JP2020181825A - ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルの電気化学的に活性なカソード材料及び前記材料を含む電池 - Google Patents

ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルの電気化学的に活性なカソード材料及び前記材料を含む電池 Download PDF

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Abstract

【課題】向上した放電性能、低い閉路電圧を有し、ガス発生の低い、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルを備える電気化学的に活性なカソード材料の提供。【解決手段】約１４．９°２θから約１６．０°２θの第１ピーク（１１１）、約２１．３°２θから約２２．７°２θの第２ピーク（１１２）、約３７．１°２θから約３７．４°２θの第３ピーク（１１３）、約４３．２°２θから約４４．０°２θの第４ピーク（１１４）、約５９．６°２θから約６０．６°２θの第５ピーク（１１５）、及び約６５．４°２θから約６５．９°２θの第６ピーク（１１６）を含んでいる、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルを備える電気化学的に活性なカソード材料。【選択図】図２

Description

本発明は、電気化学的に活性なカソード材料に関し、より詳しくは、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルの電気化学的に活性なカソード材料に関する。
電気化学セル又は電池は、電気エネルギー源として広く使用されている。電池は、典型的にアノードと呼ばれる負の電極と、典型的にカソードと呼ばれる正の電極とを含んでいる。アノードは、酸化され得る電気化学的に活性なアノード材料を含んでいる。カソードは、還元され得る電気化学的に活性なカソード材料を含んでいる。電気化学的に活性なアノード材料は、電気化学的に活性なカソード材料を還元することができる。アノードとカソードとの間にセパレータが配置される。電池構成要素は、主として金属製の缶又はハウジングに配置される。
電池が、電子装置において電気エネルギー源として使用されるとき、装置を通って電子を流すことができ、電子装置に電力をもたらすべくそれぞれの酸化及び還元反応を生じさせることができるよう、電気接触が、アノード及びカソードに形成される。電解質は、アノード、カソード及びセパレータに接触している。電解質は、放電中に電池全体の電荷バランスを維持するために、アノードとカソードとの間のセパレータを通って流れるイオンを含んでいる。
電池を、玩具、リモコン、オーディオ装置、懐中電灯、デジタルカメラ及び撮像周辺機器、電子ゲーム機、歯ブラシ、ラジオ、ならびに時計などの最新の電子装置への給電により適するようにすることが、ますます必要とされてきている。この必要を満たすために、電池は、電気化学的に活性なアノード及び／又はカソード材料のより高いローディングを含んでもよく、容量及び耐用年数の増加を供する。しかしながら、電池には、例えば、ＡＡ、ＡＡＡ、ＡＡＡＡ、Ｃ及びＤのような、共通のサイズがあり、外部の寸法が固定されており、内容量が制約されている。電池の性能をより良くするために、電気化学的に活性な材料のローディングのみを増加させる能力は、それゆえに制限されている。
電池の電気化学的に活性なカソード材料は、高い性能を供するために調整され得る他の一つの設計特性である。例えば、容量及び重量がより大きい電気化学的に活性な材料は、より高い性能の電池になり得る。同様に、酸化状態が高い電気化学的に活性な材料もまた、より高い性能の電池になり得る。しかしながら、選択した電気化学的に活性な材料は、電池が電力供給し得る装置用の閉回路電圧、または作動電圧を提供しなければならない。
電池のＯＣＶまたは作動電圧が高すぎる場合、装置が損傷し得る。反対に、電池の作動電圧が低すぎる場合、装置は全く機能しないかもしれない。さらに、酸化状態の高い遷移金属酸化物のような電気化学的に活性な材料は、高い反応を示し得る。電気化学的に活性な材料が、電池内に組込まれ、電解質と接触する場合、電気化学的に活性な材料のような高い反応を示す性質は、ガス発生を引き起こし得る。ガス発生は、カソード内の導通及び／又は電池からの電解質漏出のような、電池内の構造の問題を引き起こし得る。高い酸化状態の遷移金属酸化物は、例えば、黒鉛のような炭素添加剤、界面活性材のような他の添加剤及び／又はセパレータのような、他の電池構成要素と有害な反応を起こし得る。高い酸化状態の遷移金属酸化物は、さらに電解質を消費する傾向を有していてもよく、このことは、カソード膨潤や電池内の水分バランスが悪くなるといった、電池内の他の構造の問題を引き起こし得る。さらに、電池がある一定期間保管される場合、電気化学的に活性なカソード材料として高い酸化状態の遷移金属酸化物を含む電池は、例えば、不安定性及び高い自己放電率を示し得る。
上述されたニーズに取り組む電池のために電気化学的に活性なカソード材料を提供する必要性が存在する。本発明のベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルの電気化学的に活性なカソード材料は、とりわけ、これらのニーズに取り組む。
一実施形態では、本発明は、電気化学的に活性なカソード材料に関する。電気化学的に活性なカソードは、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルを含んでいる。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルは、Ｘ線回折パターンを有する。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸ線回折パターンは、約１４．９°２θから約１６．０°２θの第１ピーク、約２１．３°２θから約２２．７°２θの第２ピーク、約３７．１°２θから約３７．４°２θの第３ピーク、約４３．２°２θから約４４．０°２θの第４ピーク、約 ５９．６°２θから約６０．６°２θの第５ピーク、及び約６５．４°２θから約６５．９°２θの第６ピークを含んでいる。
別の一実施形態では、本発明は電池に関する。電池は、カソードと、アノードと、アノードとカソードとの間のセパレータと、電解質と、を含んでいる。カソードは、導電性添加剤及び電気化学的に活性なカソード材料を含んでいる。電気化学的に活性なカソード材料は、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルを含んでいる。アノードは、電気化学的に活性なアノード材料を含んでいる。電気化学的に活性なアノード材料は、亜鉛を含んでいる。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルは、Ｘ線回折パターンを有する。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸ線回折パターンは、約１４．９°２θから約１６．０°２θの第１ピーク、約２１．３°２θから約２２．７°２θの第２ピーク、約３７．１°２θから約３７．４°２θの第３ピーク、約４３．２°２θから約４４．０°２θの第４ピーク、約 ５９．６°２θから約６０．６°２θの第５ピーク、及び約６５．４°２θから約６５．９°２θの第６ピークを含んでいる。
本明細書は、本発明を形成すると考えられる本発明の要旨を特に指摘し、明確に請求する請求項で完結しているが、添付の図面と併せ、以下の説明から本発明はより理解されると考えられる。
本発明のベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルの電気化学的に活性なカソード材料の実施形態を含む一次アルカリ電池の断面図。 本発明のベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルの電気化学的に活性なカソード材料の実施形態の粉末Ｘ線回折パターンを、他の材料の粉末Ｘ線回折パターンとともに含む図。 電圧計を含む本発明の一次アルカリ電池の透視図。
電気化学セルまたは電池は、一次でも二次でもよい。一次電池は、例えば、空になるまで一回だけ放電し、その後、廃棄される。一次電池は、例えば、Ｄａｖｉｄ ＬｉｎｄｅｎのＨａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ（第４版、２０１１年）に記載されている。二次電池は、充電されることを目的とする。二次電池は、例えば、５０回超、１００回超、またはそれ以上など、多数回放電し、充電することが可能である。二次電池は、例えば、Ｄａｖｉｄ ＬｉｎｄｅｎのＨａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ（第４版、２０１１年）に記載されている。したがって、電池は、様々な電気化学の結合及び電解質の合成物を含み得る。本明細書及び本明細書に呈示される実施例は、概して一次アルカリの電気化学セル、または電池に関するが、水系、非水系、イオン液体及び固体系の一次及び二次電池の両方に、本発明が当てはまることを、理解するべきである。それゆえに、前述の系統の一次及び二次電池は、本出願の技術的範囲内にあり、本発明は、いかなる特定の実施形態にも限定されない。
図１を参照すると、一次アルカリ電気化学セル又は電池１０は、カソード１２と、アノード１４と、セパレータ１６と、ハウジング１８と、を含んでいる。さらに、電池１０は、集電体２０と、シール２２と、エンドキャップ２４と、を含んでいる。エンドキャップ２４は、電池１０のマイナス端子として機能する。正極突起２６は、エンドキャップ２４から見て、電池１０の他端に位置している。正極突起２６は、電池１０のプラス端子として機能し得る。電解質溶液が、電池１０の全体に広がっている。カソード１２、アノード１４、セパレータ１６、電解質、集電体２０及びシール２２は、ハウジング１８内に含まれている。電池１０は、例えば、ＡＡ、ＡＡＡ、ＡＡＡＡ、ＣまたはＤサイズのアルカリ電池であってよい。
ハウジング１８は、一次アルカリ電池において広く使用されている任意の従来のタイプのハウジングであってよく、例えば、冷延鋼板、又はニッケルめっき冷延鋼板などの任意の適切な機材で制作可能である。ハウジング１８は、筒状体であってもよい。ハウジング１８は、他の適切な、非円筒状の形状であってもよい。ハウジング１８は、例えば、長方形、正方形、または角柱形など、少なくとも２枚の並列のプレートを備える形状であってもよい。ハウジング１８は、例えば、冷延鋼板、又はニッケルめっき鋼板のような、１枚の基材から深絞り加工されていてもよい。ハウジング１８は、例えば、筒状体で表されてもよい。ハウジング１８は、少なくとも１つの開口端を有していてもよい。ハウジング１８は、閉口端及び開口端間に側壁のある閉口端及び開口端を有していてもよい。ハウジング１８の側壁の内部の表面は、ハウジング１８の側壁の内部の表面とカソード１２のような電極との間の低い電気接触抵抗を供する材料で処理されていてもよい。例えば、ハウジング１８の側壁の内部の表面とカソード１２のとの間の接触抵抗を減らすため、ハウジング１８の側壁の内部の表面は、例えば、ニッケルやコバルトで覆われ、及び／又は、炭素が添加された塗料を塗られていてもよい。
カソード１２は、少なくとも１つの電気化学的に活性なカソード材料を含んでいる。電気化学的に活性なカソード材料は、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルであってもよい。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルは、一般化学式ＬｉｘＡｙＮｉ１＋ａ−ｚＭｚＯ２・ｎＨ２Ｏを有していてもよく、ｘは約０．０２から約０．２０、ｙは約０．０３から約０．２０、ａは約０から約０．２、ｚは約０から約０．２、ｎは約０から約１であり、Ａはアルカリ金属を備え、Ｍはアルカリ土類金属、遷移金属、非遷移金属及びこれらの任意の合成物を備えている。
元素周期表のグループ１Ａからの元素は、一般にアルカリ金属と称される。アルカリ金属は、元素周期表のグループ１Ａからの元素または元素の任意の合成物を含み得る。アルカリ金属は、例えば、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）及びこれらの合成物を含んでいてもよい。
元素周期表のグループＩＩＡからの元素は、典型的にアルカリ土類金属と称される。アルカリ土類金属は、元素周期表のグループＩＩＡからの元素または元素の任意の合成物を含んでいてもよい。アルカリ土類金属は、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）を含んでいてもよい。
元素周期表のグループＩＢ−ＶＩＩＩＢからの元素は、典型的に遷移金属と称される。
遷移金属は、元素周期表のグループＩＢ−ＶＩＩＩＢからの元素または元素の任意の合成物を含んでいてもよい。遷移金属は、例えば、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、イットリウム（Ｙ）、チタン（Ｔｉ）及びこれらの合成物を含んでいてもよい。
非遷移金属は、例えば、アルミニウム(Ａｌ)、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、インジウム(Ｉｎ)、錫（Ｓｎ）及びこれらの合成物を含んでいてもよい。
アルカリ金属は、例えばカリウム（Ｋ）であってもよい。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルの化学式は、例えば、ＬｉｘＫｙＮｉ１＋ａ−ｚＭｚＯ２・ｎＨ２Ｏであってもよく、ｘが約０．０２から約０．２０、ｙは約０．０３から約０．２０、ａは約０から約０．２、ｚは約０から約０．２まで、ｎは約０から約１、である。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルの化学式は、例えばＬｉ０．１１Ｋ０．１１ＮｉＯ２・０．５Ｈ２Ｏ、またはＬｉ０．０６Ｋ０．１２ＮｉＯ２・０．５３Ｈ２Ｏであってもよい。
アルカリ土類金属は、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）であってもよい。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルの化学式は、例えば、ＬｉｘＫｙＮｉ １＋ａ−ｚＭｇｚＯ２・ｎＨ２Ｏであってもよく、ｘは約０．０２から約０．２、ｙは約０．０３から約０．２、ａは約０から約０．２、ｚは約０から約０．２、ｎは約０から約１、である。 ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルの化学式は、例えば、Ｌｉ０．１５Ｋ.１０Ｎｉ１．０５Ｍｇ０．０４Ｏ２・０．２４Ｈ２Ｏであってもよい。
遷移金属は、例えば、コバルト（Ｃｏ）であってもよい。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルの化学式は、例えば、ＬｉｘＫｙＮｉ １＋ａ−ｚＣｏｚＯ２・ｎＨ２Ｏであってもよく、ｘは約０．０２から約０．２、ｙは約０．０３から約０．２、ａは約０から約０．２、ｚは約０から約０．２、ｎは約０から約１、である。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルの化学式は、例えば、Ｌｉ０．０４Ｋ０．１１Ｎｉ０．９７Ｃｏ０．０３Ｏ２・ｎＨ２Ｏであってもよい。
非遷移金属は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）であってもよい。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルの化学式は、例えば、ＬｉｘＫｙＮｉ １＋ａ＿ｚＡｌｚＯ２・ｎＨ２ｏであってもよく、ｘは約０．０２から約０．２、ｙは約０．０３から約０．２、ａは約０から約０．２、ｚは約０から約０．２、ｎは約０から約１、である。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルの化学式は、例えば、Ｌｉ０．１２Ｋ０．０９Ｎｉ１．０８Ａｌ０．０２Ｏ２・０．１８Ｈ２Ｏであってもよい。
ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケル内のアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属及び／又は非遷移金属の含有量は、先行技術において既知である任意の好ましい方法によって決定してもよい。例えば、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケル内のアルカリ金属及び遷移金属の含有量は、誘導結合プラズマ発光分光（ＩＣＰ−ＡＥ）分析法及び／又は原子吸光（ＡＡ）分析法によって決定し得る。ＩＣＰ−ＡＥ及び／又はＡＡ分析は、例えば、Ｊ．Ｒ．ＤｅａｎのＰｒａｃｔｉｃａｌ Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（２００５年、ｐｐ．６５〜８７）、並びに、Ｂ．Ｗｅｌｚ ａｎｄ Ｍ．Ｂ ＳｐｅｒｌｉｎｇのＡｔｏｍｉｃ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ（第３版、１９９９年、ｐｐ．２２１〜２９４）に記載されるような一般的な方法を、例えば用いて完了してもよい。Ｈｏｒｉｂａ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ（Ｋｙｏｔｏ、日本）から入手可能な、Ｕｌｔｉｍａ ２ ＩＣＰ分析装置を、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのような試料材料におけるＩＣＰ−ＡＥ分析を完了させるために用いてもよい。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＩＣＰ−ＡＥ分析は、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケル内に含まれている元素による波長を変えることで行ってもよい。
ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケル内の含水量は、先行技術の中で既知である任意の好ましい方法によって決定してもよい。例えば、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケル内の含水量は、熱重量分析（ＴＧＡ）によって決定してもよい。ＴＧＡは、温度上昇に応じた試料の重量の変化を測定することによって、例えば、試料材料の吸収され吸着された水、試料材料の結晶格子内の含水量、及び、試料材料内の合計含水量を決定する。ＴＧＡは、例えば、Ｒ．Ｆ．ＳｐｅｙｅｒのＴｈｅｒｍａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（１９９４）に、記載されている。ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（Ｎｅｗｃａｓｔｌｅ，ＤＥ，アメリカ）から入手可能なＱ５０００分析装置を、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのような試料材料におけるＴＧＡを完了するために用いてもよい。
粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）は、結晶性粉末のような試料材料の結晶格子構造の特性を示すために使用される分析技術である。結晶の試料材料のＸＲＤ分析によって、試料材料の結晶構造における回析平面に対応する変化する強度、幅、及び回折角度（ピーク位置）のピークから成る特有の回折パターンが得られる。例えば、Ｂ．Ｄ．Ｃｕｌｌｉｔｙ ａｎｄ
Ｓ．Ｒ．ＳｔｏｃｋのＥｌｅｍｅｎｔｓ ｏｆ Ｘ−ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ（第３版、２００１年）に記載されているような一般的な方法によるＣｕＫα放射線を用いるＸ線回折計で、ＸＲＤパターンを測定してもよい。Ｂｒｕｋｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｍａｄｉｓｏｎ，ＷＩ，アメリカ）から入手可能なＤ−８アドバンスＸ線回折計を、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのような試料材料においての粉末ＸＲＤ分析を完了するために用いてもよい。
試料材料の、単位電池の長さや角度のような単位電池のパラメータは、例えば、ＸＲＤパターンのＲｉｅｔｖｅｌｔ法によって決定してもよい。Ｒｉｅｔｖｅｌｔ法は、例えば、Ｈ．Ｍ．ＲｉｅｔｖｅｌｔのＡ Ｐｒｏｆｉｌｅ Ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｎｕｃｌｅａｒ ａｎｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ（２Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｃｒｙｓｔ．、１９６９年、ｐｐ．６５〜７１）に記載されている。
試料材料の結晶サイズは、シリコン（Ｓｉ）スタンダードを含んでいる試料材料のＸＲＤパターンに広幅するピークによって決定してもよい。例えば、Ｈ．Ｐ．Ｋｌｕｇ ａｎｄ Ｌ．Ｅ．ＡｌｅｘａｎｄｅｒのＸ−ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ ｆｏｒ Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ａｎｄ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（１９７４年、ｐｐ．６１８〜６９４）に論述されているように、シングルピークＳｃｈｅｒｒｅｒ法またはＷａｒｒｅｎ−Ａｖｅｒｂａｃｈ法によって、ピーク広幅化の分析を完了してもよい。Ｗａｒｒｅｎ−Ａｖｅｒｂａｃｈ法も、試料材料の残留歪み及び応力を決定するために用いてもよい。
半値全幅（ＦＷＨＭ）は、試料材料の回折パターンにおけるラインの相対的な鋭さまたは広さの特性を示すために用いてもよい。ピークの強度を測定し、半分の強度（半分の高さ）を算出するために測定強度を２で割り、且つ、算出された半分の高さでのピークの２θにおける幅を測定することにより、ＦＷＨＭを決定してもよい。
規格化強度は、ピークの位置に沿って、試料材料の結晶格子内の特定の回析平面に関連した回析の相対的効率を比較するために用いてもよい。規格化強度を同じＸＲＤパターン内のピークについて算出してもよい。ＸＲＤパターンのピークは、すべて最高強度（基準ピーク）を有するピークへ規格化されてもよい。パーセントで報告される規格化は、規格化されているピークの強度を基準ピークの強度で割ることによって、及び、１００を乗ずることによって、生じる。例えば、基準ピークは、４２５の強度を有していてもよく、正規化されているピークは、１０６の強度を有していてもよい。ピークの規格化強度は２５％、つまり、［（１０６／４２５）・１００］である。基準ピークは、１００％の規格化強度を有する。
結果として生じるＸＲＤパターンは、既知のＸＲＤパターンと比較されてもよい。比較されるＸＲＤパターンは、既知の試料材料から生成されてもよい。さらに、結果として生じるＸＲＤパターンは、例えば、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｒｅ ｆｏｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｄａｔａ（Ｎｅｗｔｏｎ Ｓｑｕａｒｅ，ＰＡ，アメリカ）から入手可能な粉末回析ファイル（ＰＤＦ）データベース、または、ＦＩＺ Ｋａｒｌｓｒｕｈｅ（Ｅｇｇｅｎｓｔｅｉｎ‐Ｌｅｏｐｏｌｄｓｈａｆｅｎ，ドイツ）から入手可能な無機結晶構造データベース（ＩＣＳＤ）内の既知のＸＲＤパターンと比較されてもよい。
既知の試料材料またはＰＤＦとの比較は、試料材料の結果として生じるＸＲＤパターンが、材料の既知のＸＲＤパターンと別個か、類似しているか、又は、同じかどうかを判断する。例えば、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルとの比較用のＰＤＦデータベース内の既知のＸＲＤパターンは、ベータオキシ水酸化ニッケル用のＰＤＦ #００−０６−０１４１、ガンマオキシ水酸化ニッケル用のＰＤＦ#００−００６７５、酸化ニッケル用のＰＤＦ#００−０５９−０４６３、ベータ水酸化ニッケル用のＰＤＦ#００−０５９−０４６３、及び水酸化カリウム用のＰＤＦ#００−０３６−０７９１を含んでいる。
ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルは、特有のＸＲＤパターンを有していてもよい。
ＸＲＤパターンは、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルを示す複数のピーク又はピークの組合せを含んでいてもよい。ＸＲＤパターンは、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルの複数のピークに対する特有のＦＷＨＭ値を含んでいてもよい。ＸＲＤパターンは、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルの複数のピークに対する特有の規格化強度もまた、含んでいてもよい。
ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンは、第１ピークを含んでいてもよい。第１ピークは、約１４．９°２θから約１６．０°２θのＸＲＤパターン上にピーク位置を有していてもよい。第１ピークは、例えば、約１５．４° ２θであってもよい。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンは、第２ピークを含んでいてもよい。第２ピークは、約２１．３°２θから約２２．７°２θのＸＲＤパターン上にピーク位置を有していてもよい。第２ピークは、例えば、約２２．１° ２θであってもよい。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンは、第３ピークを含んでいてもよい。第３ピークは、約３７．１°２θから約３７．４°２θのＸＲＤパターン上にピーク位置を有していてもよい。第３ピークは、例えば、約３７．３°２θであってもよい。
ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンは、第４ピークを含んでいてもよい。第４ピークは、例えば、約４３．２°２θから約４４．０°２θのＸＲＤパターン上にピーク位置を有していてもよい。第４ピークは、例えば、約４３．６°２θであってもよい。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンは、第５ピークを含んでいてもよい。第５ピークは、約５９．６°２θから約６０．６°２θのＸＲＤパターン上にピーク位置を有していてもよい。第５ピークは、例えば、約６０．１°２θであってもよい。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンは、第６ピークを含んでいてもよい。第６ピークは、約６５．４°２θから約６５．９°２θのＸＲＤパターン上にピーク位置を有していてもよい。第６ピークは、例えば、約６５．７°２θであってもよい。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンは、第７ピークを含んでいてもよい。第７ピークは、約１０．８°２θから約１２．０°２θのＸＲＤパターン上にピーク位置を有していてもよい。第７ピークは、例えば、約１１．２°２θであってもよい。
ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンは、第８ピークを含んでいてもよい。第８ピークは、約４７．２°２θから約４７．４°２θのＸＲＤパターン上にピーク位置を有していてもよい。第８ピークは、例えば、約４７．３°２θであってもよい。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンは、第９ピークを含んでいてもよい。第９ピークは、約４８．１°２θから約４８．６°２θのＸＲＤパターン上にピーク位置を有していてもよい。第９ピークは、例えば、約４８．３°２θであってもよい。
ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンの第１ピークは、ＦＷＨＭ（ＦＷＨＭ）を有していてもよい。第１ピークのＦＷＨＭは、約１．０１から約２．０９であってもよい。第１ピークのＦＷＨＭは、例えば、約１．３７であってもよい。
ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンの第２ピークは、ＦＷＨＭを有していてもよい。第２のピークのＦＷＨＭは、約０．８６から約１．９５であってもよい。第２ピークのＦＷＨＭは、例えば、１．３７であってもよい。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンの第３ピークは、ＦＷＨＭを有していてもよい。第３ピークのＦＷＨＭは、約０．２３から約０．４１であってもよい。第３ピークのＦＷＨＭは、例えば、０．２８であってもよい。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンの第４ピークは、ＦＷＨＭを有していてもよい。第４ピークのＦＷＨＭは、約０．４０から約０．７５であってもよい。第４ピークのＦＷＨＭは、例えば、０．６０であってもよい。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンの第５ピークは、ＦＷＨＭを有していてもよい。第５ピークのＦＷＨＭは、約０．５７から約１．４５であってもよい。第５ピークのＦＷＨＭは、例えば、０．９２であってもよい。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンの第６ピークは、ＦＷＨＭを有していてもよい。第６ピークのＦＷＨＭは約０．２７から約０．５３であってもよい。第６ピークのＦＷＨＭは、例えば、０．３６であってもよい。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンの第７ピークは、ＦＷＨＭを有し得る。第７ピークのＦＷＨＭは、約０．５６から約１．７３であってもよい。第７ピークのＦＷＨＭは、例えば、１．１３であってもよい。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンの第８ピークは、ＦＷＨＭを有していてもよい。第８ピークのＦＷＨＭは、約０．０８から約０．２１であってもよい。第８ピークのＦＷＨＭは、例えば、０．１５であってもよい。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンの第９ピークは、ＦＷＨＭを有していてもよい。第９ピークのＦＷＨＭは、約０．３３から約０．５８であってもよい。第９ピークのＦＷＨＭは、例えば、０．４５であってもよい。
ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンのピークは規格化されてもよい。ＸＲＤパターンのピークは、例えば、ＸＲＤパターンの第３のピークへ規格化されてもよい。ＸＲＤパターンの第１ピークの規格化強度は、約１３％から約３７％であってもよい。ＸＲＤパターンの第１ピークの規格化強度は、例えば、約２４％であってもよい。ＸＲＤパターンの第２ピークの規格化強度は、約６％から約１６％であってもよい。ＸＲＤパターンの第２ピークの規格化強度は、例えば、約１０％であってもよい。ＸＲＤパターンの第３ピークの規格化強度は、例えば、１００％であってもよい。ＸＲＤパターンの第４ピークの規格化強度は、約４５％から約７３％であってもよい。ＸＲＤパターンの第４ピークの規格化強度は、例えば、約５８％であってもよい。ＸＲＤパターンの第５ピークの規格化強度は、約７％から約１７％であってもよい。ＸＲＤパターンの第５ピークの規格化強度は、例えば約１１％であってもよい。ＸＲＤパターンの第６ピークの規格化強度は、約４１％から約６１％であってもよい。ＸＲＤパターンの第６ピークの規格化強度は、例えば、約４８％であってもよい。ＸＲＤパターンの第７ピークの規格化強度は、約２％から約１８％であってもよい。ＸＲＤパターンの第７ピークの規格化強度は、例えば、約６％であってもよい。ＸＲＤパターンの第８ピークの規格化強度は、約８％から約２０％であってもよい。ＸＲＤパターンの第８ピークの規格化強度は、例えば、約１０％であってもよい。ＸＲＤパターンの第９ピークの規格化強度は、約６％から約２０％であってもよい。ＸＲＤパターンの第９ピークの規格化強度は、例えば、約１２％であってもよい。
材料が水溶性電解質に接触して置かれる場合、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのような電気化学的に活性な材料は、例えば、酸素ガスのようなガスを生成し得る。電気化学的に活性な材料が、電解質に接触して置かれる場合のガス発生速度は、定性的に観察され、定量的に決定され得る。
電気化学的に活性な材料のガス発生速度（ＧＥＲ）の定性的速度は、目視観測を通じて決定され得る。例えば、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのような電気化学的に活性な材料の定量は、ペトリ皿のようなコンテナ内に置かれ得る。水酸化カリウムの９規定（９Ｎ）水溶液のような電解質の量は、電気化学的に活性な材料を含むペトリ皿に加えられ得る。電解質が電気化学的に活性な材料と接触する際に、ガス気泡は形成され始められ得る。ガス気泡の形成は、例えば、ゆっくりであっても、速くても、場合によっては、激しくてもよい。１つの電気化学的に活性な材料の目視できるガス気泡の形成を、１つ以上の他の電気化学的に活性な材料と、定性的に比較してもよい。高い酸化状態の遷移金属酸化物、つまり、アルファ脱リチウム化酸化ニッケルのような、高い酸化状態を有する他の電気化学的に活性な材料と比較した場合、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルは、より低い定性のＧＥＲを示し得る。
ガス発生の定量速度は、ガス発生速度（ＧＥＲ）モニタによって決定され得る。例えば、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのような電気化学的に活性な材料の量は、水酸化カリウムの９規定（９Ｎ）水溶液のような電解質の量と混ざっていてもよい。混合物は、ガラス・ジャーのように密閉されているコンテナ内に置かれてもよい。その後、ガラス・ジャーは密閉され、室内の状態でまたはオーブン内のように高温で保管されてもよい。圧力センサが、例えば、ガラス・ジャーのキャップに付けられてもよい。圧力センサは、ガラス・ジャー内のガス圧力における変化を監視してもよく、このガス圧力は、電解質が電気化学的に活性な材料と接触する場合に生成され得るガスから生じる。Ｖａｌｃｏｍ Ｓ．ｒ．ｌ．（Ｍｉｌａｎ，イタリア）から入手可能なシリーズ２７Ａ圧力センサが圧力センサに適切かもしれない。時間が経つにつれてのガラス・ジャー内のガス圧力の変化を記録するために、データ収集ユニットが圧力センサに付けられてもよい。Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ, Ｉｎｃ．（Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，ＣＡ，アメリカ）から入手可能な３４９７０Ａデータ収集／データロガー・スイッチ・ユニットが、データ収集ユニットに適切である。高酸化状態の遷移金属酸化物（例えば、アルファ脱リチウム化酸化ニッケル）のような、高酸化状態を有する他の電気化学的に活性な材料と比較した場合、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルはより低い定量のＧＥＲを示し得る。
ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのような電気化学的に活性な材料の安定性は、等温マイクロカロリメータ（ＩＭＣ）を使用して判断されてもよい。ＩＭＣは、時間が経つにつれての動的で化学的及び／又は物理的なプロセスから生じる、試料材料への、または試料材料からの熱流を測定し記録する。ＩＭＣは、化学的及び／又は物理的なプロセスによって吸収され又は生成された累積熱量をさらに測定し記録する。ＩＭＣは、例えば、Ｍ．Ｅ．ＢｒｏｗｎのＨａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ Ｖｏｌｏｕｍｅ １ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ（１９９８年）に、記述されている。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのような、電気化学的に活性な材料の量が、水酸化カリウムの９規定（９Ｎ）水溶液の電解質と共に、プラスチック試料保持具のような試料保持具に入れられる場合に、ＩＭＣ測定は行われ、記録されてもよい。試料保持具は、例えば、約４０℃で恒温槽内に密閉され、置かれてもよい。例えば、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルと電解質との間の反応は発熱を伴っていてもよい。発熱反応プロセスからの熱生成は、例えば、ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（Ｎｅｗｃａｓｔｌｅ, ＤＥ，アメリカ）から入手可能なＴＡＭ ＩＩＩ等温マイクロカロリメータを使用して、測定され記録されてもよい。高酸化状態の遷移金属酸化物、例えば、アルファ脱リチウム化酸化ニッケル、のような高酸化状態を有する電気化学的に活性な材料と比較した場合、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルは安定性の向上、例えば、より低い熱生成、を示し得る。
カソード１２は、さらに少なくとも１つ以上の付加的な電気化学的に活性なカソード材料を含み得る。付加的な電気化学的に活性なカソード材料は、酸化マンガン、二酸化マンガン、電解二酸化マンガン（ＥＭＤ）、化学二酸化マンガン（ＣＭＤ）、ハイパワーの電解二酸化マンガン（ＨＰ ＥＭＤ）、ラムダ二酸化マンガン、ガンマ二酸化マンガン、ベータ二酸化マンガン及びこれらの混合物を含んでいてもよい。他の電気化学的に活性なカソード材料は、酸化銀、酸化ニッケル、オキシ水酸化ニッケル、酸化銅、ヨウ素酸銅のような銅塩、酸化ビスマス、高原子価ニッケル化合物、酸素、及びこれらの混合物を含み得、しかしながら、これらに限定されない。酸化ニッケルは、水酸化ニッケル、オキシ水酸化ニッケル、オキシ水酸化コバルトが塗布されたオキシ水酸化ニッケル、アルファ脱リチウム化層状酸化ニッケル及びこれらの合成物を含んでいてもよい。水酸化ニッケル又はオキシ水酸化ニッケルは、ベータオキシ水酸化ニッケル、ガンマオキシ水酸化ニッケル、並びに／又はベータオキシ水酸化ニッケル及び／又はガンマオキシ水酸化ニッケルの連晶を含んでいてもよい。オキシ水酸化コバルトが塗布されたオキシ水酸化ニッケルは、オキシ水酸化コバルトが塗布されたベータオキシ水酸化ニッケル、オキシ水酸化コバルトが塗布されたガンマオキシ水酸化ニッケル並びに／又はベータオキシ水酸化ニッケル及びガンマオキシ水酸化ニッケルのオキシ水酸化コバルトが塗布された連晶を含んでいてもよい。
カソード１２は、炭素やバインダーのような導電性の添加剤を含んでいてもよい。カソード１２は、さらに他の添加剤を含んでいてもよい。炭素は、カソード１２の立体構造内の電子流を促進させることより、カソード１２の導電性を増加させ得る。炭素は、膨張黒鉛及び天然黒鉛のような黒鉛、グラフェン、シングルウォールナノチューブ、マルチウォールナノチューブ、炭素繊維、炭素ナノ繊維、並びにこれらの混合物であってもよい。カソード内における炭素の量が、比較的低いこと（例えば、約１２％未満、約１０％未満、約９％未満、約８％未満、約６％未満、約３．７５％未満、又は、さらに言えば、例えば、約２．０％から約３．５％のような、約３．５％未満）が好適である。より低い炭素レベルによって、カソード１２のボリュームを増加させたり、バッテリ１０内の気孔容量（この容量は、ガスがセル内に生成されるにつれて、内部圧力が高く上昇しすぎるのを防ぐために、あるレベルに、またはあるレベル以上に保たれなければならない）を減少させたりすることなく、カソード１２内の電気化学的に活性なカソード材料のより高いローディングの含有が可能になる。バッテリ内の使用に適している黒鉛は、例えば、ＴＩＭＣＡＬ
Ｃａｒｂｏｎ ＆ Ｇｒａｐｈｉｔｅ（Ｂｏｄｉｏ，スイス）から入手可能な、ＢＮＢ−９０及び／又はＢＮＣ−３０であってもよい。
カソードは、非膨張黒鉛実質的に含まないことが一般に好適である。非膨張黒鉛粒子がカソードペレット形成プロセスに潤滑性を与える一方で、このタイプの黒鉛は、膨張黒鉛ほど著しく導電的ではない。したがって、膨張黒鉛を含んでいるカソードと同じカソード導電性を得るために、より多くの非膨張黒鉛を使用することが必要である。カソード１２は低レベルの非膨張黒鉛を含んでいてもよい。しかしながら、非膨張黒鉛の含有によって、非膨張黒鉛のより低い導電性により適切なレベルのカソード伝導性を維持しながらも、得られ得る黒鉛濃度は減少し得る。
カソード１２内で使用されてもよい任意のバインダーの例として、ポリエチレン、ポリアクリル酸、またはＰＶＤＦ又はＰＴＦＥのようなフッ素樹脂が含まれる。電池内で使用される任意のバインダーは、例えば、Ｅ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ，アメリカ）から入手可能な、ＣＯＡＴＨＹＬＥＮＥ ＨＡ‐１６８１であってもよい。他のカソード添加剤の例は、例えば、米国特許番号５，６９８，３１５号、５，９１９，５９８号、５，９９７，７７５号及び７，３５１，４９９号に記載されている。
カソード１２における電気化学的に活性なカソード材料の量は、カソードローディングと称されてもよい。カソード１２のローディングは、電池１０において使用される電気化学的に活性なカソード材料及び電池１０のサイズに応じて、さまざまであってもよい。例えば、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルを有するＡＡサイズの電池は、少なくとも約６グラムのベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのカソードローディングを有していてもよい。カソードローディングは、例えば、少なくとも約７グラムのベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルであってもよい。カソードローディングは、例えば、約７．２グラムから約１１．５グラムの間のベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルであってもよい。カソードローディングは、約８グラムから約１０グラムのベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルであってもよい。カソードローディングは、約８．５グラムから約９．５グラムのベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルであってもよい。カソードローディングは、約９．５グラムから約１１．５グラムのベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルであってもよい。カソードローディングは、約１０．４グラムから約１１．５グラムのベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルであってもよい。ＡＡＡサイズの電池については、カソードローディングは、少なくとも約１．４グラムのベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルであってもよい。カソードローディングは、約１．４グラムから約２．３グラムのベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルであってもよい。カソードローディングは、約１．６グラムから約２．１グラムのベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルであってもよい。カソードローディングは、約１．７グラムから約１．９グラムのベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルであってもよい。単６電池については、カソードローディングは、約０．７グラムから約１．２グラムのベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルであってもよい。Ｃサイズの電池については、カソードローディングは、約２７．０グラムから約４０．０グラム、例えば、約３３．５グラム、のベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルであってもよい。Ｄサイズの電池については、カソードローディングは、約６０．０グラムから約８４．０グラム、例えば、約７２．０グラム、のベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルであってもよい。
活性なカソード材料、炭素粒子、バインダー及び他の添加剤のような、カソード構成要素は、水溶性水酸化カリウム電解質のような液体と結合され、混合され、バッテリ１０のアセンブリにおいて使用されるペレットにプレスされる。最適なカソードペレット処理については、カソードペレットが約２．５％から約５％の範囲の水分レベルを有していることが、一般的には、好適であり、約２．８％から約４．６％の水分レベルを有していることが、より好適である。ペレットは、電池１０の組み立て中にハウジング１８内に置かれた後に、ハウジング１８内のユニフォームカソードアセンブリを形成するために典型的に再圧縮される。
カソード１２は、カソード製造の際に算出され得る気孔率を有している。カソード１２の気孔率は、約２０％から約４０％、約２２％と約３５％の間であってもよく、例えば約２６％であってもよい。カソード１２の気孔率は、カソード製造の時に、例えば、カソードペレット処理の後に、算出されてもよい。なぜなら、電池１０におけるカソード１２の気孔率は、とりわけ、カソードの電解質湿潤及び電池１０の放電を伴ったカソード膨張によって、時間と共に変化し得るからである。カソード１２の気孔率は以下のように算出されてもよい。各固体のカソード構成要素の真密度は、例えば、Ｌａｎｇｅ’ｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ（第１６版、２００５年）のような参考文献から得られてもよい。各カソード構成要素の固体重量は、電池の設計によって定義される。各カソード構成要素の固体重量を、各カソードの構成要素の真密度で割り、カソードの固体の容量を決定してもよい。電池１０内のカソード１２で占められる容量は、電池の設計によって再び定義される。カソード１２で占められる容量は、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）プログラムによって算出されてもよい。気孔率は以下の式によって決定されてもよい。
カソード気孔率＝［１−（カソードの固体の容量÷カソードの容量）］×１００
例えば、ＡＡサイズの電池のカソード１２は、カソード１２内の固体として約９．０グラムのアルファ脱リチウム化酸化ニッケル及び約０．９０グラムの黒鉛（ＢＮＣ−３０）を含んでいてもよい。アルファ脱リチウム化酸化ニッケル及び黒鉛の真密度は、それぞれ、約４．９ｇ／ｃｍ３及び約２．１５ｇ／ｃｍ３であってもよい。それぞれの真密度で固体の重量を割ることで、約１．８ｃｍ３のアルファ脱リチウム化酸化ニッケルで占められていた容量、及び約０．４２ｃｍ３の黒鉛で占められていた容量を導き出す。全固形容量は約２．２ｃｍ３である。電池の設計者は、カソード１２によって占められていた容量を約３．０６ｃｍ３と選択し得る。［１−（２．２ｃｍ３÷ ３．０６ｃｍ３）］の上記の式によってカソード気孔率を計算すると、約０．２８または２８％のカソード気孔率を導き出す。
アノード１４は少なくとも１つの電気化学的に活性なアノード材料、ゲル化剤及び有機及び／又は無機のガス抑制剤のような小量の添加剤から形成されることができる。電気化学的に活性なアノード材料は、亜鉛、酸化亜鉛、水酸化亜鉛、カドミウム、鉄、ＡＢ５（Ｈ）、ＡＢ２（Ｈ）及びＡ２Ｂ７（Ｈ）のような金属水素化物、これらの合金、及びこれらの混合物を含んでいてもよい。
アノード１４内の電気化学的に活性なアノード材料の量は、アノードローディングと称されてもよい。アノード１４のローディングは、電池１０において使用される電気化学的に活性なアノード材料、及び電池１０のサイズに応じて変化してもよい。例えば、電気化学的に活性なアノード材料である亜鉛を有するＡＡサイズの電池は、少なくとも約３．３グラムの亜鉛のアノードローディングを有していてもよい。アノードローディングは、例えば、少なくとも約３．５グラム、約３．７グラム、約３．９グラム、約４．１グラム、約４．３グラム、または約４．５グラムの亜鉛であってもよい。アノードローディングは、約４．０グラムから約５．２グラムの亜鉛であってもよい。アノードローディングは、約４．２グラムから約５．０グラムの亜鉛であってもよい。例えば、電気化学的に活性なアノード材料である亜鉛を有するＡＡＡサイズの電池は、少なくとも約１．８グラムの亜鉛のアノードローディングを有していてもよい。例えば、アノードローディングは、約１．８グラムから約２．２グラムの亜鉛であってもよい。例えば、アノードローディングは、約１．９グラムから約２．１グラムの亜鉛であってもよい。例えば、電気化学的に活性なアノード材料である亜鉛を有するＡＡＡＡサイズの電池は、少なくとも約０．６グラムの亜鉛のアノードローディングを有していてもよい。例えば、アノードローディングは、約０．７グラムから約１．１グラムの亜鉛であってもよい。例えば、電気化学的に活性なアノード材料である亜鉛を有するＣサイズの電池は、少なくとも約９．５グラムの亜鉛のアノードローディングを有していてもよい。例えば、アノードローディングは、約１０．０グラムから約１９．０グラムの亜鉛であってもよい。例えば、電気化学的に活性なアノード材料である亜鉛を有するＤサイズの電池は、少なくとも約３０．０グラムの亜鉛のアノードローディングを有していてもよい。例えば、アノードローディングは、約３０．０グラムから約４５．０グラムの亜鉛であってもよい。例えば、アノードローディングは、約３３．０グラムから約３９．５グラムの亜鉛であってもよい。
使用され得るゲル化剤は、例として、ポリアクリル酸、ジビニルグリコールのポリアルケニルエーテルに架橋されたポリアクリル酸、グラフト澱粉材料、ポリアクリル酸塩、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース塩（例えば、カルボキシメチルセルロースナトリウム）、またはこれらの合成物を含んでいてもよい。アノード１４は、ビスマス、錫またはインジウムのような無機材料を含み得るガス抑制剤を含んでいてもよい。あるいは、ガス抑制剤は、リン酸エステルのような有機化合物、イオン性界面活性剤または非イオン性界面活性剤を含んでいてもよい。
電解質を、カソード１２、アノード１４及びセパレータ１６の全体にわたって分散させてもよい。電解質は、イオン導電性成分を水溶液おいて含んでいる。イオン導電性成分は水酸化物であってもよい。水酸化物は、例えば、水酸化カリウム、水酸化セシウム、及びこれらの混合物であってもよい。イオン導電性成分の濃度を、電池の設計及び電池の所望の性能に応じて選択してもよい。水溶性アルカリ電解質は、イオン導電性成分のような水酸化物を、水を含む溶液中に含んでいてもよい。電解質内の水酸化物の濃度は、電池１０内の電解質の総重量に基づいて、約０．２０から約０．４０または約２０％から約４０％であってもよい。例えば、電解質の水酸化物の濃度は、電池１０内の電解質の総重量に基づいて、約０．２５から約０．３２または約２５％から約３２％であってもよい。水溶性アルカリ電解質は、さらに酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含んでいてもよい。ＺｎＯは、アノードにおける亜鉛の腐食を抑えるように機能してもよい。電解質内に含まれるＺｎＯの濃度は、電池１０内の全電解質の約５％重量未満であってもよい。ＺｎＯ濃度は、例えば、電池１０内の電解質の総重量の約１％から約３％であってもよい。
ＡＡサイズのアルカリ電池内の水溶性アルカリ性電解質の総重量は、例えば、約３．０グラムから約４．４グラムであってもよい。より好ましくは、ＡＡサイズの電池内の電解質の総重量は、例えば、約３．３グラムから約３．８グラムであってもよい。ＡＡサイズの電池内の電解質の総重量は、例えば、約３．４グラムから約３．６５グラムであってもよい。ＡＡＡサイズの電池内の電解質の総重量は、例えば、約１．０グラムから約２．０グラムであってもよい。ＡＡＡサイズの電池内の電解質の総重量は、例えば、約１．２グラムから約１．８グラムであってもよい。ＡＡＡサイズの電池内の電解質の総重量は、例えば、約１．４グラムから約１．６グラムであってもよい。ＡＡＡＡサイズの電池内の電解質の総重量は、約０．６８グラムから約０．７８グラム、例えば、約０．７０グラムから約０．７５グラムであってもよい。Ｃサイズの電池内の電解質の総重量は、約１２．３グラムから約１４．１グラム、例えば、約１２．６グラムから約１３．６グラムであってもよい。Ｄサイズの電池内の電解質の総重量は、約２６．５グラムから約３０．６グラム、例えば、約２７．３グラムから約２９．５グラムであってもよい。
セパレータ１６は、電解質によって濡らすことができる材料又は電解質によって濡らされた材料を含んでいる。材料は、液体と材料の表面との間の接触角度が、９０°未満である場合、又は液体が自然に材料の表面全体に広がろうとする場合に、液体によって濡らされると考えられ、これら両条件は通常は共存する。セパレータ１６は、織られた紙又は不織の紙または布の単層又は多層を含んでいてもよい。セパレータ１６は、例えば、不織材料の層と組み合わさったセロハンの層を含んでいてもよい。セパレータ１６は、さらに不織材料の追加の層を含んでいてもよい。セパレータ１６もまた、電池１０内のもとの場所に形成されてもよい。米国特許第６，５１４，６３７号は、例えば、そのようなセパレータ材料及び該出願の適切な方法の可能性を開示している。セパレータ材料は薄くてもよい。セパレータ１６は、例えば、２５０マイクロメートル（ミクロン）未満の乾燥厚さを有していてもよい。セパレータ１６は、約５０ミクロンから約１７５ミクロンの乾燥厚さを有していてもよい。セパレータ１６は、約７０ミクロンから約１６０ミクロンの乾燥厚さを有していてもよい。セパレータ１６は、約４０ｇ／ｍ2以下の坪量を有していてもよい。セパレータ１６は、約１５ｇ／ｍ2から約４０ｇ／ｍ2の坪量を有していてもよい。セパレータ１６は、約２０ｇ／ｍ2から約３０ｇ／ｍ2の坪量を有していてもよい。セパレータ１６は、通気度値を有していてもよい。セパレータ１６は、国際標準化機構（ＩＳＯ）の規格２９６５において定義されるような通気度値を有していてもよい。セパレータ１６の通気度値は、約２０００ｃｍ３／ｃｍ２・ｍｉｎ＠１ｋＰａから約５０００ｃｍ３／ｃｍ２・ｍｉｎ ＠１ｋＰａであってもよい。セパレータ１６の通気度値は、約３０００ｃｍ３／ｃｍ２・ｍｉｎ ＠ １ｋＰａから約４０００ｃｍ３／ｃｍ２・ｍｉｎ ＠ １ｋＰａであってもよい。セパレータ１６の通気度値は、約３５００ｃｍ３／ｃｍ２・ｍｉｎ ＠１ｋＰａから約３８００ｃｍ３／ｃｍ２・ｍｉｎ ＠ １ｋＰａであってもよい。
集電体２０は、先行技術において任意の既知の方法による、特定の電池の設計の任意の適切な形に製造されてもよい。集電体２０は、例えば、爪のような形を有していてもよい。集電体２０は、柱状体及び柱状体の片端に位置する先端部を有していてもよい。集電体２０を、例えば、亜鉛、銅、真鍮、銀、又は他の任意の適切な材料の金属で製作することができる。集電体２０は、錫、亜鉛、ビスマス、インジウムまたは集電体２０と、例えばアノード１４との間の低い電気接触抵抗を示す他の適切な材料で任意にめっきされてもよい。めっき材料は、さらに、集電体２０がアノード１４と接触する場合に、ガス発生を抑える能力を発揮し得る。
シール２２を、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエーテルウレタンなどのポリマー、ポリマー複合体、及びこれらの混合物を所定の寸法を有する形に射出成形することによって準備してもよい。シール２２は、例えば、ナイロン６，６、ナイロン６，１０、ナイロン６，１２、ナイロン１１、ポリプロピレン、ポリエーテルウレタン、コポリマー、混合物、及びこれらの混合物から製造されてもよい。例示的な射出成形方法は、コールドランナー法及びホットランナー法の両方を含んでいる。シール２２は、可塑剤、結晶核剤、酸化防止剤、離型剤、潤滑剤、及び帯電防止剤などの他の既知の機能材料を含んでいてもよい。シール２２は、シーラントで覆われていてもよい。シール２２は、電池１０内での使用に先立って濡らされてもよい。シール２２は、シール材料に応じて、例えば、約１．０重量％から約９．０重量％の水分量を有していてもよい。集電体２０は、シール２２内に及びシール２２を介して挿入されてもよい。
エンドキャップ２４は、各電池を閉じるのに十分な任意の形で形成されてもよい。エンドキャップ２４は、例えば、円筒状形又はプリズム形であってもよい。エンドキャップ２４は、適切な寸法で所望の形へ材料をプレスすることより形成されてもよい。エンドキャップ２４は、電池１０の放電中に電子を導電する任意の適切な材料から製造されてもよい。エンドキャップ２４を、例えば、ニッケルめっきした鋼又は銀めっきした鋼で製造してもよい。エンドキャップ２４は、集電体２０に電気的に接続されてもよい。エンドキャップ２４は、例えば、集電体２０に溶接されることにより集電体２０に電気的に接続してもよい。エンドキャップ２４は、電池１０におけるガス発生中に、例えば、ベントが破裂し得る、装置内における電池１０の深放電又は反転中に、エンドキャップ２４において作られたガス圧を放出するために、穴のような１つ以上の口径を含んでいてもよい。
ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルを含むカソード１２を含む電池１０は、ボルトで測定される開路電圧（ＯＣＶ）を有していてもよい。電池１０は、約１．７０Ｖから約１．８５ＶのＯＣＶを有していてもよい。電池１０は、例えば、約１．７８ＶのＯＣＶを有していてもよい。
本発明の電気化学的に活性なカソード材料であるベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルは、例えば、電気化学的に活性なカソード材料である高酸化状態の遷移金属酸化物を含む電池より、低、中、高放電排出率の向上した放電性能を有していてもよい。本発明の電気化学的に活性なカソード材料であるベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルを含む電池は、例えば、電気化学的に活性なカソード材料である高酸化状態の遷移金属酸化物を含む電池より閉路電圧が低くてもよい。本発明の電気化学的に活性なカソード材料を含むベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルを含む電池は、例えば、電気化学的に活性なカソード材料である高酸化状態の遷移金属酸化物を含む電池よりガス発生が低くてもよい。本発明の電気化学的に活性なカソード材料を含むベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルを含む電池は、例えば、電気化学的に活性なカソード材料を含む高酸化状態の遷移金属酸化物を含む電池より、カソード構造的な統合、導通、及び漏出の特性をより有してもよい。本発明の電気化学的に活性なカソード材料であるベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルは、例えば、電池内に組み込まれた電気化学的に活性なカソード材料である高酸化状態の遷移金属酸化物より水の消費が少なくなり得、この事により、電池内に組込まれた時、カソード膨張及び水分バランスが悪くなるといった結果に陥る。
図２を参照すると、複数の試料材料のＸＲＤパターンが示されている。本発明のベータ脱リチウム化層状酸化ニッケル１１０（Ｌｉ０．０６Ｋ０．１２ＮｉＯ２・ ０． ５３Ｈ２ｏ）の例示的なＸＲＤパターンが図２内に含まれている。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケル１１０の例示的なＸＲＤパターンは、約１５．６°２θの第１ピーク（１１１）、約２１．９°２θの第２ピーク（１１２）、約 ３７．３°２θの第３ピーク（１１３）、約 ４３．６°２θの第４ピーク（１１４）、約 ５９.９°２θの第５ピーク（１１５）、及び約６５．８°２θの第６ピーク（１１６）を含んでいる。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケル１１０の例示的なＸＲＤパターンは、さらに、約１１．２°２θの第７ピーク（１１７）、約 ４７．３°２θの第８ピーク（１１８）、及び約４８．３°２θの第９ピーク（１１９）を含んでいる。
さらに図２を参照すると、ガンマオキシ水酸化ニッケル１２０（γ−ＮｉＯＯＨ）の例示的なＸＲＤパターンが示されている。ガンマオキシ水酸化ニッケル１２０のＸＲＤパターンは、約１２．８°２θの第１ピーク（１２１）、約２５．５°２θの第２ピーク（１２２）、約３７．８°２θの第３ピーク（１２３）、約４２．９°２θの第４ピーク（１２４）、約６６．３°２θの第５ピーク（１２５）、及び約６７．７°２θの第６ピーク（１２６）を含んでいる。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンは、ガンマオキシ水酸化ニッケルのＸＲＤパターンと異なる。例えば、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンは、とりわけ、約１５．６°２θ（１１１）、約２１．９°２θ（１１２）、及び約５９．９°２θ（１１５）でＸＲＤパターンにおける顕著なピークを含んでいる。ガンマオキシ水酸化ニッケルのＸＲＤパターンには、そのようなピークは含まれない。さらに、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンは、とりわけ、約１１．２°２θ（１１７）、約 ４７．３°２θ（１１８）、及び約４８．３°２θ（１１９）でＸＲＤパターンにおける顕著なピークを含んでいる。ガンマオキシ水酸化ニッケルのＸＲＤパターンにはそのようなピークは含まれない。
さらに図２を参照すると、アルファ脱リチウム化層状酸化ニッケル１３０（Ｌｉ０．０６ＮｉＯ２）の例示的なＸＲＤパターンが示されている。アルファ脱リチウム化層状酸化ニッケル１３０の例示的なＸＲＤパターンは、約１８．５°２θの第１ピーク（１３１）、約３７．２°２θの第２ピーク（１３２）、約３８．８°２θの第３ピーク（１３３）、約４４．９°２θの第４ピーク（１３４）、約５８．６°２θの第５ピーク（１３５）、及び約６４．１°２θの第６ピーク（１３６）を含んでいる。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンは、アルファ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンとは異なる。例えば、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンは、とりわけ、約１５．６°２θ（１１１）、約２１．９°２θ（１１２）、及び約４３．６°２θ（１１４）でＸＲＤパターンにおける顕著なピークを含んでいる。アルファ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンにはそのようなピークは含まれない。さらに、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンは、とりわけ、約１１．２°２θ（１１７）でＸＲＤパターンにおける顕著なピークを含んでいる。アルファ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンにはそのようなピークは含まれない。
さらに図２を参照すると、酸化ニッケル１４０（ＮｉＯ)の例示的なＸＲＤパターンが示されている。酸化ニッケル１４０のＸＲＤパターンは約３７．２°２θの第１ピーク（１４１）、約４３．３°２θの第２ピーク（１４２）、及び約６２．９°２θの第３ピーク（１４３）を含んでいる。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンは、酸化ニッケルのＸＲＤパターンとは異なる。例えば、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンは、とりわけ、約１５．６°２θ（１１１）、約２１．９°２θ（１１２）、約５９．９°２θ（１１５）、及び約６５．８°２θ（１１６）でＸＲＤパターンにおける顕著なピークを含んでいる。酸化ニッケルのＸＲＤパターンにはそのようなピークは含まれない。さらに、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンは、とりわけ、約１１．２°２θ（１１７）、 約４７．３°２θ（１１８）、及び約４８．３°２θ（１１９）でＸＲＤパターンにおける顕著なピークを含んでいる。酸化ニッケルのＸＲＤパターンにはそのようなピークは含まれない。
さらに図２を参照すると、ベータニッケル水酸化物１５０（β‐Ｎｉ（ＯＨ）２）の例示的なＸＲＤパターンが示されている。ベータニッケル水酸化物１５０のＸＲＤパターンは約１９．２°２θの第１ピーク（１５１）、約３３．１°２θの第２ピーク（１５２）、約３８．５°２θの第３ピーク（１５３）、約５２．２°２θの第４ピーク（１５４）、約５９．２°２θの第５ピーク（１５５）、及び約６２．８°２θの第６ピーク（１５６）を含んでいる。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンは、ベータニッケル水酸化物のＸＲＤパターンとは異なる。例えば、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンは、とりわけ、約１５．６°２θ（１１１）、約２１．９°２θ（１１２）、約 ４３．６°２θ（１１４）、及び約６５．８°２θ（１１６）でＸＲＤパターンにおける顕著なピークを含んでいる。ベータニッケル水酸化物のＸＲＤパターンにはそのようなピークは含まれない。さらに、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンは、とりわけ、約１１．２°２θ（１１７）、約 ４７．３°２θ（１１８）、及び約４８．３°２θ（１１９）でＸＲＤパターンにおける顕著なピークを含んでいる。ベータニッケル水酸化物のＸＲＤパターンには、そのようなピークは含まれない。
さらに図２を参照すると、ベータオキシ水酸化ニッケル１６０（β‐ＮｉＯＯＨ）の例示的なＸＲＤパターンが示されている。ベータオキシ水酸化ニッケル１６０のＸＲＤパターンは、約１９．１°２θの第１ピーク（１６１）、及び約３７．９°２θの第２ピーク（１６２）を含んでいる。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンはベータオキシ水酸化ニッケルのＸＲＤパターンとは異なる。例えば、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンは、とりわけ、約１５．６°２θ（１１１）、約２１．９°２θ（１１２）、約４３．６°２θ（１１４）、約 ５９．９°２θ（１１５）、及び約６５．８°２θ（１１６）でＸＲＤパターンにおける顕著なピークを含んでいる。ベータオキシ水酸化ニッケルのＸＲＤパターンには、そのようなピークは含まれない。さらに、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンは、とりわけ、約１１．２°２θ（１１７）、約 ４７．３°２θ（１１８）及び約４８．３°２θ（１１９）でＸＲＤパターンにおける顕著なピークを含んでいる。ベータオキシ水酸化ニッケルのＸＲＤパターンには、そのようなピークは含まれない。
さらに図２を参照すると、水酸化カリウム１７０（ＫＯＨ）の例示的なＸＲＤパターンが示されている。水酸化カリウム１７０のＸＲＤパターンは約２２．１°２θの第１ピーク（１７１）、約２８．４°２θの第２ピーク（１７２）、約３０．５°２θの第３ピーク（１７３）、約３３．３°２θの第４ピーク（１７４）、約３９．１°２θの第５ピーク（１７５）、及び約４５．８°２θの第６ピーク（１７６）を含んでいる。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンは水酸化カリウムのＸＲＤパターンとは異なる。例えば、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンは、とりわけ、約１５．６°２θ（１１１）、約７．３°２θ（１１３）、約 ４３．６°２θ（１１４）、約 ５９．９°２θ（１１５）、及び約６５．８°２θ（１１６）でＸＲＤパターンにおける顕著なピークを含んでいる。水酸化カリウムのＸＲＤパターンには、そのようなピークは含まれない。さらに、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＸＲＤパターンは、とりわけ、約１１．２°２θ（１１７）でＸＲＤパターンにおける顕著なピークを含んでいる。水酸化カリウムのＸＲＤパターンには、そのようなピークは含まれない。
さらに図２を参照して、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケル１１０、アルファ脱リチウム化層状酸化ニッケル１３０、酸化ニッケル１４０、ベータ‐ニッケル水酸化物１５０、及び水酸化カリウム１７０のＸＲＤパターンは、ＮＩＳＴ６４０ｄシリコン標準で示される、約２８．５°２θのピーク（１０１）を含んでいる。シリコン標準は、２θ回折角度校正のために用いられる。
図３を参照すると、例えば、電池３１０の電圧、容量、充電状態、及び／又は電力を決定する、ラベル３２０内に組み込まれたインディケータ、またはテスタ３３０を有するラベル３２０を含む電池３１０が示されている。ラベル３２０は、ラベル・グラフィックス及びテキストを有する透明又は半透明の層を有するラミネートされた多層膜であってもよい。ラベル３２０は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）、及び他の類似のポリマー材料で製造されてもよい。テスタ３３０は、例えば、サーモクロミック又はエレクトロクロミックのインディケータを含んでいてもよい。サーモクロミックの電池テスタでは、インディケータは、電池３１０のハウジングとエンドキャップとの電気接点に置かれてもよい。消費者は、テスタ３３０内に組み込まれた電気回路におけるスイッチを手動で押し下げることにより、インディケータを起動する。一度スイッチが押し下げられれば、消費者は、エンドキャップによって、電池３１０のカソードに、ハウジングによってサーモクロミックのテスタを介して、電池３１０のアノードを接続する。サーモクロミックのテスタは、導体の抵抗も銀導体の長さと共に変化するような可変幅を有する銀導体を含んでいてもよい。電流が銀導体を移動するにつれ、電流は、銀導体上にあるサーモクロミックインク・ディスプレイの色を変化させる熱を生成する。テスタ３３０は、例えば、電池３１０の相対的容量を示すゲージとして、配置されてもよい。電流が高いほど、熱は生成され、ゲージは電池３１０が良好であることを示すように変化する。
実験試験
ＩＣＰ−ＡＥによる元素分析
ＩＣＰ−ＡＥによる元素分析は電気化学的に活性な材料の試料において完了し、試料材料の元素の内容物を決定する。ＩＣＰ−ＡＥ分析は、ＨＯＲＩＢＡ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｕｌｔｉｍａ ２ ＩＣＰ分光計を用いることで完了する。ＩＣＰ−ＡＥ分析は、分光計内に試料液を置くことにより完了する。試料液は、分析されることが所望される元素に従ずる方法で準備されている。
元素分析については、第１の溶液は、およそ０．１５グラムの試料材料を硝酸（ＨＮＯ３）の８規定（８Ｎ）溶液の約２０ｍＬに加えることにより作られる。ほぼ全ての液体が蒸発するまで、第１の溶液は約２１０℃で加熱される。その後、第１の溶液を約１００℃から約１５０℃の間に冷却する。第２の溶液は、第１の溶液が冷却した後に、濃塩酸（ＨＣｌ）の約１０ｍＬを、第１の溶液に加えることにより形成される。ほぼ全ての液体が蒸発するまで、第２の溶液は約２１０℃で加熱される。その後、第２の溶液を冷却する。第３の溶液は、第２の溶液が約１００℃から約１５０℃の間に冷却した後に、濃縮ＨＣｌの約１０ｍＬを、第２の溶液に加えることにより形成される。ほぼ全ての溶液が蒸発するまで、第３の溶液は約２１０Ｃ℃で加熱される。その後、第３の溶液を、約１１０℃で一時間、オーブンに入れる。オーブン内での保管の後に、第３の溶液を冷却する。第４の溶液は、５ｍＬの濃縮ＨＣＬを第３の溶液に加えることにより形成される。試料材料が第４の溶液中に溶解するまで、第４の溶液は約２１０℃に加熱される。第４の溶液を冷却する。
第５の溶液は、第４の溶液を１００ｍＬの容量のフラスコに移し、第４溶液に蒸留水を容量フラスコの１００ｍＬの目盛り線まで加えることにより形成される。第５の溶液は、ＩＣＰ−ＡＥ分光計を用いて、リチウム（Ｌｉ）、カリウム（Ｋ）及びビジウム（Ｒｂ）の元素分析に使用される。第６の溶液は、１ｍＬの第５の溶液を５０ｍＬの遠心分離管内に移し、約２．５ｍＬの濃縮ＨＣｌを遠心分離管に加え、第６の溶液の総重量が５０グラムになるように、遠心分離管に蒸留水を加え、遠心分離管の構成要素を混合することにより形成される。第６の溶液はＩＣＰ−ＡＥ分光計を用いて、ニッケル（Ｎｉ）の元素分析に使用される。
ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのＩＣＰ−ＡＥ分析は、カリウム（Ｋ）、リチウム（Ｌｉ）、ニッケル（Ｎｉ）及びルビジウム（Ｒｂ）に特有の様々な波長で行なわれる。例えば、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケル内のカリウム（Ｋ）の分析のための波長（λ）を、約７６６ｎｍで設定してもよい。例えば、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケル内のリチウム（Ｌｉ）の分析のための波長（λ）を、約６１０ｎｍで設定してもよい。
例えば、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケル内のニッケル（Ｎｉ）の分析のための波長（λ）を、約２３１ｎｍで設定してもよい。例えば、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケル内のルビジウム（Ｒｂ）の分析のための波長（λ）を、約７８０ｎｍで設定してもよい。
下記の表１は、アルファ脱リチウム化層状酸化ニッケル（材料Ａ）及びベータ脱リチウム化層状酸化ニッケル（材料Ｂ）のＩＣＰ−ＡＥの結果による元素分析を含んでいる。試料材料内のリチウム（Ｌｉ）、ニッケル（Ｎｉ）及びカリウム（Ｋ）の重量パーセントが報告されている。ＩＣＰ−ＡＥデータによる元素分析は材料Ａ及び材料Ｂの化学合成物を決定するために使用される。ＩＣＰ−ＡＥによる元素分析も材料Ａ及び材料Ｂがそれぞれの化学合成物内に不適合な副生成物又は分解物を有していないことを確認するために使用される。
熱重量分析（ＴＧＡ）による含水量
ＴＧＡによる含水量は、試料材料内の吸収する／吸着する水分、結晶の水分、及び総含水量を決定するために電気化学的に活性な材料の試料上で完了する。ＴＧＡ分析はＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｑ５０００ Ａｎａｌｙｚｅｒを用いて完了する。
ＴＧＡ分析は、ＴＧＡ試料保持具上に約３４ｍｇの試料を置くことにより行なわれる。
試料材料は、５℃／ｍｉｎの割合で、約８００℃に加熱される。試料の加熱は、例えば、約２５ ｍＬ／ｍｉｎの割合で流れている窒素が存在する状態で生じる。試料重量は、時間と温度の関数で測定される。
表１は、ＴＧＡによってアルファ脱リチウム化層状酸化ニッケル（材料Ａ）及びベータ脱リチウム化層状酸化ニッケル（材料Ｂ）を測定した含水量を含んでいる。ＴＧＡによって測定された含水量は材料Ａ及び材料Ｂの化学合成物の中の格子水の存在を決定するために用いられる。ＴＧＡによって測定される含水量もまた、材料Ａ及び材料Ｂの表面へ吸着された水分を決定し、かつ、余分な水分がそれぞれの材料の中に存在しないことを確認するために用いられる。
定質的ガス発生速度（ＧＥＲ）分析
ガス発生の速度を定質的に決定するために、定質的なガス発生速度（ＧＥＲ）分析は電気化学的に活性な材料の試料上で完了する。定質的ＧＥＲ分析は目視観測を通じて完了する。定質的ＧＥＲ分析は、ペトリ皿に約１グラムの試料材料を置き、約０．５グラムの９規定（９Ｎ）水溶性水酸化カリウム電解質をペトリ皿内の試料材料に加えることを含んでいる。その後、定質的ＧＥＲは視覚的に観察され記録される。
表１は、アルファ脱リチウム化層状酸化ニッケル（材料Ａ）及びベータ脱リチウム化層状酸化ニッケル（材料Ｂ）の定質的なＧＥＲの結果を含んでいる。アルファ脱リチウム化層状酸化ニッケル（材料Ａ）は高い定質的なＧＥＲを示している。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケル（材料Ｂ）は低い定質的なＧＥＲを示している。
定量的ガス発生速度（ＧＥＲ）分析
ガス発生の速度を定量的に決定するために、定量的ガス発生速度（ＧＥＲ）分析は、電気化学的に活性な材料の試料上で完了する。定量的ＧＥＲ分析は、密閉可能な、１００ｍＬのガラス・ジャーのキャップに付けられた、Ｖａｌｃｏｍ Ｓｅｒｉｅｓ ２７Ａ圧力センサを用いることで完了する。Ａｇｉｌｅｎｔ ３４９７０Ａデータ収集ユニットが圧力センサに付けられている。約２．５グラムの試料材料及び約１．５グラムの９規定（９Ｎ）水溶性水酸化カリウム電解質の混合物は、ガラス・ジャー内に置かれる。その後、ガラス・ジャーはキャップで密閉される。その後、密閉したガラス・ジャーを、約４０℃でオーブン内に置く。電解質と接触する試料材料によって長時間にわたって生成されるあらゆるガスの圧力は、Ａｇｉｌｅｎｔデータロガーによって記録される。
表１は、アルファ脱リチウム化層状酸化ニッケル（材料Ａ）及びベータ脱リチウム化層状酸化ニッケル（材料Ｂ）の定量的ＧＥＲの結果を含んでいる。ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケル（材料Ｂ）は最初にガスを生成する。およそ２０時間の測定の後、材料Ｂは、約６５ｍＢａｒのガスを生成する。およそ４０時間の測定の後、材料Ｂは、約６９ｍＢａｒのガスを生成する。およそ８０時間の測定の後、材料Ｂは、約７４ｍＢａｒのガスを生成する。
アルファ脱リチウム化層状酸化ニッケル（材料Ａ）は、より大量のガスを、材料Ｂより速い速さで最初に生成する。およそ２０時間の測定の後、材料Ａは、約１３７ｍＢａｒのガスを生成する。およそ４０時間の測定の後、材料Ｂは、約１５０ｍＢａｒのガスを生成する。およそ８０時間の測定の後、材料Ｂは、約１６９ｍＢａｒのガスを生成する。各測定点での材料Ａによって生成されるガスは、同測定点での材料Ｂにより生成されるガスの２倍を超える量である。
等温マイクロ熱量計測（ＩＭＣ）分析による安定性の決定
ＩＭＣによる安定性の決定は、電解質に接触する試料材料によって生成される熱の量及び割合を決定するために、電気化学的に活性な材料の試料上で行なわれる。安定性の決定はＴＡ ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓのＴＡＭ ＩＩＩ等温マイクロ熱量計を用いて完了する。約１．５グラムの９規定（９Ｎ）水溶性水酸化カリウム電解質をグラス・ビーカー内の約２．５グラムの試料材料に加えることにより、混合物を準備する。約１グラムの混合物を１．５ｍＬのプラスチック小瓶内へ移す。混合物を含んでいるプラスチック小瓶を、ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓの４ｍＬガラス製アンプル内に置く。その後、ガラス製アンプルを密閉し、約４０℃で等温マイクロ熱量計内に置く。その後、時間に対比する試料材料によって生成される熱を測定し記録する。
表１は、アルファ脱リチウム化層状酸化ニッケル（材料Ａ）及びベータ脱リチウム化層状酸化ニッケル（材料Ｂ）のＩＭＣの結果による安定性の決定を含んでいる。材料Ａ及び材料Ｂの両方は、最初に、それぞれ、約７×１０−３Ｗ／ｇ及び約１×１０−３Ｗ／ｇでそれぞれ熱を発する。材料Ａが生成する熱は安定しており、約２時間後の測定で、１０−３Ｗ／ｇと、比較的一定のままである。しかしながら、この同時点では、材料Ｂが生成する熱は、約７×−５Ｗ／ｇまで減少した。約１日後の測定では、材料Ａが生成する熱は、約１×１０−３Ｗ／ｇ、材料Ｂが生成する熱は約６×１０−５Ｗ／ｇであり、比較的一定のままである。約３日後の測定では、材料Ａが生成する熱は、約４×１０−５Ｗ／ｇ、材料Ｂが生成する熱は、約２×１０−５Ｗ／ｇ、と減少する。
熱生成における最初のスパイクの後に、材料Ｂが生成する熱は、９規定（９Ｎ）水溶性水酸化カリウム電解質に存在している間は、材料Ａより少ない。したがって、９規定（９Ｎ）水溶性水酸化カリウム電解質に存在している場合に、材料Ｂは、材料Ａより安定している。安定性の測定は、上記で論述した定質的及び定量的ＧＥＲの実験で見られた、材料Ａ及び材料Ｂの相対的な反応性を確認する。
Figure 2020181825
粉末Ｘ線回折分析
結晶性粉末試料の特有のＸＲＤ回折パターンを決定するために、粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）分析が結晶性粉末試料について行なわれる。ＸＲＤ分析は、Ｂｒｕｋｅｒ Ｄ−８ Ａｄｖａｎｃｅ Ｘ線回折計を用いて完了する。ＸＲＤ分析は、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルについても複数の比較試料についても行なわれる。約１グラムから約２グラムの試料材料をＢｒｕｋｅｒ試料保持具内に置く。その後、試料材料を含む試料保持具は、Ｘ線回折計の回転試料台に置かれ、その後、試料材料はＣｕＫα回折計のＸ線源によって照射される。回折されるＸ線は、Ｂａｌｔｉｃ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ （Ｒｉｇａ，ラトビア）から入手可能な、Ｓｏｌ‐ｘ検知器によって測定される。その後、各試料のＸＲＤパターンは、Ｂｒｕｋｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって供給されるＤｉｆｆｒａｃ−ｐｌｕｓソフトウェアを用いて、１０°２θから８０°２θまでの２秒／ステップで、０．０２°ステップサイズを用いて集められる。その後、試料材料のＸＲＤパターンは、ＥＶＡ ａｎｄ Ｔｏｐａｓのデータ分析ソフトウェアパッケージ（Ｂｒｕｋｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能）を用いて、分析される。
試料材料のＸＲＤパターンは、既知の材料を測定した基準ＸＲＤパターンと比較される。
表２は分析された試料及び既知の材料、並びに各材料のＸＲＤパターン内の特有のピークをまとめている。
Figure 2020181825
組み立てられたＡＡＡサイズのアルカリ一次電池の性能試験
以下の表３において、電池Ａと称される例示的なＡＡＡサイズの電池が組み立てられる。電池Ａは、アノードと、カソードと、セパレータと、円筒状ハウジング内の水溶性アルカリ電解質と、を含んでいる。アノードは、１．９６グラムの亜鉛を含むアノードスラリー、水に溶解した約３０％重量のＫＯＨ及び２％重量のＺｎＯを有する０．８７５グラムの水酸化カリウムアルカリ性電解質、０．０２グラムのポリアクリル酸ゲル化剤、及び０．０１グラムの腐食防止剤を含んでいる。カソードは、アルファ脱リチウム化層状酸化ニッケル、黒鉛、及び水溶性水酸化カリウム電解質溶液の混合物を含んでいる。カソードは、３．３５グラムのアルファ脱リチウム化層状酸化ニッケルのローディング、０．４０グラムのＴｉｍｃａｌ ＢＮＣ−３０の黒鉛のローディング、及び０．２１グラムの電解質を有している。セパレータは、アノードとカソードとの間に置かれる。アノード、カソード及びセパレータは、円筒状ハウジングに挿入される。その後、ハウジングは電池の組立プロセスを完了させるために密閉される。その後、下記に述べられるように、電池Ａの老朽化及び性能試験を行う。
以下の表３において、電池Ｂと称される実験的なＡＡＡサイズの電池が組み立てられる。電池Ｂはアノードと、カソードと、セパレータと円筒状ハウジング内の水溶性アルカリ電解質と、を含んでいる。アノードは、１．９６グラムの亜鉛を含むアノードスラリー、水に溶解した約３０％重量のＫＯＨ及び２％重量のＺｎＯを有する０．８７５グラムの水酸化カリウムアルカリ性電解質、０．０２グラムのポリアクリル酸ゲル化剤、及び０.０１グラムの腐食防止剤を含んでいる。カソードは、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケル、黒鉛及び水溶性水酸化カリウム電解質溶液の混合物を含んでいる。カソードは、３．３５グラムのベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのローディング、０．４０グラムのＴｉｍｃａｌ ＢＮＣ−３０の黒鉛のローディング、及び０．２１グラムの電解質を含んでいる。セパレータは、アノードとカソードとの間に置かれる。アノード、カソード及びセパレータは、円筒状ハウジングに挿入される。その後、ハウジングは電池の組立プロセスを完成させるために密閉される。その後、下記に述べられるように、電池Ｂの老朽化及び性能試験を行う。
Figure 2020181825
性能試験は、電力シグネチャ試験と称され得る放電性能試験を含んでいる。電力シグネチャ試験プロトコルは、各放電レジームの間における回復又は停止期間に、高率、中率、及び低率の放電レジームを電池に順次印加することを含んでいる。最初に、高率の放電レジームを電池に印加する。高率の放電レジームは、０．９ボルトのカットオフ電圧に到達するまで、電池に０．５ワットの一定のパワードレインを印加することを含んでいる。その後、４時間の間、電池を回復させる。その後、中率の放電レジームを電池に印加する。
中率の放電レジームは、０．９ボルトのカットオフ電圧に到達するまで、電池に０．１２５ワットの一定のパワードレインを印加することを含んでいる。その後、４時間の間、電池を回復させる。その後、低率の放電レジームを電池に印加する。低率の放電レジームは、０．９ボルトのカットオフ電圧に到達するまで、電池に０．０２５ワットの一定のパワードレインを印加することを含んでいる。アンペア時間（Ａｈ）における電池の測定容量が、それぞれ個々の放電レジームについて報告される。さらに、アンペア時間（Ａｈ）における全ての放電レジームの電池に対する累積測定容量も報告される。
性能試験は、３０ミリアンペア連続放電試験（３０ｍＡ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ）と称され得る放電性能試験を含んでいる。３０ｍＡ連続プロトコルは０．９ボルトのカットオフ電圧に到達するまで、電池に３０ｍＡの定電流ドレインを印加することを含んでいる。
電池の測定総容量は、アンペア時間（Ａｈ）で報告される。３０ｍＡ連続放電試験は低率放電試験である。
性能試験の前に、電池は約２０℃で４日間保管する。４日間保管した後に、電池の開路電圧（ＯＣＶ）を測定する。電池のＯＣＶは、例えば、電池の正極及び負極端子を跨って電圧計を置くことにより測定される。電池の測定開路電圧（Ｖ）が報告される。ＯＣＶ試験は、電池の容量を全く消費しない。
４日間保管した後に、電池の短絡電流（ＳＣＣ）を測定する。ＳＣＣプロトコルは、０．１秒間に６アンペア（Ａｍｐｓ）の定電流を電池に印加することを含んでいる。６アンペアのドレインの間、電池の電圧は測定され、そして報告される。電池が完全に短絡する場合、電池は、ゼロ（０）ボルトの測定電圧を有する。電池が短絡する電流は、測定ＯＣＶの座標とドレイン下での測定電圧の座標との間の線を、電圧に対する電流のｘ、ｙプロット上のｘ軸の切片に外挿することにより算出される。測定ＯＣＶは、（０アンペア、ＯＣＶ）の（ｘ、ｙ）座標を有する。ドレイン下での測定電圧は、（６アンペア、負荷電圧）の（ｘ、ｙ）座標を有する。ＳＳＣ試験は、試験期間が非常に短いため、電池の容量をあまり消費しない。ＳＳＣは下記式によって計算される。
ＳＳＣ（Ａｍｐｓ）＝［（ＯＣＶ・６Ａｍｐ）／（ＯＣＶ−負荷電圧）］
性能試験結果
電池Ａ及び電池Ｂは、ＯＣＶ、ＳＳＣ、電力シグネチャ及び３０ｍＡ連続試験を行う。
下記の表４は、性能試験の結果を要約する。表４のパーセンテージ差の欄は、電池Ａに関する電池Ｂの性能におけるパーセンテージ差を含んでいる。
ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルを含む電池Ｂは、アルファ脱リチウム化層状酸化ニッケルを含んでいる電池Ａと比較すると、全体として向上した性能を提供する。電池Ａと比較する場合、電池ＢのＯＣＶはわずかに減少している。電池Ｂが電池Ａのより高いＯＣＶの電気装置に組み入れられる場合、電池Ｂのより低いＯＣＶは、損傷の可能性を減少させる。電池ＢのＳＳＣは電池Ａより著しく高い。電池Ｂのより高いＳＳＣは、電池Ａより高い放電電流を伴う、より高い能力を示す。パワーシグネチャー試験の高率放電及び中率放電レジームにおける電池Ｂの容量は、電池Ａより著しく高い。電池Ｂの放電容量がより高いことは、電池Ａよりこれらの放電条件の下で向上した性能を提供するより高い能力を示す。電力シグネチャ試験の低率放電レジームにおける電池Ｂの容量は、電池Ａより低い。電池Ｂのより低い放電容量は、電力シグネチャ試験の高率及び中率放電レジームにおいて、電池Ａより容量をより消費することによる。電池Ｂの累積放電容量は電池Ａより大きい。電池Ｂの累積放電容量がより大きいことは、電池Ａより総伝送容量が高いことを示している。３０ｍＡ連続試験においても、電池Ｂの容量は電池Ａの容量より高い。電池Ｂの放電容量が電池Ａより高いことは、電池Ａより低率放電条件の下で、向上した性能を提供する、より高い能力を示している。
Figure 2020181825
組み立てられたＡＡサイズのアルカリ一次電池の性能試験
以下の表５において、電池Ｃと称される例示的なＡＡサイズの電池が組み立てられる。
電池Ｃは、アノードと、カソードと、セパレータと水溶性アルカリ電解質と、を円筒状ハウジング内に含んでいる。アノードは、５．０４グラムの亜鉛を含むアノードスラリー、水に溶解した約２８％重量のＫＯＨ及び１．８％重量のＺｎＯを有する２．３２グラムの水酸化カリウムアルカリ性電解質、０．０４グラムのポリアクリル酸ゲル化剤、及び０．０１グラムの腐食防止剤を含んでいる。カソードは、アルファ脱リチウム化層状酸化ニッケル、黒鉛、及び水溶性水酸化カリウム電解質溶液の混合物を含んでいる。カソードは、８．９９グラムのアルファ脱リチウム化層状酸化ニッケルのローディング、０．９２グラムのＴｉｍｃａｌ ＢＮＣ‐３０の黒鉛のローディング、及び０．４９グラムの電解質を含んでいる。セパレータはアノードとカソードとの間に置かれる。アノード、カソード及びセパレータは円筒状ハウジングに挿入される。その後、ハウジングを電池の組立プロセスを完了するために密閉する。その後、下記に述べられるように、電池Ｃの老朽化と性能試験を行う。
以下の表５において、電池Ｄと称される実験的なＡＡサイズの電池が組み立てられる。
電池Ｄは、アノードと、カソードと、セパレータと電解質と、を円筒状ハウジング内に含んでいる。アノードは、４．８３グラムの亜鉛を含むアノードスラリー、水に溶解した約２８％重量のＫＯＨ及び１．８％重量のＺｎＯを有する２．２８７グラムの水酸化カリウムアルカリ電解質、０．０４グラムのポリアクリル酸ゲル化剤、及び０．０１グラムの腐食防止剤を含んでいる。カソードは、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケル、黒鉛、及び水溶性水酸化カリウム電解質溶液の混合物を含んでいる。カソードは、８．９９グラムのベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルのローディング、０．９２グラムのＴｉｍｃａｌ ＢＮＣ‐３０の黒鉛のローディング、及び０．４９グラムの電解質を含んでいる。セパレータは、アノードとカソードとの間に置かれる。アノード、カソード、及びセパレータは、円筒状ハウジングに挿入される。その後、ハウジングを電池の組立プロセスを完了するために密閉する。その後、下記に述べられるように、電池Ｄの老朽化と性能試験を行う。
Figure 2020181825
性能試験は、上記のＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ＡＡＡ Ａｌｋａｌｉｎｅ Ｐｒｉｍａｒｙ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓのセクション内に記述されるプロトコルによるＯＣＶ、ＳＳＣ、及び３０ｍＡ連続試験を含んでいる。性能試験に先立って、電池は、約２０℃で４日間保管した。
性能試験の結果
電池Ｃ及び電池Ｄに、ＯＣＶ、ＳＳＣ及び３０ｍＡ連続性能試験を行う。下記の表６は性能試験の結果を要約している。表６のパーセント差の欄は電池Ｃに関する電池Ｄの性能におけるパーセンテージ差を含んでいる。
アルファ脱リチウム化層状酸化ニッケルを含んでいる電池Ｃと比較すると、ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルを含んでいる電池Ｄは、全体的に向上した性能を提供する。電池Ｃと比較する場合、電池ＤのＯＣＶはわずかに減少する。電池Ｄが電子装置に組み入れられる場合、電池Ｄのより低いＯＣＶは、電池Ｃのより高いＯＣＶより損傷の可能性が減少する。電池ＤのＳＳＣは、電池Ｃより著しく高い。電池ＤのＳＳＣが電池Ｃより高いことは、電池Ｃより高い放電電流を伴うより高い能力を発揮する。３０ｍＡ連続試験における電池Ｄの容量もまた、電池Ｃより高い。電池Ｄの放電容量がより高いことは、電池Ｃより低率放電条件において向上した性能を提供する、より高い能力を発揮する。
Figure 2020181825
本明細書に開示した寸法及び値は、記載の通りの正確な数値に厳密に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、特に指定がない限り、そのような寸法の各々は、記載の値及びその値の周囲の機能的に同等な範囲の両方を意味するように意図される。例えば、「４０ｍｍ」として開示される寸法は、「約４０ｍｍ」意味するように意図されている。
相互参照や関連する特許もしくは特許出願、及び、本出願がその優先権もしくは利益を主張する特許出願又は特許を含む文献を本明細書において引用した場合、これらの文献は、明確に除外したり他の限定を加えたりしたものでない限り、いずれもその全体を参照により本明細書に取り込んだものとする。いかなる文献の引用も、本明細書で開示され又は権利主張された発明に関して先行技術であることも、単独もしくは他のいかなる文献との組み合わせにおいても本願発明を教示し示唆し開示することを承認するものではない。さらに、本明細書における用語のなんらかの意味又は定義が、引用により取り込まれた文書における同一の用語のなんらかの意味又は定義に抵触する程度において、本明細書における用語に与えられた意味又は定義が優先する。
本発明の特定の実施の形態を図示及び説明したが、さまざまな他の変更及び改良を本発明の技術的思想及び技術的範囲から離れることなく行うことができることは、当業者にとって自明である。したがって、本発明の技術的範囲に包含されるすべてのそのような変更及び改良は、添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。

Claims (11)

  1. ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルを備える電気化学的に活性なカソード材料であって、前記ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルは、約１４．９°２θから約１６．０°２θの第１ピーク（１１１）、約２１．３°２θから約２２．７°２θの第２ピーク（１１２）、約 ３７．１°２θから約３７．４°２θの第３ピーク（１１３）、約４３．２°２θから約４４．０°２θの第４ピーク（１１４）、約 ５９．６°２θから約６０．６°２θの第５ピーク（１１５）、及び約６５．４°２θから約６５．９°２θの第６ピーク（１１６）を備えるＸ線回折パターンを有する電気化学的に活性なカソード材料。
  2. 前記Ｘ線回折パターンが、約１０．８°２θから約１２．０°２θの第７ピーク（１１７）、約４７．２°２θから約４７．４°２θの第８ピーク（１１８）、及び約４８．１°２θから約４８．６°２θの第９ピーク（１１９）をさらに備える、請求項１に記載の電気化学的に活性なカソード材料。
  3. 前記第１ピーク（１１１）が約１５．４°２θであり、前記第２ピーク（１１２）が約２２．１°２θであり、前記第３ピーク（１１３）が約３７．３°２θであり、前記第４ピーク（１１４）が、約４３．６°２θであり、前記第５ピーク（１１５）が約６０．１°２θであり、前記第６ピーク（１１６）が約６５．７°２θである、請求項１または２に記載の電気化学的に活性なカソード材料。
  4. 前記Ｘ線回折パターンが、約１１．２°２θの第７ピーク（１１７）、約４７．３°２θの第８ピーク（１１８）、及び約４８．３°２θの第９ピーク（１１９）をさらに備える、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電気化学的に活性なカソード材料。
  5. 前記Ｘ線回折パターンが、約１．０１から約２．０９の第１ピーク（１１１）のＦＷＨＭ、約０．８６から約１．９５の第２ピーク（１１２）のＦＷＨＭ、約０．２３から約０．４１の第３ピーク（１１３）のＦＷＨＭ、約０．４０から約０．７５の第４ピーク（１１４）のＦＷＨＭ、約０．５７から約１．４５の第５ピーク（１１５）のＦＷＨＭ、及び約０．２７から約０．５３の第６ピーク（１１６）のＦＷＨＭを備える、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電気化学的に活性なカソード材料。
  6. 前記Ｘ線回折パターンが、約１．０１から約２．０９の第１ピーク（１１１）のＦＷＨＭ、約０．８６から約１．９５の第２ピーク（１１２）のＦＷＨＭ、約０．２３から約０．４１の第３ピーク（１１３）のＦＷＨＭ、約０．４０から約０．７５の第４ピーク（１１４）のＦＷＨＭ、約０．５７から約１．４５の第５ピーク（１１５）のＦＷＨＭ、約０．２７から約０．５３の第６ピーク（１１６）のＦＷＨＭ、約０．５６から約１．７３の第７ピーク（１１７）のＦＷＨＭ、約０．０８から約０．２１の第８ピーク（１１８）のＦＷＨＭ、及び約０．３３から約０．５８の第９ピーク（１１９）のＦＷＨＭをさらに備える、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電気化学的に活性なカソード材料。
  7. 前記Ｘ線回折パターンが、第１ピーク（１１１）から第３ピーク（１１３）が約１３から約３７の規格化強度、第２ピーク（１１２）から第３ピーク（１１３）が約６から約１６の規格化強度、第３ピーク（１１３）が約１００の規格化強度、第４ピーク（１１４）から第３ピーク（１１３）が約４５から約７３の規格化強度、第５ピーク（１１５）から第３ピーク（１１３）が約７から約１７の規格化強度、及び第６ピーク（１１６）から第３ピーク（１１３）が約４１から約６１の規格化強度を備える、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電気化学的に活性なカソード材料。
  8. 前記Ｘ線回折パターンが、第１ピーク（１１１）から第３ピーク（１１３）が約２４の規格化強度、第２ピーク（１１２）から第３ピーク（１１３）が約１０の規格化強度、第３ピーク（１１３）が約１００の規格化強度、第４ピーク（１１４）から第３ピーク（１１３）が約５８の規格化強度、第５ピーク（１１５）から第３ピーク（１１３）が約１１の規格化強度、及び第６ピーク（１１６）から第３ピーク（１１３）が約４８の規格化強度を備える、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電気化学的に活性なカソード材料。
  9. 前記ベータ脱リチウム化層状酸化ニッケルは、ＬｉｘＡｙＮｉ １＋ａ−ｚＭｚＯ２・ｎＨ２Ｏを備える化学式を備え、
    ｘは約０．０２から約０．２０、
    ｙは約０．０３から約０．２０、
    ａは約０から約０．２、
    ｚは約０から約０．２、
    ｎは約０から約１、であって、
    Ａは、カリウム、ルビジウム、セシウム、及びこれらの任意の合成物を備え、
    Ｍは、アルカリ土類金属、遷移金属、非遷移金属、及びこれらの任意の合成物を備える、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電気化学的に活性なカソード材料。
  10. 導電性の添加剤と、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の電気化学的に活性なカソード材料と、を備えるカソード（１２）と、亜鉛を含む電気化学的に活性なアノード材料を備えるアノード（１４）と、前記カソード（１２）と前記アノード（１４）との間のセパレータ（１６）と、電解質と、を備える、
    電池（１０）。
  11. ハウジング（１８）とラベル（３２０）と、をさらに備え、
    前記ハウジング（１８）は外面を有し、
    前記ラベル（３２０）は、電圧テスタ（３３０）を備え、
    前記ラベル（３２０）は前記ハウジング（１８）の前記外面に貼り付けられている、請求項１０に記載の電池（１０）。
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