(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホウ素、インジウム、ガリウム、タリウム、またはこれらの任意の組合せを含む三価のドーパントがドープされてドープされた銀材料を与える銀材料を含む、二次電気化学セルでの使用のためのカソードであって、前記ドーパントが、前記ドープされた銀材料の重量の０．２５重量％〜１０重量％の濃度で存在する、カソード。
【請求項２】
０．５重量％〜５重量％の三価のドーパントを含む、請求項１に記載のカソード。
【請求項３】
前記ドープされた銀材料が、粉末を含む、請求項１または２のいずれかに記載のカソード。
【請求項４】
前記粉末が、２０μｍ以下の平均粒径を有する、請求項３に記載のカソード。
【請求項５】
前記粉末が、５μｍ以下の平均粒径を有する、請求項３または４のいずれかに記載のカソード。
【請求項６】
前記銀材料が、Ａｇ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、ＡｇＯＨ、ＡｇＯＯＨ、ＡｇＯＮａ、ＡｇＣｕＯ２、ＡｇＦｅＯ２、ＡｇＭｎＯ２、Ａｇ（ＯＨ）２、またはこれらの任意の組合せを含む、請求項１から５のいずれかに記載のカソード。
【請求項７】
バインダをさらに含む、請求項１から６のいずれかに記載のカソード。
【請求項８】
前記バインダが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含む、請求項７に記載のカソード。
【請求項９】
二次電気化学セルでの使用のためのカソードを製造する方法であって、
銀粉末の重量の０．２５重量％〜１０重量％の三価のドーパントがドープされた銀粉末を準備して、ドープされた銀粉末を与える工程であって、ここで該ドーパントはホウ素、インジウム、ガリウム、タリウム、またはこれらの任意の組合せを含む工程と；
前記ドープされた銀粉末からカソードを形成する工程と
を含む方法。
【請求項１０】
前記ドープされた銀粉末が、１５μｍ以下の平均粒径を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ドーパントを含む銀材料を含むカソードであって、ここで該ドーパントはホウ素、インジウム、ガリウム、タリウム、またはこれらの任意の組合せを含むカソードと；
亜鉛を含むアノードと
を含む二次電気化学セルであって、
前記ドーパントが、少なくとも８０サイクルにわたって前記セルの定格容量の少なくとも６０％の実容量を前記セルに付与するのに十分な濃度で存在する、二次電気化学セル。
【請求項１２】
前記銀材料が、２０μｍ以下の平均粒径を有する粉末を含む、請求項１１に記載のセル。
【請求項１３】
銀粉末の重量の０．２５重量％〜１０重量％の三価のドーパントを含む銀粉末を含むカソードであって、ここで該ドーパントはホウ素、インジウム、ガリウム、タリウム、またはこれらの任意の組合せを含むカソードと；
亜鉛を含むアノードと；
水性ＫＯＨを含む電解質と
を含む二次電気化学セル。
【請求項１４】
前記銀粉末が、５μｍ以下の平均粒径を有する、請求項１３に記載のセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本ＰＣＴ出願は、２００９年３月２７日に出願された米国特許出願第６１／１６４，０８０号および２００９年３月２７日に出願された米国特許出願第６１／１６４，２１６号に対する優先権を主張する。前述の出願の全内容は、本明細書においてその全体が参照として援用される。
【０００２】
発明の分野
この発明は、従来のカソードよりも改善された１または複数の特性をカソードに付与するドーパントをカソード材料にドープすることによって形成される新規のカソードに関する。
【背景技術】
【０００３】
従来の電池が放電されるとき、アノードは、陽イオンを電解質に、電子を外部回路に供給する。カソードは、陽イオンがゲスト種として電解質から可逆的に挿入され、外部回路から電子によって電荷補償される、典型的には電子伝導性ホストである。二次電池またはセルは、電流が電池に適用されると反転され得る反応を用い、これにより、電池を「再充電」する。二次電池のアノードおよびカソードにおける化学反応は、可逆性でなければならない。充電において、外部場によってカソードから電子を除去することで、陽イオンを放出して電解質に戻して親ホスト構造を回復し、外部場によってアノードに電子を添加することで、電荷補償陽イオンを引き付けてアノード内に戻してそれを元の組成に回復する。
【０００４】
カソード活性材料などの従来の電極材料は、いくつかの欠点に悩まされる。例えば、多くの従来のカソードは、電池の放電に負の影響を与える高いインピーダンスまたは内部抵抗を有するため、電池性能を制限する。多くの従来の電池が充電サイクルを通して進行するにつれて、インピーダンスの有害効果は、増大された障害を電池性能において引き起こす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、改善された特性を有し、電池性能を改善することができる電極材料が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、三価のドーパントがドープされてドープされた銀材料を与える銀材料を含む、電気化学セルでの使用のためのカソードであって、ドーパントが、カソードの重量の約０．２５重量％〜約１０重量％の濃度で存在する、カソードを提供する。この態様のいくつかの実施形態において、カソードは、約０．５重量％〜約５重量％の三価のドーパントをさらに含む。この態様の他の実施形態において、カソードは、約１重量％〜約８重量％の三価のドーパントをさらに含む。他の実施形態において、ドープされた銀材料は、粉末を含む。例えば、ドープされた銀材料は、粉末を含み、粉末は、約２０μｍ以下の平均粒径を有する。別の例において、ドープされた銀材料は、粉末を含み、粉末は、約１５μｍ以下の平均粒径を有する。他の例において、粉末は、約５μｍ以下の平均粒径を有する。いくつかの実施形態において、銀材料は、Ａｇ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、ＡｇＯＨ、ＡｇＯＯＨ、ＡｇＯＮａ、ＡｇＣｕＯ２、ＡｇＦｅＯ２、ＡｇＭｎＯ２、Ａｇ（ＯＨ）２、またはこれらの任意の組合せを含む。この態様のいくつかのカソードは、バインダをさらに含む。例えば、カソードは、バインダをさらに含み、バインダは、ＰＴＦＥまたはＰＶＤＦを含む。この態様の他の実施形態において、ドーパントは、少なくとも１種の第１３族元素を含む。例えば、ドーパントは、アルミニウム、インジウム、ガリウム、ホウ素、タリウム、またはこれらの任意の組合せを含む。他の例において、ドーパントは、アルミニウム、インジウム、ガリウム、ホウ素、またはこれらの任意の組合せを含む。いくつかの実施形態において、ドーパントは、ランタニド元素を含む。例えば、ランタニド元素は、Ｙｂである。
【０００７】
本発明の別の態様は、ドーパントを含むドープされた銀材料を含む、電気化学セルでの使用のためのカソードであって、ドーパントが、ガリウム、ホウ素、またはこれらの組合せを含み、ドーパントが、カソードの重量の約０．２５重量％〜約１０重量％の濃度で存在する、カソードを提供する。この態様のいくつかの実施形態において、カソードは、約０．５重量％〜約５重量％のドーパントを含む。この態様のいくつかの実施形態において、カソードは、約１重量％〜約８重量％のドーパントを含む。他の実施形態において、カソードのドープされた銀材料は、粉末を含む。例えば、ドープされた銀材料は、粉末を含み、粉末は、約２０μｍ以下の平均粒径を有する。他の例において、ドープされた銀材料は、粉末を含み、粉末は、約１５μｍ以下の平均粒径を有する。別の例において、粉末は、約５μｍ以下の平均粒径を有する。この態様のいくつかの実施形態において、銀材料は、Ａｇ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、ＡｇＯＨ、ＡｇＯＯＨ、ＡｇＯＮａ、ＡｇＣｕＯ２、ＡｇＦｅＯ２、ＡｇＭｎＯ２、Ａｇ（ＯＨ）２、またはこれらの任意の組合せを含む。この態様の他のカソードは、バインダをさらに含む。例えば、カソードは、バインダをさらに含み、バインダは、ＰＴＦＥまたはＰＶＤＦを含む。この態様の他の実施形態において、ドーパントは、ガリウムを含む。また、いくつかの実施形態において、ドーパントは、ホウ素を含む。いくつかの実施形態において、ドーパントは、ランタニド元素を含む。例えば、ランタニド元素はＹｂである。
【０００８】
本発明の別の態様は、ドーパントを含むドープされた銀材料を含む、電気化学セルでの使用のためのカソードであって、ドーパントが、インジウム、アルミニウム、またはこれらの組合せを含み、ドーパントが、カソードの重量の約０．２５重量％〜約１０重量％の濃度で存在する、カソードを提供する。この態様のいくつかの実施形態において、カソードは、約０．５重量％〜約５重量％のドーパントをさらに含む。この態様のいくつかの実施形態において、カソードは、約１重量％〜約８重量％のドーパントをさらに含む。他の実施形態において、ドープされた銀材料は、粉末を含む。例えば、ドープされた銀材料は、粉末を含み、粉末は、約２０μｍ以下の平均粒径を有する。他の例において、ドープされた銀材料は、粉末を含み、粉末は、約１５μｍ以下の平均粒径を有する。別の例において、粉末は、約５μｍ以下の平均粒径を有する。この態様の別の実施形態において、ドープされた銀材料は、Ａｇ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、ＡｇＯＨ、ＡｇＯＯＨ、ＡｇＯＮａ、ＡｇＣｕＯ２、ＡｇＦｅＯ２、ＡｇＭｎＯ２、Ａｇ（ＯＨ）２、またはこれらの任意の組合せを含む。この態様のいくつかのカソードは、バインダをさらに含む。例えば、カソードは、バインダをさらに含み、バインダは、ＰＴＦＥまたはＰＶＤＦを含む。この態様のいくつかの実施形態において、ドーパントは、インジウムを含む。他では、ドーパントは、アルミニウムを含む。
【０００９】
本発明の別の態様は、電気化学セルでの使用のためのカソードを製造する方法であって、銀粉末を準備してこれにカソードの重量の約０．２５重量％〜約１０重量％の三価のドーパントがドープされてドープされた銀粉末を与えることと；ドープされた銀粉末からカソードを形成することとを含む方法を提供する。いくつかの方法において、ドープされた銀粉末は、約０．５重量％〜約５重量％のドーパントがドープされている。いくつかの方法において、ドープされた銀粉末は、約１重量％〜約８重量％のドーパントがドープされている。他の方法において、ドープされた銀粉末は、約２０μｍ以下の平均粒径を有する。いくつかの方法において、ドープされた銀粉末は、約１５μｍ以下の平均粒径を有する。例えば、ドープされた銀粉末は、約５μｍ以下の平均粒径を有する。他の方法において、ドープされた銀粉末は、Ａｇ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、ＡｇＯＨ、ＡｇＯＯＨ、ＡｇＯＮａ、ＡｇＣｕＯ２、ＡｇＦｅＯ２、ＡｇＭｎＯ２、Ａｇ（ＯＨ）２、またはこれらの任意の組合せを含む。例えば、ドープされた銀粉末は、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、またはこれらの任意の組合せを含む。いくつかの方法は、バインダを準備するステップをさらに含む。例えば、該方法は、バインダを準備することをさらに含み、バインダは、ＰＴＦＥまたはＰＶＤＦを含む。いくつかの方法において、ドーパントは、ランタニドを含む。例えば、ドーパントは、Ｙｂを含む。他の方法において、ドーパントは、少なくとも１種の第１３族元素を含む。例えば、ドーパントは、ガリウム、ホウ素、インジウム、アルミニウム、タリウム、またはこれらの任意の組合せを含む。他の例において、ドーパントは、ガリウム、ホウ素、またはこれらの組合せを含む。また、いくつかの方法において、ドーパントは、インジウム、アルミニウム、またはこれらの組合せを含む。
【００１０】
本発明の別の態様は、ドーパントを含む銀材料を含むカソードと；亜鉛を含むアノードとを含む電気化学セルであって、ドーパントが、三価のドーパントを含み、ドーパントが、少なくとも１００サイクル（例えば、少なくとも１５０サイクル、少なくとも１２０サイクル、少なくとも２００サイクル、少なくとも２５０サイクル、少なくとも３００サイクル、少なくとも３２０サイクル、少なくとも３５０サイクル、または少なくとも４００サイクル）にわたって、少なくとも７０％（例えば、少なくとも８０％、少なくとも８５％、または少なくとも９０％）の容量をセルに付与するのに十分な濃度で存在する、セルを提供する。いくつかの実施形態において、本発明は、ドーパントを含む銀材料を含むカソードと；亜鉛を含むアノードとを含む電気化学セルであって、ドーパントが、三価のドーパントを含み、ドーパントが、少なくとも１２０サイクル（例えば、少なくとも１５０サイクル、少なくとも２００サイクル、少なくとも２５０サイクル、少なくとも３００サイクル、少なくとも３５０サイクル、または少なくとも４００サイクル）にわたって、約８０％以上（例えば、少なくとも８５％、少なくとも８５％、または少なくとも９０％）の容量をセルに付与するのに十分な濃度で存在する、セルを提供する。いくつかの実施形態において、本発明は、ドーパントを含む銀材料を含むカソードと；亜鉛を含むアノードとを含む電気化学セルであって、ドーパントが、三価のドーパントを含み、ドーパントが、少なくとも１５０サイクルにわたって、約８０％以上（例えば、少なくとも８５％、少なくとも８５％、または少なくとも９０％）の容量をセルに付与するのに十分な濃度で存在する、セルを提供する。この態様のいくつかの実施形態において、銀材料は、約０．２５重量％〜約１０重量％の三価のドーパントを含む。この態様のいくつかの実施形態において、銀材料は、約０．５重量％〜約５重量％の三価のドーパントを含む。他の実施形態において、銀材料は、粉末を含む。例えば、銀材料は、粉末を含み、粉末は、約２０μｍ以下の平均粒径を有する。他の例において、銀材料は、粉末を含み、粉末は、約１５μｍ以下の平均粒径を有する。他の例において、粉末は、約５μｍ以下の平均粒径を有する。いくつかの実施形態において、カソード、アノード、または両方が、バインダをさらに含む。いくつかの実施形態において、カソードは、バインダをさらに含む。例えば、カソードは、バインダを含み、バインダは、ＰＴＦＥまたはＰＶＤＦを含む。他の実施形態において、アノードは、バインダをさらに含む。例えば、アノードは、バインダをさらに含み、バインダは、ＰＴＦＥまたはＰＶＤＦを含む。いくらかの他の実施形態は、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、またはこれらの組合せを含む電解質をさらに含む。いくつかの実施形態において、銀粉末は、Ａｇ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、ＡｇＯＨ、ＡｇＯＯＨ、ＡｇＯＮａ、ＡｇＣｕＯ２、ＡｇＦｅＯ２、ＡｇＭｎＯ２、Ａｇ（ＯＨ）２、またはこれらの任意の組合せを含む。例えば、銀粉末は、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、またはこれらの任意の組合せを含む。他の例において、銀材料は、ＡｇＯを含む。また、別の例において、銀材料は、Ａｇ２Ｏを含む。いくらかの実施形態において、ドーパントは、少なくとも１種の第１３族元素を含む。例えば、ドーパントは、インジウム、アルミニウム、ガリウム、ホウ素、タリウム、またはこれらの任意の組合せを含む。他の例において、ドーパントは、インジウム、アルミニウム、またはこれらの組合せを含む。また、いくつかの例において、ドーパントは、ガリウム、ホウ素、またはこれらの組合せを含む。いくつかの実施形態において、ドーパントは、ランタニド元素を含む。例えば、ランタニド元素は、Ｙｂである。
【００１１】
本発明の別の態様は、約０．２５重量％〜約１０重量％の三価のドーパントを含む銀粉末を含むカソードと；亜鉛を含むアノードと；ＫＯＨを含む電解質とを含む電気化学セルを提供する。例えば、銀粉末は、約１５μｍ以下の平均粒径を有する。他の例において、粉末は、約５μｍ以下の平均粒径を有する。いくつかの実施形態において、カソード、アノード、または両方が、バインダを含む。例えば、カソードは、バインダを含む。いくつかの場合において、カソードは、バインダを含み、バインダは、ＰＴＦＥまたはＰＶＤＦを含む。他の例において、アノードは、バインダを含む。例えば、アノードは、バインダを含み、バインダは、ＰＴＦＥまたはＰＶＤＦを含む。他の実施形態は、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、またはこれらの組合せを含む電解質をさらに含む。いくつかの実施形態において、銀粉末は、Ａｇ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、ＡｇＯＨ、ＡｇＯＯＨ、ＡｇＯＮａ、ＡｇＣｕＯ２、ＡｇＦｅＯ２、ＡｇＭｎＯ２、Ａｇ（ＯＨ）２、またはこれらの任意の組合せを含む。例えば、銀粉末は、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、またはこれらの任意の組合せを含む。他の例において、銀材料は、ＡｇＯを含む。また、いくつかの例において、銀材料は、Ａｇ２Ｏを含む。いくつかの実施形態において、ドーパントは、少なくとも１種の第１３族元素を含む。例えば、ドーパントは、インジウム、アルミニウム、ガリウム、ホウ素、タリウム、またはこれらの任意の組合せを含む。あるいは、ドーパントは、インジウム、アルミニウム、またはこれらの組合せを含む。他の例において、ドーパントは、ガリウム、ホウ素、またはこれらの組合せを含む。
【００１２】
本発明の別の態様は、ドーパントを含むドープされた銀材料を含む、電気化学セルでの使用のためのカソードであって、ドーパントが、ランタニド元素、アルミニウム、インジウム、ガリウム、ホウ素、またはこれらの組合せを含み、ドーパントが、ドープされた銀材料の重量の約０．２５重量％〜約１０重量％の濃度で存在する、カソードを提供する。いくらかの実施形態において、ランタニド元素は、Ｙｂを含む。
例えば、本発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
三価のドーパントがドープされてドープされた銀材料を与える銀材料を含む、電気化学セルでの使用のためのカソードであって、前記ドーパントが、前記ドープされた銀材料の重量の約０．２５重量％〜約１０重量％の濃度で存在する、カソード。
（項目２）
約０．５重量％〜約５重量％の三価のドーパントをさらに含む、項目１に記載のカソード。
（項目３）
前記ドープされた銀材料が、粉末を含む、項目１または２のいずれかに記載のカソード。
（項目４）
前記粉末が、約２０μｍ以下の平均粒径を有する、項目３に記載のカソード。
（項目５）
前記粉末が、約５μｍ以下の平均粒径を有する、項目３または４のいずれかに記載のカソード。
（項目６）
前記銀材料が、Ａｇ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、ＡｇＯＨ、ＡｇＯＯＨ、ＡｇＯＮａ、ＡｇＣｕＯ２、ＡｇＦｅＯ２、ＡｇＭｎＯ２、Ａｇ（ＯＨ）２、またはこれらの任意の組合せを含む、項目１から５のいずれかに記載のカソード。
（項目７）
バインダをさらに含む、項目１から６のいずれかに記載のカソード。
（項目８）
前記バインダが、ＰＴＦＥまたはＰＶＤＦを含む、項目７に記載のカソード。
（項目９）
前記ドーパントが、少なくとも１種の第１３族元素を含む、項目１から８のいずれかに記載のカソード。
（項目１０）
前記ドーパントが、アルミニウム、インジウム、ガリウム、ホウ素、タリウム、またはこれらの任意の組合せを含む、項目１から９のいずれかに記載のカソード。
（項目１１）
前記ドーパントが、ランタニド元素を含む、項目１から８のいずれかに記載のカソード。
（項目１２）
前記ランタニド元素が、Ｙｂである、項目１１に記載のカソード。
（項目１３）
ドーパントを含むドープされた銀材料を含む、電気化学セルでの使用のためのカソードであって、前記ドーパントが、ガリウム、ホウ素、またはこれらの組合せを含み、前記ドーパントが、前記ドープされた銀材料の重量の約０．２５重量％〜約１０重量％の濃度で存在する、カソード。
（項目１４）
約０．５重量％〜約５重量％のドーパントをさらに含む、項目１３に記載のカソード。
（項目１５）
前記ドープされた銀材料が、粉末を含む、項目１３または１４のいずれかに記載のカソード。
（項目１６）
前記粉末が、約２０μｍ以下の平均粒径を有する、項目１５に記載のカソード。
（項目１７）
前記粉末が、約５μｍ以下の平均粒径を有する、項目１５または１６のいずれかに記載のカソード。
（項目１８）
前記銀材料が、Ａｇ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、ＡｇＯＨ、ＡｇＯＯＨ、ＡｇＯＮａ、ＡｇＣｕＯ２、ＡｇＦｅＯ２、ＡｇＭｎＯ２、Ａｇ（ＯＨ）２、またはこれらの任意の組合せを含む、項目１３から１７のいずれかに記載のカソード。
（項目１９）
バインダをさらに含む、項目１３から１８のいずれかに記載のカソード。
（項目２０）
前記バインダが、ＰＴＦＥまたはＰＶＤＦを含む、項目１９に記載のカソード。
（項目２１）
前記ドーパントが、ガリウムを含む、項目１３から２０のいずれかに記載のカソード。
（項目２２）
前記ドーパントが、ホウ素を含む、項目１３から２０のいずれかに記載のカソード。
（項目２３）
ドーパントを含むドープされた銀材料を含む、電気化学セルでの使用のためのカソードであって、前記ドーパントが、インジウム、アルミニウム、またはこれらの組合せを含み、前記ドーパントが、前記ドープされた銀材料の重量の約０．２５重量％〜約１０重量％の濃度で存在する、カソード。
（項目２４）
約１重量％〜約８重量％のドーパントをさらに含む、項目２３に記載のカソード。
（項目２５）
前記ドープされた銀材料が、粉末を含む、項目２３または２４のいずれかに記載のカソード。
（項目２６）
前記粉末が、約２０μｍ以下の平均粒径を有する、項目２５に記載のカソード。
（項目２７）
前記粉末が、約５μｍ以下の平均粒径を有する、項目２５または２６のいずれかに記載のカソード。
（項目２８）
前記ドープされた銀材料が、Ａｇ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、ＡｇＯＨ、ＡｇＯＯＨ、ＡｇＯＮａ、ＡｇＣｕＯ２、ＡｇＦｅＯ２、ＡｇＭｎＯ２、Ａｇ（ＯＨ）２、またはこれらの任意の組合せを含む、項目２３から２７のいずれかに記載のカソード。
（項目２９）
バインダをさらに含む、項目２３から２８のいずれかに記載のカソード。
（項目３０）
前記バインダが、ＰＴＦＥまたはＰＶＤＦを含む、項目２９に記載のカソード。
（項目３１）
前記ドーパントが、インジウムを含む、項目２３から３０のいずれかに記載のカソード。
（項目３２）
前記ドーパントが、アルミニウムを含む、項目２３から３０のいずれかに記載のカソード。
（項目３３）
電気化学セルでの使用のためのカソードを製造する方法であって、
銀粉末の重量の約０．２５重量％〜約１０重量％の三価のドーパントがドープされた銀粉末を準備して、ドープされた銀粉末を与える工程と；
前記ドープされた銀粉末からカソードを形成する工程と
を含む方法。
（項目３４）
前記ドープされた銀粉末は、約０．５重量％〜約５重量％のドーパントがドープされている、項目３３に記載の方法。
（項目３５）
前記ドープされた銀粉末が、約１５μｍ以下の平均粒径を有する、項目３３または３４のいずれかに記載の方法。
（項目３６）
前記ドープされた銀粉末が、約５μｍ以下の平均粒径を有する、項目３３から３５のいずれかに記載の方法。
（項目３７）
前記ドープされた銀粉末が、Ａｇ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、ＡｇＯＨ、ＡｇＯＯＨ、ＡｇＯＮａ、ＡｇＣｕＯ２、ＡｇＦｅＯ２、ＡｇＭｎＯ２、Ａｇ（ＯＨ）２、またはこれらの任意の組合せを含む、項目３３から３６のいずれかに記載の方法。
（項目３８）
前記ドープされた銀粉末が、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、またはこれらの任意の組合せを含む、項目３３から３７のいずれかに記載の方法。
（項目３９）
バインダを準備する工程をさらに含む、項目３３から３８のいずれかに記載の方法。
（項目４０）
前記バインダが、ＰＴＦＥまたはＰＶＤＦを含む、項目４０に記載の方法。
（項目４１）
前記ドーパントが、ランタニド元素を含む、項目３３から４１のいずれかに記載の方法。
（項目４２）
前記ランタニド元素が、Ｙｂである、項目４２に記載の方法。
（項目４３）
前記ドーパントが、少なくとも１種の第１３族元素を含む、項目３３から４１のいずれかに記載の方法。
（項目４４）
前記ドーパントが、ガリウム、ホウ素、インジウム、アルミニウム、タリウム、またはこれらの任意の組合せを含む、項目３３から４１または４４のいずれかに記載の方法。
（項目４５）
前記ドーパントが、ガリウム、ホウ素、またはこれらの組合せを含む、項目３３から４１、４４または４５のいずれかに記載の方法。
（項目４６）
前記ドーパントが、インジウム、アルミニウム、またはこれらの組合せを含む、項目３３から４１または４４から４６のいずれかに記載の方法。
（項目４７）
ドーパントを含む銀材料を含むカソードと；
亜鉛を含むアノードと
を含む電気化学セルであって、
前記ドーパントが、三価のドーパントを含み、前記ドーパントが、少なくとも約８０サイクルにわたって前記セルの定格容量の少なくとも約６０％の実容量を前記セルに付与するのに十分な濃度で存在する、電気化学セル。
（項目４８）
ドーパントを含む銀材料を含むカソードと；
亜鉛を含むアノードと
を含む電気化学セルであって、
前記ドーパントが、三価のドーパントを含み、前記ドーパントが、少なくとも約１００サイクルにわたって前記セルの定格容量の少なくとも約７０％の実容量を前記セルに付与するのに十分な濃度で存在する、電気化学セル。
（項目４９）
ドーパントを含む銀材料を含むカソードと；
亜鉛を含むアノードと
を含む電気化学セルであって、
前記ドーパントが、三価のドーパントを含み、前記ドーパントが、少なくとも約１２０サイクルにわたって前記セルの定格容量の少なくとも約８０％の実容量を前記セルに付与するのに十分な濃度で存在する、電気化学セル。
（項目５０）
前記銀材料が、その重量の約０．２５重量％〜約１０重量％の三価のドーパントを含む、項目４７から４９のいずれかに記載のセル。
（項目５１）
前記銀材料が、粉末を含む、項目４７から５０のいずれかに記載のセル。
（項目５２）
前記粉末が、約２０μｍ以下の平均粒径を有する、項目５１に記載のセル。
（項目５３）
前記粉末が、約５μｍ以下の平均粒径を有する、項目５２に記載のセル。
（項目５４）
前記カソード、前記アノード、または両方が、バインダを含む、項目４７から５３のいずれかに記載のセル。
（項目５５）
前記カソードが、バインダをさらに含む、項目４７から５４のいずれかに記載のセル。
（項目５６）
前記バインダが、ＰＴＦＥまたはＰＶＤＦを含む、項目５５に記載のセル。
（項目５７）
前記アノードが、バインダをさらに含む、項目４７から５４のいずれかに記載のセル。
（項目５８）
前記バインダが、ＰＴＦＥまたはＰＶＤＦを含む、項目５７に記載のセル。
（項目５９）
ＮａＯＨ、ＫＯＨ、またはこれらの組合せを含む電解質をさらに含む、項目４７から５８のいずれかに記載のセル。
（項目６０）
前記銀粉末が、Ａｇ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、ＡｇＯＨ、ＡｇＯＯＨ、ＡｇＯＮａ、ＡｇＣｕＯ２、ＡｇＦｅＯ２、ＡｇＭｎＯ２、Ａｇ（ＯＨ）２、またはこれらの任意の組合せを含む、項目４７から５９のいずれかに記載のセル。
（項目６１）
前記銀粉末が、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、またはこれらの任意の組合せを含む、項目４７から６０のいずれかに記載のセル。
（項目６２）
前記銀材料が、ＡｇＯを含む、項目４７から６１のいずれかに記載のセル。
（項目６３）
前記銀材料が、Ａｇ２Ｏを含む、項目４７から６１のいずれかに記載のセル。
（項目６４）
前記ドーパントが、ランタニド元素を含む、項目４７から６３のいずれかに記載のセル。
（項目６５）
前記ランタニド元素がＹｂである、項目６４に記載のセル。
（項目６６）
前記ドーパントが、少なくとも１種の第１３族元素を含む、項目４７から６３のいずれかに記載のセル。
（項目６７）
前記ドーパントが、インジウム、アルミニウム、ガリウム、ホウ素、タリウム、またはこれらの任意の組合せを含む、項目６６に記載のセル。
（項目６８）
前記ドーパントが、インジウム、アルミニウム、またはこれらの組合せを含む、項目６７に記載のセル。
（項目６９）
前記ドーパントが、ガリウム、ホウ素、またはこれらの組合せを含む、項目６７に記載のセル。
（項目７０）
銀粉末の重量の約０．２５重量％〜約１０重量％の三価のドーパントを含む銀粉末を含むカソードと；
亜鉛を含むアノードと；
水性ＫＯＨを含む電解質と
を含む電気化学セル。
（項目７１）
前記銀粉末が、約２０μｍ以下の平均粒径を有する、項目７０に記載のセル。
（項目７２）
前記銀粉末が、約５μｍ以下の平均粒径を有する、項目７１に記載のセル。
（項目７３）
前記カソード、前記アノード、または両方が、バインダを含む、項目７０から７２のいずれかに記載のセル。
（項目７４）
前記カソードが、バインダを含む、項目７０から７３のいずれかに記載のセル。
（項目７５）
前記バインダが、ＰＴＦＥまたはＰＶＤＦを含む、項目７４に記載のセル。
（項目７６）
前記アノードが、バインダを含む、項目７０から７３のいずれかに記載のセル。
（項目７７）
前記バインダが、ＰＴＦＥまたはＰＶＤＦを含む、項目７６に記載のセル。
（項目７８）
ＮａＯＨ、ＫＯＨ、またはこれらの組合せを含む電解質をさらに含む、項目７０から７７のいずれかに記載のセル。
（項目７９）
前記銀粉末が、Ａｇ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、ＡｇＯＨ、ＡｇＯＯＨ、ＡｇＯＮａ、ＡｇＣｕＯ２、ＡｇＦｅＯ２、ＡｇＭｎＯ２、Ａｇ（ＯＨ）２、またはこれらの任意の組合せを含む、項目７０から７８のいずれかに記載のセル。
（項目８０）
前記銀粉末が、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、またはこれらの任意の組合せを含む、項目７０から７９のいずれかに記載のセル。
（項目８１）
前記銀材料が、ＡｇＯを含む、項目７０から８０のいずれかに記載のセル。
（項目８２）
前記銀材料が、Ａｇ２Ｏを含む、項目７０から８０のいずれかに記載のセル。
（項目８３）
前記ドーパントが、少なくとも１種の第１３族元素を含む、項目７０から８２のいずれかに記載のセル。
（項目８４）
前記ドーパントが、インジウム、アルミニウム、ガリウム、ホウ素、タリウム、またはこれらの任意の組合せを含む、項目７０から８３のいずれかに記載のセル。
（項目８５）
前記ドーパントが、インジウム、アルミニウム、またはこれらの組合せを含む、項目７０から８４のいずれかに記載のセル。
（項目８６）
前記ドーパントが、ガリウム、ホウ素、またはこれらの組合せを含む、項目７０から８４のいずれかに記載のセル。
（項目８７）
ドーパントを含むドープされた銀材料を含む、電気化学セルでの使用のためのカソードであって、前記ドーパントが、ランタニド元素、アルミニウム、インジウム、ガリウム、ホウ素、またはこれらの組合せを含み、前記ドーパントが、前記ドープされた銀材料の重量の約０．２５重量％〜約１０重量％の濃度で存在する、カソード。
（項目８８）
前記ランタニド元素が、Ｙｂである、項目８７に記載のカソード。
（項目８９）
ドーパントを含むドープされた銀材料を含む、電気化学セルでの使用のためのカソードであって、前記ドーパントが、ランタニド元素を含み、前記ドーパントが、前記ドープされた銀材料の重量の約０．２５重量％〜約１０重量％の濃度で存在する、カソード。
（項目９０）
前記ランタニド元素が、Ｙｂを含む、項目８９に記載のカソード。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、実施例番号４および７に記載されているセルサイクル試験において使用された本発明の例示的な電気化学セルの分解図である。
【図２】図２は、本発明の例示的な電気化学セルに関する充放電試験のグラフプロットであり、対照の電気化学試験セルに関する充放電試験結果のグラフ表示に重ね合わされている。
【図３】図３は、サイクル数の関数としての、本発明の例示的なセルの実容量のグラフプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
これらの図は、本発明の例示的な実施形態の実例であり、本発明の範囲を限定することを意図していない。
【００１５】
詳細な説明
本発明は、従来のカソード、方法、または電気化学セルよりも改善された特性を有する、カソード、カソードを作製する方法、およびこれらのカソードを使用する電気化学セル（例えば、電池）を提供する。
【００１６】
Ｉ．定義
用語「電池」は、本明細書において用いられるとき、１個の電気化学セルまたは複数個の電気化学セルを含む蓄電デバイスを包含する。「二次電池」は、再充電可能であるが、「一次電池」は、再充電可能でない。本発明の二次電池について、電池のアノードは、放電の間には正極と呼ばれ、充電の間には負極と呼ばれる。
【００１７】
用語「銀材料」または「銀粉末」は、本明細書において用いられるとき、任意の銀化合物、例えば、Ａｇ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、ＡｇＯＨ、ＡｇＯＯＨ、ＡｇＯＮａ、ＡｇＣｕＯ２、ＡｇＦｅＯ２、ＡｇＭｎＯ２、Ａｇ（ＯＨ）２、これらの水和物、またはこれらの任意の組合せを称する。銀の「水和物」は、銀の水酸化物を含むことに注意されたい。銀原子を包囲する配位圏は、銀がカソードとして機能するセルの充放電の間、または銀原子の酸化状態がフラックスの状態にあるとき、動的であると考えられるため、用語「銀」または「銀材料」は、任意のこれらの銀の酸化物および水和物（例えば、水酸化物）を包含することが意図される。用語「銀」または「銀材料」はまた、銀の１または複数の特性を向上させるドーパントおよび／もしくはコーティングがドープされているおよび／またはコートされている上記種のいずれも含む。例示的なドーパントおよびコーティングを以下に与える。いくつかの例において、銀または銀材料は、インジウムまたはアルミニウムのドーパントまたはコーティングをさらに含む酸化銀を含む。いくつかの例において、銀または銀材料は、第１３族元素をさらに含む酸化銀を含む。いくつかの例において、銀または銀材料は、三価のドーパントをさらに含む酸化銀を含む。本明細書において用いられる用語「酸化物」は、各場合において、銀または銀材料に存在する酸素原子の数を記載しているのではないことに注意されたい。例えば、酸化銀は、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ３またはこれらの組合せの化学式を有してよい。さらに、銀は、バルク材料を含むことができ、または任意の好適な平均粒径を有する粉末を含むことができる。
【００１８】
「酸化鉄」は、本明細書において用いられるとき、鉄の任意の酸化物または水酸化物、例えば、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、またはこれらの任意の組合せを称する。
【００１９】
「酸化ホウ素」は、本明細書において用いられるとき、ホウ素の任意の酸化物または水酸化物、例えば、Ｂ２Ｏ３を称する。
【００２０】
「酸化アルミニウム」は、本明細書において用いられるとき、アルミニウムの任意の酸化物または水酸化物、例えば、Ａｌ２Ｏ３を称する。
【００２１】
「酸化ガリウム」は、本明細書において用いられるとき、ガリウムの任意の酸化物または水酸化物、例えば、Ｇａ２Ｏ３を称する。
【００２２】
「酸化インジウム」は、本明細書において用いられるとき、インジウムの任意の酸化物または水酸化物、例えば、Ｉｎ２Ｏ３を称する。
【００２３】
「酸化タリウム」は、本明細書において用いられるとき、タリウムの任意の酸化物または水酸化物、例えば、Ｔｈ２Ｏ３を称する。
【００２４】
「第１３族元素」は、本明細書において用いられるとき、元素周期表において列番号１３に分類される１種または複数種の化学元素を称する。これらの元素は、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム、およびウンウントリウムを含む。
【００２５】
「三価のドーパント」は、本明細書において用いられるとき、銀材料に組み合わされる（例えば、ドープされる）ときに３＋の酸化状態で実質的に存在する元素または多原子種を称する。三価のドーパントの例として、＋３の酸化状態を有する第１３族元素、ランタニド（例えば、Ｙｂ）、および多原子種が挙げられる。
【００２６】
用語「二価の酸化銀」および「ＡｇＯ」は、本明細書において用いられるとき、互換的に用いられる。
【００２７】
用語「アルカリ電池」は、本明細書において用いられるとき、一次電池または二次電池を称し、一次または二次電池は、アルカリ電解質を含む。
【００２８】
「ランタニド」は、本明細書において用いられるとき、セリウムからルテチウムまでの原子番号５８から７１を有する１４種の元素を含む一連の元素を称する。全てのランタニドは、ｆ−ブロック元素であり、４ｆ電子殻の充満に相当する。ランタンは、ｄ−ブロック元素であって、ランタニドであると考えることもできる。全てのランタニド元素は、三価のカチオン、Ｌｎ３＋を形成し、その化学は、ランタンからルテチウムまで徐々に減少するイオン半径によって大部分が決定される。ランタニドの例として、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、またはルテチウム（Ｌｕ）が挙げられる。
【００２９】
「ドーパント」または「ドープ剤」は、本明細書において用いられるとき、半導体の光学／電気特性を変更するために低濃度で物質に添加される化学化合物を称する。例えば、ドーパントは、カソードの粉末活性材料に添加されて、その電子特性を改善する（例えば、そのインピーダンスおよび／もしくは抵抗率を低減させ、またはカソードがセルにおいて使用される場合には該セルのサイクル寿命を改善する）ことができる。他の例において、ドーピングは、バルク材料の結晶格子の１個または複数個の原子が、ドーパントの１個または複数個の原子によって置換されているときに起こる。
【００３０】
「電解質」は、本明細書において用いられるとき、電気伝導性媒体として働く物質を称する。例えば、電解質は、セル内の電子およびカチオンの可動化を容易にする。電解質は、材料の混合物、例えば、アルカリ剤の水溶液を含む。いくつかの電解質はまた、添加剤、例えば緩衝剤も含む。例えば、電解質は、ホウ酸塩またはリン酸塩を含む緩衝剤を含む。例示的な電解質として、非限定的には、水性ＫＯＨ、水性ＮａＯＨ、水性ＮａＯＨおよびＫＯＨの混合物、もしくはＫＯＨ、ＮａＯＨの液体混合物、またはポリマー中でのこれらの組合せが挙げられる。
【００３１】
「アルカリ剤」は、本明細書において用いられるとき、塩基、またはアルカリ金属のイオン性塩（例えば、アルカリ金属の水性水酸化物）を称する。さらに、アルカリ剤は、水または他の極性溶媒に溶解されるとき、水酸化物イオンを形成する。例示的なアルカリ電解質として、非限定的には、ＬｉＯＨ、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＣｓＯＨ、ＲｂＯＨ、またはこれらの組合せが挙げられる。電解質は、電解質の全イオン強度を調節するための他の塩、例えばＫＦまたはＣａ（ＯＨ）２を場合により含んでいてよい。
【００３２】
「サイクル」または「充電サイクル」は、セルの連続的な充電および放電またはセルの連続的な放電および充電を称する。例えば、セルは、新たに調製されて、そのＤＯＤの約１００％が放電され、そのＳＯＣの約１００％まで再充電される場合、１サイクルを経る。別の例において、新たに調製されたセルは、セルが：
１）サイクル１：そのＤＯＤの約１００％が放電されて、約１００％のＳＯＣまで再充電され；直後に
２）サイクル２：そのＤＯＤの約１００％が第２放電されて、約１００％のＳＯＣまで再充電される
場合、２サイクルを経る。
【００３３】
このプロセスを繰り返して、セルを、所望通りまたはできるだけ多くのサイクルに付すことができることに注意されたい。
【００３４】
「Ａｈ」は、本明細書において用いられるとき、アンペア（Ａｍｐ）時間を称し、電池または電気化学セルの容量を示す科学的単位である。派生単位、「ｍＡｈ」は、ミリアンペア時間を表し、Ａｈの１／１０００である。
【００３５】
「放電深度」および「ＤＯＤ」は、本明細書において用いられるとき、互換的に用いられて、容量、例えば、定格容量の百分率としてとしてしばしば表現される、どのぐらいのエネルギーが電池またはセルから抽出されたかの測度を称する。例えば、３０Ａｈが抽出された１００Ａｈの電池は、３０％の放電深度（ＤＯＤ）を経たことになる。
【００３６】
「充電状態」および「ＳＯＣ」は、本明細書において用いられるとき、互換的に用いられて、セルまたは電池の定格容量の百分率として表現される、電池に残存する利用可能な容量を称する。
【００３７】
便宜上、ポリマーの名称「ポリフッ化ビニリデン」およびその対応する頭文字「ＰＶＤＦ」は、ポリマー、ポリマーを調製するための溶液、およびポリマーコーティングを区別するための形容詞として互換的に用いられる。これらの名称および頭文字の使用は、他の構成要素の不在を決して意味してはいない。これらの形容詞はまた、置換および共重合体化ポリマーも包含する。置換ポリマーは、置換基、例えばメチル基が、ポリマー骨格上で水素またはフッ素と置き換わっているポリマーを示す。
【００３８】
便宜上、ポリマーの名称「ポリテトラフルオロエチレン」およびその対応する頭文字「ＰＴＦＥ」は、ポリマー、ポリマーを調製するための溶液、およびポリマーコーティングを区別するための形容詞として互換的に用いられる。これらの名称および頭文字の使用は、他の構成要素の不在を決して意味してはいない。これらの形容詞はまた、置換および共重合体化ポリマーも包含する。置換ポリマーは、置換基、例えばメチル基が、ポリマー骨格上で水素と置き換わっているポリマーを示す。
【００３９】
「有機金属錯体」および「錯体」は、本明細書において用いられるとき、金属（例えば、鉛）と１種または複数種の有機配位子（例えば、硝酸塩または酢酸塩）との間の結合または結合相互作用（例えば、静電相互作用）を有する錯体または化合物を称する。有機配位子は、ヘテロ原子、例えば酸素または窒素を介して金属としばしば結合する。
【００４０】
電池および電池電極は、フル充電状態における活性材料に関して示される。例えば、亜鉛−銀電池は、亜鉛を含むアノードと、銀粉末（例えば、Ａｇ２Ｏ３）を含むカソードとを含む。それにもかかわらず、１を超える種が、ほとんどの条件下で電池電極に存在する。例えば、亜鉛電極は、亜鉛金属および酸化亜鉛を一般に含み（フル充電されたときを除く）、銀粉末電極は、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ３および／またはＡｇ２Ｏならびに銀金属を通常は含む（フル充電されたときを除く）。
【００４１】
「最大電圧」または「定格電圧」は、本明細書において用いられるとき、電気化学セルを、該セルの意図される有用性を妨げずに充電することができる最大電圧を称する。例えば、携帯用電子デバイスにおいて有用であるいくらかの亜鉛−銀電気化学セルにおいて、最大電圧は、約  未満、約２．３Ｖ以下、または約２．０Ｖ）である。他の電池、例えば、携帯用電子デバイスにおいて有用であるリチウムイオン電池において、最大電圧は、約１５．０Ｖ未満（例えば、約１３．０Ｖ未満、または約１２．６Ｖ以下）である。電池の最大電圧は、電池の有用寿命、電池の貯蔵寿命、電池の電力需要、電池における電極の構造、および電池において用いられる活性材料の量を構成する充電サイクル数に応じて変動し得る。
【００４２】
「アノード」は、本明細書において用いられるとき、（正の）電気的電流が分極電気デバイス内に流れるときに通る電極である。電池またはガルバニセルにおいて、アノードは、電池における放電期の間に電子が流れる負極である。アノードはまた、放電期の間に化学酸化を経る電極でもある。しかし、二次の、または再充電可能なセルにおいては、アノードは、セルの充電期の間に化学還元を経る電極である。アノードは、電気伝導性または半導体材料、例えば、金属、金属酸化物、金属合金、金属複合体、半導体などから形成される。一般的なアノード材料として、Ｓｉ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｌｉ、Ｚｒ、Ｈｇ、Ｃｄ、Ｃｕ、ＬｉＣ６、ミッシュメタル、これらの合金、これらの酸化物、またはこれらの複合体が挙げられる。アノード材料、例えば亜鉛は、焼結されていてもよい。
【００４３】
アノードは、多くの構造を有し得る。例えば、アノードは、１種または複数種のアノード材料によってコートされた伝導性メッシュまたはグリッドから構成されていてよい。別の例において、アノードは、アノード材料の固体シートまたはバーであってよい。
【００４４】
「カソード」は、本明細書において用いられるとき、（正の）電気的電流が、分極電気デバイスから流れるときに通る電極である。電池またはガルバニセルにおいて、カソードは、電池における放電期の間に電子が流入する正極である。カソードはまた、放電期の間に化学還元を経る電極でもある。しかし、二次のまたは再充電可能なセルにおいて、カソードは、セルの充電期の間に化学酸化を経る電極である。カソードは、電気伝導性または半導体材料、例えば、金属、金属酸化物、金属合金、金属複合体、半導体などから形成される。一般的なカソード材料として、Ａｇ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ３、Ａｇ２Ｏ、ＨｇＯ、Ｈｇ２Ｏ、ＣｕＯ、ＣｄＯ、ＮｉＯＯＨ、Ｐｂ２Ｏ４、ＰｂＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４、Ｌｉ３Ｖ２（ＰＯ４）３、Ｖ６Ｏ１３、Ｖ２Ｏ５、Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｎＯ２、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、またはこれらの複合体が挙げられる。カソード材料、例えばＡｇ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ３は、焼結されていてもよい。
【００４５】
カソードもまた、多くの構造を有し得る。例えば、カソードは、１種または複数種のカソード材料によってコートされた伝導性メッシュから構成されていてよい。別の例において、カソードは、カソード材料の固体シートまたはバーであってよい。
【００４６】
用語「電子デバイス」は、本明細書において用いられるとき、電気によって電力供給される任意のデバイスである。また、例えば、電子デバイスとして、携帯用コンピュータ、携帯用音楽プレーヤ、携帯電話、携帯用ビデオプレーヤ、またはこれらの動作特徴を組み合わせた任意のデバイスを挙げることができる。
【００４７】
用語「サイクル寿命」は、本明細書において用いられるとき、電池の意図される用途に有用な容量を保持しながら二次電池をサイクルすることができる最大回数（例えば、セルの１００％のＳＯＣ、すなわち、その実容量が、その定格容量の９０％未満（例えば、その定格容量の８５％未満、その定格容量の約９０％、またはその定格容量の約８０％となるまでセルをサイクルすることができる回数）である。いくつかの場合において、「サイクル寿命」は、セルの１００％のＳＯＣが、その定格容量の少なくとも約６０％（例えば、その定格容量の少なくとも約７０％、その定格容量の少なくとも約８０％、その定格容量の少なくとも９０％、その定格容量の少なくとも９５％、その定格容量の約９０％、またはその定格容量の約８０％）となるまで二次電池またはセルをサイクルすることができる回数である。
【００４８】
記号「Ｍ」は、本明細書において用いられるとき、モル濃度を示す。
【００４９】
電池および電池電極は、フル充電状態における活性材料に関して示される。例えば、亜鉛−銀電池は、亜鉛を含むアノードと、銀粉末（例えば、ＡｇＯまたはＡｇ２Ｏ３）を含むカソードとを含む。それにもかかわらず、１を超える種が、ほとんどの条件下で電池電極に存在する。例えば、亜鉛電極は、亜鉛金属および酸化亜鉛を一般に含み（フル充電されたときを除く）、銀粉末電極は、銀粉末（例えば、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ３および／またはＡｇ２Ｏ）ならびに銀金属を通常は含む（フル充電されたときを除く）。
【００５０】
アルカリ電池およびアルカリ電池電極に適用される、用語「酸化物」は、本明細書において用いられるとき、少なくともいくつかの条件下で典型的には存在する、対応する「水酸化物」種を包含する。
【００５１】
用語「粉末」は、本明細書において用いられるとき、複数の微粒子からなる顆粒状固体を称する。いくつかの場合において、粉末の顆粒は、振とうまたは傾斜されるとき、自由に流れることができ、他の場合においては、粉末の顆粒は、例えば、バインダを含む粉末において、一緒に凝集することができる。
【００５２】
用語「平均径」または「平均粒径」は、本明細書において用いられるとき、対象となる粒子と同じ体積／表面積比を有する球の直径を称する。
【００５３】
用語「実質的に安定な」または「実質的に不活性な」は、本明細書において用いられるとき、アルカリ電解質（例えば、水酸化カリウム）の存在下および／または酸化剤（例えば、カソードに存在するまたは電解質に溶解する銀イオン）の存在下で実質的に化学的に変化しないままである化合物または成分を称する。
【００５４】
「充電プロファイル」は、本明細書において用いられるとき、電気化学セルの電圧または容量と時間またはサイクル数とのグラフを称する。充電プロファイルは、例えば充電サイクルなどのデータ点を含めたものなどの他のグラフに重ね合わされ得る。
【００５５】
「抵抗率」または「インピーダンス」は、本明細書において用いられるとき、電気化学セルにおけるカソードの内部抵抗を称する。この特性は、ΩまたはμΩの単位で典型的には表現される。
【００５６】
用語「第１」および／または「第２」は、本明細書において用いられるとき、空間または時間における相対位置を順序づけるまたは示すために称するのではないが、これらの用語は、２種の異なる要素または成分の間で区別するのに用いられる。例えば、第１セパレータは、時間または空間において第２セパレータに必ずしも先行しない；しかし、第１セパレータは、第２セパレータではなく、その逆も然りである。第１セパレータは空間または時間において第２セパレータに先行することが可能であるが、第２セパレータが空間または時間において第１セパレータに先行することも等しく可能である。
【００５７】
用語「ナノメータ」および「ｎｍ」は、本明細書において用いられるとき、互換的に用いられ、１×１０−９メートルに等しい測度単位を称する。
【００５８】
用語「カソード活性材料」または「カソード」は、本明細書において用いられるとき、上記のように、銀（例えば、ドープされた銀、コートされた銀、ドープまたはコートされた銀、またはこれらの任意の組合せ）を含む組成物を称する。
【００５９】
用語「容量」は、本明細書において用いられるとき、セルの放電電流と、該セルがその端子電圧に達するまで電流が放電される間の時間（時間）との数学的積を称する。
【００６０】
同様に、用語「実容量」は、セルが１００％のＳＯＣを有するときの電池またはセルの容量を称する。一般用語において、セル／電池の容量は、アンペア−時間（Ａｈ）において表現される利用可能な電荷の量である。アンペアは、電気的電流に用いられる測定単位であり、１秒に電気伝導体を通過する電荷のクーロンとして定義される。セルまたは電池の容量は、存在する活性材料の量、存在する電解質の量、および電極の表面積と関連する。電池／セルの容量は、その端子電圧に達するまで定電流で放電することによって測定され得、セルの意図される使用量に依存する。
【００６１】
セルの「定格容量」は、セルが、セルに存在する電極材料の量、セルに存在する電解質の量、電極の表面積、およびセルの意図される使用量を基準にして１００％のＳＯＣで理論的に放電すべき容量である。多くのタイプのセルでは、業界標準により、セルの定格容量が確立されており、セルの意図される使用量を基準としている。
【００６２】
ＩＩ．カソード
本発明の一態様は、三価のドーパントがドープされてドープされた銀材料を与える銀材料を含む、電気化学セルでの使用のためのカソードであって、ドーパントが、カソードの重量の約０．２５重量％〜約１０重量％の濃度で存在する、カソードを提供する。
【００６３】
本発明の別の態様は、少なくとも１種の第１３族元素を含むドーパントがドープされてドープされた銀材料を与える銀材料を含む、電気化学セルでの使用のためのカソードであって、ドーパントが、カソードの重量の約０．２５重量％〜約１０重量％の濃度で存在する、カソードを提供する。
【００６４】
本発明の別の態様は、ガリウム、タリウム、ホウ素、インジウム、アルミニウム、またはこれらの任意の組合せがドープされてドープされた銀材料を与える銀材料を含む、電気化学セルでの使用のためのカソードであって、ドーパントが、カソードの重量の約０．２５重量％〜約１０重量％の濃度で存在する、カソードを提供する。
【００６５】
本発明の別の態様は、インジウム、アルミニウム、またはこれらの組合せがドープされてドープされた銀材料を与える銀材料を含む、電気化学セルでの使用のためのカソードであって、ドーパントが、カソードの重量の約０．２５重量％〜約１０重量％の濃度で存在する、カソードを提供する。
【００６６】
本発明の別の態様は、ガリウム、ホウ素、またはこれらの組合せがドープされてドープされた銀材料を与える銀材料を含む、電気化学セルでの使用のためのカソードであって、ドーパントが、カソードの重量の約０．２５重量％〜約１０重量％の濃度で存在する、カソードを提供する。
【００６７】
上記のいくつかの実施形態において、ドープされた銀材料は、約０．５重量％〜約５重量％の三価のドーパントを含む。上記の他の実施形態において、ドープされた銀材料は、約１重量％〜約８重量％の三価のドーパントを含む。他の実施形態において、カソードの銀材料は、粉末を含む。例えば、粉末は、約２０μｍ以下（例えば、１５μｍ以下または１０μｍ以下）の平均粒径を有する。他の場合において、粉末は、約１５μｍ以下（例えば、１０μｍ以下）の平均粒径を有する。他の場合において、粉末は、約５μｍ以下の平均粒径を有する。他の実施形態において、ドープされた銀材料は、Ａｇ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、ＡｇＯＨ、ＡｇＯＯＨ、ＡｇＯＮａ、ＡｇＣｕＯ２、ＡｇＦｅＯ２、ＡｇＭｎＯ２、Ａｇ（ＯＨ）２、またはこれらの任意の組合せを含む。いくつかの実施形態において、カソードは、バインダをさらに含む。例えば、カソードは、バインダを含み、バインダは、ＰＴＦＥまたはＰＶＤＦを含む。
【００６８】
本発明の一態様は、ドーパントを含む銀材料を含む、電気化学セルでの使用のためのカソードであって、ドーパントが、インジウム、アルミニウム、またはこれらの組合せを含み、ドーパントが、カソードが約５０Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有するのに十分な濃度で存在する、カソードを提供する。いくらかの実施形態において、ドーパントは、カソードが約４０Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有するのに十分な濃度で存在する。いくらかの実施形態において、ドーパントは、カソードが約３５Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有するのに十分な濃度で存在する。いくらかの実施形態において、ドーパントは、カソードが約３０Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有するのに十分な濃度で存在する。
【００６９】
一実施形態において、カソードは、約０．２５重量％〜約１０重量％のドーパントを含む。例えば、カソードは、約０．７５重量％〜約９重量％のドーパントを含む。他の例において、カソードは、約１重量％〜約８重量％のドーパントを含む。また、いくつかの例において、カソードは、約０．５重量％〜約５重量％のドーパントを含む。
【００７０】
また、本発明のカソードは、銀材料を含む。銀材料は、先に与えたように、ドーパントがドープされていてよいバルク材料を含み、または銀材料は粉末を含んでいてよい。実施形態において、銀材料が粉末を含む場合、粉末は、ドープまたはコートされていてよい（例えば、粉末を含む複数種の銀材料顆粒は、ドーパントがドープされている）。さらに、粉末は、さらなる処理（例えば、ホットプレスなど）を経て、本発明のカソードにおいて有用である銀バルク材料を生成することができる。
【００７１】
別の実施形態において、カソードは、ドーパントがドープされた銀粉末を含み、ここで、ドープされた銀粉末は、約１５μｍ以下の平均粒径を有する。例えば、ドープされた銀粉末は、約１０μｍ以下の平均粒径を有する。他の例において、ドープされた銀粉末は、約７μｍ以下の平均粒径を有する。また、他の例において、ドープされた銀粉末は、約５μｍ以下の平均粒径を有する。
【００７２】
いくらかの実施形態において、カソードは、銀材料（例えば、銀粉末）を含み、銀材料は、Ａｇ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、ＡｇＯＨ、ＡｇＯＯＨ、ＡｇＯＮａ、ＡｇＣｕＯ２、ＡｇＦｅＯ２、ＡｇＭｎＯ２、Ａｇ（ＯＨ）２、これらの水和物、またはこれらの任意の組合せを含む。例えば、カソードは、銀材料（例えば、銀粉末）を含み、これはＡｇＯを含む。別の例において、銀粉末はＡｇ２Ｏ３を含む。
【００７３】
本発明のカソードは、添加剤、例えばバインダ、または他の添加剤を場合により含んで、カソードの１または複数の特徴を改善することができる。一例において、カソードは、バインダを含む。好適なバインダとして、酸化銀粉末またはドープされた酸化銀粉末に実質的に不活性である任意のバインダが挙げられる。例えば、バインダは、ＰＴＦＥまたはＰＶＤＦを含む。
【００７４】
別の実施形態において、電気化学セルでの使用のためのカソードは、カソードが約３０Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有するのに十分な濃度のインジウムがドープされた銀粉末を含み；ドープされた銀粉末は、約７μｍ以下の平均粒径を有する。
【００７５】
別の実施形態において、電気化学セルでの使用のためのカソードは、カソードが約３０Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有するのに十分な濃度のアルミニウムがドープされた銀粉末を含み；ドープされた銀粉末は、約７μｍ以下の平均粒径を有する。
【００７６】
別の実施形態において、カソードは、約３０Ω・ｃｍ以下の抵抗率を与えるのに十分な量のアルミニウム、インジウム、またはこれらの組合せがドープされ、約７μｍ以下の平均粒径を有する銀粉末を含み、ここで、銀粉末は、Ａｇ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、ＡｇＯＨ、ＡｇＯＯＨ、ＡｇＯＮａ、ＡｇＣｕＯ２、ＡｇＦｅＯ２、ＡｇＭｎＯ２、Ａｇ（ＯＨ）２、これらの水和物、またはこれらの任意の組合せを含む。
【００７７】
先に記述したように、本発明のカソードは、添加剤、例えばバインダ、集電体などを場合により含み得る。いくらかの例において、本発明のカソードは、バインダを含む。例えば、カソードは、バインダを含み、バインダは、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ（例えば、ＰＶＤＦ−ｃｏ−ＨＦＰ）、ＣＭＣ、ＰＶＰ、ＰＡＡ、またはこれらのコポリマーを含む。
【００７８】
さらに、本発明のカソードは、銀粉末を含む。銀粉末は、Ａｇ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、ＡｇＯＨ、ＡｇＯＯＨ、ＡｇＯＮａ、ＡｇＣｕＯ２、ＡｇＦｅＯ２、ＡｇＭｎＯ２、Ａｇ（ＯＨ）２、これらの水和物、またはこれらの任意の組合せを含む。
【００７９】
本発明の別の態様は、ドーパントを含む銀粉末を含む、電気化学セルでの使用のためのカソードであって、ドーパントが、アルミニウムを含み、ドーパントが、カソードが約４０Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有するのに十分な濃度で存在する、カソードを提供する。
【００８０】
一実施形態において、カソードは、約０．２５重量％〜約１０重量％のドーパント、すなわち、アルミニウムを含む。例えば、カソードは、約０．５重量％〜約５重量％のドーパント、すなわち、アルミニウムを含む。他の例において、カソードは、約１重量％〜約８重量％のドーパント、すなわち、アルミニウムを含む。
【００８１】
別の実施形態において、カソードは、約２０μｍ以下の平均粒径を有するドープされた銀粉末を含む。いくつかの実施形態において、カソードは、約１５μｍ以下の平均粒径を有するドープされた銀粉末を含む。例えば、ドープされた銀粉末は、約５μｍ以下の平均粒径を有する。
【００８２】
別の実施形態において、ドーパントは、カソードが約３０Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有するのに十分な濃度で存在する。
【００８３】
本発明のカソードは、酸化銀を含む。例えば、カソードは、Ａｇ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、ＡｇＯＨ、ＡｇＯＯＨ、ＡｇＯＮａ、ＡｇＣｕＯ２、ＡｇＦｅＯ２、ＡｇＭｎＯ２、Ａｇ（ＯＨ）２、これらの水和物、またはこれらの任意の組合せを含む銀粉末を含む。一例において、銀粉末は、Ａｇ２Ｏ３を含む。別の例において、銀粉末は、ＡｇＯを含む。
【００８４】
本発明のカソードは、添加剤、例えばバインダ、または他の添加剤を場合により含んで、カソードの１または複数の特徴を改善することができる。一例において、カソードは、バインダを含む。好適なバインダとして、酸化銀粉末またはドープされた酸化銀粉末に実質的に不活性である任意のバインダが挙げられる。例えば、バインダは、ＰＴＦＥまたはＰＶＤＦを含む。
【００８５】
別の実施形態において、電気化学セルでの使用のためのカソードは、ドーパントを含むドープされた銀粉末を含み、ここで、ドーパントが、アルミニウムを含み、ドーパントが、カソードが約３０Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有するのに十分な濃度で存在し；ドープされた酸化銀粉末が、約５μｍ以下の平均粒径を有する。
【００８６】
別の実施形態において、カソードは、約３０Ω・ｃｍ以下の抵抗率を与えるのに十分な量のアルミニウムがドープされ、約５μｍ以下の平均粒径を有する銀粉末を含み、ここで、銀粉末が、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ３、またはこれらの任意の組合せを含む。
【００８７】
先に記述したように、本発明のカソードは、添加剤、例えばバインダ、集電体などを場合により含み得る。いくらかの例において、本発明のカソードは、バインダを含む。例えば、カソードは、バインダを含み、バインダは、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ（例えば、ＰＶＤＦ−ｃｏ−ＨＦＰ）、ＣＭＣ、ＰＶＰ、ＰＡＡ、またはこれらのコポリマーを含む。
【００８８】
さらに、本発明のカソードは、酸化銀粉末を含む。銀粉末は、Ａｇ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、ＡｇＯＨ、ＡｇＯＯＨ、ＡｇＯＮａ、ＡｇＣｕＯ２、ＡｇＦｅＯ２、ＡｇＭｎＯ２、Ａｇ（ＯＨ）２、これらの水和物、またはこれらの任意の組合せを含む。
【００８９】
ＩＩＩ．方法
本発明の別の態様は、電気化学セルでの使用のためのカソードを製造する方法であって、銀粉末を準備してこれにカソードの重量の約０．２５重量％〜約１０重量％の三価のドーパントがドープされてドープされた銀粉末を与えることと；ドープされた銀粉末からカソードを形成することとを含む方法を提供する。
【００９０】
本発明の別の態様は、電気化学セルでの使用のためのカソードを製造する方法であって、銀粉末を準備してこれにカソードの重量の約０．２５重量％〜約１０重量％の、少なくとも１種の第１３族元素を含むドーパントがドープされてドープされた銀粉末を与えることと；ドープされた銀粉末からカソードを形成することとを含む方法を提供する。
【００９１】
本発明の別の態様は、電気化学セルでの使用のためのカソードを製造する方法であって、銀粉末を準備してこれにカソードの重量の約０．２５重量％〜約１０重量％の、ガリウム、ホウ素、インジウム、アルミニウム、またはこれらの任意の組合せを含むドーパントがドープされてドープされた銀粉末を与えることと；ドープされた銀粉末からカソードを形成することとを含む方法を提供する。
【００９２】
本発明の別の態様は、電気化学セルでの使用のためのカソードを製造する方法であって、銀粉末を準備してこれにガリウム、ホウ素、またはこれらの組合せを含むドーパントの約０．２５重量％〜約１０重量％がドープされてドープされた銀粉末を与えることと；ドープされた銀粉末からカソードを形成することとを含む方法を提供する。
【００９３】
本発明の別の態様は、電気化学セルでの使用のためのカソードを製造する方法であって、銀粉末を準備してこれにインジウム、アルミニウム、またはこれらの組合せを含むドーパントの約０．２５重量％〜約１０重量％がドープされてドープされた銀粉末を与えることと；ドープされた銀粉末からカソードを形成することとを含む方法を提供する。
【００９４】
上記方法のいくらかの実施形態において、ドープされた銀粉末は、約０．５重量％〜約５重量％のドーパントを含む。上記方法のいくらかの実施形態において、ドープされた銀粉末は、約１重量％〜約８重量％のドーパントを含む。他では、ドープされた銀粉末は、約２０μｍ以下の平均粒径を有する。また、いくつかの実施形態において、ドープされた銀粉末は、約１５μｍ以下の平均粒径を有する。例えば、ドープされた銀粉末は、約５μｍ以下の平均粒径を有する。上記方法のいくつかの実施形態において、銀粉末は、Ａｇ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、ＡｇＯＨ、ＡｇＯＯＨ、ＡｇＯＮａ、ＡｇＣｕＯ２、ＡｇＦｅＯ２、ＡｇＭｎＯ２、Ａｇ（ＯＨ）２、またはこれらの任意の組合せを含む。他では、銀粉末は、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、またはこれらの任意の組合せ含む。上記方法の他の実施形態において、ドーパントは、ガリウム、ホウ素、インジウム、アルミニウム、タリウム、またはこれらの任意の組合せを含む。例えば、ドーパントは、ガリウム、ホウ素、またはこれらの組合せを含む。他の例において、ドーパントは、インジウム、アルミニウム、またはこれらの組合せを含む。
【００９５】
上記方法のいくつかの実施形態は、バインダを準備するステップをさらに含む。例えば、該方法は、バインダを準備することをさらに含み、バインダは、ＰＴＦＥまたはＰＶＤＦを含む。
【００９６】
本発明の別の態様は、カソードを製造する方法であって、銀粉末を準備することと；銀粉末（例えば、Ａｇ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、ＡｇＯＨ、ＡｇＯＯＨ、ＡｇＯＮａ、ＡｇＣｕＯ２、ＡｇＦｅＯ２、ＡｇＭｎＯ２、Ａｇ（ＯＨ）２、これらの水和物、またはこれらの任意の組合せ）に、カソードが約５０Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有するのに十分な量のドーパントをドープすることとを含み、ドーパントが、インジウム、アルミニウム、またはこれらの組合せを含む、方法を提供する。
【００９７】
いくらかの実施形態において、銀粉末は、カソードが約４０Ω・ｃｍ以下の抵抗率（ｒｅｓｉｓｉｔｉｖｉｔｙ）を有するのに十分な量のドーパントがドープされている。例えば、銀粉末は、カソードが約３５Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有するのに十分な量のドーパントがドープされている。または、銀粉末は、カソードが約３０Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有するのに十分な量のドーパントがドープされている。
【００９８】
いくつかの方法において、銀粉末は、約０．２５重量％〜約１０重量％のドーパントがドープされている。例えば、銀粉末は、約１重量％〜約８重量％のドーパントがドープされている。
【００９９】
他の方法において、ドープされた銀粉末は、約１５μｍ以下の平均粒径を有する。例えば、ドープされた銀粉末は、約５μｍ以下の平均粒径を有する。
【０１００】
いくつかの代替の方法において、銀粉末はＡｇＯを含む。または、酸化銀粉末はＡｇ２Ｏ３を含む。
【０１０１】
本発明の方法は、カソード添加剤を準備することを場合により含み得る。１つの例示的な方法は、バインダを準備することをさらに含む。好適なバインダは、本明細書に言及した任意のものを含む。例えば、バインダは、ＰＴＦＥまたはＰＶＤＦを含む。
【０１０２】
本発明の別の態様は、カソードを製造する方法であって、銀粉末を準備することと；銀粉末に、カソードが約３０Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有するのに十分な量のドーパントをドープすることとを含み、ドーパントが、アルミニウムを含む方法を提供する。
【０１０３】
いくつかの方法において、銀粉末は、約０．２５重量％〜約１０重量％のドーパントがドープされている。例えば、銀粉末は、約１重量％〜約８重量％のドーパントがドープされている。
【０１０４】
他の方法において、ドープされた銀粉末は、約１５μｍ以下の平均粒径を有する。例えば、ドープされた銀粉末は、約５μｍ以下の平均粒径を有する。
【０１０５】
いくつかの代替の方法において、銀粉末はＡｇＯを含む。または、酸化銀粉末はＡｇ２Ｏ３を含む。
【０１０６】
本発明の方法は、カソード添加剤を準備することを場合により含み得る。１つの例示的な方法は、バインダを準備することをさらに含む。好適なバインダは、本明細書に言及した任意のものを含む。例えば、バインダは、ＰＴＦＥまたはＰＶＤＦを含む。
【０１０７】
ＩＶ．電気化学セル
本発明の一態様は、ドーパントを含む銀材料を含むカソードと；亜鉛を含むアノードとを含む電気化学セルであって、ドーパントが、三価のドーパントを含み、ドーパントが、少なくとも１００サイクル（例えば、少なくとも２００サイクル、少なくとも２５０サイクル、少なくとも３００サイクル、または少なくとも４００サイクル）にわたって、セルの定格容量の少なくとも約８０％（例えば、少なくとも約８５％、または少なくとも約９０％）の実容量をセルに付与するのに十分な濃度で存在する、セルを提供する。
【０１０８】
本発明の別の態様は、ドーパントを含む銀材料を含むカソードと；亜鉛を含むアノードとを含む電気化学セルであって、ドーパントが、三価のドーパントを含み、ドーパントが、少なくとも約８０サイクルにわたって、セルの定格容量の少なくとも約６０％の実容量をセルに付与するのに十分な濃度で存在する、セルを提供する。
【０１０９】
本発明の別の態様は、ドーパントを含む銀材料を含むカソードと；亜鉛を含むアノードとを含む電気化学セルであって、ドーパントが、少なくとも１種の第１３族元素を含み、ドーパントが、少なくとも１００サイクル（例えば、少なくとも２００サイクル、少なくとも２５０サイクル、少なくとも３００サイクル、少なくとも３５０サイクル、または少なくとも４００サイクル）にわたって、セルの定格容量の少なくとも約８０％（例えば、少なくとも約８５％、または少なくとも約９０％）の実容量をセルに付与するのに十分な濃度で存在する、セルを提供する。
【０１１０】
本発明の別の態様は、ドーパントを含む銀材料を含むカソードと；亜鉛を含むアノードとを含む電気化学セルであって、ドーパントが、ガリウム、ホウ素、インジウム、アルミニウム、タリウム、またはこれらの任意の組合せを含み、ドーパントが、少なくとも１００サイクル（例えば、少なくとも２００サイクル、少なくとも２５０サイクル、少なくとも３００サイクル、少なくとも３５０サイクル、または少なくとも４００サイクル）にわたって、セルの定格容量の少なくとも約８０％（例えば、少なくとも約８５％、または少なくとも約９０％）の実容量をセルに付与するのに十分な濃度で存在する、セルを提供する。
【０１１１】
本発明の別の態様は、ドーパントを含む銀材料を含むカソードと；亜鉛を含むアノードとを含む電気化学セルであって、ドーパントが、ガリウム、ホウ素、またはこれらの組合せを含み、ドーパントが、少なくとも１００サイクル（例えば、少なくとも２００サイクル、少なくとも２５０サイクル、少なくとも３００サイクル、少なくとも３５０サイクル、または少なくとも４００サイクル）にわたって、セルの定格容量の少なくとも約８０％（例えば、少なくとも約８５％、または少なくとも約９０％）の実容量をセルに付与するのに十分な濃度で存在する、セルを提供する。
【０１１２】
本発明の別の態様は、ドーパントを含む銀材料を含むカソードと；亜鉛を含むアノードとを含む電気化学セルであって、ドーパントが、アルミニウム、インジウム、またはこれらの組合せを含み、ドーパントが、少なくとも１００サイクル（例えば、少なくとも２００サイクル、少なくとも２５０サイクル、少なくとも３００サイクル、少なくとも３５０サイクル、または少なくとも４００サイクル）にわたって、セルの定格容量の少なくとも約８０％（例えば、少なくとも約８５％、または少なくとも約９０％）の実容量をセルに付与するのに十分な濃度で存在する、セルを提供する。
【０１１３】
いくつかの実施形態において、銀材料は、約０．２５重量％〜約１０重量％の三価のドーパント（例えば、少なくとも１種の第１３族元素（例えば、タリウム、ホウ素、ガリウム、インジウム、アルミニウム、またはこれらの任意の組合せ））を含む。いくつかの実施形態において、銀材料は、約０．５重量％〜約５重量％の三価のドーパント（例えば、少なくとも１種の第１３族元素（例えば、タリウム、ホウ素、ガリウム、インジウム、アルミニウム、またはこれらの任意の組合せ））を含む。他では、銀材料は、粉末を含む。例えば、銀材料は、粉末を含み、粉末は、約２０μｍ以下（例えば、１５μｍ以下、１０μｍ以下）の平均粒径を有する。他の場合において、粉末は、約５μｍ以下の平均粒径を有する。他の実施形態において、銀粉末は、Ａｇ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、ＡｇＯＨ、ＡｇＯＯＨ、ＡｇＯＮａ、ＡｇＣｕＯ２、ＡｇＦｅＯ２、ＡｇＭｎＯ２、Ａｇ（ＯＨ）２、またはこれらの任意の組合せを含む。いくらかの実施形態において、銀粉末は、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、またはこれらの任意の組合せを含む。例えば、銀材料はＡｇＯを含む。他の場合において、銀材料はＡｇ２Ｏを含む。他の実施形態において、銀材料はドーパントを含み、ここで、ドーパントは、ガリウム、ホウ素、インジウム、アルミニウム、またはこれらの任意の組合せを含む。例えば、銀材料は、ドーパントを含み、ここで、ドーパントは、ガリウム、ホウ素、またはこれらの組合せを含む。別の例において、銀材料はドーパントを含み、ここで、ドーパントは、インジウム、アルミニウム、またはこれらの組合せを含む。
【０１１４】
他の実施形態において、カソード、アノード、または両方が、バインダを含む。例えば、いくつかのセルにおいて、カソードは、バインダを含む。例えば、カソードは、バインダを含み、バインダは、ＰＴＦＥまたはＰＶＤＦを含む。他の例において、アノードは、バインダを含む。例えば、アノードは、バインダを含み、バインダは、ＰＴＦＥまたはＰＶＤＦを含む。
【０１１５】
本発明の別の態様は、約０．２５重量％〜約１０重量％の三価のドーパントを含む銀粉末を含むカソードと；亜鉛を含むアノードと；ＫＯＨを含む電解質とを含む電気化学セルを提供する。
【０１１６】
本発明の別の態様は、カソードの重量の約０．２５重量％〜約１０重量％の少なくとも１種の第１３族元素を含む銀粉末を含むカソードと；亜鉛を含むアノードと；ＫＯＨを含む電解質とを含む電気化学セルを提供する。
【０１１７】
本発明の別の態様は、約０．２５重量％〜約１０重量％のドーパントを含む銀粉末を含むカソードと；亜鉛を含むアノードと；ＫＯＨを含む電解質とを含む電気化学セルであって、ドーパントが、ガリウム、ホウ素、インジウム、アルミニウム、タリウム、またはこれらの任意の組合せを含む、セルを提供する。
【０１１８】
本発明の別の態様は、約０．２５重量％〜約１０重量％のドーパントを含む銀粉末を含むカソードと；亜鉛を含むアノードと；ＫＯＨを含む電解質とを含む電気化学セルであって、ドーパントが、ガリウム、ホウ素、またはこれらの組合せを含む、セルを提供する。
【０１１９】
本発明の別の態様は、約０．２５重量％〜約１０重量％のドーパントを含む銀粉末を含むカソードと；亜鉛を含むアノードと；ＫＯＨを含む電解質とを含む電気化学セルであって、ドーパントが、インジウム、アルミニウム、またはこれらの組合せを含む、セルを提供する。
【０１２０】
これらの態様のいくつかの実施形態において、銀材料は、粉末を含む。例えば、銀材料は、粉末を含み、粉末は、約１５μｍ以下の平均粒径を有する。他の場合において、粉末は、約５μｍ以下の平均粒径を有する。これらの態様のいくつかのカソードにおいて、銀粉末は、Ａｇ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、ＡｇＯＨ、ＡｇＯＯＨ、ＡｇＯＮａ、ＡｇＣｕＯ２、ＡｇＦｅＯ２、ＡｇＭｎＯ２、Ａｇ（ＯＨ）２、またはこれらの任意の組合せを含む。例えば、銀粉末は、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ、Ａｇ２Ｏ３、またはこれらの任意の組合せを含む。他の場合において、銀材料はＡｇＯを含む。また、いくつかの場合において、銀材料はＡｇ２Ｏを含む。
【０１２１】
これらの態様の他の実施形態において、カソード、アノード、または両方が、バインダを含む。例えば、カソードは、バインダを含む。他の場合において、カソードは、バインダを含み、バインダは、ＰＴＦＥまたはＰＶＤＦを含む。いくつかの場合において、アノードは、バインダを含む。例えば、アノードは、バインダを含み、バインダは、ＰＴＦＥまたはＰＶＤＦを含む。
【０１２２】
これらの態様の他の実施形態において、セルは、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、またはこれらの組合せを含む電解質をさらに含む。
【０１２３】
本発明の一態様は、銀粉末および第１バインダを含むカソードと；亜鉛および第２バインダを含むアノードとを含む電気化学セルであって、ドープされた銀粉末が、約５０Ω・ｃｍ以下の抵抗率をカソードに付与するのに十分な量のインジウム、アルミニウム、またはこれらの組合せを含む、セルを提供する。
【０１２４】
本発明の一態様は、ドープされた銀粉末および第１バインダを含むカソードと；亜鉛および第２バインダを含むアノードとを含む電気化学セルであって、ドープされた銀粉末が、約３０Ω・ｃｍ以下の抵抗率をカソードに付与するのに十分な量のインジウムを含む、セルを提供する。
【０１２５】
本明細書に記載のカソードのいずれもが、本発明の電気化学セルでの使用に好適であることに注意されたい。
【０１２６】
一実施形態において、電気化学は、ＮａＯＨまたはＫＯＨを含む電解質を含む。
【０１２７】
別の実施形態において、電気化学セルは、アルミニウムおよび第１バインダを含む、約０．２５重量％〜約１０重量％のドーパントを含むドープされた酸化銀粉末を含むカソードと；亜鉛および第２バインダを含むアノードと；ＫＯＨを含む電解質とを含み、カソードは、約３０Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有する。
【０１２８】
本発明の一態様は、ドープされた銀粉末および第１バインダを含むカソードと；亜鉛および第２バインダを含むアノードとを含む電気化学セルであって、ドープされた銀粉末が、約３０Ω・ｃｍ以下の抵抗率をカソードに付与するのに十分な量のアルミニウムを含む、セルを提供する。
【０１２９】
本明細書に記載のカソードのいずれもが、本発明の電気化学セルでの使用に好適であることに注意されたい。
【０１３０】
一実施形態において、電気化学は、ＮａＯＨまたはＫＯＨを含む電解質を含む。
【０１３１】
別の実施形態において、電気化学セルは、アルミニウムおよび第１バインダを含む、約０．２５重量％〜約１０重量％のドーパントを含むドープされた銀粉末を含むカソードと；亜鉛および第２バインダを含むアノードと；ＫＯＨを含む電解質とを含み、カソードは、約３０Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有する。
【０１３２】
Ａ．電極
本発明の電気化学セルのカソードおよびアノードは、添加剤、例えば、バインダ、集電体などを場合により含み得る。カソードのバインダおよびアノードのバインダは、同じ材料を含んでいても異なる材料を含んでいてもよい。一例において、アノードまたはカソードのバインダは、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ、またはこれらの任意のコポリマーを含む。
【０１３３】
バインダを含むカソードにおいて、バインダは、ドープされた銀粉末と、好適な濃度（例えば、カソードの重量の１０重量％未満のバインダ（例えば、カソードの重量の５重量％以下のバインダ））で混合され、好適なサイズおよび幾何学的形状を有するカソードを与えるように形成されるドウ状の材料に形成される。アノードも同様にバインダを用いて製造することができることに注意されたい。
【０１３４】
Ｂ．セパレータ
本発明の電気化学セルは、アノードをカソードから分離するセパレータをさらに含む。
【０１３５】
本発明のセパレータは、単一層または複数層を有するフィルムを含み得、ここで、複数層は、単一ポリマー（もしくはコポリマー）または１を超えるポリマー（もしくはコポリマー）を含んでいてよい。
【０１３６】
いくらかの実施形態において、セパレータは、少なくとも２つの層体から形成される単体の構造を含む。セパレータは、層体を含み得、ここで、各層が同じ材料を含み、または各層が異なる層を含み、または層体が、同じ材料の層と別の材料の少なくとも１層とを与えるように積層されている。いくらかの実施形態において、１つの層体が酸化防止材料を含み、残りの層体が耐デンドライト材料を含む。他の実施形態において、少なくとも１つの層体が酸化防止材料を含み、または少なくとも１つの層体が耐デンドライト材料を含む。単体の構造は、１つの層体を含む材料（例えば、酸化防止材料）が別の層体を含む材料（例えば、耐デンドライト材料または酸化防止材料）と共押出されるとき、形成される。いくらかの実施形態において、単体のセパレータは、酸化防止材料と耐デンドライト材料との共押出から形成される。
【０１３７】
いくらかの実施形態において、酸化防止材料は、ポリエーテルポリマー混合物を含み、耐デンドライト材料は、ＰＶＡポリマー混合物を含む。
【０１３８】
電気化学セルにおいて有用なセパレータは、該セパレータが電気化学セルのアノード、カソードおよび電解質の存在下で実質的に不活性であるような任意の好適な様式で構成され得ることに注意されたい。例えば、矩形の電池電極のためのセパレータは、電極に匹敵するサイズまたは電極より僅かに大きいシートまたはフィルムの形態であってよく、電極上に単に配置されていても、縁部の周囲でシールされていてもよい。セパレータの縁部は、電極、電極集電体、電槽、または電極の裏面の別のセパレータシートもしくはフィルムに、接着性シール剤、ガスケットまたはセパレータもしくは別の材料の溶融（ヒートシーリング）を介してシールされていてよい。セパレータはまた、電極の周囲にラップされて折り畳まれたシートまたはフィルムの形態であり、単一層（前および後）、重複層、または多層を形成することもできる。円筒状電池では、セパレータは、電極と共にゼリーロール構造で螺旋状に巻かれていてよい。典型的には、セパレータは、複数のセパレータを含む電極スタック内に含まれる。本発明の酸化防止セパレータは、任意の好適な構造で、電池に組み込まれていてよい。
【０１３９】
１．ポリエーテルポリマー材料
本発明のいくらかの実施形態において、セパレータの酸化防止層体は、耐デンドライト材料と共押出されるポリエーテルポリマー材料を含む。ポリエーテル材料は、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）もしくはポリプロピレンオキサイド（ＰＰＯ）、またはこれらのコポリマーもしくは混合物を含み得る。ポリエーテル材料はまた、１種または複数種の他のポリマー材料、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンおよび／またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）と共重合または混合されていてもよい。いくつかの実施形態において、ＰＥ材料は、単独で押し出されるときには自立型ポリエーテルフィルムを形成することができ、または、耐デンドライト材料と共押出されるときには自立型フィルムを形成することができる。さらに、ポリエーテル材料は、アルカリ電池電解質中で、かつ銀イオンの存在下では、実質的に不活性である。
【０１４０】
代替の実施形態において、酸化防止材料は、酸化ジルコニウム粉末を場合により含むＰＥ混合物を含む。理論によって限定されることを意図しないが、酸化ジルコニウム粉末が、銀イオンとの表面錯体を形成することによって銀イオン輸送を抑制することが理論化される。用語「酸化ジルコニウム」は、二酸化ジルコニウムおよびイットリア安定化酸化ジルコニウムを含めた、ジルコニウムの任意の酸化物を包含する。酸化ジルコニウム粉末は、実質的に均一な銀錯体形成、および銀イオンの輸送に対する均一なバリアを与えるように、ＰＥ材料にわたって分散される。いくらかの実施形態において、酸化ジルコニウム粉末の平均粒子サイズは、約１ｎｍ〜約５０００ｎｍ、例えば、約５ｎｍ〜約１００ｎｍの範囲内である。
【０１４１】
他の実施形態において、酸化防止材料は、場合による伝導率向上剤をさらに含む。伝導率向上剤は、無機化合物、例えば、チタン酸カリウム、または有機材料を含み得る。カリウム以外のアルカリ金属のチタン酸塩が用いられてよい。好適な有機伝導率向上材料として、有機スルホン酸塩およびカルボン酸塩が挙げられる。スルホン酸およびカルボン酸のかかる有機化合物は、単独で用いられても組み合わせて用いられてもよく、幅広い種類の電気的陽性のカチオン、例えば、Ｋ＋、Ｎａ＋、Ｌｉ＋、Ｐｂ＋２、Ａｇ＋、ＮＨ４＋、Ｂａ＋２、Ｓｒ＋２、Ｍｇ＋２、Ｃａ＋２またはアニリニウムによって形成される塩を含んでいてよい広範囲のポリマー材料を含む。これらの化合物として、市販のペルフルオロ化スルホン酸ポリマー材料、例えばＮａｆｉｏｎ（登録商標）およびＦｌｅｍｉｏｎ（登録商標）も挙げられる。伝導率向上剤は、例えば、ポリビニルアルコールとのスルホネートもしくはカルボキシレートコポリマー、または官能基として２−アクリルアミド−２−メチルプロパニルを有するポリマーを含んでいてよい。１種または複数種の伝導率向上材料の組合せを用いることができる。
【０１４２】
共押出されて本発明のセパレータを形成する酸化防止材料は、約５重量％〜約９５重量％（例えば、約２０重量％〜約６０重量％、または約３０重量％〜約５０重量％）の酸化ジルコニウムおよび／または伝導率向上剤を含み得る。
【０１４３】
酸化防止材料はまた、小さな粒子の凝集を防止することによって酸化ジルコニウム粉末の分散を改善する界面活性剤などの添加剤も含み得る。１種または複数種のアニオン性、カチオン性、非イオン性、両性（ａｍｐｈｏｌｙｔｉｃ）、両性（ａｍｐｈｏｔｅｒｉｃ）および両性イオン性界面活性剤、ならびにこれらの混合物を含めた、任意の好適な界面活性剤が用いられてよい。一実施形態において、セパレータは、アニオン性界面活性剤を含む。例えば、セパレータは、アニオン性界面活性剤を含み、アニオン性界面活性剤は、硫酸塩の塩、スルホン酸塩の塩、カルボン酸塩の塩、またはサルコシン酸塩の塩を含む。１つの有用な界面活性剤は、Ｒｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓから商品名Ｔｒｉｔｏｎ  Ｘ−１００で市販されている、ｐ−（１，１，３，３−テトラメチルブチル）−フェニルエーテルを含む。
【０１４４】
いくらかの実施形態において、酸化防止材料は、約０．０１重量％〜約１重量％の界面活性剤を含む。
【０１４５】
２．ポリビニルポリマー材料
本発明のいくらかの実施形態において、セパレータの耐デンドライト層体は、酸化防止材料と共押出されるポリビニルポリマー材料を含む。いくらかの実施形態において、ＰＶＡ材料は、架橋ポリビニルアルコールポリマーおよび架橋剤を含む。
【０１４６】
いくらかの実施形態において、架橋ポリビニルアルコールポリマーはコポリマーである。例えば、架橋ＰＶＡポリマーは、第１モノマーと、ＰＶＡと、第２モノマーとを含むコポリマーである。いくつかの場合において、ＰＶＡポリマーは、少なくとも６０モル％のＰＶＡと第２モノマーとを含むコポリマーである。他の例において、第２モノマーは、酢酸ビニル、エチレン、ビニルブチラール、またはこれらの任意の組合せを含む。
【０１４７】
本発明のセパレータにおいて有用なＰＶＡ材料はまた、セパレータを水に実質的に不溶にするのに十分な量で架橋剤も含む。いくらかの実施形態において、本発明のセパレータにおいて用いられる架橋剤は、モノアルデヒド（例えば、ホルムアルデヒドまたはグリオキシル酸）；脂肪族、フリルまたはアリールジアルデヒド（例えば、グルタルアルデヒド、２，６−フリルジアルデヒドまたはテレフタルアルデヒド（ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌｄｅｈｙｄｅ））；ジカルボン酸（例えば、シュウ酸またはコハク酸）；ポリイソシアネート；メチロールメラミン；スチレンおよび無水マレイン酸のコポリマー；ゲルマニウム酸（ｇｅｒｍａｉｃ  ａｃｉｄ）およびその塩；ホウ素化合物（例えば、酸化ホウ素、ホウ酸もしくはその塩；またはメタホウ酸もしくはその塩）；または銅、亜鉛、アルミニウムもしくはチタンの塩を含む。例えば、架橋剤は、ホウ酸を含む。
【０１４８】
別の実施形態において、ＰＶＡ材料は、酸化ジルコニウム粉末を場合により含む。いくらかの実施形態において、ＰＶＡ材料は、約１重量％〜約９９重量％（例えば、約２重量％〜約９８重量％、約２０重量％〜約６０重量％、または約３０重量％〜約５０重量％）を含む。
【０１４９】
多くの実施形態において、本発明のセパレータの耐デンドライト層体は、低減されたイオン伝導度を含む。例えば、いくらかの実施形態において、該セパレータは、約２０ｍΩ／ｃｍ２未満（例えば、約１０ｍΩ／ｃｍ２未満、約５ｍΩ／ｃｍ２未満、または約４ｍΩ／ｃｍ２未満）のイオン抵抗を含む。
【０１５０】
本発明のセパレータの耐デンドライト層体を形成するＰＶＡ材料は、例えば、伝導率向上剤、界面活性剤、可塑剤などの任意の好適な添加剤を場合により含んでいてよい。
【０１５１】
いくつかの実施形態において、ＰＶＡ材料は、伝導率向上剤をさらに含む。例えば、ＰＶＡ材料は、架橋ポリビニルアルコールポリマー、酸化ジルコニウム粉末、および伝導率向上剤を含む。伝導率向上剤は、ポリビニルアルコールと水酸基伝導性ポリマーとのコポリマーを含む。好適な水酸基伝導性ポリマーは、水酸基イオンの移動を容易にする官能基を有する。いくつかの例において、水酸基伝導性ポリマーは、ポリアクリレート、ポリラクトン、ポリスルホネート、ポリカルボキシレート、ポルサルフェート、ポリサルコシネート（ｐｏｌｙｓａｒｃｏｎａｔｅ）、ポリアミド、ポリアミドスルホネート、またはこれらの任意の組合せを含む。ポリビニルアルコールとポリラクトンとのコポリマーを含有する溶液は、Ｃｅｌａｎｅｓｅ、Ｉｎｃ．によって商品名Ｖｙｔｅｋ（登録商標）ポリマーで商業的に販売されている。いくらかの例において、セパレータは、約１重量％〜約１０重量％の伝導率向上剤を含む。
【０１５２】
他の実施形態において、ＰＶＡ材料は、界面活性剤をさらに含む。例えば、セパレータは、架橋ポリビニルアルコールポリマー、酸化ジルコニウム粉末、および界面活性剤を含む。界面活性剤は、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、非イオン界面活性剤、両性（ａｍｐｈｏｌｙｔｉｃ）界面活性剤、両性（ａｍｐｈｏｔｅｒｉｃ）界面活性剤、および両性イオン性界面活性剤から選択される１種または複数種の界面活性剤を含む。かかる界面活性剤は、市販されている。いくらかの例において、ＰＶＡ材料は、約０．０１重量％〜約１重量％の界面活性剤を含む。
【０１５３】
いくらかの実施形態において、耐デンドライト層体は、可塑剤をさらに含む。例えば、耐デンドライト層体は、架橋ポリビニルアルコールポリマー、酸化ジルコニウム粉末および可塑剤を含む。可塑剤は、グリセリン、低分子量ポリエチレングリコール、アミノアルコール、ポリプロピレングリコール、１，３ペンタンジオール分枝状類似体、１，３ペンタンジオール、および／または水から選択される１種または複数種の可塑剤を含む。例えば、可塑剤は、約１重量％超のグリセリン、低分子量ポリエチレングリコール、アミノアルコール、ポリプロピレングリコール、１，３ペンタンジオール分枝状類似体、１，３ペンタンジオール、またはこれらの任意の組合せ、および９９重量％未満の水を含む。他の例において、可塑剤は、約１重量％〜約１０重量％のグリセリン、低分子量ポリエチレングリコール、アミノアルコール、ポリプロピレングリコール、１，３ペンタンジオール分枝状類似体、１，３ペンタンジオール、またはこれらの任意の組合せ、および約９９重量％〜約９０重量％の水を含む。
【０１５４】
いくつかの実施形態において、本発明のセパレータは、可塑剤をさらに含む。他の例において、可塑剤は、グリセリン、低分子量ポリエチレングリコール、アミノアルコール、ポリプロピレングリコール、１，３ペンタンジオール分枝状類似体、１，３ペンタンジオール、もしくはこれらの組合せ、および／または水を含む。
【０１５５】
Ｃ．電解質
本発明の電気化学セルは、任意の好適な電解質を含み得る。例えば、電気化学セルは、水性ＮａＯＨまたはＫＯＨを含む電解質を含む。他の例において、電解質は、ＮａＯＨまたはＫＯＨと液状ＰＥＯポリマーとの混合物を含む。
【０１５６】
本発明の電気化学セルに適している電解質として、アルカリ剤が挙げられる。例示的な電解質として、水性金属水酸化物、例えばＮａＯＨおよび／またはＫＯＨが挙げられる。他の例示的な電解質として、金属水酸化物と、使用される電気化学セルの操作および／または貯蔵温度（例えば、少なくとも−２０℃）の範囲よりも低いガラス転移温度を有するポリマーとの混合物が挙げられる。
【０１５７】
本発明の電解質を配合するのに有用なポリマーはまた、アルカリ剤とも少なくとも実質的に混和可能である。一実施形態において、ポリマーは、混合物が用いられる電気化学デバイスの操作および貯蔵温度を少なくとも含む温度範囲にわたってアルカリ剤と少なくとも実質的に混和可能である。例えば、ポリマーは、少なくとも−２０℃の温度でアルカリ剤と少なくとも実質的に混和可能、例えば実質的に混和可能である。他の例において、電解質は、少なくとも−１５℃（例えば、少なくとも−１２℃、少なくとも−１０℃、または約−２０℃〜約７０℃）のガラス転移温度を有する。別の実施形態において、ポリマーは、約−２０℃〜約６０℃の温度でアルカリ剤と少なくとも実質的に混和可能である。例えば、ポリマーは、約−１０℃〜約６０°Ｃの温度でアルカリ剤と少なくとも実質的に混和可能である。
【０１５８】
いくらかの実施形態において、ポリマーは、電気化学デバイスの操作温度範囲内の温度において、貯蔵されて溶液を形成するアルカリ剤と組み合わせることができる。
【０１５９】
一実施形態において、電解質は、式（Ｉ）：
【０１６０】
【化１】
0005638058.tif 000002
式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４は、それぞれ、独立して、（Ｖ１−Ｑ１−Ｖ２−Ｑ２−Ｖ３−Ｑ３）ｎであり、Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３は、それぞれ、独立して、結合または−Ｏ−であり、Ｑ１、Ｑ２、およびＱ３は、それぞれ、独立して、結合、水素、またはＣ１〜６線状もしくは分枝状の非置換アルキルであり、ｎは１〜５であり、ｐは、式（Ｉ）のポリマーが、１０，０００ａｍｕ未満（例えば、約５０００ａｍｕ未満、約３０００ａｍｕ未満、約５０ａｍｕ〜約２０００ａｍｕ、または約１００ａｍｕ〜約１０００ａｍｕ）の全体分子量を有するのに十分な正の整数値である；
のポリマーと、アルカリ剤とを含む。
【０１６１】
いくらかの実施形態において、ポリマーは、直鎖または分枝状である。例えば、ポリマーは直鎖である。他の実施形態において、Ｒ１は、独立して（Ｖ１−Ｑ１−Ｖ２−Ｑ２−Ｖ３−Ｑ３）ｎであり、ここで、ｎは１であり、Ｖ１、Ｑ１、Ｖ２、Ｑ２、およびＶ３は、それぞれ、結合であり、Ｑ３は水素である。いくつかの実施形態において、Ｒ４は、独立して（Ｖ１−Ｑ１−Ｖ２−Ｑ２−Ｖ３−Ｑ３）ｎであり、ここで、ｎは１であり、Ｖ１、Ｑ１、Ｖ２、Ｑ２、およびＶ３は、それぞれ、結合であり、Ｑ３は水素である。他の実施形態において、Ｒ１およびＲ４の両方が（Ｖ１−Ｑ１−Ｖ２−Ｑ２−Ｖ３−Ｑ３）ｎであり、ｎはそれぞれ１であり、Ｖ１、Ｑ１、Ｖ２、Ｑ２、およびＶ３は、それぞれ、結合であり、Ｑ３はそれぞれ水素である。
【０１６２】
しかし、他の実施形態において、Ｒ１は、独立して（Ｖ１−Ｑ１−Ｖ２−Ｑ２−Ｖ３−Ｑ３）ｎであり、ここで、ｎは１であり、Ｖ１、Ｑ１、Ｖ２、Ｑ２、およびＶ３は、それぞれ、結合であり、Ｑ３は、−ＣＨ３、−ＣＨ２ＣＨ３、−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３、またはＨである。例えば、Ｒ１は、独立して（Ｖ１−Ｑ１−Ｖ２−Ｑ２−Ｖ３−Ｑ３）ｎであり、ここで、ｎは１であり、Ｖ１、Ｑ１、Ｖ２、Ｑ２、およびＶ３は、それぞれ、結合であり、Ｑ３は、−ＣＨ３、またはＨである。
【０１６３】
別の例において、Ｒ１は、独立して（Ｖ１−Ｑ１−Ｖ２−Ｑ２−Ｖ３−Ｑ３）ｎであり、ここで、ｎは１であり、Ｑ１またはＱ２の一方が−ＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ２−、または−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２−であり；Ｖ１およびＶ２は、それぞれ結合であり；Ｖ３は−Ｏ−であり、Ｑ３はＨである。
【０１６４】
いくらかの他の例において、Ｒ４は、独立して（Ｖ１−Ｑ１−Ｖ２−Ｑ２−Ｖ３−Ｑ３）ｎであり、ここで、ｎは１であり、Ｖ１、Ｑ１、Ｖ２、Ｑ２は、それぞれ、結合であり、Ｖ３は−Ｏ−または結合であり、Ｑ３は、水素、−ＣＨ３、−ＣＨ２ＣＨ３、または−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３である。例えば、Ｒ４は、独立して、（Ｖ１−Ｑ１−Ｖ２−Ｑ２−Ｖ３−Ｑ３）ｎであり、ここで、ｎは１であり、Ｖ１、Ｑ１、Ｖ２、Ｑ２、およびＶ３は、それぞれ結合であり、Ｑ３は、−Ｈ、−ＣＨ３、−ＣＨ２ＣＨ３、または−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３である。
【０１６５】
別の実施形態において、Ｒ１は、（Ｖ１−Ｑ１−Ｖ２−Ｑ２−Ｖ３−Ｑ３）ｎであり、ここで、ｎは１であり、Ｖ１、Ｑ１、Ｖ２、Ｑ２、およびＶ３は、それぞれ結合であり、Ｑ３は、−ＣＨ３であり、Ｒ４は、（Ｖ１−Ｑ１−Ｖ２−Ｑ２−Ｖ３−Ｑ３）ｎであり、ここで、ｎは１であり、Ｖ１、Ｑ１、Ｖ２、Ｑ２は、それぞれ結合であり、Ｖ３は、−Ｏ−であり、Ｑ３は−Ｈである。
【０１６６】
いくつかの実施形態において、Ｒ２は、独立して（Ｖ１−Ｑ１−Ｖ２−Ｑ２−Ｖ３−Ｑ３）ｎであり、ここで、ｎは１であり、Ｖ１、Ｑ１、Ｖ２、Ｑ２、およびＶ３は、それぞれ結合であり、Ｑ３は、−ＣＨ３、−ＣＨ２ＣＨ３、−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３、またはＨである。他の実施形態において、Ｒ２は、独立して（Ｖ１−Ｑ１−Ｖ２−Ｑ２−Ｖ３−Ｑ３）ｎであり、ここで、ｎは１であり、Ｖ１、Ｑ１、Ｖ２、Ｑ２、およびＶ３の１つは−Ｏ−であり、Ｑ３は−Ｈである。
【０１６７】
いくつかの実施形態において、Ｒ３は、独立して（Ｖ１−Ｑ１−Ｖ２−Ｑ２−Ｖ３−Ｑ３）ｎであり、ここで、ｎは１であり、Ｖ１、Ｑ１、Ｖ２、Ｑ２、およびＶ３は、それぞれ結合であり、Ｑ３は、−ＣＨ３、−ＣＨ２ＣＨ３、−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３、またはＨである。他の実施形態において、Ｒ３は、独立して（Ｖ１−Ｑ１−Ｖ２−Ｑ２−Ｖ３−Ｑ３）ｎであり、ここで、ｎは１であり、Ｖ１、Ｑ１、Ｖ２、Ｑ２、およびＶ３の１つは−Ｏ−であり、Ｑ３は−Ｈである。
【０１６８】
いくつかの実施形態において、ポリマーは、ポリエチレンオキサイドを含む。他の例において、ポリマーは、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレングリコール、アルキル−ポリエチレングリコール、アルキル−ポリプロピレングリコール、アルキル−ポリブチレングリコール、およびこれらの任意の組合せから選択されるポリエチレンオキサイドを含む。
【０１６９】
別の実施形態において、ポリマーは、約１０，０００ａｍｕ未満（例えば、約５０００ａｍｕ未満、または約１００ａｍｕ〜約１０００ａｍｕ）の分子量または平均分子量を有するポリエチレンオキサイドである。他の実施形態において、ポリマーは、ポリエチレングリコールを含む。
【０１７０】
本発明の電解質において有用なアルカリ剤は、水性または極性溶媒、例えば水および／または液体ポリマーと混合されるとき、水酸基イオンを生成することが可能である。
【０１７１】
いくつかの実施形態において、アルカリ剤は、ＬｉＯＨ、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＣｓＯＨ、ＲｂＯＨ、またはこれらの組合せを含む。例えば、アルカリ剤は、ＬｉＯＨ、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、またはこれらの組合せを含む。別の例において、アルカリ剤は、ＫＯＨを含む。
【０１７２】
いくらかの例示的な実施形態において、本発明の電解質は、式（Ｉ）の液体ポリマーと、ＬｉＯＨ、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＣｓＯＨ、ＲｂＯＨ、またはこれらの組合せを含むアルカリ剤とを含む。他の例示的な実施形態において、電解質は、ポリエチレンオキサイドを含む液体ポリマーと；ＬｉＯＨ、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＣｓＯＨ、ＲｂＯＨ、またはこれらの組合せを含むアルカリ剤とを含む。例えば、電解質は、ポリエチレンオキサイドを含むポリマーと、ＫＯＨを含むアルカリ剤とを含む。
【０１７３】
いくらかの例示的な実施形態において、本発明の電解質は、約１重量％超のアルカリ剤（例えば、約５重量％超のアルカリ剤、または約５重量％〜約７６重量％のアルカリ剤）を含む。一例において、電解質は、ポリエチレンオキサイドを含む液体ポリマーと、３重量％以上（例えば、４重量％以上、約４重量％〜約３３重量％、または約５重量％〜約１５重量％）のアルカリ剤とを含む。例えば、電解質は、ポリエチレンオキサイドと５重量％以上のＫＯＨとを含む。別の例において、電解質は、約１００ａｍｕ〜約１０００ａｍｕの分子量または平均分子量を有するポリエチレンオキサイドと５重量％以上のＫＯＨとから本質的になる。
【０１７４】
本発明において有用な電解質は、水を実質的に含まなくてよい。いくらかの実施形態において、電解質は、アルカリ剤の重量の約６０％以下（例えば、アルカリ剤の重量の約５０％以下、アルカリ剤の重量の約４０％以下、アルカリ剤の重量の約３０％以下、アルカリ剤の重量の約２５％以下、アルカリ剤の重量の約２０％以下、またはアルカリ剤の重量の約１０％以下）の量で水を含む。
【０１７５】
例示的なアルカリポリマー電解質として、非限定的には、９０重量％のＰＥＧ−２００および１０重量％のＫＯＨ、５０重量％のＰＥＧ−２００および５０重量％のＫＯＨ；ＫＯＨによって飽和されているＰＥＧ−ジメチルエーテル；ＰＥＧ−ジメチルエーテルおよび３３重量％のＫＯＨ；ＰＥＧ−ジメチルエーテルおよび１１重量％のＫＯＨ；ならびに、２００ａｍｕの平均分子量を有するＰＥＧ−ジメチルエーテルによって１１重量％のＫＯＨにさらに希釈されている、ＰＥＧ−ジメチルエーテル（５００ａｍｕの平均分子量）および３３重量％のＫＯＨが挙げられる。
【０１７６】
場合により、本発明の電解質はまた、電解質の重量の約１０重量％未満（例えば、電解質の重量の約５重量％未満または電解質の重量の約１重量％未満）の低分子炭素鎖アルコール、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノールまたはこれらの混合物を含んでいてもよい。
【０１７７】
いくつかの例において、電解質は、水性ＫＯＨである。例えば、８Ｍ  ＫＯＨ、１２Ｍ  ＫＯＨなど。
【０１７８】
他の例において、電解質は、水性ＮａＯＨである。例えば８Ｍ  ＮａＯＨ、１２Ｍ  ＮａＯＨなど。
【０１７９】
Ｄ．セル筐体
本発明のセルは、任意の好適な筐体を含み得、該筐体が、セルの端子への電気的アクセスを実質的に妨げないようなっている。いくつかの実施形態において、セル筐体は、可撓性の包装材料を含む。通常、可撓性の包装材料は、小袋構造または延伸空洞構造で用いられる。可撓性の包装の従来の適用とは異なり、電池の包装は、封入された電気化学セルからの電流を保持するフィードスルーを必要とする。これらのフィードスルーを絶縁およびシールすることを、いくつかの方法によって行うことができる。典型的な、可撓性の包装材料は、３つの機能層からなり、これらを３つ以下の物理層で具体化することができる（例えば、いくつかの包装材料において、物理層は、機能層によって実施される機能の１つ、２つ、または３つを実施する）。第１機能層は、電解質相溶性層である。この層は、耐薬品性および液体またはゲル状電解質の物理的格納を与える。典型的には、この層は、接着促進剤、例えばエチルアクリル酸と共押出または混合されて、ヒートシーリングまたは電流フィードスルー接着を容易にすることができるポリオレフィンまたはポリエチルビニルアルコールからなり得る。第２機能層は、蒸気バリア層である。この層は、金属、アルミニウム、または低透過性ポリマーであってよい。この機能層は、水、電解質溶媒、酸素、水素、および二酸化炭素のセル内への拡散を遅らせる必要がある。第３機能層は、包装の外側において物理的整合性層を与える。該層は、大部分の包装材料に強度および耐摩耗性を与える。この層はまた、物理的強度を与えて、包装材料からブリスタを形成することを可能にすることもできる。この層は、その組成において典型的にはナイロンまたはマイラーである。機能層材料はまた、共形コーティングとしてセルに浸漬コーティングまたは噴霧によって適用することもできる。可撓性の包装において包装されるセルは、周囲圧力よりも低い内部の絶対圧を有する減圧雰囲気を典型的には含有する。
【実施例】
【０１８０】
Ｖ．実施例
以下の材料を用いて、例示的なカソード、試験カソード、および／または本発明の例示的な電気化学セルを製造した：
（実施例１）
実験対照Ａとしての使用のためのドープされていないＡｇＯカソード
以下の材料および方法を用いてセルの性能特性、すなわち、セルのサイクル寿命に関する比較データを生成する目的でセルにおいて用いるドープされていないＡｇＯカソード材料を生成した。実施例番号１の方法を用いて生成したドープされていないＡｇＯカソード材料は、比較目的での対照としての役割をする。
【０１８１】
材料：
硝酸銀：Ａ．Ｃ．Ｓ．グレード、ＤＦＧ
ゼラチン：ウシの皮膚から、タイプＢ、約２２５ｂｌｏｏｍ、Ｓｉｇｍａ
水酸化カリウム溶液：ＫＯＨ溶液、１．４ｇ／ｍｌ、ＬａｂＣｈｅｍ．、Ｉｎｃ．
過硫酸カリウム、９９＋％、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ
手順：実施例：ドープされていないＡｇＯ
２ＬのＡｃｅｇｌａｓｓ反応器を熱水浴内に置き、Ｔｅｆｌｏｎコートされた放射状プロペラを用いた。１１６．７ｇのＡｇＮＯ３および１０００ｇのＤＩ水を反応器に添加して４００ｒｐｍで撹拌した。反応器中の混合物を５５℃に加熱した。０．１１ｇのゼラチンを添加した。プラスチック容器において、２４０ｇのＫＯＨ溶液（１．４ｇ／ｍｌ）を２４０ｇのＤＩ水と混合して希釈ＫＯＨ溶液を与えた。希釈ＫＯＨ溶液を５５℃でポンプを通じて反応器に添加した。６５℃で、１９８ｇの過硫酸カリウムを添加し、該温度を５０分間維持した。
【０１８２】
溶液が冷却したときに水をデカントし、粒子が沈澱した。粒子をＤＩ水でリンスし、粒子が沈澱したら、水をデカントした。混合物のイオン伝導度が２５μΩ未満と測定されるまで、粒子を、このリンスおよびデカントプロセスに供した。生成物を濾過し、真空オーブンにおいて６０℃で乾燥した。
【０１８３】
得られたドープされていないＡｇＯカソード材料を表１において以下に特徴付ける。
【０１８４】
【表１】
0005638058.tif 000003
表１に記載したカソード材料の活性を滴定によって測定した。
【０１８５】
サンプルをスパチュラで粉砕した。サンプルが完全に乾燥しなかったときには、真空オーブンにおいて６０℃で一晩乾燥させた。０．１００ｇのサンプルを透明の１２５ｍｌフラスコに添加し、ここで、重量を少なくとも小数第３位まで正確に測定した。１０ｍｌの酢酸塩緩衝液および５ｍｌのＫＩ溶液をフラスコに添加した。フラスコを旋回させて粒子を分散させ、続いて、反転したプラスチックカップを頂部の上に置くことによってフラスコをカバーし、２時間超音波処理した。２０ｍｌのＤＩをフラスコに添加した。溶液が淡黄色に達するまで溶液をＮａ２Ｓ２Ｏ３によって滴定した（正確な規定度を記録）。約１ｍｌのデンプン指示薬を添加し、溶液が乳状の白黄色の終点に達するまで滴定を継続した。
【０１８６】
以下の式を用いて活性を算出した：
【０１８７】
【化２】
0005638058.tif 000004
Ｈｏｒｉｂａ  ＬＡ−９３０を用いて粒径分析を実施した。上記および下記に提供されているサンプルについて、１０％、５０％、および９５％での直径（Ｄ１０、Ｄ５０、およびＤ９５）を測定した。
【０１８８】
このカソード材料の抵抗率を、以下の手順を用いて測定した：３ｇのサンプル材料を３．８８ｃｍ２の電極表面積を有する粉末圧縮セル内に入れた。実験室油圧プレスを用いることによってサンプルに１０〜４０トンの力を適用した。抵抗を５トン毎に記録し、４０トンにおいてサンプルの厚さも記録する。サンプルの抵抗率は、最終の材料厚さで割り、粉末セル電極の面積を掛けた、無限大の力に外挿された抵抗値である。
【０１８９】
（実施例２）
本発明の例示的なＩｎがドープされたカソード
４０００ｍｌのＥｒｌｅｎｍｅｙｅｒフラスコを熱水浴内に置き、Ｔｅｆｌｏｎコートされた放射状プロペラを撹拌に用いた。３０１．５ｇのＡｇＮＯ３および２５００ｇのＤＩ水を反応フラスコに添加し、３００ｒｐｍで撹拌した。２．８５ｇの硝酸インジウム（ＩＩＩ）５水和物を１００ｇのＤＩ水に溶解させ、フラスコに添加した。フラスコ中の混合物を５０℃に加熱した。
【０１９０】
プラスチック容器において、８００ｇのＫＯＨ溶液（１．４ｇ／ｍｌ）を５０ｇのＤＩ水と混合し、希釈ＫＯＨ溶液を与えた。希釈ＫＯＨ溶液を一度で反応フラスコに添加した。混合物を６５℃に加熱し、５４４．８ｇの過硫酸カリウムを添加した。次いで、フラスコを１５分間かけて７５℃に加熱した。溶液が冷却して粒子が沈澱したら、水をデカントした。粒子をＤＩ水でリンスし、粒子が沈澱したら、水をデカントした。混合物のイオン伝導度が２５μΩ未満に降下するまで、粒子を、このリンスおよびデカントプロセスに供した。
【０１９１】
このプロセスにより、２１９．６ｇの、１．３重量％のＩｎがドープされたＡｇＯを生成した（１００％の収率とするとき）。
【０１９２】
表２に記載されている以下の例示的なカソードを、上記手順において用いられている硝酸インジウム（ＩＩＩ）五水和物の量を調整することによって生成させた。
【０１９３】
【表２】
0005638058.tif 000005
活性、抵抗率、および粒径を実施例番号１において記載されているように測定した。
【０１９４】
（実施例３）
実験対照Ｂとしての使用のためのＰｂがコートされたＡｇＯカソード
撹拌下、２．６重量％の酢酸鉛三水和物溶液をＡｇＯの２０重量％の脱イオン水懸濁液にゆっくりと添加した。得られた懸濁液を沈澱させ、水をデカントした。残渣を脱イオン水によって再懸濁させ、デカントした。このデカントプロセスを数回繰り返し、次いで濾過した。濾液を真空オーブンにおいて６０℃で乾燥させた。このプロセスを用いて、標準的なプロセス収量の約１００ｇのＰｂがコートされたＡｇＯを生成させ、これを、上記実施例１に記載されているカソード材料の特性を評価するための試験カソード材料として用いた。
【０１９５】
（実施例４）
実施例番号２の例示的なカソード材料の評価
実施例番号２において調製したカソードを、図１に示した電気化学セルにおいて使用し、セルのサイクル寿命に対するドーパントの効果を評価した。セルのサイクル寿命を、セル付随物を充電−放電アルゴリズム：定格容量の約１００％に等しい１００％のＳＯＣを有する新たに調製されたセルをその放電深度の約１００％まで放電させ、すなわち、約１００％のＤＯＤまで放電させ、次いで、約１００％のＳＯＣまで再充電させ、ここで、約１００％のＤＯＤまで再び放電させる；に繰り返しサイクルすることによって確認した。各サイクルの間、セルの実容量、すなわち、１００％のＳＯＣでのセルの容量を観察し、これを用いて、セルが付された充電サイクル数に対するセルの実容量のプロットを展開した。図２は、１つのかかる評価の部分的なプロットを提示する。このタイプのプロットを用いて、セルの実容量がセルの定格容量の約７０％、約８０％、約９０％などであると観察された充電サイクル数を観察することができる。これらの評価を行う際、試験セルを以下に記載のように構築した。
【０１９６】
実施例番号２に記載されている例示的なカソード材料を組み込んだカソードを用いて、図１に示すような試験セルを構築し、比較セル、例えば、一方の比較セルにおいては実施例番号３に記載されているカソード材料、第２の比較セルにおいては実施例番号１に記載されているカソード材料を含むカソードを含む対照セルを構築した。各セルを以下の材料から構築した：
アノード：
アノード活性材料を、８１．９％の亜鉛、５％のＰＴＦＥバインダ［ＤｕＰｏｎｔ  ＴＥ３８５９］、１２．７％の酸化亜鉛（ＡＺＯ６６）、０．４５％のＢｉ２Ｏ３から配合し、３．６ｇの最終質量を与えた。これらの成分は、それぞれ、商業的供給源から得た。
【０１９７】
アノード集電体：Ｉｎ／黄銅３２（８０／２０）、４３ｍｍ×３１ｍｍ、２Ｔでプレス、Ｄｅｘｍｅｔの商品。
【０１９８】
アノード吸着剤ラップ：Ｓｏｌｕｐｏｒ（ロチェスターＮ．Ｈ．のＬｙｄａｌｌ、Ｉｎｃ．から市販されている）
カソード：
カソード活性材料を、３％のＰＴＦＥバインダ（ＤｕＰｏｎｔ  ＴＥ３８５９）、およびセルに応じて実施例番号１、２、または３からのカソード材料から配合し、５．８５ｇの最終質量を与えた。
【０１９９】
カソード集電体：銀、Ｄｅｘｍｅｔの商品。カソードを５．５Ｔでプレスした。
【０２００】
カソード吸着剤ラップ：ＳＬ６−８（Ｓｈａｎｇｈａｉ  Ｓｈｉｌｏｎｇ  Ｈｉ−Ｔｅｃｈ  Ｃｏ．、ＬＴＤ．から市販されている）
電極セパレータ：一方のセパレータが、１ｍｌの電解質で浸されたＩｎｎｏｖｉａ３２（８０／２０）から形成され、第２セパレータが、Ｉｎｎｏｖｉａ３２（８０／２０）から形成された、２個の隣接するセパレータを使用した（セパレータ材料は、ウィグタウン（Ｗｉｇｔｏｎ）、カンブリア、英国のＩｎｎｏｖｉａｆｉｌｍｓ、Ｌｔｄ．から市販されている）。
【０２０１】
電解質：３２重量％の水性ＫＯＨおよびＮａＯＨ混合物（モル比８０／２０）
セル筐体：
Ｐｒｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌからのアルミニウム積層フィルム（Ｄ−ＥＬ４０Ｈ（ＩＩ））をセル筐体として用いた。
【０２０２】
各セルを充電−放電サイクル試験：セルをその定格容量の約１００％まで充電し、セルの実容量まで放電する；を介して評価した。この試験の結果を以下の表３に与える：
【０２０３】
【表３】
0005638058.tif 000006
ＰｂがコートされたＡｇＯカソードを使用した試験セルの結果を表４に与える：
【０２０４】
【表４】
0005638058.tif 000007
図２は、ＰｂがコートされたＡｇＯ試験カソード材料を含む試験セルおよび比較のための２．０重量％のＩｎがドープされたＡｇＯカソード材料を含む試験セルの充電プロファイルを提示する。
【０２０５】
（実施例５）
本発明の例示的なＡｌがドープされたカソード
４０００ｍｌのＥｒｌｅｎｍｅｙｅｒフラスコを熱水浴内に置き、Ｔｅｆｌｏｎコートされた放射状プロペラを撹拌に用いた。３０１．５ｇのＡｇＮＯ３および２５００ｇのＤＩ水を反応フラスコに添加し、３００ｒｐｍで撹拌した。２．８５ｇの水酸化アルミニウムを１００ｇのＤＩ水に溶解させ、フラスコに添加した。フラスコ中の混合物を５０℃に加熱した。
【０２０６】
プラスチック容器において、８００ｇのＫＯＨ溶液（１．４ｇ／ｍｌ）を５０ｇのＤＩ水と混合して希釈ＫＯＨ溶液を与えた。希釈ＫＯＨ溶液を一度で反応フラスコに添加した。混合物を６５℃に加熱し、５４４．８ｇの過硫酸カリウムを添加した。次いで、フラスコを１５分間かけて７５℃に加熱した。溶液が冷却して粒子が沈澱したら、水をデカントした。粒子をＤＩ水でリンスし、粒子が沈澱したら、水をデカントした。混合物のイオン伝導度が２５μΩ未満に降下するまで、粒子を、このリンスおよびデカントプロセスに供した。
【０２０７】
このプロセスにより、２１９．６ｇの、１．３重量％のＡｌがドープされたＡｇＯを生成した（１００％の収率とするとき）。
【０２０８】
（実施例６）
本発明の例示的な０．９％のＧａがドープされたカソード
以下の方法を用いて、０．９％のガリウムがドープされたＡｇＯを生成させた。
【０２０９】
材料：
硝酸銀：Ａ．Ｃ．Ｓ．グレード、ＤＦＧ
硝酸ガリウム（ＩＩＩ）水和物：９９．９％（金属基準）、Ａｌｄｒｉｃｈ
ゼラチン：ウシの皮膚から、タイプＢ、約２２５ｂｌｏｏｍ、Ｓｉｇｍａ
水酸化カリウム溶液：ＫＯＨ溶液、１．４ｇ／ｍｌ、ＬａｂＣｈｅｍ．、Ｉｎｃ．
過硫酸カリウム、９９＋％、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ
２ＬのＡｃｅｇｌａｓｓ反応器を熱水浴内に置き、Ｔｅｆｌｏｎコートされた放射状プロペラを用いた。１１６．７ｇのＡｇＮＯ３および１０００ｇのＤＩ水を反応器に添加して４００ｒｐｍで撹拌した。０．７７ｇの硝酸ガリウム（ＩＩＩ）水和物を１００ｇのＤＩ水に溶解させ、反応器に添加した。反応器中の混合物を５５℃に加熱した。０．１１ｇのゼラチンを添加した。プラスチック容器において、２４０ｇのＫＯＨ溶液（１．４ｇ／ｍｌ）を２４０ｇのＤＩ水と混合して希釈ＫＯＨ溶液を与えた。希釈ＫＯＨ溶液を５５℃でポンプを通じて反応器に添加した。混合物を６５℃に加熱し、１９８ｇの過硫酸カリウムを添加し、該温度を５０分間維持した。溶液が冷却したときに水をデカントし、粒子が沈澱した。粒子をＤＩ水でリンスし、粒子が一旦沈澱したら、水をデカントした。混合物のイオン伝導度が２５μΩ未満と測定されるまで、粒子を、このリンスおよびデカントプロセスに供した。生成物を濾過し、真空オーブンにおいて６０℃で乾燥した。
【０２１０】
表５に記載されている以下の例示的なカソードを、上記の手順を用いて生成させた：
【０２１１】
【表５】
0005638058.tif 000008
活性、抵抗率、および粒径を実施例番号１において記載されているように測定した。
【０２１２】
（実施例７）
実施例番号６の例示的なカソード材料の評価
試験セルおよび比較セルを構築して、実施例番号４および図１において上記されているように評価した。ここでは、試験セルを上記のように配合し、試験セルにおいて実施例番号２のカソード材料を実施例番号６のカソード材料で置換し、実施例番号１のカソード材料を用いた上記比較セルを使用した。実施例番号６のＧａがドープされたカソード材料を組み込んだ試験セルと、実施例番号１のカソード材料を組み込んだ比較カソードとの寿命サイクルデータの比較を表６に提示する：
【０２１３】
【表６】
0005638058.tif 000009
（実施例８）
本発明の例示的な１．３％のＢがドープされたカソード
材料：
硝酸銀：Ａ．Ｃ．Ｓ．グレード、ＤＦＧ
酸化ホウ素：９９．９８％、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ
ゼラチン：ウシの皮膚から、タイプＢ、約２２５ｂｌｏｏｍ、Ｓｉｇｍａ
水酸化カリウム溶液：ＫＯＨ溶液、１．４ｇ／ｍｌ、ＬａｂＣｈｅｍ．、Ｉｎｃ．
過硫酸カリウム、９９＋％、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ
２ＬのＡｃｅｇｌａｓｓ反応器を熱水浴内に置き、Ｔｅｆｌｏｎコートされた放射状プロペラを用いた。１１６．７ｇのＡｇＮＯ３および１０００ｇのＤＩ水を反応器に添加して４００ｒｐｍで撹拌した。１．１１ｇの酸化ホウ素を１００ｇのＤＩ水に溶解させ、反応器に添加した。反応器中の混合物を５５℃に加熱した。０．１１ｇのゼラチンを添加した。プラスチック容器において、２４０ｇのＫＯＨ溶液（１．４ｇ／ｍｌ）を２４０ｇのＤＩ水と混合して希釈ＫＯＨ溶液を与えた。希釈ＫＯＨ溶液を５５℃でポンプを通じて反応器に添加した。６５℃で、１９８ｇの過硫酸カリウムを添加し、該温度を５０分間維持した。
【０２１４】
溶液が冷却したときに水をデカントし、粒子が沈澱した。粒子をＤＩ水でリンスし、粒子が一旦沈澱したら、水をデカントした。混合物のイオン伝導度が２５μΩ未満に降下するまで、粒子を、このリンスおよびデカントプロセスに供した。生成物を濾過し、真空オーブンにおいて６０℃で乾燥した。
【０２１５】
ホウ素がドープされたＡｇＯの以下の物理的特性を試験し、結果を表７にまとめた：
【０２１６】
【表７】
0005638058.tif 000010
（実施例９）
本発明の例示的な３．６％のＹｂがドープされたカソード
材料：
硝酸銀：Ａ．Ｃ．Ｓ．グレード、ＤＦＧ
硝酸イッテルビウム（ＩＩＩ）五水和物、９９．９％（金属基準）、Ａｌｄｒｉｃｈ
ゼラチン：ウシの皮膚から、タイプＢ、約２２５ｂｌｏｏｍ、Ｓｉｇｍａ
水酸化カリウム溶液：ＫＯＨ溶液、１．４ｇ／ｍｌ、ＬａｂＣｈｅｍ．、Ｉｎｃ．
過硫酸カリウム、９９＋％、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ
２ＬのＡｃｅｇｌａｓｓ反応器を熱水浴内に置き、Ｔｅｆｌｏｎコートされた放射状プロペラを用いた。１１６．７ｇのＡｇＮＯ３および１０００ｇのＤＩ水を反応器に添加して４００ｒｐｍで撹拌した。３．０６ｇの硝酸イッテルビウム（ＩＩＩ）五水和物を１００ｇのＤＩ水に溶解させ、反応器に添加した。反応器中の混合物を５５℃に加熱した。０．１１ｇのゼラチンを添加した。
【０２１７】
プラスチック容器において、２４０ｇのＫＯＨ溶液（１．４ｇ／ｍｌ）を２４０ｇのＤＩ水と混合して希釈ＫＯＨ溶液を与えた。希釈ＫＯＨ溶液を５５℃でポンプを通じて反応器に添加した。混合物を６５℃に加熱し、１９８ｇの過硫酸カリウムを添加した。この温度を５０分間維持した。
【０２１８】
溶液が冷却したときに水をデカントし、粒子が沈澱した。粒子をＤＩ水でリンスし、粒子が一旦沈澱したら、水をデカントした。混合物のイオン伝導度が２５μΩ未満に降下するまで、粒子を、このリンスおよびデカントプロセスに供した。生成物を濾過し、真空オーブンにおいて６０℃で乾燥した。
【０２１９】
上記カソード材料の抵抗率は、実施例番号１において記載されているように測定すると、３８Ω・ｃｍであると測定された。
【０２２０】
（実施例１０）
実施例番号８の例示的なカソード材料の評価
試験セルを構築して、実施例番号４および７において上記されているように評価した。ここでは、試験セルを上記のように配合し、試験セルにおける実施例番号８のカソード材料、または比較セルにおける実施例番号１のカソード材料を置換した。実施例番号８のＢがドープされたカソード材料を組み込んだ試験セルと、実施例番号１のカソード材料を組み込んだ比較カソードとの寿命サイクルデータの比較を表８に提示する：
【０２２１】
【表８】
0005638058.tif 000011
他の実施形態
本開示において参照した全ての公開および特許は、あたかも、それぞれ個々の公開または特許出願が参照によって組み込まれていると具体的かつ個々に示されているかのごとく、参照により本明細書に組み込まれる。参照によって組み込まれる特許または公開のいずれかにおける用語の意味が、本開示において用いられている用語の意味と矛盾するならば、本開示において用いられている用語の意味が支配することが意図される。さらに、上記の議論は、本発明の単なる例示的な実施形態を開示および記載している。当業者は、種々の変更、修飾および変形が、以下の特許請求の範囲に定義されている発明の精神および範囲から逸脱することなくなされ得ることを、かかる議論ならびに添付の図面および特許請求の範囲から容易に認識するであろう。
【図１】
0005638058.tif 000012
【図２】
0005638058.tif 000013
【図３】
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