高能量密度的橄榄石基阴极材料

引言

本技术总体上涉及包含磷酸锰(Mn)铁(Fe)锂的阴极活性材料，其中磷酸锰铁锂是橄榄石结构。该技术还涉及阴极活性材料的可再充电电池。

发明内容

在一个方面，本公开提供了一种包含磷酸锰(Mn)铁(Fe)锂的阴极活性材料，其中Mn:Fe的摩尔比为约3:7至约9:1，磷酸锰铁锂为橄榄石结构，并且橄榄石中的Mn和Fe以部分有序或部分无序的亚晶格存在。

在另一方面，本公开提供了一种阴极活性材料，该阴极活性材料包含除了LiFePO

在另一方面，本公开提供了一种电化学电池，该电化学电池包含阴极，该阴极包含磷酸锰(Mn)铁(Fe)锂，其中Mn:Fe的摩尔比为约3:7至约9:1，磷酸锰铁锂为橄榄石结构，并且橄榄石中的Mn和Fe以部分有序或部分无序的亚晶格存在。

在另一方面，本公开提供了一种电化学电池，该电化学电池包含阴极，该阴极包含阴极活性材料，该阴极活性材料包含除了LiFePO

在另一方面，本公开提供了一种包含阴极活性材料的锂离子电池，该阴极活性材料包含磷酸锰(Mn)铁(Fe)锂，其中Mn:Fe的摩尔比为约3:7至约9:1，磷酸锰铁锂为橄榄石结构，并且橄榄石中的Mn和Fe以部分有序或部分无序的亚晶格存在。

在另一方面，本公开提供了一种电池组，该电池组包含上述实施方案中的任一实施方案的阴极活性材料、电化学电池或锂离子电池。

在又另一方面，本公开提供了一种电动车辆，该电动车辆包含上述实施方案中的任一实施方案的锂离子电池或电池组。

附图说明

图1是根据各种实施方案的部分无序的LiMPO

图2是根据各种实施方案的部分有序的LiMPO

图3是根据各种实施方案的电动车辆的横截面视图的图示。

图4是根据各种实施方案的说明性电池组的描绘。

图5是根据各种实施方案的说明性电池模块的描绘。

图6A、图6B和图6C是根据各种实施方案的各种电池的横截面图。

图7A是根据示例的Li

图8A是根据示例的Li

图9A是根据示例的Li

图10A是根据示例的LiCu(PO

图11A是根据示例的Li

图12A是根据示例的LiCr

图13A是根据示例的Li

图14A是根据示例的Li

图15是根据示例的FePO

图16是根据示例的MnPO

图17示出了两种LiMPO

图18示出了取决于不同化学物质的温度的气体析出。

图19示出了在放电循环期间LMFP基阴极材料的电压与容量曲线的示例，其中4V平稳段指示LiMnPO

图20示出了原始LMFP(橙色)和改性LMFP阴极(蓝色和绿色曲线)的较高速率(高于1C)放电曲线。

具体实施方式

下文描述了各种实施方案。应注意，具体实施方案并非旨在作为穷尽描述或作为对本文所讨论的更广泛方面的限制。结合特定实施方案描述的一个方面未必限于该实施方案，并且可与任何其他实施方案一起实践。

如本文所用，“约”将被本领域普通技术人员理解并且将取决于其所使用的上下文而在一定程度上变化。如果该术语的使用对于本领域普通技术人员来说是不清楚的，考虑到该术语使用的上下文，“约”将意指该特定术语的至多加或减10％。

除非本文另有说明或与上下文明显矛盾，否则在描述要素的上下文中(特别是在所附权利要求书的上下文中)，术语“一”、“一个(种)”和“该”以及类似指示物的使用应被解释为涵盖单数和复数。除非本文中另有说明，否则本文中值范围的列举仅旨在用作单独提及落入该范围内的每个单独数值的速记方法，并且每个单独值被并入说明书中，如同其在本文中被单独列举一样。除非本文另有说明或与上下文明显矛盾，否则本文所述的所有方法可以以任何合适的次序进行。除非另有说明，否则本文所提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地说明这些实施方案并且不对权利要求书的范围造成限制。本说明书中的语言不应被解释为表明任何未要求保护的要素是必需的。

LiMO

LiFePO

LFP的平均电池电压为相对于石墨约3.2V，而LiMO

锰(Mn)基橄榄石型阴极结构(即，LiMnPO

通常，阴极活性材料LiMPO

本文描述了通过以下方式来对橄榄石型LiMn

在一个方面，本公开提供了一种包含磷酸锰(Mn)铁(Fe)锂(也称为“LMFP”)的阴极活性材料，其中Mn:Fe的摩尔比为约3:7至约9:1，磷酸锰铁锂为橄榄石结构，并且橄榄石中的Mn和Fe以部分有序或部分无序的亚晶格存在。阴极活性材料可以具有与LFP和LMP的通用橄榄石型结构相同的通用橄榄石型结构。如本文所用，有序亚晶格是其中结构基序的单位晶格或亚单位晶格在整个结构中重复的亚晶格，而在无序亚晶格中，结构基序不以规律性重复并且是随机的。图1中示出了无序LMPO

金属混合的趋势(即，短程/长程有序化)也可以影响阴极颗粒的形态。当两种金属强烈混合时，它们可以形成有序的化合物。在极端情况下，它可能会导致缓慢的锂离子扩散行为和/或不期望的相变。如果两种金属不能很好地彼此混合，则它们可能相分离成两相混合物。因此，为了改善材料稳定性和电化学性能，期望金属混合行为应当是部分无序的固溶体(即，混合的弱趋势)或纳米复合材料(即，弱相分离)。这些金属有序化不仅可能受到它们的热力学性质影响，而且可能受到合成条件、温度、压力、搅拌、前体、掺杂剂、添加剂等的变化影响，这些变化可能影响反应动力学，从而导致不同的混合熵行为。例如，在LiNi

因此，期望LMPO

在任何实施方案中，阴极活性材料可以包括式LiMn

各种其他阴极活性材料可以与LMFP材料混合以提高能量密度。例如，可以将其他锂金属磷酸盐或锂金属氧化物与LMFP材料混合，以除了提高能量密度之外进一步有助于LMFP阴极的热稳定性(即，抑制O

在任何实施方案中，阴极活性材料还可以包含除了LiFePO

在上述实施方案中的任一实施方案中，阴极活性材料还可以包含式LiM'O

在另一方面，本公开提供一种阴极活性材料，该阴极活性材料包含除了LiFePO

在任何实施方案中，锂金属磷酸盐包含V、Cr、Sb或Cu。在任何实施方案中，锂金属磷酸盐为式Li

在任何实施方案中，锂金属磷酸盐可以与LiFePO

在上述实施方案中的任一实施方案中，包含部分有序或部分无序的亚晶格形式的橄榄石型LMFP或除了LiFePO

在上述实施方案中的任一实施方案中，包含部分有序或部分无序的亚晶格形式的橄榄石型LMFP或除了LiFePO

在上述实施方案中的任一实施方案中，包含部分有序或部分无序的亚晶格形式的橄榄石型LMFP或除了LiFePO

在上述实施方案中的任一实施方案中，包含部分有序或部分无序的亚晶格形式的橄榄石型LMFP或除了LiFePO

在另一方面，本公开提供制备上述阴极活性材料中任一者的方法，该阴极活性材料包含部分有序或部分无序的亚晶格形式的橄榄石型LMFP或除了LiFePO

在任何实施方案中，包含LMFP的阴极活性材料可以在室温下使用基于溶液的固态方法与包含除了LiFePO

在另一方面，本公开提供一种电化学电池，该电化学电池包含阴极，该阴极包含磷酸锰(Mn)铁(Fe)锂(Li)，其中Mn:Fe的摩尔比为约3:7至约9:1，磷酸锰铁锂为橄榄石结构，并且橄榄石中的Mn和Fe以部分有序或部分无序的亚晶格存在。在任何实施方案中，Mn:Fe的摩尔比可以为约30:70、约35:65、约40:60、约45:55、约50:50、约55:45、约60:40、约65:35、约70:30、约75:25、约80:20、约85:15、约90:10、约95:5或在前述值中的任意两个值之间的任何值。

阴极可以包括阴极活性材料以及集电器、导电碳、粘合剂和其他添加剂中的一者或多者。电极还可含有其他材料，诸如导电碳材料、集电器、粘合剂和其他添加剂。说明性导电碳物质包括石墨、炭黑、Super P炭黑材料、科琴黑、乙炔黑、SWCNT、MWCNT、石墨、碳纳米纤维和/或石墨烯、石墨。说明性粘合剂可包括但不限于聚合物材料，诸如聚偏二氟乙烯(“PVDF”)、聚乙烯吡咯烷酮(“PVP”)、苯乙烯-丁二烯或苯乙烯-丁二烯橡胶(“SBR”)、聚四氟乙烯(“PTFE”)或羧甲基纤维素(“CMC”)。其他说明性粘合剂材料可以包括以下中的一者或多者：琼脂、藻酸酯、直链淀粉、阿拉伯胶、角叉菜胶、酪蛋白、壳聚糖、环糊精(羰基β)、乙烯丙烯二烯单体(EPDM)橡胶、明胶、结冷胶、瓜尔胶、卡拉亚胶、纤维素(天然)、果胶、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT-PSS)、聚丙烯酸(PAA)、聚(丙烯酸甲酯)(PMA)、聚(乙烯醇)(PVA)、聚(醋酸乙烯酯)(PVAc)、聚丙烯腈(PAN)、聚异戊二烯(PIpr)、聚苯胺(PANi)、聚乙烯(PE)、聚酰亚胺(PI)、聚苯乙烯(PS)、聚氨酯(PU)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、淀粉、丁苯橡胶(SBR)、塔拉胶、黄蓍胶、含氟丙烯酸酯(TRD202A)、黄原胶，或它们中的任何两者或更多者的混合物。集电器可以包括金属，该金属是铝、铜、镍、钛、不锈钢或含碳材料。在一些实施方案中，集电器的金属为金属箔形式。在一些具体实施方案中，集电器是铝(Al)或铜(Cu)箔。在一些实施方案中，集电器是由Al、Cu、Ni、Fe、Ti或它们的组合制成的金属合金。在另一实施方案中，金属箔可以用碳涂覆：例如，碳涂覆的Al箔等。

还提供了制备包括碳涂层的阴极的方法。在任何此类实施方案中，包含部分有序或部分无序亚晶格形式的橄榄石型LMFP或除了LiFePO

阴极材料的较高负载水平(mg/cm

在任何实施方案中，阴极还可以包含除了LiFePO

在任何实施方案中，锂金属磷酸盐可以包含V、Cr、Sb或Cu。在任何实施方案中，锂金属磷酸盐可以为式Li

在上述实施方案中的任一实施方案中，阴极活性材料还可以包含式LiM'O

在任何实施方案中，电化学电池还包含阳极，该阳极包含锂金属、导电碳、活性炭、石墨、石墨烯、硅、氧化硅、碳化硅、预锂化氧化硅、预锂化硅、Li

在任何实施方案中，阳极活性材料可以包括Li金属、石墨、Si、SiO

阳极可以包括集电器、导电碳、粘合剂、其它添加剂或其它们中的任何两者或更多者的混合物。说明性导电碳物质包括石墨、炭黑、Super P炭黑材料、科琴黑、乙炔黑、SWCNT、MWCNT、石墨、碳纳米纤维和/或石墨烯、石墨。说明性粘合剂可包括但不限于聚合物材料，诸如聚偏二氟乙烯(“PVDF”)、聚乙烯吡咯烷酮(“PVP”)、苯乙烯-丁二烯或苯乙烯-丁二烯橡胶(“SBR”)、聚四氟乙烯(“PTFE”)或羧甲基纤维素(“CMC”)。其他说明性粘合剂材料可以包括以下中的一者或多者：琼脂、藻酸酯、直链淀粉、阿拉伯胶、角叉菜胶、酪蛋白、壳聚糖、环糊精(羰基β)、乙烯丙烯二烯单体(EPDM)橡胶、明胶、结冷胶、瓜尔胶、卡拉亚胶、纤维素(天然)、果胶、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT-PSS)、聚丙烯酸(PAA)、聚(丙烯酸甲酯)(PMA)、聚(乙烯醇)(PVA)、聚(醋酸乙烯酯)(PVAc)、聚丙烯腈(PAN)、聚异戊二烯(PIpr)、聚苯胺(PANi)、聚乙烯(PE)、聚酰亚胺(PI)、聚苯乙烯(PS)、聚氨酯(PU)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、淀粉、丁苯橡胶(SBR)、塔拉胶、黄蓍胶、含氟丙烯酸酯(TRD202A)、黄原胶，或它们中的任何两者或更多者的混合物。集电器可以包括金属，该金属是铝、铜、镍、钛、不锈钢或含碳材料。在一些实施方案中，集电器的金属为金属箔形式。在一些具体实施方案中，集电器是铝(Al)或铜(Cu)箔。在一些实施方案中，集电器是由Al、Cu、Ni、Fe、Ti或它们的组合制成的金属合金。在另一实施方案中，金属箔可以用碳涂覆：例如，碳涂覆的Al箔等。

在任何实施方案中，电化学电池还可以包括位于阴极和阳极之间的隔板。

在任何实施方案中，电化学电池还包含液体或固体电解质。说明性液体电解质包括但不限于包含溶解在碳酸盐溶液中的LiPF

在任何实施方案中，电池配置可以是棱柱形、圆柱形或袋型。每个电池还可以被配置在一起以设计具有所需功率输出的组、模块或堆。

在另一方面，本公开了提供一种电化学电池，该电化学电池包含阴极，该阴极包含阴极活性材料，该阴极活性材料包含除了LiFePO

在任何实施方案中，锂金属磷酸盐可以包含V、Cr、Sb或Cu。在任何实施方案中，锂金属磷酸盐可以为式Li

在任何实施方案中，锂金属磷酸盐可以与LiFePO

在另一方面，本公开提供了一种包含阴极活性材料的锂离子电池，该阴极活性材料包含磷酸锰(Mn)铁(Fe)锂，其中Mn:Fe的摩尔比为约3:7至约9:1，磷酸锰铁锂为橄榄石结构，并且橄榄石中的Mn和Fe以部分有序或部分无序的亚晶格存在。

在另一方面中，本发明提供一种电池组，该电池组包含上述实施方案中的任一实施方案中所述的阴极活性材料、电化学单元或锂离子电池。该电池组可具有广泛的应用，包括但不限于通用能量存储或在车辆中。在另一方面中，如上所述的多个电池单元可用于形成电池和/或电池组，该电池和/或电池组可以具有广泛的各种应用，诸如通用存储或在车辆中。

通过举例说明此类电池或电池组在电动车辆中的使用，图3描绘了安装有至少一个电池组110的电动车辆105的说明性横截面视图100。电动车辆105可以包括电动卡车、电动运动型多用途车辆(SUV)、电动厢式货车、电动汽车、电动车、电动摩托车、电动滑板车、电动乘用车、电动客运卡车、电动商用卡车、混合动力车辆或其他交通工具，诸如海上或空中交通工具、飞机、直升机、潜艇、轮船或无人机，以及其他可能性。电池组110还可以用作能量存储系统以对诸如住宅或商业建筑物之类的建筑物供电。电动车辆105可以是完全电动的或部分电动的(例如，插电式混合动力)，并且它们可以是完全自主的、部分自主的或无人驾驶的。电动车辆105也可以是人工操作的或非自主的。

电动车辆105(诸如电动卡车或汽车)可包括车载电池组110、电池模块115或电池单元120以向电动车辆供电。电动车辆105可包括底盘125(例如，框架、内部框架或支撑结构)。底盘125可支撑电动车辆105的各种部件。底盘125可横跨电动车辆105的前部部分130(例如，发动机罩或盖部分)、车身部分135和后部部分140(例如，行李厢、有效载荷或后备厢部分)。电池组110可安装或放置在电动车辆105内。例如，电池组110可安装在电动车辆105的底盘125上的前部部分130、车身部分135或后部部分140中的一者或多者内。电池组110可以包括或连接至少一个母线，例如，集电器元件。例如，第一母线145和第二母线150可包括导电材料，以将电池模块115或电池单元120与电动车辆105的其他电气部件连接或以其他方式电联接，以向电动车辆105的各种系统或部件供电。

图4描绘了说明性电池组110。参见图4，除了其他，电池组110可以向电动车辆105供电。电池组110可以包括电气设备、电子设备、机械设备或机电设备的任何布置或网络，以对任何类型的车辆(诸如电动车辆105)供电。电池组110可以包括至少一个壳体205。壳体205可以包括至少一个电池模块115或至少一个电池单元120，以及其他电池组部件。壳体205可以包括位于电池模块115的底部或下方的护罩，以保护电池模块115免受外部条件的影响，例如，如果电动车辆105被驱动穿过不平地形(例如，道路之外、沟槽、岩石等)。电池组110可以包括作为热/温度控制或热交换系统的一部分的至少一个冷却管线210，该冷却管线可以使流体穿过电池组110分布，该热/温度控制或热交换系统也可以包括至少一个冷板215。冷板215可以相对于顶部子模块和底部子模块定位，诸如在顶部子模块和底部子模块之间，以及其他可能性。电池组110可以包括任何数量的冷板215。例如，每个电池组110或每个电池模块115可以有一个或多个冷板215。至少一个冷却管线210可以与冷板215联接、可以是该冷板的一部分、或者独立于该冷板。

电池单元120的壳体230可以包括一种或多种具有各种导电性或导热性的材料，或它们的组合。用于电池单元120的壳体230的导电材料和导热材料可以包括金属材料，诸如铝、铝与铜、硅、锡、镁、锰或锌的合金(例如，铝1000、4000或5000系列)、铁、铁碳合金(例如，钢)、银、镍、铜和铜合金等。用于电池单元120的壳体230的电绝缘和导热材料可以包括陶瓷材料(例如，氮化硅、碳化硅、碳化钛、二氧化锆、氧化铍等)和热塑性材料(例如，聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯或尼龙)等。

图5描绘了说明性电池模块115。电池模块115可以包括至少一个子模块。例如，电池模块115可以包括至少一个第一(例如，顶部)子模块220或至少一个第二(例如，底部)子模块225。至少一个冷板215可以设置在顶部子模块220与底部子模块225之间。例如，一个冷板215可以被配置为与一个电池模块115进行热交换。冷板215可以设置在顶部子模块220与底部子模块225内或热联接在顶部子模块与底部子模块之间。一个冷板215也可以与多于一个电池模块115(或多于两个子模块220、225)热联接。电池子模块220、225可以共同形成一个电池模块115。在一些实施方案中，每个子模块220、225可以视为完整的电池模块115，而不是子模块。

电池模块115可以各自包括多个电池单元120。电池模块115可以设置在电池组110的壳体205内。电池模块115可以包括为圆柱形单元、棱柱形单元或其他形状因数单元的电池单元120。电池模块115可以作为电池单元120的模块化单元操作。作为说明，电池模块115可以从包括在电池模块115中的电池单元120收集电流或电力，并且可以提供电流或电力作为电池组110的输出。电池组110可以包括任何数量的电池模块115。例如，电池组可以具有设置在壳体205中的一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个、十一个、十二个或其他数量的电池模块115。还应注意，每个电池模块115可以包括顶部子模块220和底部子模块225，可能在顶部子模块220与底部子模块225之间具有冷板215。电池组110可以包括或限定用于定位电池模块115的多个区域。电池模块115可以是正方形、矩形、圆形、三角形、对称或非对称的。在一些实施方案中，电池模块115可以是不同的形状，使得一些电池模块115是矩形的，而其他电池模块115是正方形的，以及其他可能性。电池模块115可以包括或限定用于多个电池单元120的多个狭槽、保持器或容器。

如上所述，电池单元120具有多种形状因数、形状或尺寸。例如，电池单元120可以具有圆柱形、矩形、正方形、立方体、扁平的或棱柱形的形状因数。图6A、图6B和图6C描绘了此类各种形状因数的电池单元120的说明性横截面视图。例如，图6A是圆柱形单元，图6B是棱柱形单元，并且图6C是用于袋中的单元。可以通过将包括电解质材料的卷绕或堆叠的电极卷(例如，凝胶卷)插入到至少一个电池单元壳体230中来组装电池单元120。例如离子导电流体或其他材料的电解质材料可以为电池单元120产生或提供电力。电解质材料的第一部分可以具有第一极性，并且电解质材料的第二部分可以具有第二极性。壳体230可以具有各种形状，例如包括圆柱形或矩形。可以在电解质材料与电池单元120的部件之间形成电连接。例如，可以在电池单元120的两个点或区域处形成与电解质材料中的至少一些电解质材料的电连接，例如以形成第一极性端子235(例如，正极端子或阳极端子)和第二极性端子240(例如，负极端子或阴极端子)。极性端子可以由导电材料制成，以将电流从电池单元120携带到电负载，诸如电动车辆105的部件或系统。

电池单元120可以包括至少一个阳极层245，该阳极层可以设置在由壳体230限定的腔体250内。阳极层245可以接收进入电池单元120的电流并在电池单元120的操作(例如，电池单元120的充电或放电)期间输出电子。阳极层245可以包括活性物质。

电池单元120可以包括至少一个阴极层255(例如，复合材料阴极层、化合物阴极层、化合物阴极、复合材料阴极或阴极)。阴极层255可以设置在腔体250内。阴极层255可以从电池单元120输出电流并且可以在电池单元120的放电期间接收电子。阴极层255还可以在电池单元120的放电期间释放锂离子。相反，阴极层255可以将电流接收到电池单元120中并且可以在电池单元120的充电期间输出电子。阴极层255可以在电池单元120的充电期间接收锂离子。

电池单元120可以包括设置在腔体250内的电解质层260。电解质层260可以布置在阳极层245与阴极层255之间以将阳极层245和阴极层255分开。电解质层260可以在阳极层245与阴极层255之间转移离子。电解质层260可以在电池单元120的操作期间将阳离子从阳极层245转移到阴极层255。电解质层260可以在电池单元120的操作期间将阳离子(例如，锂离子)从阴极层255转移到阳极层245。

图6B是棱柱形电池单元120的图示。棱柱形电池单元120可以具有限定刚性外壳的壳体230。壳体230可以具有多边形基部，诸如三角形、正方形、矩形、五边形等。例如，棱柱形电池单元120的壳体230可以限定矩形盒。棱柱形电池单元120可以包括设置在壳体230内的至少一个阳极层245、至少一个阴极层255和至少一个电解质层260。棱柱形电池单元120可以包括多个阳极层245、阴极层255和电解质层260。例如，层245、255、260可以堆叠或为扁平螺旋的形式。棱柱形电池单元120可以包括阳极插片265。阳极插片265可以接触阳极层245并且促进棱柱形电池单元120与外部件之间的能量传递。例如，阳极插片265可以离开壳体230或与正极端子235电联接，以在棱柱形电池单元120与外部件之间传递能量。

电池单元120还可以包括压力通气口270。压力通气口270可以设置在壳体230中。随着电池单元120内的压力增大，压力通气口270可以向电池单元120提供压力释放。例如，气体可以积聚在电池单元120的壳体230内。当电池单元120内的压力达到阈值时，压力通气口270可以为气体提供离开壳体230的路径。

通过参考以下实施例将更容易理解如此总体描述的本发明，这些实施例以举例说明的方式提供并且不旨在限制本发明。

实施例

概述。基于第一原理密度泛函理论(DFT)的方法可以用于确定、理解和预选表现出所需性质的材料以改性本文所述的橄榄石结构材料。DFT算法用于计算材料的热力学稳定性，以识别具有稳定基态结构与高能量结构的那些材料。DFT算法还可以用于通过使用根据以下等式从内部DFT能量(E)计算获得的吉布斯自由能(ΔG)，确定Li

实施例1.包含除了LiFePO

表1.Li-M-P-O阴极活性材料的潜在候选物。由于在制备LFP、LMP和/或LFMP时的热

*

由于LFP、LMP和LMFP可以在还原环境下合成，因此去除了来自上述表1中的具有较高金属氧化态的化合物以用于进一步研究。例如，V可以具有V

图7A是Li

在上述等式中，焓和熵随温度的变化可以从实验热化学表和在室温和压力下氧气的分压(p

图8A和图8B是Li

图9A和图9B是Li

图10A和图10B是LiCu(PO

图11A和图11B是Li

图12A和图12B是LiCr

图13A和图13B是Li

图14A和14B图示出了Li

为了总结图7至图14的结果，LiCu(PO

表2.说明性Li-M-P-O候选材料

图15和图16是FePO

已经发现，与图16中的MnPO

实施例2.包含磷酸锰(Mn)铁(Fe)锂的阴极活性材料

Mn与Fe之间的金属有序性可能影响Li迁移率和扩散，从而影响电压。例如，在LiNi

在LiMPO

如图17所示，在室温下，Mn和Fe混合将高于混溶间隙，这意味着该结构将具有Mn和Fe之间的无序固溶体混合的晶体结构。引入另一元素M可以能够影响混合趋势。例如，诸如Ni之类的元素将比Mn更强地与Fe混合。另一元素可以增加或减少混溶间隙。

已经发现Li-V-P-O化合物在增加电压和防止从带电化合物析出氧气两方面都是有益的。如图18所示和如上所述，与FePO

如图19所示，调节Fe-Mn金属混合和引入新元素可以帮助增加位于3.5V至4V之间的转变平稳段，该转变平稳段可以增加电池单元的能量密度。与纯LFP阴极相比，放电曲线表示较慢的C速率(诸如C/50、C/20、C/10等)，并且第二平稳段通常位于略高位置(高0.05V至0.1V)处。精确的电压曲线可以取决于当第三元素/材料被封闭时的氧化还原电压(即，介于相对于Li/Li

可以添加到LMFP中以增加电压并防止氧气析出的Li-V-P-O化合物可以选自表2中所识别的Li-V-P-O化合物，包括但不限于Li

如图20所示，通过并入较高电压材料及/或引起Fe-Mn有序化，总电压曲线可以位于较高电压区域，从而使得能够增加锂离子电池材料的能量密度，尤其是在较高C速率下。

虽然已经说明和描述了某些实施方案，但是应当理解的是，在不脱离如所附权利要求书中所限定的更广泛方面的技术的情况下，可以根据本领域的普通技术人员在这些实施方案中进行改变和修改。

本文说明性描述的实施方案可以在不存在本文未具体公开的任何一个或多个要素、一个或多个限制的情况下适当地实践。因此，例如，术语“包含”、“包括”、“含有”等应被广泛且无限制地理解。另外，本文所采用的术语和表达已被用作描述而非限制的术语，并且在此类术语和表达的使用中不存在排除所示出和描述的特征或其部分的任何等同物的意图，而是认识到在所要求保护的技术的范围内各种修改是可能的。另外，短语“基本上由……组成”将被理解为包括具体列举的那些要素和不实质上影响所要求保护的技术的基本和新颖特性的那些附加要素。短语“由……组成”排除任何未指定的要素。

本公开不限于在本申请中描述的特定实施方案。在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行许多修改和变化，这对于本领域技术人员来说将是显而易见的。除了本文所列举的那些方法和组合物之外，根据前述描述，在本公开范围内的功能上等同的方法和组合物对于本领域技术人员而言将是显而易见的。此类修改和变化旨在落入所附权利要求书的范围内。本公开仅由所附权利要求以及这些权利要求有权享有的等同物的全部范围限制。应当理解的是，本公开不限于当然可以变化的特定方法、试剂、化合物或组合物。还应理解的是，本文所用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，并不旨在进行限制。

此外，在根据马库什组描述本公开的特征或方面的情况下，本领域技术人员将认识到本公开由此也根据马库什组的任何单独成员或成员的亚组进行描述。

如本领域技术人员将理解的，对于任何和所有目的，特别是就提供书面描述而言，本文公开的所有范围还涵盖任何和所有可能的子范围及其子范围的组合。任何列出的范围可以容易地被认为是充分地描述并且使得相同的范围能够被分解为至少相等的一半、三分之一、四分之一、五分之一、十分之一等等。作为非限制性示例，本文所讨论的每个范围可以容易地被分解为下三分之一、中三分之一以及上三分之一等等。如本领域技术人员还将理解的，所有语言诸如“至多”、“至少”、“大于”、“小于”等等包括所列举的数目并且是指可以随后被分解为如上所讨论的子范围的范围。最后，如本领域技术人员将理解的，范围包括每个单独成员。

在本说明书中提及的所有出版物、专利申请、授权专利和其他文件以引用方式并入本文，如同每个单独的出版物、专利申请、授权专利或其他文件被具体地和单独地指示为全文以引用方式并入一样。以引用方式并入的文本中所包含的定义在它们与本公开中的定义相矛盾的程度上被排除。

其他实施方案在所附权利要求书中阐述。