、Ｐ、Ａｓ、Ｓ、Ｖ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷよりなる群から選択され；ｘは約０．１より大きく；ａは約０．１〜約５．１であり；およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する。いくつかの具体例において、Ｍの少なくとも約１０モル％は、１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む。いくらかの場合、化合物は、２５℃および１気圧にて熱力学的に不安定である。いくつかの具体例において、Ｍの少なくとも約２５モル％は、１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む。
【００１３】
さらにもう一つの組の具体例において、化合物は、式：
Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ
（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み；ＸはＢ、ＣおよびＮよりなる群から選択され；ＹはＳｉ、Ｐ、Ａｓ、Ｓ、Ｖ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷよりなる群から選択され；ｘは約０．１より大きく；ａは約０．１〜約５．１であり；およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する。いくらかの場合、化合物は、Ｎａ３ＦｅＰＯ４ＣＯ３、Ｎａ３ＭｎＰＯ４ＣＯ３、Ｎａ６Ｆｅ２ＳＯ４（ＣＯ３）４、ＮａＨ６Ｃｏ（ＰＯ４）２ＢＯ３、Ａｌ１２ＣＯ４（ＮＯ３）２Ｎａ４（ＳｉＯ４）１２またはＦｅ９Ｈ２Ｎａ（ＳｉＯ４）６（ＢＯ３）３ではない。いくつかの具体例において、Ｍの少なくとも約２５モル％は、１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む。
【００１４】
さらにもう一つの組の具体例において、化合物は、シドレンカイト（sidorenkite）単位格子、ボンシテダイト（bonshtedtite）単位格子、ブラッドレイアイト（bradleyite）単位格子、クラウフォルダイト（crawfordite）単位格子またはフェロタイカイト（ferrotychite）単位格子に等構造の単位格子原子配列を有するリチウム含有化合物である。さらにもう一つの組の具体例において、化合物は、少なくとも約２５モル％のリチウムを含むリチウム含有化合物であり、この化合物は、ＣＯ３の三角平面基、ＰＯ４の四面体基およびＭＯ６（式中、Ｍは正のカチオンである）の八面体基を含む単位格子を有する。さらにもう一つの組の具体例によれば、化合物は、１０．７±１、２０．４±１、２１．４±１、２７．１±１、２８．８±１、３４．０±１および３５．８±１度の２θで極大を有するＸＲＤ回折パターンを有し、ここに、ＸＲＤは、１．５４１８オングストロームの波長を持つ銅Ｋアルファ源を有するＸ線回折計を用いて得られる。
【００１５】
もう一つの態様において、本発明は、三斜晶系（Ｐ１）結晶構造を有する化合物に概して指向される。一組の具体例によれば、化合物は式：
Ａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
（式中、Ａが１以上のアルカリ金属を含み、Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ｘは約０．１より大きく、ａは約０．１〜約５．１であり、およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する。いくらかの場合、Ｍの少なくとも約２５モル％は、１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む。
【００１６】
もう一つの組の具体例において、化合物は、式：
Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ
（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み；ＸはＢ、ＣおよびＮの１以上を含み；Ｙは、Ｓｉ、Ｐ、ＡｓおよびＳの１以上を含み；ｘは約０．１より大きく；ａは約０．１〜約５．１であり；およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する。ある種の具体例において、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む。
【００１７】
さらにもう一つの組の具体例によれば、化合物は式：
Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ
（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み；ＸはＢ、ＣおよびＮの１以上を含み；Ｙは、Ｖ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷの１以上を含み；ｘは約０．１より大きく；ａは約０．１〜約５．１であり；およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する。いくらかの場合、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む。ある種の具体例において、Ｍは、Ｖ、Ｎｂ、ＭｏまたはＷを含まない。
【００１８】
さらにもう一つの態様において、本発明は電気化学デバイスに指向される。一組の具体例によれば、電気化学デバイスは、リチウム含有化合物を含むｎ電極を含む。ある種の具体例において、化合物には式：
Ｌｉｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
（式中、Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ｘは約０．１より大きく、ａは約０．１〜約５．１であり、およびｂは約０．１〜約５．１である）を有し得る。ある種の例において、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む。いくらかの場合、リチウム含有化合物は、ＣＯ３の三角平面基、ＰＯ４の四面体基および／またはＭＯ６の八面体基を含む単位格子を有する。
【００１９】
もう一つの組の具体例によれば、電気化学デバイスは、式：
Ａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
（式中、Ａが１以上のアルカリ金属を含み、Ｍは基底状態より上の１を超える酸化状態を有する１以上の金属カチオンを含み、ｘは約０．１より大きく、ａは約０．１〜約５．１であり、およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する化合物を含む電極を含む。いくつかの例において、Ｍの少なくとも約２５モル％は、１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む。
【００２０】
もう一つの組の具体例において、電気化学デバイスは、式：
Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ
（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み；ＸはＢ、ＣおよびＮよりなる群から選択され；ＹはＳｉ、Ｐ、Ａｓ、Ｓ、Ｖ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷよりなる群から選択され；ｘは約０．１より大きく；ａは約０．１〜約５．１であり；およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する化合物を含む電極を含む。いくらかの場合、Ｍの少なくとも約２５モル％は、１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む。
【００２１】
さらにもう一つの組の具体例において、電気化学デバイスは、本明細書に記載されたものごとき化合物を含む電極を含む。例えば、化合物はリチウム含有化合物またはナトリウム含有化合物であり得る。いくつかの具体例において、化合物は、少なくとも約１００ｍＡ ｈ／ｇのエネルギー密度を有する。ある具体例において、化合物は少なくとも２つの異なるポリアニオン基を含む。いくらかの場合、化合物は、少なくとも約２５０℃の温度に対する曝露に際して実質的に分解しない。いくつかの例において、化合物は、約５モル％以下のアニオン酸化物を含む。さらにもう一つの組の具体例において、示差走査熱量測定法（ＤＳＣ）を用いて分析された場合、化合物は、３００℃未満の熱転移を示さない。いくらかの場合、２５０℃の温度に加熱された場合、化合物は１ｍｌ／ｇ以下の酸素を放出する。
【００２２】
本発明のさらにもう一つの態様は、ある方法に指向される。一組の具体例において、その方法は、リン酸アニオン、炭酸アニオン、アルカリ金属カチオンおよび非アルカリ金属カチオンを含む水性液体を供し；少なくとも約７０℃の制御温度に液体を曝露し；次いで、液体から水を除去して、固形生成物を回収する行為を含む。
【００２３】
もう一つの組の具体例において、本発明は、本明細書に記載された１以上の具体例、１つの非限定の例として、式 Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み、Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ＸはＢ、ＣおよびＮよりなる群から選択され、およびＹはＳｉ、Ｐ、Ａｓ、Ｓ、Ｖ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷよりなる群から選択される）を有する化合物を調製する方法に指向される。いくらかの場合、ｘが約０．１より大きく、ａは約０．１〜約５．１であり、およびｂは約０．１〜約５．１である。
【００２４】
ある種の態様によれば、本明細書に記載されるのは、以下の項により特定される主題である。これらの項は、例示的でかつ非限定であることが意図される。
１．式 Ｌｉｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ（式中、Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み、ｘは約０．１より大きく、ａは約０．１〜約５．１であり、およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する化合物。
２．Ｍが１以上の二価または三価のカチオンを含む項１に記載の化合物。
３．Ｍが１以上の遷移金属を含む項１または２記載の化合物。
４．Ｍが、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｓｎ、ＳｂおよびＭｏの１以上を含む、項１〜３のいずれか１記載の化合物。
５．Ｍが実質的にＦｅおよび／またはＭｎよりなる項１〜４のいずれか１記載の化合物。
６．ＭがＦｅを含む項１〜５のいずれか１記載の化合物。
７．ＭがＮｉを含む項１〜４および６のいずれか１記載の化合物。
８．ＭがＣｏを含む項１〜４、６および７のいずれか１記載の化合物。
９．ＭがＭｎを含む項１〜５のいずれか１記載の化合物。
【００２５】
１０．ＭがＶを含む項１〜４および６〜８のいずれか１記載の化合物。
１１．ＭがＭｏを含む項１〜４、６〜８および１０のいずれか１記載の化合物。
１２．Ｍがアルカリ土類金属を含む項１〜４、６〜８、１０および１１のいずれか１記載の化合物。
１３．Ｍの少なくとも約５０モル％が、１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む項１〜４、６〜８および１０〜１２のいずれか１記載の化合物。
１４．Ｍにおける各カチオンが、包括的に、１＋〜５＋の酸化状態を有する項１〜１３のいずれか１記載の化合物。
１５．Ｍにおける各カチオンが、包括的に、１＋〜４＋の酸化状態を有する項１〜１４のいずれか１記載の化合物。
１６．Ｍにおける各カチオンが、包括的に、２＋〜４＋の酸化状態を有する項１〜１５のいずれか１記載の化合物。
１７．ｘが約１．５〜約１０．１である項１〜１６のいずれか１記載の化合物。
１８．ｘが約１．９〜約３．１である項１〜１７のいずれか１記載の化合物。
１９．ｘが３である項１〜１８のいずれか１記載の化合物。
【００２６】
２０．ｘが２である項１〜１８のいずれか１記載の化合物。
２１．ａが約０．１〜約４である項１〜２０のいずれか１記載の化合物。
２２．ａが約０．９〜約１．１である項１〜２１のいずれか１記載の化合物。
２３．ａが１である項１〜２２のいずれか１記載の化合物。
２４．ｂが約０．１〜約４である項１〜２３のいずれか１記載の化合物。
２５．ｂが約０．９〜約１．１である項１〜２４のいずれか１記載の化合物。
２６．ｂが１である項１〜２５のいずれか１記載の化合物。
２７．化合物が、シドレンカイト単位格子、ボンシテダイト単位格子、ブラッドレイアイト単位格子、クラウフォルダイト単位格子またはフェロタイカイト単位格子に等構造の単位格子原子配列を有する項１〜２６のいずれか１記載の化合物。
２８．化合物に三斜晶系結晶構造を有する項１〜２７のいずれか１記載の化合物。
２９．項１〜２８のいずれかに記載の化合物を含む電極を含む電気化学デバイス。
【００２７】
３０．式 Ａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み、Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み、ｘは約０．１より大きく、ａは約０．１〜約５．１であり、およびｂは約０．１〜約５．１であり；所望により、但し、化合物は、ＡがＮａである場合、ｘが２〜４であり、ＭがＦｅ、Ｍｇ、ＭｎまたはＳｒであるものではない）を有する化合物。
３１．Ａが実質的に１つのアルカリ金属よりなる項３０記載の化合物。
３２．ＡがＬｉを含む項３０または３１のいずれか１記載の化合物。
３３．ＡがＮａを含む項３０〜３２のいずれか１記載の化合物。
３４．Ａが実質的にＬｉよりなる項３０〜３２のいずれか１記載の化合物。
３５．Ａが実質的にＮａよりなる項３０、３１および３３のいずれか１記載の化合物。
３６．Ａが実質的にＬｉおよびＮａよりなる項３０、３２および３４のいずれか１記載の化合物。
３７．Ｍが１以上の二価または三価のカチオンを含む項３０〜３６のいずれか１記載の化合物。
３８．ｘが約１．５〜約１０．１である項３０〜３７のいずれか１記載の化合物。
３９．ｘが約１．９〜約３．１である項３０〜３８のいずれか１記載の化合物。
【００２８】
４０．ａが約０．１〜約４である項３０〜３９のいずれか１記載の化合物。
４１．ａが約０．９〜約１．１である項３０〜４０のいずれか１記載の化合物。
４２．ｂが約０．１〜約４である項３０〜４１のいずれか１記載の化合物。
４３．ｂが約０．９〜約１．１である項３０〜４２のいずれか１記載の化合物。
４４．Ｍの少なくとも約５０モル％が、１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含む項３０〜４３のいずれか１記載の化合物。
４５．Ｍがアルカリ土類金属を含む項３０〜４４のいずれか１記載の化合物。
４６．Ｍが遷移金属を含む項３０〜４５のいずれか１記載の化合物。
４７．Ｍが、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｓｎ、ＳｂおよびＭｏの１以上を含む、項３０〜４６のいずれか１記載の化合物。
４８．化合物が、シドレンカイト単位格子、ボンシテダイト単位格子またはブラッドレイアイト単位格子、クラウフォルダイト単位格子またはフェロタイカイト単位格子に等構造の単位格子原子配列を有する項３０〜４７のいずれか１記載の化合物。
４９．化合物に三斜晶系結晶構造を有する項３０〜４８のいずれか１記載の化合物。
【００２９】
５０．項３０〜４９のいずれかに記載の化合物を含む電極を含む電気化学デバイス。
５１．シドレンカイト単位格子、ボンシテダイト単位格子、ブラッドレイアイト単位格子、クラウフォルダイト単位格子またはフェロタイカイト単位格子に等構造の単位格子原子配列を有するリチウム含有化合物。
５２．ＣＯ３の三角平面基、ＰＯ４の四面体基およびＭＯ６の八面体基（式中、Ｍは正のカチオンである）を含有する単位格子を有する、少なくとも約２５モル％のリチウムを含むリチウム含有化合物。
５３．Ｍが正の二価または三価のカチオンである項５２記載の化合物。
５４．ＭＯ６の八面体基がＣＯ３の三角平面基と端を共有する項５２または５３記載の化合物。
５５．ＭＯ６の八面体基がＰＯ４の四面体基と４つの頂点を共有する項５２〜５４のいずれか１記載の化合物。
５６．ＭがＦｅを含む項５２〜５５のいずれか１記載の化合物。
５７．ＭがＮｉを含む項５２〜５６のいずれか１記載の化合物。
５８．ＭがＣｏを含む項５２〜５７のいずれか１記載の化合物。
５９．ＭがＭｎを含む項５２〜５８のいずれか１記載の化合物。
【００３０】
６０．ＭがＶを含む項５２〜５９のいずれか１記載の化合物。
６１．ＭがＣｒを含む項５２〜６０のいずれか１記載の化合物。
６２．ＭがＣｕを含む項５２〜６１のいずれか１記載の化合物。
６３．ＭがＴｉを含む項５２〜６２のいずれか１記載の化合物。
６４．ＭがＢｉを含む項５２〜６３のいずれか１記載の化合物。
６５．ＭがＳｎを含む項５２〜６４のいずれか１記載の化合物。
６６．ＭがＳｂを含む項５２〜６５のいずれか１記載の化合物。
６７．ＭがＭｏを含む項５２〜６６のいずれか１記載の化合物。
６８．項５２〜６７のいずれかに記載の化合物を含む電極を含む電気化学デバイス。
６９．１０．７±１、２０．４±１、２１．４±１、２７．１±１、２８．８±１、３４．０±１および３５．８±１度の２θで極大を有するＸＲＤ回折パターンを有し、ここに、ＸＲＤは、１．５４１８オングストロームの波長を持つ銅Ｋアルファ源を有するＸ線回折計を用いて得られるリチウム含有化合物。
【００３１】
７０．式 Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み；ＸはＢ、ＣおよびＮの１以上を含み；Ｙは、Ｓｉ、Ｐ、ＡｓおよびＳの１以上を含み；ｘは約０．１より大きく；ａは約０．１〜約５．１であり；およびｂは約０．１〜約５．１であり；所望により、但し、組成は、各々、Ａ、Ｍ、ＹおよびＸについていずれかの以下の組合せ：Ｎａ、ＡｌおよびＣｏ、Ｓｉ、Ｎ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂ；Ｎａ、ＡｌおよびＣｏ、Ｓｉ、Ｃ；Ｎａ、Ｍｎ、Ｐ、Ｃ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｐ、Ｃ；Ｎａ、Ｃｏ、Ｐ、Ｂ；Ｎａ、ＭｇおよびＦｅ、Ｓ、Ｃ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｓ、Ｃ；Ｌｉ、Ｃｕ、Ｐ、Ｂ；およびＬｉ、Ｚｎ、Ｐ、Ｂを含まない）を有する化合物。
７１．式 Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み、ＭはＶ、Ｎｂ、ＭｏまたはＷを含まなく；ＸはＢ、ＣおよびＮの１以上を含み；Ｙは、Ｖ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷの１以上を含み；ｘは約０．１より大きく；ａは約０．１〜約５．１であり；およびｂは約０．１〜約５．１であり；所望により、但し、組成は、各々、Ａ、Ｍ、ＹおよびＸについていずれかの以下の組合せ：Ｎａ、ＡｌおよびＣｏ、Ｓｉ、Ｎ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂ；Ｎａ、ＡｌおよびＣｏ、Ｓｉ、Ｃ；Ｎａ、Ｍｎ、Ｐ、Ｃ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｐ、Ｃ；Ｎａ、Ｃｏ、Ｐ、Ｂ；Ｎａ、ＭｇおよびＦｅ、Ｓ、Ｃ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｓ、Ｃ；Ｌｉ、Ｃｕ、Ｐ、Ｂ；およびＬｉ、Ｚｎ、Ｐ、Ｂを含まない）を有する化合物。
７２．Ｍが１以上の二価または三価のカチオンを含む項７０または７１記載の化合物。
７３．Ｍが１以上のアルカリ土類金属を含む項７０〜７２のいずれか１記載の化合物。
７４．Ｍが１以上の遷移金属を含む項７０〜７３のいずれか１記載の化合物。
７５．Ｍが、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｓｎ、ＳｂおよびＭｏの１以上を含む項７０〜７４のいずれか１記載の化合物。
７６．ｘが約１．５〜約１０．１である項７０〜７５のいずれか１記載の化合物。
７７．ｘが約１．９〜約１０．１である項７０〜７６のいずれか１記載の化合物。
７８．ｘが約１．９〜約３．１である項７０〜７７のいずれか１記載の化合物。
７９．ａが約０．１〜約４である項７０〜７８のいずれか１記載の化合物。
【００３２】
８０．ａが約０．９〜約１．１である項７０〜７９のいずれか１記載の化合物。
８１．ｂが約０．１〜約４である項７０〜８０のいずれか１記載の化合物。
８２．ｂが約０．９〜約１．１である項７０〜８１のいずれか１記載の化合物。
８３．ｂが約２．９〜約３．１である項７０〜８２のいずれか１記載の化合物。
８４．ａが１であって、ｂが３である項７０〜８３のいずれか１記載の化合物。
８５．ＸおよびＹが、ＸおよびＹについての以下の組合せ：Ｃ、Ｐ；Ｂ、Ｐ；Ｂ、Ｓｉ；Ｃ、Ｓｉ；Ｃ、Ｓ；Ｂ、Ｓ；Ｎ、Ｐ；Ｎ、Ｓｉ；およびＮ、Ｓの１つから選択される項７０および７２〜８４のいずれか１記載の化合物。
８６．ＸおよびＹが、ＸおよびＹについての以下の組合せ：Ｃ、Ｖ；Ｂ、Ｖ；およびＮ、Ｖの１つから選択される項７１〜８５のいずれか１記載の化合物。
８７．ｘがＣであって、ＹがＰである項７０および７２〜８６のいずれか１記載の化合物。
８８．化合物が、シドレンカイト単位格子、ボンシテダイト単位格子、またはブラッドレイアイト単位格子、クラウフォルダイト単位格子、またはフェロタイカイト単位格子に等構造の単位格子原子配列を有する項７０〜８７のいずれか１記載の化合物。
８９．化合物が三斜晶系結晶構造を有する項７０〜８８のいずれか１記載の化合物。
【００３３】
９０．項７０〜８９のいずれかの化合物を含む電極を含む電気化学デバイス。
９１．式 Ａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み、Ｍは、基底状態より上の１を超える酸化状態を有する１以上の金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み、ｘは約０．１より大きく、ａは約０．１〜約５．１であり、およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する化合物を含む電極を含む電気化学デバイス。
９２．Ｍが１以上の非アルカリ金属カチオンを含む項９１記載のデバイス。
９３．Ｍが１以上の二価または三価のカチオンを含む項９１または９２記載のデバイス。
９４．Ｍが１以上のアルカリ土類金属を含む項９１〜９３のいずれか１記載のデバイス。
９５．Ｍが１以上の遷移金属を含む項９１〜９４のいずれか１記載のデバイス。
９６．Ｍが、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｓｎ、ＳｂおよびＭｏの１以上を含む項９１〜９５のいずれか１記載のデバイス。
９７．ｘが約１．５〜約１０．１である項９１〜９６のいずれか１記載のデバイス。
９８．ｘが約１．９〜約３．１である項９１〜９７のいずれか１記載のデバイス。
９９．ａが約０．１〜約４である項９１〜９８のいずれか１記載のデバイス。
【００３４】
１００．ａが約０．９〜約１．１である項９１〜９９のいずれか１記載のデバイス。
１０１．ｂが約０．１〜約４である項９１〜１００のいずれか１記載のデバイス。
１０２．ｂが約０．９〜約１．１である項９１〜１０１のいずれか１記載のデバイス。
１０３．化合物が、シドレンカイト単位格子、ボンシテダイト単位格子またはブラッドレイアイト単位格子、クラウフォルダイト単位格子またはフェロタイカイト単位格子に等構造の単位格子原子配列を有する項９１〜１０２のいずれか１記載のデバイス。
１０４．式 Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；
Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み；ＸはＢ、ＣおよびＮよりなる群から選択され；ＹはＳｉ、Ｐ、Ａｓ、Ｓ、Ｖ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷよりなる群から選択され；ｘは約０．１より大きく；ａは約０．１〜約５．１であり；およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する化合物を含む電極を含む電気化学デバイス。
１０５．Ｍが１以上の二価または三価のカチオンを含む項１０４記載のデバイス。
１０６．Ｍが１以上のアルカリ土類金属を含む項１０４または１０５記載のデバイス。
１０７．Ｍが１以上の遷移金属を含む項１０４〜１０６のいずれか１記載のデバイス。
１０８．Ｍが、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｓｎ、ＳｂおよびＭｏの１以上を含む項１０４〜１０７のいずれか１記載のデバイス。
１０９．ｘが約１．５〜約１０．１である項１０４〜１０８のいずれか１記載のデバイス。
【００３５】
１１０．ｘが約１．９〜約３．１である項１０４〜１０９のいずれか１記載のデバイス。
１１１．ａが約０．１〜約４である項１０４〜１１０のいずれか１記載のデバイス。
１１２．ａが約０．９〜約１．１である項１０４〜１１１のいずれか１記載のデバイス。
１１３．ｂが約０．１〜約４である項１０４〜１１２のいずれか１記載のデバイス。
１１４．ｂが約０．９〜約１．１である項１０４〜１１３のいずれか１記載のデバイス。
１１５．化合物が、シドレンカイト単位格子、ボンシテダイト単位格子またはブラッドレイアイト単位格子、クラウフォルダイト単位格子またはフェロタイカイト単位格子に等構造の単位格子原子配列を有する項１０４〜１１４のいずれか１記載のデバイス。
１１６．リン酸アニオン、炭酸アニオン、アルカリ金属カチオンおよび非アルカリ金属カチオンを含む水性液体を供し；少なくとも約７０℃の制御温度に液体を曝露し；次いで液体から水を除去して、固形生成物を回収することを含むことを特徴とする方法。
１１７．生成物が結晶であることを特徴とする項１１６記載の方法。
１１８．電極に固形生成物を形成することをさらに含むことを特徴とする項１１６または１１７記載の方法。
１１９．アルカリ金属カチオンおよびリン酸アニオンを含む第１の化合物、および非アルカリ金属カチオンおよび炭酸アニオンを含む第２の化合物を水に添加して、水性液体を形成することを特徴とする項１１６〜１１８のいずれか１記載の方法。
【００３６】
１２０．アルカリ金属カチオンおよび炭酸アニオンを含む第１の化合物、および非アルカリ金属カチオンおよびリン酸アニオンを含む第２の化合物を水に添加して、水性液体を形成することを含むことを特徴とする項１１６〜１１８のいずれか１記載の方法、。
１２１．アルカリ金属カチオンおよび炭酸アニオンを含む第１の化合物、非アルカリ金属カチオンおよび硝酸アニオンを含む第２の化合物、およびリン酸アニオンを含む第３の化合物を水に添加して、水性液体を形成することを特徴とする項１１６〜１１８のいずれか１記載の方法。
１２２．アルカリ金属カチオンおよび炭酸アニオンを含む第１の化合物；塩素アニオン、硫酸アニオン、臭素アニオンおよびヨウ素アニオンを含む第２の化合物；およびリン酸アニオンを含む第３の化合物を水に添加して、水性液体を形成することを特徴とする項１１６〜１１８のいずれか１記載の方法。
１２３．アルカリ金属カチオンを含む第１の化合物、非アルカリ金属カチオンを含む第２の化合物、炭酸アニオンを含む第３の化合物、およびリン酸アニオンを含む第４の化合物を水に添加して、水性液体を形成することを特徴とする項１１６〜１１８のいずれか１記載の方法。
１２４．水性液体中のアルカリ金属カチオン−対−リン酸アニオンの比率が、約５：０．１〜約１：５０であることを特徴とする項１１６〜１２３のいずれか１記載の方法。
１２５．水性液体中のアルカリ金属カチオン−対−リン酸アニオンの比率が、約５：０．１〜約１：１０であることを特徴とする項１１６〜１２４のいずれか１記載の方法。
１２６．水性液体中のアルカリ金属カチオン−対−リン酸アニオンの比率が、約５：０．１〜約１：５であることを特徴とする項１１６〜１２５のいずれか１記載の方法。
１２７．水性液体中のアルカリ金属カチオン−対−リン酸アニオンの比率が、約１：１であることを特徴とする項１１６〜１２６のいずれか１記載の方法。
１２８．水性液体中のアルカリ金属カチオン−対−炭酸アニオンの比率が、約５：０．１〜約１：５０であることを特徴とする項１１６〜１２７のいずれか１記載の方法。
１２９．水性液体中のアルカリ金属カチオン−対−炭酸アニオンの比率が、約５：０．１〜約１：１０であることを特徴とする項１１６〜１２８のいずれか１記載の方法。
【００３７】
１３０．水性液体中のアルカリ金属カチオン−対−炭酸アニオンの比率が、約５：０．１〜約１：５である項１１６〜１２９のいずれか１記載の方法。
１３１．水性液体中のアルカリ金属カチオン−対−炭酸アニオンの比率が、約１：１である項１１６〜１３０のいずれか１記載の方法。
１３２．水性液体中のリン酸アニオン−対−炭酸アニオンの比率が、約１：０．１〜約１：１０である項１１６〜１３１のいずれか１記載の方法。
１３３．水性液体中のリン酸アニオン−対−炭酸アニオンの比率が、約１：０．５〜約１：２である項１１６〜１３２のいずれか１記載の方法。
１３４．水性液体中のリン酸アニオン−対−炭酸アニオンの比率が、約１：１である項１１６〜１３３のいずれか１記載の方法。
１３５．アルカリ金属カチオン−対−非アルカリ金属カチオンの比率が、約１：０．１〜約１：１０である項１１６〜１３４のいずれか１記載の方法。
１３６．アルカリ金属カチオン−対−非アルカリ金属カチオンの比率が、約１：０．２〜約１：５である項１１６〜１３５のいずれか１記載の方法。
１３７．アルカリ金属カチオン−対−非アルカリ金属カチオンの比率が、約１：０．５〜約１：２である項１１６〜１３６のいずれか１記載の方法。
１３８．三斜晶系（Ｐ１）結晶構造および式 Ａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み、Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は、１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み、ｘは約０．１より大きく、ａは約０．１〜約５．１であり、およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する化合物。
１３９．三斜晶系（Ｐ１）結晶構造および式 Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み；ＸはＢ、ＣおよびＮの１以上を含み；Ｙは、Ｓｉ、Ｐ、ＡｓおよびＳの１以上を含み；ｘは約０．１より大きく；ａは約０．１〜約５．１であり；およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する化合物。
【００３８】
１４０．三斜晶系（Ｐ１）結晶構造および式 Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み、ＭはＶ、Ｎｂ、ＭｏまたはＷを含まなく；ＸはＢ、ＣおよびＮの１以上を含み；Ｙは、Ｖ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷの１以上を含み；ｘは約０．１より大きく；ａは約０．１〜約５．１であり；およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する化合物。
１４１．項１３８〜１４０のいずれかに記載の化合物を含む電極を含む電気化学デバイス。
１４２．リチウム含有化合物を含む電極を含む電気化学デバイスであって、
化合物が、Ｌｉｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
（式中、Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み、リチウム含有化合物は、ＣＯ３の三角平面基、ＰＯ４の四面体基、およびＭＯ６の八面体基を含む単位格子を有し、ｘは約０．１より大きく、ａは約０．１〜約５．１であり、およびｂは約０．１〜約５．１である）を有する該デバイス。
【００３９】
さらにもう一つの態様において、本発明は、１以上の本明細書に記載された具体例、例えば、前記に記載されたもののごとき化合物、または後記の他の化合物を用いる方法に指向される。
【００４０】
本発明の他の利点および新規な特徴は、添付図面と関連して考慮される場合、本発明の種々の非限定の具体例の以下の詳細な記載から明らかになるであろう。本明細書および出典明示して本明細書の一部とみなす文書が、矛盾および／または一貫しない開示を含む場合には、本明細書が照査されるであろう。出典明示して本明細書の一部とみなす２以上の文書が、相互に関して矛盾および／または一貫しない開示を含むならば、後の発効日を有する文書が支配する。
【００４１】
本発明の非限定の実施例は、添付図面を参照して例示により記載され、当該図面は模式図であって、スケールを示すことを意図しない。図において、例示された同一またはほぼ同一の構成成分は、典型的には、単一の数字によって表される。明確性の目的のために、すべての構成成分はすべての図において標識されなく、本発明の各具体例のすべての構成成分も、当業者が本発明を理解するのを可能にする必要がない場合には、例示が示されない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、本発明のある化合物についてのＸＲＤパターンを示す。
【図２】図２は、本発明の１つの具体例による化合物についての典型的なサイクルプロフィールを示す。
【図３】図３Ａ−３Ｄは、本発明の他の具体例によるある種の化合物の種々の典型的なサイクルプロフィールおよび放電容量保持率を示す。
【図４】図４は、本発明の１つの具体例による結晶単位格子を示す。
【図５】図５は、本発明の１つの具体例におけるカルボホスフェート化合物についてのある種の酸化還元活性元素についての電圧を示す。
【図６Ａ−６Ｂ】図６Ａ−６Ｂは、本発明のもう一つの具体例によるある種の化合物におけるＬｉ拡散経路を示す。
【図７】図７は、本発明のさらにもう一つの具体例における種々のカルボスルファート化合物についての電圧を示す。
【図８】図８は、本発明のさらにもう一つの具体例における、種々のカルボシリケート（carbosilicate）についての電圧を示す。
【図９】図９は、本発明の１つの具体例による、ＸＯ４およびＹＯ３基の異なる組合せを有するある種のナトリウム金属化合物の安定性を示す；
【図１０】図１０は、本発明のもう一つの具体例による、ＸＯ４およびＹＯ３基の異なる組合せを有するある種のリチウム金属化合物の安定性を示す。
【図１１】図１１は、本発明のもう一つの具体例における、Ｌｉ３Ｖ（ＣＯ３）（ＳｉＯ４）の結晶単位格子を示す。
【図１２Ａ−１２Ｂ】図１２Ａ−１２Ｂは、本発明のいくつかの具体例における、Ｎａ３ＭｎＰＯ４ＣＯ３のサイクル曲線および容量を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本発明は、概して、カルボホスフェートおよび他の化合物に関する。かかる化合物は、電池および他の電気化学デバイス、または本明細書に記載されたもののごとき他の適用において用い得る。本発明の１つの態様は、概して、カルボホスフェート化合物、すなわち、炭酸イオンおよびリン酸イオンを含む化合物に指向される。例えば、一組の具体例により、化合物は、式 Ａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ（式中、Ｍは１以上のカチオンを含む）を有する。Ａは、１以上のアルカリ金属、例えば、リチウムおよび／またはナトリウムを含み得る。いくらかの場合、ｘは約０．１より大きく、ａは約０．１〜約５．１であり、およびｂは約０．１〜約５．１である。ある具体例において、化合物は、鉱物シドレンカイト、ボンシテダイト、ブラッドレイアイト、クラウフォルダイトまたはフェロタイカイトの単位格子に等構造の単位格子原子配列を有し得る。いくつかの具体例において、化合物は、式 Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み、Ｍは１以上のカチオンを含み、ＸはＢ、Ｃおよび／またはＮを含み、およびＹはＳｉ、Ｐ、Ａｓ、Ｓ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏおよび／またはＷを含む）を有し得る。いくらかの場合、ｘは約０．１より大きく、ａは約０．１〜約５．１であり、およびｂは約０．１〜約５．１である。本発明の他の態様は、概して、かかる化合物、かかる化合物を含むキット等を調製または用いるための技術に指向される。
【００４４】
本発明のある態様は、概して、リチウム、ナトリウムまたはカリウムのごときアルカリ金属、１以上の他のカチオン、および炭酸基および／またはリン酸基のごときポリアニオン基を含む化合物に指向される。しかしながら、いくらかの場合、さらに、炭酸基および／またはリン酸基に加えて、他の基が存在し得る。適当なポリアニオン基の例は、以下に言及される。アルカリ金属は周期表の第１族に関連したものであり、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）またはフランシウム（Ｆｒ）を含み、１以上のものが存在し得る。かくして、例えば、「リチウム含有化合物」は、他のイオンに加えてリチウムを含むが、「ナトリウム含有化合物」は他のイオンに加えてナトリウムを含む。水素（Ｈ）は金属ではないが、それは第１族の一部であり、多数の場合にアルカリ金属に交換でき；かくして、本明細書に用いた「アルカリ金属」は水素を含む。本明細書に記載された種々の式において、前記のもののいずれかを含めて、１以上のアルカリ金属が存在し得る。いくらかの場合、本明細書に記載された構造式は「Ａ」を含み、本明細書に開示されたいずれのかかる式においても、「Ａ」は１以上のアルカリ金属を示す。
【００４５】
化合物を形成する原子が化学結合により一緒に保持されるが、化学結合は共有結合である必要がなく（いくつかの結合が共有結合を含み得るが）、例えば、少なくともいくつかの原子が結合して、イオン結合または静電的結合により化合物を形成する場合、化合物はイオン化合物を含み得ることが注目されるべきである。また、他の結合相互作用、例えば、金属結合、ファンデルワールス力等が可能である。
【００４６】
リン酸アニオン（ホスフェートともいう）は、典型的には式 ＰＯ４３−を有し、炭酸アニオン（カーボネートともいう）は典型的には、式 ＣＯ３２−を有する。一緒に共有結合または錯体化された２以上の原子から構成された化学的アニオン基が、単一のユニットとして作用する（対照的に、酸化物イオンＯ２−は、単一の原子からなり、ポリアニオンではない）と考えることができる場合、ホスフェートおよびカーボネートの双方は多原子アニオンまたは「ポリアニオン」の例である。いくらかの場合、さらに以下に言及されるごとく、他のポリアニオンが、ホスフェートおよび／またはカーボネートに加えて、またはそれらに代えて用い得る。ポリアニオンのいくつかの非限定の例は、ホウ酸、硝酸、ケイ酸、ヒ酸、硫酸、バナジン酸、ニオブ酸、モリブデン酸またはタングステン酸を含む。
【００４７】
電子構造改変を介して、リン酸基（ＰＯ４）のごときある種のポリアニオン基が所与の遷移金属イオンの動作電圧の上昇を示した。それらは、いくらかの場合、化合物において酸素をより強く結合することにより、安定性を増加し得る。炭酸基のごときある種のポリアニオン基は、他のポリアニオン基、例えば、リン酸基と比較して、比較的軽い。かくして、リン酸基のごとき他のポリアニオン基の存在の有無での炭酸基のごときかかる比較的軽いポリアニオン基の使用は、比較的より高いエネルギー密度に導くことができる。本発明者の知る限りでは、炭酸基およびリン酸基の組合せを持つリチウム含有化合物は、電池材料であることまたは電池材料として試験されたことは知られていない。
【００４８】
また、化合物は１以上のカチオンを含み得る。例えば、いくらかの場合、化合物は一価のカチオン（１＋の形式電荷を持つ）、二価のカチオン（２＋の形式電荷を持つ）および／または三価のカチオン（３＋の形式電荷を持つ）を含み得る。一価カチオンの例は、以前に記載されたもののごときアルカリ金属ならびにある種の遷移金属イオンを含む。二価または三価のカチオンの例は、限定されるものではないが、種々の遷移金属イオンまたはアルカリ土類金属イオンを含む。アルカリ土類金属は周期表の第２族に関連したものであり、典型的には、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）および／またはラジウム（Ｒａ）を含む。具体例に依存して、１以上のものが存在し得る。遷移金属は、周期表の第３〜１２族を含み、スカンジウム（Ｓｃ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等のごとき元素を含む。カチオンの他の例は、ビスマス（Ｂｉ）、スズ（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）等のごとき非遷移金属カチオンを含む。
【００４９】
本明細書に言及されるごとく、本発明のある種の化合物は、構造式により表され、これらは、本明細書に開示されたいずれのかかる式においても、１以上のカチオンを表す「Ｍ」を含み得る。例えば、ある具体例によれば、Ｍは１以上の二価および／または三価のカチオンを含み得る。いくつかの具体例において、Ｍは、リチウムまたはナトリウムのごときアルカリ金属および／または一価カチオンを含まない。また、本発明のある種の具体例において、Ｍは、マグネシウムまたはカルシウムのごときアルカリ土類金属を含まない。いくらかの場合、Ｍカチオンの少なくとも約１０モル％は、１以上の非アルカリ、非アルカリ土類金属を含み得る。ある種の具体例において、少なくとも約２５モル％、少なくとも約５０モル％、少なくとも約７５モル％または実質的にすべてのＭカチオンは、１以上の非アルカリ、非アルカリ土類金属イオンを含み得る。
【００５０】
いくつかの具体例において、化合物は固体であり得、いくらかの場合、結晶；例えば、化合物を形成するために本明細書に開示されたカチオンおよびアニオンは、明確な結晶構造を有する、すなわち、結晶構造を形成するために繰り返される単位格子原子配列を規定する繰り返しアレイにおいて配列し得る。例えば、後記に詳述されるごとく、カチオンおよびアニオンは、単位格子原子配列がシドレンカイト単位格子、ボンシテダイト単位格子、ブラッドレイアイト単位格子、クラウフォルダイト単位格子またはフェロタイカイト単位格子に等構造であるように、本発明のある種の化合物において配列し得る。
【００５１】
１つの態様において、本発明は、アルカリ金属カチオン、非アルカリ金属カチオンもしくは基底状態（すなわち、基底状態はＭ０である場合）より上の１を超える酸化状態を有する金属カチオン、リン酸アニオンおよび炭酸アニオンを含む化合物に指向される。化合物は、化学量論的または非化学量論的であり得る。例えば、ある組の具体例において、化合物は、式：
ＡｘＭｙ（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
を有し得る。この式において、Ａはアルカリ金属（例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ等）であって、Ｍは１以上のカチオンを含む。例えば、Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオン、基底状態（すなわち、Ｍ０）より上の１を超える酸化状態を有する１以上の金属カチオン、１以上の非アルカリ土類金属カチオン、１以上の二価または三価のカチオン、１以上の遷移金属イオン等、ならびにこれらの組合せを含み得る（例えば、Ｍは、アルカリ金属でなく、アルカリ土類金属でない１以上のカチオンを含み得る）。また、Ｍの組合せが可能であり、例えば、Ｍは１以上の二価のカチオンおよび／または１以上の三価のカチオン等を含み得る。いくらかの場合、Ｍを形成するカチオンのいくつかだけが遷移金属イオンを含み得る。例えば、前記のごとく、いくつかの具体例において、Ｍを形成するカチオンの少なくとも約１０モル％、少なくとも約２５モル％、少なくとも約５０モル％、または少なくとも約７５モル％は、遷移金属イオンであり得る。ある具体例において、Ｍの少なくとも約１０モル％、少なくとも約２５モル％、少なくとも約５０モル％、または少なくとも約７５モル％は、１以上の非アルカリおよび非アルカリ土類金属を含む。一組の具体例において、特定の非限定の例として、式はＬｉｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂまたはＮａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂであり得る。
【００５２】
本明細書のいずれの式においても、ａは約０．１〜約５．１、約０．１〜約４．１、約０．２〜約４．１、約０．３〜約３．１、約０．４〜約２．１、約０．５〜約１．５、約０．７〜約１．３、または約０．９〜約１．１であり得る。また、ｂは、約０．１〜約５．１、約０．１〜約４．１、約０．２〜約４．１、約０．３〜約３．１、約２．９〜約３．１、約０．４〜約２．１、約０．５〜約１．５、約０．７〜約１．３、または約０．９〜約１．１であり得る。いくつかの具体例において、ａが約１であり、および／またはｂは約１である。加えて、ｙは約０．１より大きくてもよい。例えば、ｙは、約０．１〜約５．１、約０．１〜約４．１、約０．２〜約４．１、約０．３〜約３．１、約０．４〜２．１、約０．５〜約１．５、約０．７〜約１．３、または約０．９〜約１．１であり得る。また、いくつかの例において、ｙは１であり得る。また、ｘは約０．１より大きくてもよい。例えば、ｘは、約０．１〜約５．１、約０．１〜約４．１、約１．５〜約１０．１、約１．９〜約１０．１、約０．２〜約４．１、約１．５〜約３．５、約１．７〜約３．３、約１．９〜約３．１、約１．８〜約２．２、約１．９〜約２．１、約２．８〜約３．２、または約２．９〜約３．１であり得る。例えば、ｘはいくらかの場合、２または３であり得；ｘについての他の範囲が後記される。
【００５３】
一組の具体例において、ｘ、ｙ、ａおよびｂは、量（ｘ＋ｊｙ−３ａ−２ｂ）（式中、ｊは、Ｍの価数の合計（１以上のＭが存在するならば、モル平均される）である）が、約−０．５〜約０．５、約−０．３〜約０．３、または−０．１〜約０．１であるように選択される。いくらかの（すべてではない）場合、量（ｘ＋ｊｙ−３ａ−２ｂ）は約０である。１つの非限定の例として、ａおよびｂが、各々、１であり、ｘが３であり、ｙが１であり、Ｍは二価である（したがって、ｊは２である）ならば、この関係は満たされる。しかしながら、他の具体例において、これらの関係は、例えば、本発明のある種の非化学量論的な化合物につき、必ずしも必要ではないかもしれない。
【００５４】
言及されるごとき、本明細書のいずれの式におけるＭも、非アルカリ金属カチオンのごときカチオンであり得る。いくらかの場合、Ｍにおけるいくつかまたはすべてのカチオンは、いずれの酸化状態、例えば、包括的に１＋〜５＋、包括的に１＋〜４＋、包括的に１＋〜３＋、包括的に１＋〜２＋、包括的に２＋〜５＋、包括的に２＋〜４＋、包括的に２＋〜３＋、包括的に３＋〜５＋、包括的に４＋〜５＋等を有し得る。いくらかの場合、いずれのＭも存在し、単一の酸化状態、例えば、１＋、２＋２ ３＋、４＋、５＋、６＋等をを有し得る。いくつかの具体例において、Ｍは、基底状態（すなわち、Ｍ０）より上の１を超える酸化状態を有する１以上の金属カチオンを含み得る。いくらかの場合、Ｍは、１以上の１価のカチオン、二価のカチオン、または三価のカチオンを含み得る。例えば、Ｍは、遷移金属（例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ等）、アルカリ金属（例えば、ＭｇまたはＳｒ）等、および／またはＭは、２、３または４、またはそれを超えるかかるカチオンを含み得るか、または実質的にそれらからなり得る。ある種の具体例において、Ｍを形成するカチオンの少なくとも約１０モル％、少なくとも約２５モル％、少なくとも約５０モル％、または少なくとも約７５モル％は、遷移金属イオンであり得る。いくつかの具体例において、Ｍの少なくとも約１０モル％、少なくとも約２５モル％、少なくとも約５０モル％、または少なくとも約７５モル％は、１以上の非アルカリおよび非アルカリ土類金属を含む。
【００５５】
いくつかの具体例において、Ｍは２以上の二価のカチオン、三価のカチオンまたはこれらのいずれかの組合せを含み得る。例えば、いくつかの具体例において、化合物は式：
Ａｘ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
（式中、ＭおよびＭ’は、各々，独立して二価または三価のカチオンであり、ＭはＭ’と同一ではなく、ｙおよびｚは、少なくともいくらかの場合、量（ｙ＋ｚ）が約０．９〜約１．１であるかまたは、量（ｙ＋ｚ）が約１であり得るように、選択し得る）を有し得る。例えば、ｙおよびｚは各々約１／２であり得、ｙが約１／３であって、ｚが約２／３であり得、ｙが約１／４であって、ｚが約３／４であり得る等である。いくつかの（すべてではない）場合、ｘ、ｙ、ｚ、ａおよびｂは、量（ｘ＋ｊｙ＋ｋｚ−３ａ−２ｂ）（式中、ｊはＭの原子価であり、ｋはＭ’の原子価である）が、約−０．５〜約０．５、約−０．３〜約０．３、または−０．１〜約０．１にあるように、選択し得る。いくらかの場合、量（ｘ＋ｊｙ＋ｋｚ−３ａ−２ｂ）は約０である。特定の非限定の例として、ＭおよびＭ’が各々二価の場合（すなわち、ｊが２で、ｋが２である場合）、ａおよびｂが、各々、１であり、ｘは３であり、ｙは１／２であり、ｚは１／２であるならば、この関係は満たされる。さらに他の具体例において、化合物内に存在する３、４またはそれを超える二価および／または三価のカチオンが存在し得る。
【００５６】
典型的には、前記に記載されたもののごとき化合物（または本明細書に言及されたいずれの他の化合物および／または式も）は、その化合物が印加電場の不存在下で実質的に電気的に中性（帯電していない）であるように、選択された添字を有するであろう。例えば、電場が印加されない場合に、正および負の電荷が実質的に平衡を保ち、化合物に実質的に中性の電荷を与える限り、化合物内の添字は、整数、１０進または分数であるように選択し得る。各原子またはポリアニオンについての形式電荷（例えば、Ｌｉは１＋、Ｋは１＋、ＰＯ４は３−、ＣＯ３は２−である等）がよく知られているので、化合物が電気的に中性であるかを判断することは当業者によって行うことができる。しかしながら、いくらかの場合、化合物が、例えば、本明細書に言及されるごとくある種の非化学量論的な化合物について、印加電場の不存在下で実質的に電気的に中性であることは必ずしも化合物に必要とされない添字を有し得る。
【００５７】
ある組の具体例において、本発明の化合物は、式：
Ａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
（式中、ｘは約２．９〜約３．１にあり、Ａ、Ｍ、ａおよびｂは前記に同じである）を有し得る。非限定例として、ｘはいくらかの場合に３であり得；Ｍは単一の二価のカチオンであり得；ａは約０．１〜約５．１であり得；および／またはｂは約０．１〜約５．１であり得る。例えば、化合物は、式Ａ３（Ｍ）（ＰＯ４）（ＣＯ３）、例えば、Ｌｉ３（Ｍ）（ＰＯ４）（ＣＯ３）、Ｎａ３（Ｍ）（ＰＯ４）（ＣＯ３）またはＫ３（Ｍ）（ＰＯ４）（ＣＯ３）を有し得る。二価のカチオンの例は、限定されるものではないが、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｓｎ、ＳｂまたはＭｇを含む。かくして、化合物の特定の例は、限定されるものではないが、Ｌｉ３ＦｅＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３ＮｉＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３ＣｏＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３ＭｎＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３ＶＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３ＭｏＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３ＦｅＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３ＮｉＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３ＣｏＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３ＭｎＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３ＶＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３ＭｏＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３ＦｅＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３ＮｉＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３ＣｏＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３ＭｎＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３ＶＣＯ３ＰＯ４またはＫ３ＭｏＣＯ３ＰＯ４を含む。さらなる非限定の例は、Ｌｉ３ＣｒＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３ＣｒＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３ＣｒＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３ＣｕＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３ＣｕＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３ＣｕＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３ＴｉＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３ＴｉＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３ＴｉＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３ＢｉＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３ＢｉＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３ＢｉＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３ＳｎＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３ＳｎＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３ＳｎＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３ＳｂＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３ＳｂＣＯ３ＰＯ４またはＫ３ＳｂＣＯ３ＰＯ４を含む。
【００５８】
しかしながら、いくつかの具体例において、１を超える二価のカチオンは、例えば、式：
Ａｘ（ＭｙＭ’ｚ）（ＰＯ４）（ＣＯ３）ｂ
（式中、少なくともいくらかの場合、ｘは約２．９〜約３．１にあり、ＭおよびＭ’は、各々、独立して単一の二価のカチオンであり、量（ｙ＋ｚ）は約０．９〜約１．１である）として、存在し得る。これらの変数（例えば、Ａ、Ｍ、ａ、ｂ、ｙおよびｚ）は、そうでなければ前記されたものと同じであり得る。例えば、ａは約０．１〜約５．１であり得、および／またはｂは約０．１〜約５．１であり得る。例えば、化合物は、式Ａ３（Ｍ１／２Ｍ’１／２）（ＰＯ４）（ＣＯ３）、例えば、Ｌｉ３（Ｍ１／２Ｍ’１／２）（ＰＯ４）（ＣＯ３）、Ｎａ３（Ｍ１／２Ｍ’１／２）（ＰＯ４）（ＣＯ３）またはＫ３（Ｍ１／２Ｍ’１／２）（ＰＯ４）（ＣＯ３）を有し得る。特定の非限定の例は、Ｌｉ３Ｆｅ１／２Ｎｉ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３Ｆｅ１／２Ｃｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３Ｆｅ１／２Ｍｎ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３Ｆｅ１／２Ｖ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３Ｆｅ１／２Ｍｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３Ｎｉ１／２Ｃｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３Ｎｉ１／２Ｍｎ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３Ｎｉ１／２Ｖ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３Ｎｉ１／２Ｍｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３Ｃｏ１／２Ｍｎ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３Ｃｏ１／２Ｖ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３Ｃｏ１／２Ｍｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３Ｍｎ１／２Ｖ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３Ｍｎ１／２Ｍｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｌｉ３Ｖ１／２Ｍｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３Ｆｅ１／２Ｎｉ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３Ｆｅ１／２Ｃｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３Ｆｅ１／２Ｍｎ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３Ｆｅ１／２Ｖ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３Ｆｅ１／２Ｍｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３Ｎｉ１／２Ｃｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３Ｎｉ１／２Ｍｎ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３Ｎｉ１／２Ｖ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３Ｎｉ１／２Ｍｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３Ｃｏ１／２Ｍｎ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３Ｃｏ１／２Ｖ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３Ｃｏ１／２Ｍｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３Ｍｎ１／２Ｖ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３Ｍｎ１／２Ｍｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｎａ３Ｖ１／２Ｍｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３Ｆｅ１／２Ｎｉ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３Ｆｅ１／２Ｃｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３Ｆｅ１／２Ｍｎ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３Ｆｅ１／２Ｖ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３Ｆｅ１／２Ｍｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３Ｎｉ１／２Ｃｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３Ｎｉ１／２Ｍｎ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３Ｎｉ１／２Ｖ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３Ｎｉ１／２Ｍｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３Ｃｏ１／２Ｍｎ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３Ｃｏ１／２Ｖ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３Ｃｏ１／２Ｍｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３Ｍｎ１／２Ｖ１／２ＣＯ３ＰＯ４、Ｋ３Ｍｎ１／２Ｍｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４またはＫ３Ｖ１／２Ｍｏ１／２ＣＯ３ＰＯ４を含む。
【００５９】
他の具体例において、Ｍは三価のカチオンであり、化合物は式：
Ａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
（式中、ｘが約１．９〜約２．１であり、Ａ、Ｍ、ａおよびｂは前記したものに同じである）を有する。非限定の例として、ｘはある例において２であり得；Ｍは単一の三価のカチオンであり得；ａは約０．１〜約５．１であり得；および／またはｂは約０．１〜約５．１であり得る。三価のカチオンの１つの非限定の例は、Ａｌ３＋である。例えば、化合物は、式 Ａ２Ｍ（ＰＯ４）（ＣＯ３）、例えば、Ｌｉ２Ｍ（ＰＯ４）（ＣＯ３）、Ｎａ２Ｍ（ＰＯ４）（ＣＯ３）またはＫ２Ｍ（ＰＯ４）（ＣＯ３）、例えば、Ｌｉ２Ａｌ（ＰＯ４）（ＣＯ３）、Ｎａ２Ａｌ（ＰＯ４）（ＣＯ３）またはＫ２Ａｌ（ＰＯ４）（ＣＯ３）を有し得る。
【００６０】
さらに他の具体例において、化合物は、二価および三価のカチオン含み得る。例えば、化合物は、式：
Ａｘ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
（式中、Ｍは単一の二価のカチオンを有し、Ｍ’は単一の三価のカチオンである）を有し得る。これらの変数（例えば、Ａ、Ｍ、ａ、ｂ、ｘ、ｙおよびｚ）は、前記に言及したものと同じであり得る。いくつか（すべてではない）場合、電荷中性については、量（ｘ＋２ｙ＋３ｚ）は、約４．５〜約５．５、約４．７〜約５．３および４．９〜約５．１であり得る。いくらかの場合、量（ｘ＋２ｙ＋３ｚ）は約５であり得る。かかる化合物の例は、限定されるものではないが、ＬｉｘＦｅｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＬｉｘＮｉｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＬｉｘＣｏｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＬｉｘＭｎｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＬｉｘＶｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＬｉｘＭｏｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＮａｘＦｅｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＮａｘＮｉｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＮａｘＣｏｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＮａｘＭｎｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＮａｘＶｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＮａｘＭｏｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＫｘＦｅｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＫｘＮｉｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＫｘＣｏｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＫｘＭｎｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＫｘＶｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４またはＫｘＭｏｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４を含む。さらなる非限定の例は、ＬｉｘＣｒｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＮａｘＣｒｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＫｘＣｒｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＬｉｘＣｕｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＮａｘＣｕｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＫｘＣｕｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＬｉｘＴｉｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＮａｘＴｉｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＫｘＴｉｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＬｉｘＢｉｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＮａｘＢｉｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＫｘＢｉｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＬｉｘＳｎｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＮａｘＳｎｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＫｘＳｎｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＬｉｘＳｂｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４、ＮａｘＳｂｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４またはＫｘＳｂｙＡｌｚＣＯ３ＰＯ４を含む。
【００６１】
一組の具体例において、化合物は、Ｎａ３Ｆｅ（ＰＯ４）（ＣＯ３）、Ｎａ３Ｍｇ（ＰＯ４）（ＣＯ３）、Ｎａ３Ｍｎ（ＰＯ４）（ＣＯ３）および／またはＮａ３Ｓｒ（ＰＯ４）（ＣＯ３）ではない。もう一つの組の具体例において、化合物が、ＡがＮａである場合、ｘが２〜４であり、ＭがＦｅ、Ｍｇ、ＭｎまたはＳｒであるものではないように、化合物は選択される。しかしながら、他の具体例において、これらの化合物のいずれも含まれ得る。
【００６２】
前記に記載された化合物は、典型的には、ホスフェート（ＰＯ４）およびカーボネート（ＣＯ３）を含む。しかしながら、これは例示の目的のみであり、他の具体例において、他のポリアニオン基はホスフェートおよび／またはカーボネートに代えてまたはそれらに加えて存在し得ると理解されるべきである。例えば、一組の具体例において、化合物は式：
ＡｘＭｙ（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ
を有し得る。この式において、Ａはアルカリ金属（例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ等）であり、ＸはＢ、Ｃおよび／またはＮの１以上を含み、Ｙは、Ｓｉ、Ｐ、Ａｓ、Ｓ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏおよび／またはＷの１以上を含む。Ｍは、１以上のカチオンを含み得る。例として、例えば、従前に言及したごとく、Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオン、基底状態（すなわち、Ｍ０）を超える１を超える酸化状態を有する１以上の金属カチオン、１以上の非アルカリ土類金属カチオン、１以上の二価または三価のカチオン、１以上の遷移金属イオン等、ならびにそれらの組合せを含み得る（例えば、Ｍは、アルカリ金属でなく、アルカリ土類金属でない１以上のカチオンを含み得る）。いくつかの具体例において、Ｙは、Ｐ、Ｓｉ、ＳおよびＶよりなる群から選択され得る。
【００６３】
ａは、約０．１〜約５．１、約０．１〜約４．１、約０．２〜約４．１、約０．３〜約３．１、約０．４〜約２．１、約０．５〜約１．５、約０．７〜約１．３、または約０．９〜約１．１であり得る。また、ｂは、約０．１〜約５．１、約０．１〜約４．１、約０．２〜約４．１、約０．３〜約３．１で、約２．９〜約３．１、約０．４〜２．１、約０．５〜約１．５、約０．７〜約１．３、または約０．９〜約１．１であり得る。いくつかの具体例において、ａは約１であり、および／またはｂは約１である。加えて、ｙは約０．１より大きくてもよい。例えば、ｙは、約０．１〜約５．１、約０．１〜約４．１、約０．２〜約４．１、約０．３〜約３、約０．４〜２．１、約０．５〜約１．５、約０．７〜約１．３、または約０．９〜約１．１であり得る。また、ｙは、いくつかの例において１であり得る。また、ｘは約０．１より大きくてもよい。例えば、ｘは、約０．１〜約５．１、約０．１〜約４．１、約１．５〜約１０．１、約１．９〜約１０．１、約０．２〜約４．１、約１．５〜約３．５、約１．７〜約３．３、約１．９〜約３．１、約１．８〜約２．２、約１．９〜約２．１、約２．８〜約３．２、または約２．９〜約３．１であり得る。例えば、ｘはいくらかの場合、２または３であり得る。
【００６４】
一組の具体例において、ＸおよびＹは、ＸとＹにつき、各々、以下の組合せ：Ｃ、Ｐ；Ｂ、Ｐ；Ｂ、Ｓｉ；Ｃ、Ｓｉ；Ｃ、Ｓ；Ｂ、Ｓ；Ｎ、Ｐ；Ｎ、Ｓｉ；Ｎ、Ｓ；Ｃ、Ｖ；Ｂ、Ｖ；またはＮ、Ｖの１つから選択される。例えば、従前に言及された一組の具体例において、ＸはＣであり、ＹはＰであってもよい。
【００６５】
前記の化合物の非限定の例は、Ｌｉｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂまたはＮａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂを含む。潜在的に適当な化合物の特定の例は、限定されるものではないが、Ｌｉｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ｎａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ｌｉｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＢＯ３）ｂ、Ｎａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＢＯ３）ｂ、Ｌｉｘ（Ｍ）（ＳｉＯ４）ａ（ＢＯ３）ｂ、Ｎａｘ（Ｍ）（ＳｉＯ４）ａ（ＢＯ３）ｂ、Ｌｉｘ（Ｍ）（ＳｉＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ｎａｘ（Ｍ）（ＳｉＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ｌｉｘ（Ｍ）（ＳＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ｎａｘ（Ｍ）（ＳＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ｌｉｘ（Ｍ）（ＳＯ４）ａ（ＢＯ３）ｂ、Ｎａｘ（Ｍ）（ＳＯ４）ａ（ＢＯ３）ｂ、Ｌｉｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＮＯ３）ｂ、Ｎａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＮＯ３）ｂ、Ｌｉｘ（Ｍ）（ＳｉＯ４）ａ（ＮＯ３）ｂ、Ｎａｘ（Ｍ）（ＳｉＯ４）ａ（ＮＯ３）ｂ、Ｌｉｘ（Ｍ）（ＳＯ４）ａ（ＮＯ３）ｂ、Ｎａｘ（Ｍ）（ＳＯ４）ａ（ＮＯ３）ｂ、Ｌｉｘ（Ｍ）（ＶＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ｎａｘ（Ｍ）（ＶＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ｌｉｘ（Ｍ）（ＶＯ４）ａ（ＢＯ３）ｂ、Ｎａｘ（Ｍ）（ＶＯ４）ａ（ＢＯ３）ｂ、Ｌｉｘ（Ｍ）（ＶＯ４）ａ（ＮＯ３）ｂまたはＮａｘ（Ｍ）（ＶＯ４）ａ（ＮＯ３）ｂを含む。また、他の組合せは本発明の他の実施例において可能である。
【００６６】
一組の具体例において、化合物は、各々、Ａ、Ｍ、ＹおよびＸについて以下の組合せ：Ｎａ、ＡｌおよびＣｏ、Ｓｉ、Ｎ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂ；Ｎａ、ＡｌおよびＣｏ、Ｓｉ、Ｃ；
Ｎａ、Ｍｎ、Ｐ、Ｃ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｐ、Ｃ；Ｎａ、Ｃｏ、Ｐ、Ｂ；Ｎａ、ＭｇおよびＦｅ、Ｓ、Ｃ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｓ、Ｃ；Ｌｉ、Ｃｕ、Ｐ、Ｂ；およびＬｉ、Ｚｎ、Ｐ、Ｂのいずれも含まない。しかしながら、また、他の具体例において、これらの化合物のいずれかを含み得る。
【００６７】
いくつかの具体例において、ＹおよびＸを含む前記のポリアニオンおよび／または他のポリアニオンを含めて、１を超える（ＹＯ４）および／または（ＸＯ３）が存在し得る。いくらかの場合、他の化合物は、例えば、ドーパントおよび／または不純物として存在でき、出発組成における製造技術または不純物により、または結晶構造中のギャップ、欠陥または空孔により、化合物中の変動が存在し得る。しかしながら、一組の具体例において、化合物内に存在するアニオンの酸化物（Ｏ２−）の量は、比較的低レベルに維持し得る。例えば、化合物は、約２０モル％以下、約１５ｍｏｌ以下、約１０モル％以下、または約５モル％以下のアニオン酸化物を存在させる（従前に言及したごとく、アニオン酸化物Ｏ２−は、ポリアニオンでない）。
【００６８】
前記のごとく、本明細書に言及された化合物は化学量論的または非化学量論的であり得る。非化学量論的な化合物において、種々のカチオン間の比率は正確または化学量論的ではなく、および／または種々のアニオン間の比率は正確または化学量論ではない。例えば、カチオンとアニオンとの間の比率、または非化学量論的な化合物内のカチオンとアニオンとの間の比率は、１：０．９９、１：０．９８． １：０．９７、１：０．９６、１：０．９５、１：０．９４、１：０．９３、１：０．９２、１：０．９１、１：０．９０、１：０．８８、１：０．８６、１：０．８４、１：０．８２、１：０．８０、１：０．７８、１：０．７６、１：０．７４、１：０．７２、１：０．７０等であり得、具体例に依存して、カチオンまたはアニオンのいずれかは過剰であり得る。もう一つの例として、化合物における第１と第２のカチオン（例えば、ＡまたはＭ）との間の比率は、必ずしも単純な整数比率（例えば、１：１、２：１、３：１等）でなくてもよく、分数、例えば、１−ｗ：１、１＋ｗ：１、２−ｗ：１、２＋ｗ：１、３−ｗ：１、３＋ｗ：１等であり得、ｗが１０進の数である場合、例えば、ｗは、０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８、０．０９、０．１０、０．１２、０．１４、０．１６、０．１８、０．２０、０．２２、０．２４、０．２６、０．２８、０．３０等であり得る。かくして、（Ｌｉ３ＦｅＣＯ３ＰＯ４のごとき式における暗黙の複数の１を含めた）本明細書に記載されたいずれかの式におけるいずれの添字においても、１以上の添字は、独立して、ａ＋ｗまたはａ−ｗ（ここに、ｗは前記のごとく定義される）の付加により改変し得る。
【００６９】
かくして、種々の非限定の例として、本発明の化合物は、式 Ａｘ−ｗＭｙ（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ａｘ−ｗＭｙ（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ、Ａｘ−ｗ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ａｘ−ｗ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ、Ａｘ−ｗＭｙ（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ａｘ−ｗＭｙ（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ、Ａｘ−ｗ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ａｘ−ｗ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ、ＡｘＭｙ−ｗ（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、ＡｘＭｙ−ｗ（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ、Ａｘ（Ｍｙ）１−ｗ（Ｍ’ｚ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ａｘ（Ｍｙ）１−ｗ（Ｍ’ｚ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ、Ａｘ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）１−ｗ（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ａｘ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）１−ｗ（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ、ＡｘＭｙ−ｗ（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、ＡｘＭｙ−ｗ（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ、Ａｘ（Ｍｙ）１−ｗ（Ｍ’ｚ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ａｘ（Ｍｙ）１−ｗ（Ｍ’ｚ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ、Ａｘ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）１−ｗ（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ａｘ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）１−ｗ（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ、ＡｘＭｙ（ＰＯ４）ａ−ｗ（ＣＯ３）ｂ、ＡｘＭｙ（ＹＯ４）ａ−ｗ（ＸＯ３）ｂ、Ａｘ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）（ＰＯ４）ａ−ｗ（ＣＯ３）ｂ、Ａｘ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）（ＹＯ４）ａ−ｗ（ＸＯ３）ｂ、ＡｘＭｙ（ＰＯ４）ａ−ｗ（ＣＯ３）ｂ、ＡｘＭｙ（ＹＯ４）ａ−ｗ（ＸＯ３）ｂ、Ａｘ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）（ＰＯ４）ａ−ｗ（ＣＯ３）ｂ、Ａｘ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）（ＹＯ４）ａ−ｗ（ＸＯ３）ｂ、ＡｘＭｙ（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ−ｗ、ＡｘＭｙ（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ−ｗ、Ａｘ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ−ｗ、Ａｘ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ−ｗ、ＡｘＭｙ（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ−ｗ、ＡｘＭｙ（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ−ｗ、Ａｘ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ−ｗ、Ａｘ（Ｍｙ）（Ｍ’ｚ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ−ｗ等を有し得る。これらの式における他の変数（例えば、Ａ、ｘ、Ｍ、Ｍ’、Ｙ、Ｘ、ａ、ｂ等）は、本明細書のいずれでも記載されたもの同一であり得る。また、ｗは他の具体例（すなわち、化合物が化学量論的であるような）において０であり得る。加えて、前記のごとく、１を超えるカチオンおよび／またはアニオンは、いくらかの場合、例えば、Ａｘ−ｗＭｙ−ｖ（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ａｘ−ｗＭｙ（ＰＯ４）ａ−ｖ（ＣＯ３）ｂ、Ａｘ−ｗＭｙ（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ−ｖ、Ａｘ−ｗＭｙ−ｖ（ＰＯ４）ａ−ｕ（ＣＯ３）ｂ（式中、ｕおよびｖが独立して選択されるが、上記のｗと同様に定義される）等においてのように、非化学量論的であり得る。
【００７０】
１つの態様において、化合物は、単位格子原子配列がシドレンカイト単位格子、ボンシテダイト単位格子、ブラッドレイアイト単位格子、クラウフォルダイト単位格子またはフェロタイカイト単位格子に等構造であるような構造を有し得る。単位格子の例は図４に示される。本明細書に用いた、「等構造の」は、構造における原子が、同一の立体配置における三次元空間にトポロジー的に配置されることを意味する（例えば、酸素原子、カチオン、アニオン等は同じトポロジー配置で位置する）が、化合物における正確な次元または格子定数（例えば、原子間の間隔）は、対応する単位格子と異なり得る。例えば、シドレンカイト単位格子、ボンシテダイト単位格子およびブラッドレイアイト単位格子は、相互に等構造である。当業者は、単位格子変数、次元、原子の位置等の決定のためによく確立された技術を用いて、例えば、Ｘ線回折、中性子回折または電子回折のごとき結晶学的技術を用いて、本発明の化合物の単位格子および／または原子の位置を決定できるであろう。
【００７１】
いくつかの具体例において、国際結晶学連合によって規定されるように、化合物は空間群番号１１に属する単位格子を有する。この構造は単斜晶系であり、国際的短縮記号（International Short Symbol）（Ｐ１２１／ｍ１）を有する。かくして、化合物は、単斜晶系のＰ２１／ｍ（１１）空間群構造を採用するものであり得る。単位格子構造の特定の非限定の例は、図４に示される。この図において、酸素原子は１１により示され、Ｘ原子（例えば、炭素）は１２により示され、Ｙ原子（例えば、リン）は１３により示され、Ａ原子（例えば、ナトリウム）は１４により示され、Ｍ原子（例えば、マンガン）は１５により示される。１つの具体例において、格子ベクトル長は、８．９９７、６．７４１および５．１６３であり、格子ベクトル角度は、９０°、９０．１６°および９０°である。しかしながら、いくつかの具体例において、例えば、いくつかのイオン交換が生じた後、例えば、構造が単斜晶系から三斜晶系（Ｐ１）に緩和するような構造のいくらかの緩和が生じ得る。
【００７２】
一組の具体例において、化合物はＣＯ３の三角平面基（または他のＸＯ３の三角平面基）、ＰＯ４の四面体基（または他のＹＯ４の四面体基）および／またはＭＯ６の八面体基を含む単位格子を有し得る。Ｍは、正のカチオン、例えば、正の二価または三価のカチオン、またはＭに関して本明細書に記載された他のカチオンであり得る。いくらかの場合、ＭＯ６の八面体基（例えば、図４における原子１５の周囲のクラスター）は、カーボネートＣＯ３または他のＸＯ３三角平面基（例えば、図４における原子１２の周囲のクラスター）と端を共有し得るか、および／またはＭＯ６の八面体基は、ＰＯ４または他のＹＯ４の四面体基（例えば、原子１３の周囲のクラスター）と４つの頂点を共有し得る。
【００７３】
特定の例として、１つの具体例において、本発明の化合物は、１．５４１８オングストロームの波長を持つ銅Ｋアルファ源を有するＸ線回折計を用いて測定し得る。ＸＲＤ回折パターンは、１０．７±１、２０．４±１、２１．４±１、２７．１±１、２８．８±１、３４．０±１および３５．８±１度の２シータ（２θ）での極大を有し得る。スペクトルの他の例は図１にみられる。いくつかの具体例において、化合物が図１にみられるものに類似するスペクトルを有することができ、例えば、当業者ならば、化合物が図１に示されるものの１つと実質的に同一のスペクトルを有することに同意するであろう。
【００７４】
いくらかの場合、化合物は、２５℃および１気圧にて熱力学的に不安定である。本明細書に用いた、「熱力学的に不安定」なる語句は、かかる条件の下、いずれの外部入力（例えば、温度変化、他の反応物、エネルギー等）なくして、１年または５年以内のごとき、名目上の時間スケールにわたって、より低い熱力学的エネルギーを有する、他の化合物または処方に、化合物が実質的に分解し始め得ることを意味する。例えば、例のみによって、いくつかのカーボネート含有化合物は、二酸化炭素（ＣＯ２）としてカーボネートを放出することにより分解するであろう。しかしながら、多数の化合物について、速度論的制限は、化合物が熱力学的に不安定な状態でさえ分解するのを防止する。
【００７５】
いくつかの具体例において、化合物は熱的安定性である。例えば、化合物は、十分に安定であり得、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃または５００℃でさえ（例えば、１気圧）の温度に対する曝露に際して実質的に分解せず、例えば、不可逆性プロセスにおけるより小さな分解化合物（例えば、ＣＯまたはＣＯ２）を形成する。いくらかの場合、化合物は十分に安定し、２５０℃または３００℃の温度に加熱された場合、化合物は約３ｍｌ／ｇ以下の酸素放出を示す。いくらかの場合、化合物は、かかる温度に対する曝露に際して、約１ｍｌ／ｇ以下、約０．３ｍｌ／ｇ以下、約０．１ｍｌ／ｇ以下、または約０．３ｍｌ／ｇ以下の酸素を放出し得る。いずれの理論によっても拘束されることなく、耐熱性および／または酸素を放出するための化合物の能力のなさは、例えば、ホスフェート（ＰＯ４）および／またはカーボネート（ＣＯ３）のごとき、化合物内のポリアニオン基の存在によるものであり得、かかるポリアニオン基を含まないＬｉｘＣｏＯ２のごとき他の化合物と異なると考えられる。従前に言及されたごとく、いくつかの具体例において、化合物は、約２０モル％以下、約１５モル％以下、約１０モル％以下または約５モル％以下のアニオン（非ポリアニオン）酸化物を含有する。
【００７６】
化合物の耐熱性は、いずれかの適当な技術を用いて測定し得る。１つの非限定の例は、示差走査熱量測定法（ＤＳＣ）である。かくして、例えば、示差走査熱量測定法（ＤＳＣ）を用いて分析された場合、化合物は、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃または４００℃未満の熱転移を示さないかもしれない。熱転移の例は、ガラス転移（Ｔｇ）および／または融解（Ｔｍ）転移を含む。
【００７７】
一組の具体例において、化合物は、Ｃ／５０（Ｃ＝１１６ｍＡ／ｇ）の放電率にて測定された、少なくとも約５０ｍＡ ｈ／ｇ、いくらかの場合、少なくとも約６０ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約８０ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約１００ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約１２０ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約１４０ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約１６０ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約１８０ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約２００ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約２１０ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約２２０ｍＡ ｈ／ｇまたは少なくとも約２３０ｍＡ ｈ／ｇ等の特定の容量を有する。化合物は、例えば、少なくとも２つの異なるポリアニオン基を含むリチウム含有化合物、式Ｌｉｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ、Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂを有する化合物、または本明細書に開示された他の化合物であり得る。かかる特定の容量は、例えば、Ｌｉ陽極に対する電気化学電池における陽極として適当な化合物を用い、（Ｌｉ金属、例えば、Ｌｉ金属陽極におけるＬｉ＋／Ｌｉの電位、すなわち、Ｌｉ＋の電位に対し）最大４．６Ｖ、４．９Ｖ、または５．２Ｖに化合物を荷電させ、次いで化合物を少なくとも約１１６ｍＡ／ｇの割合にて２．０Ｖまで放出させることにより測定し得る。化合物の電流密度は、電極として用いた場合、約１ｍＡ／ｃｍ２未満の電極表面であり得る。
【００７８】
いくつかの具体例において、本明細書に言及された種々の組成は、例えば、スクリーニングテストに基づいて、例えば、充電またはサイクルプロフィールに基づいて、電池および／または他の電気化学デバイスにおける使用につき選択および／または最適化できる。例えば、組成は、電気化学電池の陰極に形成され、リチウム陽極に対して荷電され得る。次いで、種々の電圧（例えば、Ｌｉ＋／Ｌｉのポテンシャルに対し、４．６Ｖ、４．９Ｖまたは５．２Ｖ）に化合物を曝露し、次いで、少なくとも約１１６ｍＡ／ｇの割合にて２．０Ｖまで化合物を放電すると、種々の組成の性能を確認でき、これを用いて、特定の電池および／または他の電気化学デバイスにおける使用に組成を選択または最適化できる。化合物は、少なくとも約５０ｍＡ ｈ／ｇ、いくらかの場合、少なくとも約６０ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約８０ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約１００ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約１２０ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約１４０ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約１６０ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約１８０ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約２００ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約２１０ｍＡ ｈ／ｇ、少なくとも約２２０ｍＡ ｈ／ｇまたは少なくとも約２３０ｍＡ ｈ／ｇ等の特定の容量を有するように選択し得る。もう一つの例として、化合物は、前記のごとく、反復充電および放電でき、良好以上の最適化された化合物が、より多くの充電／放電サイクル後に良好な充電特性を与える。
【００７９】
本発明の種々の態様によれば、本明細書に記載されたもののごとき化合物は、広範囲の目的に用い得る。いくつかの具体例において、化合物は、結合剤、充填剤、硬化剤等のごとき他の物質を所望により含有できる組成内に存在し得る。例えば、一組の具体例において、化合物は、電気化学的デバイス内に、例えば、電源ツール、ハイブリッド電気運搬手段、携帯用電子デバイス、ラップトップコンピューター等のごとき適用における使用のために、電池材料として存在し得る。いくつかのかかる具体例において、本発明の化合物は、荷電、例えば、電気電荷）を保存でき得る。例えば、化合物は、適当な電気化学デバイス内の電極において、例えば、電池、燃料電池等内の陽極として存在し得る。
【００８０】
特定の例として、いくつかの具体例において、本明細書に言及された化合物は、再充電可能なアルカリ金属電池内、電極内または電極として用い得る。リチウム電池またはナトリウム電池のごとき再充電可能なアルカリ金属電池は、典型的には充電および放電中に、各々、リチウムまたはナトリウムを交換する電極を有する。アルカリ金属イオンが交換できる割合は、高い充電および／または放電率が電池に必要である多数の適用に重要である。陰極材料について、アルカリ金属イオンおよび電子は、電池の放電中に吸着され、このプロセスは充電中に逆転する。本発明は陰極に限定されるものではないが、本明細書に用いた「充電」は、材料からのアルカリ金属イオンの除去を示し、「放電」とは、材料からのアルカリ金属イオンの挿入をいう。
【００８１】
本発明のもう一つの態様は、概して、本明細書に記載されたもののごとき化合物を調製するためのシステムおよび技術に指向される。例えば、ある種の具体例において、熱水技術を用いて、化合物を調製し得る。いくつかの具体例において、種々の塩を含有する水性液体（例えば、溶液または懸濁液等）を加熱し、次いで水を除去して、最終化合物を回収する。液体は、液体中に溶解または懸濁し得る最終化合物を形成するために用いるであろうイオンを含有する種々の塩を含み得る。本明細書に用いた「液体」は、例えば、溶液または懸濁液中においてのごとき、その中に溶解または懸濁された液体内に含有される種も含むと理解されるべきである。特定の例として、液体は、リン酸アニオン、炭酸アニオン、アルカリ金属カチオンおよび非アルカリ金属カチオンを含み得る。
【００８２】
液体において、最終化合物中に存在するであろう陽イオンは、最終的な所望の生成物を生成するための適当な負のイオンにより平衡し得る。特定の非限定の例として、Ｎａ３ＭｎＣＯ３ＰＯ４が生成されるべきならば、出発塩はＮａ２ＣＯ３、Ｎａ３ＰＯ４、ＭｎＣＯ３および／またはＭｎ３（ＰＯ４）２を含み得る。所望の最終生成物における種の比率を制御するために、合成プロセス中に除去できる他の原子団も用い得る。例えば、硝酸（ＮＯ３−）またはアンモニウム種（ＮＨ４＋）を用い得る。かくして、特定の例として、ＮａＮＯ３またはＭｎ（ＮＯ３）２を用いて、最終生成物において、各々、ＮａまたはＭｎの量を増加でき、一方、（ＮＨ４）２ＣＯ３または（ＮＨ４）３ＰＯ４を用いて、最終生成物において、ＣＯ３またはＰＯ４の量を増加できる。当業者は、正確な量の正および負の種を含む出発液体（例えば、溶液および／または懸濁液）を調製して、モル比の計算または他の同様の技術の使用により、過度の実験なくして所望の最終生成物を生成できるであろう。
【００８３】
例えば、一組の具体例において、初期の液体は、アルカリ金属カチオンおよび炭酸アニオンを含む第１の化合物、非アルカリ金属カチオンおよび硝酸アニオンを含む第２の化合物、およびリン酸アニオンを含む第３の化合物を水に添加して、水性液体を形成することにより、調製し得る。もう一つの組の具体例において、初期の液体は、アルカリ金属カチオンおよび炭酸アニオンを含む第１の化合物；塩素アニオン、硫酸アニオン、臭素アニオンおよびヨウ素アニオンを含む第２の化合物；およびリン酸アニオンを含む第３の化合物を水に添加して、水性液体を形成することにより、調製し得る。さらにもう一つの組の具体例によれば、初期の液体は、アルカリ金属カチオンを含む第１の化合物、非アルカリ金属カチオンを含む第２の化合物、炭酸アニオンを含む第３の化合物、およびリン酸アニオンを含む第４の化合物を水に添加して、水性液体を形成することにより調製し得る。
【００８４】
例えば、最終化合物が式Ａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み、Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ｘは約０．１より大きく、ａは約０．１〜約５．１であり、およびｂは約０．１〜約５．１である）を有するならば、初期のものは、アルカリ金属カチオンおよびリン酸アニオンを含む第１の化合物、および非アルカリ金属カチオンおよび炭酸アニオンを含む第２の化合物；またはアルカリ金属カチオンおよび炭酸アニオンを含む第１の化合物、および非アルカリ金属カチオンおよびリン酸アニオンを含む第２の化合物等から形成され得る。例えば、水溶液中のアルカリ金属カチオン−対−リン酸アニオンの比率は、例えば、約５：０〜約１：５０、約５：０．１〜約１：１０、約５：０．１〜約１：５、約１：０．１〜約１：５０、約１：０．１〜約１：１０、約１：０．１〜約１：５、または約１：１であり得る。同様に、いくらかの場合、水溶液中のアルカリ金属カチオン−対−炭酸アニオンの比率は、約５：０〜約１：５０、約５：０．１〜約１：１０、約５：０．１〜約１：５、約１：０．１〜約１：５０、約１：０．１〜約１：１０、約１：０．１〜約１：５または約１：１であり得る。いくつかの具体例において、リン酸アニオン−対−炭酸アニオンの比率は、約１：０．１〜約１：１０、約１：０．５〜約１：２または約１：１であり得る。、一組の具体例において、アルカリ金属カチオン−対−非アルカリ金属カチオンの比率は、約１：０．１〜約１：１０、約１：０．２〜約１：５または約１：０．５〜約１：２である。
【００８５】
いくつかの具体例において、本明細書に記載されたもののごときある種の化合物（例えば、ある種のＬｉまたはＮａの鉄カルボノホスフェート）の合成および／またはイオン交換は、グローブボックス、または熱水ボンベのごとき他の密閉反応器中で行い得る。いくらかの場合、グローブボックスまたは他の反応器は、例えば、酸素への曝露を最小化するために純粋な窒素または貴ガスのごとき不活性ガスを含み得る。いずれの特定の理論による拘束を望むことなく、環境中または熱水溶液に溶解した酸素（例えば、空気）は、いくらかの場合、Ｆｅ２＋をＦｅ３＋に酸化し得る。この酸化反応は、鉄カルボノホスフェートの非化学量論的処方を生じることもでき、例えば、生成物の式はＡ３−ｗＦｅ（ＩＩ）１−ｗＦｅ（ＩＩＩ）ｗＰＯ４ＣＯ３になる。ＡはＬｉまたはＮａであり得る。その酸化反応は以下のように記載し得る：
２ Ａ３ＦｅＰＯ４ＣＯ３＋１／２ ｗ Ｏ２＋ｗ Ｈ２Ｏ → ２Ａ３−ｗＦｅＰＯ４ＣＯ３＋２ｗ Ａ＋＋２ｗ ＯＨ（式中、ＡはＮａまたはＬｉを表す）。しかしながら、他の具体例において、かかる化合物は望ましいかもしれない。
【００８６】
しかしながら、いくらかの場合、本明細書に記載されたもののごときある種の化合物（例えば、ある種のＣｏまたはＮｉカルボノホスフェート）の合成および／またはイオン交換は、周囲環境から酸素を必ず除去する、または除去することなく、行い得る。酸素に対するＣｏ（ＩＩ）およびＮｉ（ＩＩ）のごときある種類の安定性により、周囲環境から酸素を除去する必要はないかもしれない。もう一つの例として、Ｍｎ（ＩＩ）が操作条件下、酸化に対してＦｅ（ＩＩ）より一般的に安定であるので、Ｍｎカルボノホスフェートの合成および／またはイオン交換は、周囲環境から酸素を除去して行い得る。Ｍｎ（ＩＩ）の酸化は生じ得るが、それは典型的には非常にゆっくり酸化する。かくして、周囲環境から酸素を除去する必要はないかもしれない。
【００８７】
初期の液体は、水中（または、水が存在する溶液、懸濁液または他の混合物）に塩を溶解および／または懸濁する、および／または引き続いておよび／または同時に、液体を制御温度、例えば、少なくとも約５０℃、少なくとも約６０℃、少なくとも約７０℃、少なくとも約８０℃、少なくとも約９０℃、少なくとも約１００℃、少なくとも約１１０℃、少なくとも約１２０℃、少なくとも約１３０℃、少なくとも約１４０℃、少なくとも約１５０℃、少なくとも約１６０℃、少なくとも約１７０℃、少なくとも約１８０℃、少なくとも約１９０℃、少なくとも約２００℃、または少なくとも約２１０℃に加熱することにより調製し得る。ある種の具体例において、温度は約２２０℃、約２１０℃または約２００℃未満であり得る。いくらかの場合、液体の温度および／または圧力は、水溶液が沸騰しないように、加熱プロセスの間制御し得る。
【００８８】
かかる条件に対する適当な曝露後（例えば、２、３、４またはそれを超える日数の後）、水をいずれかの適当な技術を用いて除去して、最終生成物を生成し得る。例えば、液体は、乾燥（低湿度）空気下、または過剰水を追い出す遠心分離により、比較的高温に曝露でき、それによって、最終生成物を生成する。溶液または懸濁液を乾燥させるための技術は、当業者によく知られているであろう。いくらかの場合、最終生成物は、固形生成物、例えば、結晶生成物として回収し得る。
【００８９】
いくつかの具体例において、最終生成物は、粒子として形成し得る。粒子サイズは、例えば、処方の温度および／または時間を制御することにより、制御し得る。例えば、粒子は、約２００ｎｍ〜約１０マイクロメートル、約２００ｎｍ〜約３００ｎｍ、約３００ｎｍ〜約１マイクロメートル、約１マイクロメートル〜約３マイクロメートル、または約３マイクロメートル〜約１０マイクロメートルの平均直径を有し得る。平均直径は、例えば、ＳＥＭまたはＴＥＭを用いて、見積り得る。いくらかの場合、粒子は、比較的狭いサイズ分布を有し得る。例えば、ＳＥＭまたはＴＥＭを用いて観察されるごとく、少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、約８０％、少なくとも約８５％、少なくとも約９０％または少なくとも約９５％の粒子が、粒子の平均直径または体積から約１０％以下で異なる、または約５％以下で異なる直径または体積を有するようであるサイズを有し得る。
【００９０】
また、本発明は、いくつかの態様において、本明細書に記載されたいずれかの技術または化合物による化合物の使用の促進を含む。本明細書に用いた「促進された」は、ビジネスを行うすべての方法を含み、限定されるものではないが、例えば、本発明の方法および化合物に関与できる、例えば、本明細書に言及される販売、広告、譲渡、ライセンス、受託、指示、教育、研究、輸入、輸出、交渉、融資、貸付、取引、売却、再販、流通、交換の方法等を含む。また、促進は、いくらかの場合、政府系機関からの承認の追求を含み得る。促進の方法は、限定されるものではないが、ビジネス（公または個人）、契約またはサブ契約機関、単科大学および総合大学のごとき教育機関、研究所、政府機関等を含めた、いずれのパーティーによっても行うことができる。宣伝活動は、本発明に明確に関係する、限定されるものではないが、いずれの形態の指示またはコミュニケーション（例えば、書面、口頭、および／または電子的なコミュニケーション、例えば、電子メール、電話、ファクシミリ、インターネット、ウェブベースのもの等）も含み得る。本明細書に用いた「指示」は、指導に役立つもの（例えば、指示、ガイド、注意、ラベル、ノート、ＦＡＱ（「頻繁に尋ねられる質問」）等の構成要素を規定でき、典型的には、化合物および／または化合物の包装に対するまたはそれと関連する、書面での指示を含むことができる。また、指示は、例えば、本明細書に言及されるごとく、ユーザーが指示が化合物に関係するものであることを明確に認識できるようないずれかの方法で提供された、いずれの形式（例えば、口頭、電子的、デジタル的、光学的、視覚的等）での指示コミュニケーションを含むことができる。
【００９１】
Cederらによる「カルボホスフェートおよび関連化合物」の発明の名称を有する、２０１０年２月２２日付けで出願された米国仮特許出願第６１／３０６，６７０号をここに出典明示してそのすべてを本明細書の一部とみなす。
【００９２】
以下の実施例は、本発明のある種の具体例を示すが、本発明の全範囲を例示しないことが意図される。
【００９３】
実施例１
本実施例は、ＭがＦｅ、Ｃｏ、ＭｎまたはＮｉである、種々のナトリウムの単一遷移金属カルボホスフェートＮａ３ＭＣＯ３ＰＯ４化合物の合成を示す。これらのカルボホスフェート化合物は熱水方法を用いて合成した。また、さらなるナトリウム混合遷移金属遷移金属カルボホスフェートは、同様の技術を用いて調製し、ここに、Ｍは、Ｆｅ、Ｃｏ、ＭｎおよびＮｉの混合物を含む（しかしながら、これらの元素に限定されない）。例えば、ＣｒまたはＶは、Ｍ部位にて、上記の４元素と混合できた。
【００９４】
これらの化合物のリチウム形態は、有機溶媒中のＬｉ−Ｎａイオン交換によって調製した。合成手順の詳細は、特定の代表例としてのＮａ３ＭｎＣＯ３ＰＯ４およびＬｉ３ＭｎＣＯ３ＰＯ４を用いて後記する。
【００９５】
ＮａＭｎＣＯ３ＰＯ４の合成に用いる出発物質は、Ｎａ２ＣＯ３のごとき可溶性ナトリウム塩；Ｍｎ（ＮＯ３）２・４Ｈ２ＯまたはＭｎ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏのごとき可溶性Ｍｎ塩；Ｎａ２ＣＯ３のごとき可溶性カーボネート；および（ＮＨ４）２ＨＰＯ４のごとき可溶性ホスフェートを含んだ。代表的な手順として、０．５ｇのＭｎ（ＮＯ３）２・４Ｈ２Ｏを３ｍｌの蒸留水に溶解して、薄ピンク色の溶液（溶液Ｉ）を形成し；次に、２ｇのＮａ２ＣＯ３および０．２６４ｇの（ＮＨ４）２ＨＰＯ４を１２ｍｌの蒸留水に溶解して、透明溶液（溶液ＩＩ）を形成した。溶液Ｉを強磁気撹拌下で溶液ＩＩにゆっくり添加して、薄ピンク色スラリーを形成した。このスラリーを、オートクレーブ滅菌し、９０℃で３日間または１６０℃で１６時間加熱したＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）系に移した。オートクレーブを室温（約２５℃）に冷却した後、最終生成物を蒸留水で３〜５回洗浄し、次いで９０℃にて一晩乾燥させた。
【００９６】
出発物質は、前記に列記した塩以外に、反応にＮａ、Ｍｎ、ＣＯ３２−またはＰＯ４３−を供する他の可溶性塩であることができた。したがって、出発物質のモル比を変更できた。
【００９７】
調製したＮａＭｎＣＯ３ＰＯ４からＬｉ３ＭｎＣＯ３ＰＯ４を合成するためのＬｉ−Ｎａイオン交換は、９０℃の油浴において１週間、２Ｍ ＬｉＢｒ／１−ヘキサノール溶液中でＮａＭｎＣＯ３ＰＯ４の粉末を撹拌することにより行った。また、温度は、約９０℃〜約１３５℃であることができる。イオン交換生成物を蒸留水およびメタノールによって洗浄し、７０℃で一晩乾燥させた。
【００９８】
同じ水熱合成およびイオン交換手順を用いて、出発物質を変更して、他のカルボホスフェート（Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅまたは他の金属である）を合成した。
【００９９】
Ｎａ３ＭＣＯ３ＰＯ４およびそれらの対応するＬｉ形態Ｌｉ３ＭＣＯ３ＰＯ４（Ｍ＝Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉおよびＣｏ０．５Ｍｎ０．５）のＸＲＤパターンを図１に示す。
【０１００】
実施例２
本実施例は、実施例１に言及したある種の化合物に関する試験を示す。調製したＬｉ３ＭｎＣＯ３ＰＯ４およびＬｉ３ＦｅＣＯ３ＰＯ４化合物は、実験的半電池リチウムイオン電池における陰極として試験した。Ｌｉ３ＭｎＣＯ３ＰＯ４またはＬｉ３ＦｅＣＯ３ＰＯ４は、６０％：３０％：１０％の重量比でカーボンブラックおよびＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオリド）結合剤と混合させ、陰極としてアルミニウム箔で成型した。リチウム金属箔を陽極として用いた。１：１のＥＣ／ＤＭＣ（炭酸エチレン／炭酸ジメチル）溶液中の１Ｍ ＬｉＰＦ６を電解質として用いた。セルは、定電流モードを持つＭａｃｃｏｒ ４０００電気化学的サイクラーまたはＡｒｂｉｎ ２０００電気化学的サイクラーを用いて循環させた。用いた電流密度は、Ｌｉ３ＭｎＣＯ３ＰＯ４について２ｍＡ／ｇ、およびＬｉ３ＦｅＣＯ３ＰＯ４について２ｍＡ／ｇ〜１０００ｍＡ／ｇであった。電圧ウィンドウは、２．０Ｖ〜４．８Ｖであった。図２は、Ｌｉ３ＭｎＣＯ３ＰＯ４の典型的なサイクルプロフィールを示し、充電および放電電圧を容量の関数としてプロットした。電流密度は２ｍＡ／ｇであり、サイクルウィンドウは２．０Ｖ〜４．８Ｖであった。図３Ａは、最初の３サイクルにおける非化学量論的なＬｉ３ＦｅＣＯ３ＰＯ４の典型的なサイクルプロフィールを示し、充電および放電電圧は、容量の関数としてプロットした。電流密度は２ｍＡ／ｇであった。図３Ｂは、種々の割合で異なる電流密度を持つＬｉ３ＦｅＣＯ３ＰＯ４の容量保持を示す。また、非化学量論的試料は、良好な比率容量およびサイクル保持を示した。
【０１０１】
加えて、図３Ｃおよび３Ｄは、Ｃ／１０割合にて、室温（約２５℃）、および６０℃で、化学量論的Ｌｉ３ＦｅＣＯ３ＰＯ４のサイクル曲線を示す。加えて、高温にて循環させた場合、Ｌｉ３ＦｅＣＯ３ＰＯ４はより小さな分極を示した。
【０１０２】
実施例３
いずれの理論による拘束を望むことなく、本実施例は、本明細書に言及したＹＯ４およびＸＯ３ポリアニオンを有するある種の化合物が、フバード修正語（Hubbard correction term）（ＧＧＡ＋Ｕ）を含む一般化勾配近似（ＧＧＡ）を用いて、密度汎関数理論フレームワークに基づいて、シドレンカイト構造および本明細書に引用された特性を有することを示す。
【０１０３】
シドレンカイト構造中の異なる酸化還元活性元素Ｍについての電圧を計算し、図５に示した。また、この図は、電池サイクル（例えば、２＋から３＋まで等）中に金属原子価変化を示す。Ｍｎ、ＶおよびＭｏが注目されるようであり、これらの元素についてのエネルギー密度を表１に示す。
【０１０４】
【表１】
【０１０５】
種々のＬｉｘＭ（ＰＯ４）（ＣＯ３）化合物についての熱力学的安定性は、最初の（ab initio）計算を用いて見積もった。電圧計算の結果を図５に示す。Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｖ、ＭｏおよびＢｉのごとき多数の金属は、リチウムイオン電池中で現在用いる現行の電解質の電圧範囲と一致するように適した計算上の電圧を表示する。また、ＮｉおよびＣｒを含めた他の金属が、注目される。そのＬｉ含有相は、熱力学的に不安定であることが判明した；しかしながら、それらの少数は、最低エネルギーを持つ相の組合せよりエネルギーにおいて単にわずかに高く、その結果、例えば、実施例１に示されるごとく、それらは反応の動力学を制御することにより実験室にて作成できる。
【０１０６】
ある種のＮａｘＭ（ＰＯ４）（ＣＯ３）等構造化合物の分析は、種々のナトリウム化合物が安定することを示した。例えば、２＋酸化状態におけるＭ元素について、Ｎａ３Ｍ（ＰＯ４）（ＣＯ３）は、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等のごとき種々の元素に安定であるようである。３＋酸化状態におけるＭ元素について、Ｎａ２Ｍ（ＰＯ４）（ＣＯ３）は、Ｖ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｂｉ、Ｓｃ、Ａｌ等に安定であるようである。また、同様に、アルカリとしてのカリウムを含む、種々の化合物は安定である。例えば、２＋酸化状態中のＭ元素について、Ｋ３Ｍ（ＰＯ４）（ＣＯ３）はＭｇ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｒ、Ｍｎ等に安定であるようである。３＋酸化状態におけるＭ元素について、Ｋ２Ｍ（ＰＯ４）（ＣＯ３）は、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｔｌ、Ｓｂ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ等に安定であるようである。したがって、これらの計算は、本発明のある種の化合物を生成するためのもう一つのアプローチが、まず、ナトリウム化合物またはカリウム化合物を調製し、次いで、イオン交換を用いて、リチウム化合物を生成することを含むことを示す。
【０１０７】
また、静電的相互作用に基づいた経験的ポテンシャルを用いて、ある種の化合物におけるＬｉ拡散経路を評価した。図６Ａおよび６Ｂは、シドレンカイト構造におけるＬｉの拡散経路を示す。この分析からの結果は、これらの化合物が良好なリチウムイオン拡散を示すことを示唆する。この拡散は、ｂおよびｃ軸に沿った最低の隔壁経路を持つ二次元であることが予測された。図６Ａおよび６Ｂを参照。経験的ポテンシャルバリアーは、Ｍｎ、ＦｅおよびＶ化合物につき、各々、５２１ｍｅＶ、３９４ｍｅＶおよび４５２ｍｅＶであると見積もられた。
【０１０８】
また、他の可能な安定したポリアニオン混合物の計算上の検索を行った。例えば、式Ａ３Ｍ（ＸＯ４）（ＹＯ３）（式中、ｘは１、２または３であり；ＡはＮａまたはＬｉ；ＸはＳｉ、Ｐ、ＡｓまたはＳであり；およびＹはＢまたはＣである）におけるすべての可能な化合物を計算した。ある種のＮａ化合物が安定であることが判明した。また、例えば、Ｎａカルボノホスファート化学における安定な化合物は、対応するカルボノアルセネート化学において安定であった。同様に、ある種のＮａボラトホスフェートが式Ｎａ３Ｍ（ＰＯ４）（ＢＯ３）（式中、ＭはＦｅ、ＭｎまたはＭｏである）における安定性に近いことが判明した。また、Ｎａ３Ｍ（ＳｉＯ４）（ＣＯ３）（式中、ＭはＦｅ、ＭｏまたはＶである）のごときある種のカルボノシリケートが、安定であると判明した。これらの化合物についての安定性データを、ＸおよびＹ軸に示された種々のイオンについて、Ａ＝Ｎａにつき図９およびＡ＝Ｌｉにつき図１０に示す。「ｎ／ａ」は、データが利用可能ではないことを意味する。これらの図において、グレイスケールで陰影を付けて、最低のエネルギーを持つ相の組合せに対するこれらの化合物の差異エネルギーを示す。それらのカルボノシリケート（すなわち、Ｌｉ３Ｍ（ＳｉＯ４）（ＣＯ３））についてのＬｉバージョン用の電圧を評価し、図８に示す。例えば、Ｌｉ３Ｖ（ＣＯ３）（ＳｉＯ４）は、７９９Ｗｈ／ｋｇの重量エネルギー密度および２１８３Ｗｈ／ｌの体積エネルギー密度を有する。図１１は、この化合物の単位格子を示す。
【０１０９】
他の注目される結晶構造は、フェロタイカイト（Ｎａ６Ｆｅ２（ＣＯ３）４（ＳＯ４））に類似するものを含む。リチウムアナログ（Ｌｉ６Ｍ２（ＣＯ３）４（ＳＯ４））についての電圧を図７に示す。電圧は、一般的に同じ酸化還元対についてのカルボノホスフェートより高い傾向にあった。
【０１１０】
実施例４
本実施例において、種々のナトリウムカルボノホスファート化合物をナトリウムイオン電池用の陰極材料として試験した。試験条件は、実施例２のＬｉ金属に代えて陽極としてＮａ金属を用い、１：１ ＥＣ／ＤＭＣ（炭酸エチレン／炭酸ジメチル）溶液中の１Ｍ ＮａＰＦ６を電解質として用いたことを除いて、実施例２に用いたものと同様であった。
【０１１１】
Ｎａ３ＭｎＰＯ４ＣＯ３は、一電子反応（約９５ｍＡｈ／ｇ）の理論容量を超える比較的良好な容量（約１２０ｍＡｈ／ｇ）を示し、放電カーブは、可能な２つの電子反応を示す２つのプラトーを示した。４Ｖおよび３．２Ｖ付近に集中したプラトーの電圧は、一般的に計算上の予測（Ｍｎ３＋／Ｍｎ４＋につき４．０ＶおよびＭｎ２＋／Ｍｎ３＋につき３．１Ｖ）と一致した。Ｎａ３ＭｎＰＯ４ＣＯ３のサイクル曲線および容量を図１２Ａおよび１２Ｂに示す。
【０１１２】
本発明のいくつかの具体例が本明細書に記載および示されるが、当業者ならば、機能を果たし、および／もしくは本明細書に記載された結果および／または１以上の有利さを得るための種々の他の手段ならびに／または構造を容易に描き、かかる各変更および改変は、本発明の範囲内にあると考えられる。より一般的には、当業者ならば、本明細書に記載されたすべての変数、次元、材料および／または配置が、本発明の教示を用いる特定の適用または適用群に依存するであろうことを意味することを容易に認識するであろう。当業者ならば、ルーチン実験に過ぎない、本明細書に記載された本発明の特定の実施例に対する多数の等価物を認識または確認できるであろう。したがって、前記の具体例は、添付された特許請求の範囲およびその等価物の範囲内で、本発明は、具体的に記載および特許請求されたとは別法で実施し得ると理解されるべきである。本発明は、本明細書に記載された個々の各特徴、システム、物品、材料、キットおよび／または方法に指向される。加えて、２以上のかかる特徴、システム、物品、材料、キットおよび／または方法のいずれの組合せも、かかる特徴、システム、物品、物質、キットおよび／または方法が、相互に矛盾しないならば、本発明の範囲内に含まれる。
本明細書に規定され用いたすべての定義は、辞書の定義、出典明示して本明細書の一部とみなす文書における定義および／または定義された用語の通常の意味に関して照査されると理解されるべきである。
【０１１３】
本明細書および特許請求の範囲内で用いた不定冠詞「ａ」および「ａｎ」は、反対に明確に示されない限りは、「少なくとも１つ」を意味すると理解されるべきである。
【０１１４】
ここに本明細書および特許請求の範囲に用いた「および／または」なる語句は、結合要素、すなわち、いくらかの場合に接続的に存在し、他の場合に分離的に存在する要素の「いずれかまたは双方」を意味すると理解されるべきである。「および／または」でリストされる複数の要素は、同一様式、すなわち、結合された「１以上」の要素において解釈されるべきである。具体的に同定されたものに関連または関連しないかに拘わらず、具体的に同定された要素以外に、他の要素が所望により存在し得る。かくして、非限定の例として、「Ａおよび／またはＢ」なる参照は、「含む」のごとき無制限の語句と組み合わせて用いた場合、１つの具体例において、Ａだけ（所望によりＢ以外の元素を含めて）；もう一つの具体例において、Ｂだけ（所望によりＡ以外の元素を含めて）；さらにもう一つの具体例において、ＡおよびＢの双方（所望により他の元素を含めて）等をいうことができる。
【０１１５】
本明細書および特許請求の範囲に用いた「または」は、前記の「および／または」と同一の意味を有すると理解されるべきである。例えば、リストにおいて項目を分離する場合、「または」または「および／または」は、総括的であると解釈され、すなわち、少なくとも１つであるが、１を超えるを含めた包含の複数またはリストの要素、所望により、さらなるリストされていない項目を含む。「の一つだけ」もしくは「の正確に一つ」、または特許請求の範囲に用いる場合の「よりなる」のごとき反対に明確に示された用語だけは、多数のまたはリストの要素の正確に一つの要素の包含をいう。一般的には、本明細書に用いた「または」なる用語は、排他性の用語により先行される場合、「いずれか」。「一つだけの」または「正確に一つの」のごとき、単に排他的な代替物（すなわち、双方でない一つまたは他のもの）を示すと解釈されるであろう。「実質的に .... よりなる」は、特許請求の範囲に用いる場合、特許法の分野に用いるその通常の意味を有するであろう。
【０１１６】
本明細書および特許請求の範囲に用いた「少なくとも１つの」なる語句は、１以上の要素のリストを参照して、要素のそのリストにおいるいずれかの１以上の要素から選択される少なくとも１つの要素を意味すると考えられるべきであるが、必ずしも、要素のそのリスト内に具体的にリストされた少なくとも１つの各々およびすべての要素を含まず、要素のそのリスト中の要素のいずれかの組合せを排除しない。また、この定義は、具体的に同定されたそれらの要素に関連するまたは関連しないかに拘わらず、「少なくとも１つの」なる語句を参照する要素のリスト内で具体的に同定された要素以外の要素が所望により存在し得ることを可能にする。かくして、非限定の例としての「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、１つの具体例において、Ｂが存在しない（所望により、Ｂ以外の要素を含む）、所望により１を超えるを含めて、少なくとも１つのＡ；もう一つの具体例において、Ａが存在しない（所望により、Ａ以外の要素を含む）、所望により１を超えるを含めて、少なくとも１つのＢ；さらにもう一つの具体例において、少なくとも１つの、所望により１を超えるＡおよび、少なくとも１つの、所望により１を超えるＢ等をいうことができる。
【０１１７】
また、反対に明確に示されない限りは、１を超える工程または行為を含むここに特許請求されるいずれの方法においても、その方法の工程または行為の順序は、必ずしも、その方法の工程または行為が引用される順序に限定されない。
【０１１８】
特許請求の範囲ならびに前記の明細書において、「含む」、「含めた」、「運ぶ」、「有する」、「含有する」、「含む」、「保持する」、「より構成される」等のごときすべての移行句は、無制限、すなわち、含むが、限定されるものではないことを意味すると理解されるべきである。「よりなる」および「実質的に .... よりなる」なる移行句だけは、米国特許出願審査基準、セクション２１１１．０３に記載された、各々、クローズドまたはセミクローズドの移行句であろう。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
式：
Ｌｉｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
（式中、Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み、
ｘは約０．１より大きく、
ａは約０．１〜約５．１であり、
ｂは約０．１〜約５．１である）
を有する化合物。
【請求項２】
Ｍが１以上の二価または三価のカチオンを含む請求項１記載の化合物。
【請求項３】
Ｍが、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｓｎ、ＳｂおよびＭｏの１以上を含む請求項１または２記載の化合物。
【請求項４】
Ｍがアルカリ土類金属を含む、請求項１〜３のいずれか１記載の化合物。
【請求項５】
化合物が、シドレンカイト単位格子、ボンシテダイト単位格子、ブラッドレイアイト単位格子、クラウフォルダイト単位格子またはフェロタイカイト単位格子に等構造の単位格子原子配列を有する請求項１〜４のいずれか１記載の化合物。
【請求項６】
式：
Ａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み、
Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み、
ｘは約０．１より大きく、
ａは約０．１〜約５．１であり、
ｂは約０．１〜約５．１であり；
但し、化合物は、ＡがＮａである場合、ｘは２〜４であり、ＭはＦｅ、Ｍｇ、ＭｎまたはＳｒであるものではない）
を有する化合物。
【請求項７】
Ｍが１以上の二価または三価のカチオンを含む請求項６記載の化合物。
【請求項８】
Ｍが遷移金属を含む請求項６および７記載の化合物。
【請求項９】
Ｍが、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｓｎ、ＳｂおよびＭｏの１以上を含む請求項６〜８のいずれか１記載の化合物。
【請求項１０】
化合物が、シドレンカイト単位格子、ボンシテダイト単位格子またはブラッドレイアイト単位格子、クラウフォルダイト単位格子またはフェロタイカイト単位格子に等構造の単位格子原子配列を有する請求項６〜９のいずれか１記載の化合物。
【請求項１１】
シドレンカイト単位格子、ボンシテダイト単位格子、ブラッドレイアイト単位格子、クラウフォルダイト単位格子またはフェロタイカイト単位格子に等構造の単位格子原子配列を有するリチウム含有化合物。
【請求項１２】
ＣＯ３の三角平面基、ＰＯ４の四面体基およびＭＯ６の八面体基（式中、Ｍは正のカチオンである）を含有する単位格子を有する、少なくとも約２５モル％のリチウムを含むリチウム含有化合物。
【請求項１３】
１０．７±１、２０．４±１、２１．４±１、２７．１±１、２８．８±１、３４．０±１および３５．８±１度の２θで極大を有するＸＲＤ回折パターンを有し、ここに、ＸＲＤは、１．５４１８オングストロームの波長を持つ銅Ｋアルファ源を有するＸ線回折計を用いて得られるリチウム含有化合物。
【請求項１４】
式：
Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ
（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；
Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み；
ＸはＢ、ＣおよびＮの１以上を含み；
Ｙは、Ｓｉ、Ｐ、ＡｓおよびＳの１以上を含み；
ｘは約０．１より大きく；
ａは約０．１〜約５．１であり；および
ｂは約０．１〜約５．１であり；
但し、組成は、各々、Ａ、Ｍ、ＹおよびＸについていずれかの以下の組合せ：Ｎａ、ＡｌおよびＣｏ、Ｓｉ、Ｎ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂ；Ｎａ、ＡｌおよびＣｏ、Ｓｉ、Ｃ；Ｎａ、Ｍｎ、Ｐ、Ｃ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｐ、Ｃ；Ｎａ、Ｃｏ、Ｐ、Ｂ；Ｎａ、ＭｇおよびＦｅ、Ｓ、Ｃ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｓ、Ｃ；Ｌｉ、Ｃｕ、Ｐ、Ｂ；およびＬｉ、Ｚｎ、Ｐ、Ｂを含まない）
を有する化合物。
【請求項１５】
式 Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ
（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；
Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み、ＭはＶ、Ｎｂ、ＭｏまたはＷを含まなく；
ＸはＢ、ＣおよびＮの１以上を含み；
Ｙは、Ｖ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷの１以上を含み；
ｘは約０．１より大きく；
ａは約０．１〜約５．１であり；および
ｂは約０．１〜約５．１であり；
但し、組成は、各々、Ａ、Ｍ、ＹおよびＸについていずれかの以下の組合せ：Ｎａ、ＡｌおよびＣｏ、Ｓｉ、Ｎ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂ；Ｎａ、ＡｌおよびＣｏ、Ｓｉ、Ｃ；Ｎａ、Ｍｎ、Ｐ、Ｃ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｐ、Ｃ；Ｎａ、Ｃｏ、Ｐ、Ｂ；Ｎａ、ＭｇおよびＦｅ、Ｓ、Ｃ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｓ、Ｃ；Ｌｉ、Ｃｕ、Ｐ、Ｂ；およびＬｉ、Ｚｎ、Ｐ、Ｂを含まない）
を有する化合物。
【請求項１６】
Ｍが１以上の二価または三価のカチオンを含む請求項１４または１５記載の化合物。
【請求項１７】
Ｍが、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｓｎ、ＳｂおよびＭｏの１以上を含む請求項１４〜１６のいずれか１記載の化合物。
【請求項１８】
ＸおよびＹが、ＸおよびＹについての以下の組合せ：Ｃ、Ｐ；Ｂ、Ｐ；Ｂ、Ｓｉ；Ｃ、Ｓｉ；Ｃ、Ｓ；Ｂ、Ｓ；Ｎ、Ｐ；Ｎ、Ｓｉ；およびＮ、Ｓの１つから選択される請求項１４〜１７のいずれか１記載の化合物。
【請求項１９】
化合物が、シドレンカイト単位格子、ボンシテダイト単位格子またはブラッドレイアイト単位格子、クラウフォルダイト単位格子またはフェロタイカイト単位格子に等構造の単位格子原子配列を有する請求項１４〜１８のいずれか１記載の化合物。
【請求項２０】
式：
Ａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み、Ｍは、基底状態より上の１を超える酸化状態を有する１以上の金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み、
ｘは約０．１より大きく、
ａは約０．１〜約５．１であり、
ｂは約０．１〜約５．１である）
を有する化合物を含む電極を含む電気化学デバイス。
【請求項２１】
Ｍが１以上の二価または三価のカチオンを含む請求項２０記載のデバイス。
【請求項２２】
Ｍが、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｓｎ、ＳｂおよびＭｏの１以上を含む、請求項２０または２１記載のデバイス。
【請求項２３】
化合物が、シドレンカイト単位格子、ボンシテダイト単位格子またはブラッドレイアイト単位格子、クラウフォルダイト単位格子またはフェロタイカイト単位格子に等構造の単位格子原子配列を有する請求項２０〜２２のいずれか１記載のデバイス。
【請求項２４】
式：
Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ
（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；
Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み；
ＸはＢ、ＣおよびＮよりなる群から選択され；
ＹはＳｉ、Ｐ、Ａｓ、Ｓ、Ｖ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷよりなる群から選択され；
ｘは約０．１より大きく；
ａは約０．１〜約５．１であり；および
ｂは約０．１〜約５．１である）
を有する化合物を含む電極を含む電気化学デバイス。
【請求項２５】
Ｍが１以上の二価または三価のカチオンを含む請求項２４記載のデバイス。
【請求項２６】
Ｍが１以上のアルカリ土類金属を含む請求項２４または２５記載のデバイス。
【請求項２７】
Ｍが１以上の遷移金属を含む請求項２４〜２６のいずれか１記載のデバイス。
【請求項２８】
リン酸アニオン、炭酸アニオン、アルカリ金属カチオンおよび非アルカリ金属カチオンを含む水性液体を供し；
少なくとも約７０℃の制御温度に液体を曝露し；次いで
液体から水を除去して、固形生成物を回収することを含むことを特徴とする方法。
【請求項２９】
生成物が結晶である請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
電極に固形生成物を形成することをさらに含む請求項２８または２９記載の方法。
【請求項３１】
三斜晶系（Ｐ１）結晶構造および式：
Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ
（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み、
Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み、
ＸはＢ、ＣおよびＮの１以上を含み、
Ｙは、Ｓｉ、Ｐ、ＡｓおよびＳの１以上を含み；
ｘは約０．１より大きく；
ａは約０．１〜約５．１であり；および
ｂは約０．１〜約５．１である）
を有する化合物。
【請求項３２】
請求項３１に記載の化合物を含む電極を含む電気化学デバイス。
【請求項３３】
リチウム含有化合物を含む電極を含む電気化学デバイスであって、
化合物が、式：
Ｌｉｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
（式中、Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み、リチウム含有化合物は、ＣＯ３の三角平面基、ＰＯ４の四面体基、およびＭＯ６の八面体基を含む単位格子を有し、
ｘは約０．１より大きく、
ａは約０．１〜約５．１であり、
ｂは約０．１〜約５．１である）
を有する該電気化学デバイス。
【請求項１】
式：
Ｌｉｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
（式中、Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み、
ｘは約０．１より大きく、
ａは約０．１〜約５．１であり、
ｂは約０．１〜約５．１である）
を有する化合物。
【請求項２】
Ｍが１以上の二価または三価のカチオンを含む請求項１記載の化合物。
【請求項３】
Ｍが、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｓｎ、ＳｂおよびＭｏの１以上を含む請求項１または２記載の化合物。
【請求項４】
Ｍがアルカリ土類金属を含む、請求項１〜３のいずれか１記載の化合物。
【請求項５】
化合物が、シドレンカイト単位格子、ボンシテダイト単位格子、ブラッドレイアイト単位格子、クラウフォルダイト単位格子またはフェロタイカイト単位格子に等構造の単位格子原子配列を有する請求項１〜４のいずれか１記載の化合物。
【請求項６】
式：
Ａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み、
Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み、
ｘは約０．１より大きく、
ａは約０．１〜約５．１であり、
ｂは約０．１〜約５．１であり；
但し、化合物は、ＡがＮａである場合、ｘは２〜４であり、ＭはＦｅ、Ｍｇ、ＭｎまたはＳｒであるものではない）
を有する化合物。
【請求項７】
Ｍが１以上の二価または三価のカチオンを含む請求項６記載の化合物。
【請求項８】
Ｍが遷移金属を含む請求項６および７記載の化合物。
【請求項９】
Ｍが、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｓｎ、ＳｂおよびＭｏの１以上を含む請求項６〜８のいずれか１記載の化合物。
【請求項１０】
化合物が、シドレンカイト単位格子、ボンシテダイト単位格子またはブラッドレイアイト単位格子、クラウフォルダイト単位格子またはフェロタイカイト単位格子に等構造の単位格子原子配列を有する請求項６〜９のいずれか１記載の化合物。
【請求項１１】
シドレンカイト単位格子、ボンシテダイト単位格子、ブラッドレイアイト単位格子、クラウフォルダイト単位格子またはフェロタイカイト単位格子に等構造の単位格子原子配列を有するリチウム含有化合物。
【請求項１２】
ＣＯ３の三角平面基、ＰＯ４の四面体基およびＭＯ６の八面体基（式中、Ｍは正のカチオンである）を含有する単位格子を有する、少なくとも約２５モル％のリチウムを含むリチウム含有化合物。
【請求項１３】
１０．７±１、２０．４±１、２１．４±１、２７．１±１、２８．８±１、３４．０±１および３５．８±１度の２θで極大を有するＸＲＤ回折パターンを有し、ここに、ＸＲＤは、１．５４１８オングストロームの波長を持つ銅Ｋアルファ源を有するＸ線回折計を用いて得られるリチウム含有化合物。
【請求項１４】
式：
Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ
（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；
Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み；
ＸはＢ、ＣおよびＮの１以上を含み；
Ｙは、Ｓｉ、Ｐ、ＡｓおよびＳの１以上を含み；
ｘは約０．１より大きく；
ａは約０．１〜約５．１であり；および
ｂは約０．１〜約５．１であり；
但し、組成は、各々、Ａ、Ｍ、ＹおよびＸについていずれかの以下の組合せ：Ｎａ、ＡｌおよびＣｏ、Ｓｉ、Ｎ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂ；Ｎａ、ＡｌおよびＣｏ、Ｓｉ、Ｃ；Ｎａ、Ｍｎ、Ｐ、Ｃ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｐ、Ｃ；Ｎａ、Ｃｏ、Ｐ、Ｂ；Ｎａ、ＭｇおよびＦｅ、Ｓ、Ｃ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｓ、Ｃ；Ｌｉ、Ｃｕ、Ｐ、Ｂ；およびＬｉ、Ｚｎ、Ｐ、Ｂを含まない）
を有する化合物。
【請求項１５】
式 Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ
（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；
Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み、ＭはＶ、Ｎｂ、ＭｏまたはＷを含まなく；
ＸはＢ、ＣおよびＮの１以上を含み；
Ｙは、Ｖ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷの１以上を含み；
ｘは約０．１より大きく；
ａは約０．１〜約５．１であり；および
ｂは約０．１〜約５．１であり；
但し、組成は、各々、Ａ、Ｍ、ＹおよびＸについていずれかの以下の組合せ：Ｎａ、ＡｌおよびＣｏ、Ｓｉ、Ｎ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂ；Ｎａ、ＡｌおよびＣｏ、Ｓｉ、Ｃ；Ｎａ、Ｍｎ、Ｐ、Ｃ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｐ、Ｃ；Ｎａ、Ｃｏ、Ｐ、Ｂ；Ｎａ、ＭｇおよびＦｅ、Ｓ、Ｃ；Ｎａ、Ｆｅ、Ｓ、Ｃ；Ｌｉ、Ｃｕ、Ｐ、Ｂ；およびＬｉ、Ｚｎ、Ｐ、Ｂを含まない）
を有する化合物。
【請求項１６】
Ｍが１以上の二価または三価のカチオンを含む請求項１４または１５記載の化合物。
【請求項１７】
Ｍが、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｓｎ、ＳｂおよびＭｏの１以上を含む請求項１４〜１６のいずれか１記載の化合物。
【請求項１８】
ＸおよびＹが、ＸおよびＹについての以下の組合せ：Ｃ、Ｐ；Ｂ、Ｐ；Ｂ、Ｓｉ；Ｃ、Ｓｉ；Ｃ、Ｓ；Ｂ、Ｓ；Ｎ、Ｐ；Ｎ、Ｓｉ；およびＮ、Ｓの１つから選択される請求項１４〜１７のいずれか１記載の化合物。
【請求項１９】
化合物が、シドレンカイト単位格子、ボンシテダイト単位格子またはブラッドレイアイト単位格子、クラウフォルダイト単位格子またはフェロタイカイト単位格子に等構造の単位格子原子配列を有する請求項１４〜１８のいずれか１記載の化合物。
【請求項２０】
式：
Ａｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み、Ｍは、基底状態より上の１を超える酸化状態を有する１以上の金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み、
ｘは約０．１より大きく、
ａは約０．１〜約５．１であり、
ｂは約０．１〜約５．１である）
を有する化合物を含む電極を含む電気化学デバイス。
【請求項２１】
Ｍが１以上の二価または三価のカチオンを含む請求項２０記載のデバイス。
【請求項２２】
Ｍが、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｓｎ、ＳｂおよびＭｏの１以上を含む、請求項２０または２１記載のデバイス。
【請求項２３】
化合物が、シドレンカイト単位格子、ボンシテダイト単位格子またはブラッドレイアイト単位格子、クラウフォルダイト単位格子またはフェロタイカイト単位格子に等構造の単位格子原子配列を有する請求項２０〜２２のいずれか１記載のデバイス。
【請求項２４】
式：
Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ
（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み；
Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み；
ＸはＢ、ＣおよびＮよりなる群から選択され；
ＹはＳｉ、Ｐ、Ａｓ、Ｓ、Ｖ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷよりなる群から選択され；
ｘは約０．１より大きく；
ａは約０．１〜約５．１であり；および
ｂは約０．１〜約５．１である）
を有する化合物を含む電極を含む電気化学デバイス。
【請求項２５】
Ｍが１以上の二価または三価のカチオンを含む請求項２４記載のデバイス。
【請求項２６】
Ｍが１以上のアルカリ土類金属を含む請求項２４または２５記載のデバイス。
【請求項２７】
Ｍが１以上の遷移金属を含む請求項２４〜２６のいずれか１記載のデバイス。
【請求項２８】
リン酸アニオン、炭酸アニオン、アルカリ金属カチオンおよび非アルカリ金属カチオンを含む水性液体を供し；
少なくとも約７０℃の制御温度に液体を曝露し；次いで
液体から水を除去して、固形生成物を回収することを含むことを特徴とする方法。
【請求項２９】
生成物が結晶である請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
電極に固形生成物を形成することをさらに含む請求項２８または２９記載の方法。
【請求項３１】
三斜晶系（Ｐ１）結晶構造および式：
Ａｘ（Ｍ）（ＹＯ４）ａ（ＸＯ３）ｂ
（式中、Ａは１以上のアルカリ金属を含み、
Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み、
ＸはＢ、ＣおよびＮの１以上を含み、
Ｙは、Ｓｉ、Ｐ、ＡｓおよびＳの１以上を含み；
ｘは約０．１より大きく；
ａは約０．１〜約５．１であり；および
ｂは約０．１〜約５．１である）
を有する化合物。
【請求項３２】
請求項３１に記載の化合物を含む電極を含む電気化学デバイス。
【請求項３３】
リチウム含有化合物を含む電極を含む電気化学デバイスであって、
化合物が、式：
Ｌｉｘ（Ｍ）（ＰＯ４）ａ（ＣＯ３）ｂ
（式中、Ｍは１以上の非アルカリ金属カチオンを含み、ここに、Ｍの少なくとも約２５モル％は１以上の非アルカリ／非アルカリ土類金属を含み、リチウム含有化合物は、ＣＯ３の三角平面基、ＰＯ４の四面体基、およびＭＯ６の八面体基を含む単位格子を有し、
ｘは約０．１より大きく、
ａは約０．１〜約５．１であり、
ｂは約０．１〜約５．１である）
を有する該電気化学デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ−１２Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ−１２Ｂ】
【公表番号】特表２０１３−５２０３８３（Ｐ２０１３−５２０３８３Ａ）
【公表日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５５４０８７（Ｐ２０１２−５５４０８７）
【出願日】平成２３年２月２２日（２０１１．２．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２５６８４
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／１０３５５４
【国際公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【出願人】（５９６０６０６９７）マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー (233)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２２日（２０１１．２．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２５６８４
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／１０３５５４
【国際公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【出願人】（５９６０６０６９７）マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー (233)
【Ｆターム（参考）】
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