(57)【要約】本発明は、カソード、カソードを作製する方法、および従来のカソード、方法、または電気化学電池と比べて向上した性質を有する、これらのカソードを採用する電気化学電池（例えば、バッテリ）を提供する。一側面では、本発明は、約２００ｎｍ以下（例えば、約１５０ｎｍ以下、または約１００ｎｍ以下）の平均粒径を有する粉末を含む安定剤を含むカソード活性物質と、マンガンとを含む、再充電可能バッテリにおいて使用するためのカソードであって、安定剤が約９８％を上回るクーロン効率をカソードに付与するために十分な量だけ存在する、カソードを提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
再充電可能バッテリにおいて使用するためのカソードであって、
該カソードは、
カソード活性材料を含み、該カソード活性材料は、
２００ｎｍ以下の平均粒径を有する粉末を含む安定剤と、
マンガンと
を含み、該安定剤は、約９８％を上回るクーロン効率を該カソードに付与するために十分な量で存在する、カソード。
【請求項２】
前記カソード活性物質は、マンガンを含み、該マンガンは、Ｍｎ、ＭｎＯ、ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、Ｍｎ（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）４、ＭｎＯ２（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）３、ＭｎＯＯＨ、Ｍｎ（ＯＮａ）２、Ｍｎ（ＯＫ）２、Ｍｎ（ＯＬｉ）２、Ｍｎ（ＯＲｂ）２、ＭｎＯＯＮａ、ＭｎＯＯＫ、ＭｎＯＯＬｉ、ＭｎＯＯＲｂ、ＺｎＦｅＭｎＯ２、（ＭｎＦｅ）２Ｏ３、ＮｉＭｎＯ４、それらの任意の水和物、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１に記載のカソード。
【請求項３】
前記安定剤は、粉末を含み、該粉末は、ｐ型半導体、ｎ型半導体、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１または２のいずれか一方に記載のカソード。
【請求項４】
前記安定剤は、粉末を含み、該粉末は、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＣ、Ｉｎ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、ＺｎＴｉＯ３、Ｂ２Ｏ３、ＬｉＡｌＯ２、ＢａＴｉＯ３、Ｌｉ４−ｘＣａｘＳｉＯ４、Ｌｉ４−ｘＭｇｘＳｉＯ４、Ｂｉ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、ウルトラマリン、またはそれらの任意の組み合わせを含み、ｘは１〜４である、請求項１〜３のうちのいずれかに記載のカソード。
【請求項５】
前記カソード活性物質は、活性物質の重量あたり約０．５重量％以下の前記安定剤を含む、請求項１〜４のうちのいずれかに記載のカソード。
【請求項６】
前記カソード活性物質は、活性物質の重量あたり約０．０１重量％から約０．３重量％までの前記安定剤を含む、請求項１〜５のうちのいずれかに記載のカソード。
【請求項７】
前記マンガンは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、またはそれらの任意の組み合わせをさらに含む、請求項１〜６のうちのいずれかに記載のカソード。
【請求項８】
前記マンガンは、第１のドーパントを用いてドープされ、該第１のドーパントは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１〜７のうちのいずれかに記載のカソード。
【請求項９】
前記マンガンは、Ｇａを含む第１のドーパントを用いてドープされる、請求項１〜８のうちのいずれかに記載のカソード。
【請求項１０】
前記マンガンは、コーティング剤を用いて被覆され、該コーティング剤は、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１〜９のうちのいずれかに記載のカソード。
【請求項１１】
前記マンガンは、Ｐｂを含むコーティング剤を用いて被覆される、請求項１〜１０のうちのいずれかに記載のカソード。
【請求項１２】
前記安定剤は、ＺｎＯを含む粉末を含む、請求項１〜１１のうちのいずれかに記載のカソード。
【請求項１３】
前記ＺｎＯは、第２のドーパントを用いてドープされ、該第２のドーパントは、Ａｌ２Ｏ３、酸化鉄、酸化インジウム、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１２に記載のカソード。
【請求項１４】
前記ＺｎＯは、Ａｌ２Ｏ３を含む第２のドーパントを用いてドープされる、請求項１３に記載のカソード。
【請求項１５】
前記安定剤は、ＺｒＯ２を含む粉末を含む、請求項１〜１４のうちのいずれかに記載のカソード。
【請求項１６】
前記安定剤は、ＳｉＯ２を含む粉末を含む、請求項１〜１５のうちのいずれかに記載のカソード。
【請求項１７】
前記安定剤は、粉末を含み、該粉末は、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、およびＺｎＯを含む粒子を含む、請求項１〜１６のうちのいずれかに記載のカソード。
【請求項１８】
前記安定剤は、粉末を含み、該粉末は、ＳｉＯ２粒子、ＺｒＯ２粒子、およびＺｎＯ粒子を含む、請求項１〜１６のうちのいずれかに記載のカソード。
【請求項１９】
前記ＺｎＯ粒子は、Ａｌ２Ｏ３を含む第２のドーパントを用いてドープされる、請求項１８に記載のカソード。
【請求項２０】
前記ＺｎＯ粒子は、該ＺｎＯ粒子の重量あたり約１重量％から約１０重量％までのＡｌ２Ｏ３を含む、請求項１９に記載のカソード。
【請求項２１】
前記カソードは、結合剤をさらに含む、請求項１〜２０のうちのいずれかに記載のカソード。
【請求項２２】
前記結合剤は、ＰＴＦＥを含む、請求項２１に記載のカソード。
【請求項２３】
再充電可能バッテリであって、
該再充電可能バッテリは、
カソードであって、該カソードは、
マンガンおよび安定剤を含むカソード活性材料
を含む、カソードと、
亜鉛を含むアノードと、
電解質と
を含み、該安定剤は、約２００ｎｍ以下の平均粒径を有する粉末を含み、該マンガンは、該安定剤の１つ以上の粒子と関連し、該安定剤は、約９８％を上回るクーロン効率を該カソードに付与するために十分な量で存在する、バッテリ。
【請求項２４】
前記安定剤は、粉末を含み、該粉末は、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＣ、Ｉｎ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、ＺｎＴｉＯ３、Ｂ２Ｏ３、ＬｉＡｌＯ２、ＢａＴｉＯ３、Ｌｉ４−ｘＣａｘＳｉＯ４、Ｌｉ４−ｘＭｇｘＳｉＯ４、Ｂｉ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、ウルトラマリン、またはそれらの任意の組み合わせを含み、ｘは１〜４である、請求項２３に記載の再充電可能バッテリ。
【請求項２５】
前記マンガンは、Ｍｎ、ＭｎＯ、ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、Ｍｎ（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）４、ＭｎＯ２（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）３、ＭｎＯＯＨ、Ｍｎ（ＯＮａ）２、Ｍｎ（ＯＫ）２、Ｍｎ（ＯＬｉ）２、Ｍｎ（ＯＲｂ）２、ＭｎＯＯＮａ、ＭｎＯＯＫ、ＭｎＯＯＬｉ、ＭｎＯＯＲｂ、ＺｎＦｅＭｎＯ２、（ＭｎＦｅ）２Ｏ３、ＮｉＭｎＯ４、それらの任意の水和物、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項２３または２４のいずれか一方に記載の再充電可能バッテリ。
【請求項２６】
前記カソード活性物質は、該活性物質の重量あたり約７重量％以下の安定剤を含む、請求項２３〜２５のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項２７】
前記カソード活性物質は、約０．０１重量％から約０．３重量％までの前記安定剤を含む、請求項２３〜２６のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項２８】
前記マンガンは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせをさらに含む、請求項２３〜２７のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項２９】
前記マンガンは、第１のドーパントを用いてドープされ、該第１のドーパントは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項２３〜２８のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項３０】
前記マンガンは、コーティング剤を用いて被覆され、該コーティング剤は、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項２３〜２９のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項３１】
前記マンガンは、Ｐｂを含むコーティング剤を用いて被覆され、該マンガンは、Ｇａを含む第１のドーパントを用いてドープされる、請求項２３〜３０のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項３２】
前記安定剤は、ＺｎＯを含む粉末を含む、請求項２３〜３１のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項３３】
前記ＺｎＯは、第２のドーパントを用いてドープされ、該第２のドーパントは、Ａｌ２Ｏ３、酸化鉄、酸化インジウム、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項３２に記載の再充電可能バッテリ。
【請求項３４】
前記ＺｎＯは、Ａｌ２Ｏ３を含む第２のドーパントを用いてドープされる、請求項３３に記載の再充電可能バッテリ。
【請求項３５】
前記安定剤は、ＺｒＯ２を含む粉末を含む、請求項２３〜３４のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項３６】
前記安定剤は、ＳｉＯ２を含む粉末を含む、請求項２３〜３５のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項３７】
前記安定剤は、粉末を含み、該粉末は、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、およびＺｎＯを含む複数の粒子を含む、請求項２３〜３６のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項３８】
前記安定剤は、粉末を含み、該粉末は、ＳｉＯ２粒子、ＺｒＯ２粒子、およびＺｎＯ粒子を含む、請求項２３〜３６のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項３９】
前記ＺｎＯ粒子は、Ａｌ２Ｏ３を含む第２のドーパントを用いてドープされる、請求項３８に記載の再充電可能バッテリ。
【請求項４０】
前記ＺｎＯ粒子は、該ＺｎＯ粒子の重量あたり約１重量％から約１０重量％のＡｌ２Ｏ３を含む、請求項３９に記載の再充電可能バッテリ。
【請求項４１】
前記カソードは、結合剤をさらに含む、請求項２３〜４０のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項４２】
前記結合剤は、ＰＴＦＥを含む、請求項４１に記載の再充電可能バッテリ。
【請求項４３】
電気化学電池であって、
該電気化学電池は、
カソードであって、該カソードは、
マンガンおよび安定剤を含むカソード活性材料
を含む、カソードと、
Ｚｎを含むアノードと、
電解質と
を含み、該安定剤は、約２００ｎｍ以下の平均粒径を有する粉末を含み、該マンガンは、安定剤の少なくとも１つの粒子と関連付けられ、該カソード活性材料は、該電池が約７０回を上回る充電サイクルの後に実質的に一定の電荷容量を保持するために十分な量の安定剤を含む、電池。
【請求項４４】
前記マンガンは、Ｍｎ、ＭｎＯ、ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、Ｍｎ（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）４、ＭｎＯ２（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）３、ＭｎＯＯＨ、Ｍｎ（ＯＮａ）２、Ｍｎ（ＯＫ）２、Ｍｎ（ＯＬｉ）２、Ｍｎ（ＯＲｂ）２、ＭｎＯＯＮａ、ＭｎＯＯＫ、ＭｎＯＯＬｉ、ＭｎＯＯＲｂ、ＺｎＦｅＭｎＯ２、（ＭｎＦｅ）２Ｏ３、ＮｉＭｎＯ４、それらの任意の水和物、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項４２に記載の電池。
【請求項４５】
前記マンガンは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせをさらに含む、請求項４３または４４のいずれか一方に記載の電池。
【請求項４６】
前記マンガンは、第１のドーパントを含み、該第１のドーパントは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項４３〜４５のうちのいずれかに記載の電池。
【請求項４７】
前記マンガンは、コーティング剤を用いて被覆され、該コーティング剤は、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項４３〜４６のうちのいずれかに記載の電池。
【請求項４８】
前記安定剤は、粉末を含み、該粉末は、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＣ、Ｉｎ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、ＺｎＴｉＯ３、Ｂ２Ｏ３、ＬｉＡｌＯ２、ＢａＴｉＯ３、Ｌｉ４−ｘＣａｘＳｉＯ４、Ｌｉ４−ｘＭｇｘＳｉＯ４、Ｂｉ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、ウルトラマリン、またはそれらの任意の組み合わせを含み、ｘは１〜４である、請求項４３〜４７のうちのいずれかに記載の電池。
【請求項４９】
前記安定剤は、ＳｉＯ２粒子、ＺｒＯ２粒子、およびＺｎＯ粒子を含む粉末を含む、請求項４３〜４８のうちのいずれかに記載の電池。
【請求項５０】
前記ＺｎＯ粒子は、該ＺｎＯ粒子の重量あたり約１重量％から約１０重量％までの第２のドーパントを用いてドープされ、前記第２のドーパントは、Ａｌ２Ｏ３を含む、請求項４９に記載の電池。
【請求項５１】
カソードを生成する方法であって、
該方法は、
マンガンを提供することと、
安定剤を提供することであって、該安定剤は、約１００ｎｍ以下の平均粒径を有する粉末を含む、ことと、
マンガン材料を該安定剤の１つ以上の粒子と関連付けることと
を含む、方法。
【請求項５２】
前記マンガンは、Ｍｎ、ＭｎＯ、ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、Ｍｎ（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）４、ＭｎＯ２（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）３、ＭｎＯＯＨ、Ｍｎ（ＯＮａ）２、Ｍｎ（ＯＫ）２、Ｍｎ（ＯＬｉ）２、Ｍｎ（ＯＲｂ）２、ＭｎＯＯＮａ、ＭｎＯＯＫ、ＭｎＯＯＬｉ、ＭｎＯＯＲｂ、ＺｎＦｅＭｎＯ２、（ＭｎＦｅ）２Ｏ３、ＮｉＭｎＯ４、それらの任意の水和物、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記マンガン材料は、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせをさらに含む、請求項５１または５２のいずれか一方に記載の方法。
【請求項５４】
前記安定剤は、粉末を含み、該粉末は、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＣ、Ｉｎ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、ＺｎＴｉＯ３、Ｂ２Ｏ３、ＬｉＡｌＯ２、ＢａＴｉＯ３、Ｌｉ４−ｘＣａｘＳｉＯ４、Ｌｉ４−ｘＭｇｘＳｉＯ４、Ｂｉ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、ウルトラマリン、またはそれらの任意の組み合わせを含み、ｘは１〜４である、請求項５１〜５３のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項５５】
前記安定剤は、ＳｉＯ２粒子、ＺｒＯ２粒子、およびＺｎＯ粒子を含む粉末を含む、請求項５５に記載の方法。
【請求項５６】
マンガンカソードのクーロン効率を向上させる方法であって、
該方法は、
安定剤を該マンガンカソードに添加することを含み、
該安定剤は、粉末を含み、該粉末は、１００ｎｍ以下の平均粒径を有する、方法。
【請求項５７】
前記マンガンカソードは、Ｍｎ、ＭｎＯ、ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、Ｍｎ（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）４、ＭｎＯ２（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）３、ＭｎＯＯＨ、Ｍｎ（ＯＮａ）２、Ｍｎ（ＯＫ）２、Ｍｎ（ＯＬｉ）２、Ｍｎ（ＯＲｂ）２、ＭｎＯＯＮａ、ＭｎＯＯＫ、ＭｎＯＯＬｉ、ＭｎＯＯＲｂ、ＺｎＦｅＭｎＯ２、（ＭｎＦｅ）２Ｏ３、ＮｉＭｎＯ４、それらの任意の水和物、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記安定剤は、粉末を含み、該粉末は、ｐ型半導体、ｎ型半導体、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項５６または５７のいずれか一方に記載の方法。
【請求項５９】
前記安定剤は、粉末を含み、該粉末は、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＣ、Ｉｎ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、ＺｎＴｉＯ３、Ｂ２Ｏ３、ＬｉＡｌＯ２、ＢａＴｉＯ３、Ｌｉ４−ｘＣａｘＳｉＯ４、Ｌｉ４−ｘＭｇｘＳｉＯ４、Ｂｉ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、ウルトラマリン、またはそれらの任意の組み合わせを含み、ｘは１〜４である、請求項５６〜５８のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項６０】
前記マンガンカソードの重量あたり約７重量％以下の前記安定剤を添加することをさらに含む、請求項５６〜５９のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項６１】
前記マンガンカソードの重量あたり約０．０１重量％から約０．２重量％の安定剤を添加することをさらに含む、請求項５６〜６０のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項６２】
前記マンガンカソードは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせをさらに含む、請求項５６〜６１のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項６３】
前記マンガンカソードは、ドーパントを用いてドープされ、該ドーパントは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項５６〜６２のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項６４】
前記マンガンカソードは、コーティング剤を用いて被覆され、該コーティング剤は、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項５６〜６３のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項６５】
前記マンガンカソードは、Ｇａを含む第１のドーパントを用いてドープされ、該マンガンカソードは、Ｐｂを含むコーティング剤を用いて被覆される、請求項５６〜６４のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項６６】
前記安定剤は、ＺｎＯを含む粉末を含む、請求項５６〜６５のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項６７】
前記ＺｎＯは、第２のドーパントを用いてドープされ、該第２のドーパントは、Ａｌ２Ｏ３、酸化鉄、酸化インジウム、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項６６に記載の方法。
【請求項６８】
前記ＺｎＯは、Ａｌ２Ｏ３を含む第２のドーパントを用いてドープされる、請求項６７に記載の方法。
【請求項６９】
前記安定剤は、ＺｒＯ２を含む粉末を含む、請求項５６〜６８のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項７０】
前記安定剤は、ＳｉＯ２を含む粉末を含む、請求項５６〜６９のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項７１】
前記安定剤は、粉末を含み、該粉末は、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、およびＺｎＯを含む、複数の粒子を含む、請求項５６〜７０のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項７２】
前記安定剤は、粉末を含み、該粉末は、ＳｉＯ２粒子、ＺｒＯ２粒子、およびＺｎＯ粒子を含む請求項５６〜７０のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項７３】
前記ＺｎＯ粒子は、Ａｌ２Ｏ３を用いてドープされる、請求項７２に記載の方法。
【請求項７４】
前記ＺｎＯ粒子は、該ＺｎＯ粒子の重量あたり約１重量％から約１０重量％までのＡｌ２Ｏ３を用いてドープされる、請求項７３に記載の方法。
【請求項７５】
前記マンガンカソードは、結合剤をさらに含む、請求項５６〜７４のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項７６】
前記結合剤は、ＰＴＦＥを含む、請求項７５に記載の方法。
【請求項７７】
再充電可能バッテリであって、
該再充電可能バッテリは、
カソードであって、該カソードは、
マンガンおよび安定剤を含むカソード活性材料
を含む、カソードと、
亜鉛を含むアノードと、
電解質と
を含み、該安定剤は、１００ｎｍ以下の平均粒径を有する粉末を含み、該再充電可能バッテリは、少なくとも１００回の連続充電サイクルの期間の間、放電毎にマンガンについて少なくとも２００ｍＡｈ／ｇを提供する、バッテリ。
【請求項７８】
前記バッテリは、少なくとも約１２０回の連続充電サイクルの期間の間、放電毎にマンガンについて少なくとも２００ｍＡｈ／ｇを提供する、請求項７７に記載の再充電可能バッテリ。
【請求項７９】
前記バッテリは、少なくとも約１００回の連続充電サイクルの期間の間、マンガンについて２００ｍＡｈ／ｇを上回るものを提供する、請求項７８に記載の再充電可能バッテリ。
【請求項８０】
前記バッテリは、約２５０回以下の連続充電サイクルの期間の間、放電毎にマンガンについて少なくとも約２０Ａｈ／ｇを提供する、請求項７９に記載の再充電可能バッテリ。
【請求項８１】
前記マンガンは、Ｍｎ、ＭｎＯ、ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、Ｍｎ（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）４、ＭｎＯ２（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）３、ＭｎＯＯＨ、Ｍｎ（ＯＮａ）２、Ｍｎ（ＯＫ）２、Ｍｎ（ＯＬｉ）２、Ｍｎ（ＯＲｂ）２、ＭｎＯＯＮａ、ＭｎＯＯＫ、ＭｎＯＯＬｉ、ＭｎＯＯＲｂ、ＺｎＦｅＭｎＯ２、（ＭｎＦｅ）２Ｏ３、ＮｉＭｎＯ４、それらの任意の水和物、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項７７〜８０のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項８２】
前記安定剤は、粉末を含み、該粉末は、ｐ型半導体、ｎ型半導体、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項７７〜８１のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項８３】
前記安定剤は、粉末を含み、該粉末は、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＣ、Ｉｎ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、ＺｎＴｉＯ３、Ｂ２Ｏ３、ＬｉＡｌＯ２、ＢａＴｉＯ３、Ｌｉ４−ｘＣａｘＳｉＯ４、Ｌｉ４−ｘＭｇｘＳｉＯ４、Ｂｉ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、ウルトラマリン、またはそれらの任意の組み合わせを含み、ｘは１〜４である、請求項７７〜８２のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項８４】
前記カソード活性物質は、約７重量％以下の前記安定剤を含む、請求項７７〜８３のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項８５】
前記カソード活性物質は、約０．０１重量％から約０．２重量％までの前記安定剤を含む、請求項７７〜８４のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項８６】
前記マンガンは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせをさらに含む、請求項７７〜８５のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項８７】
前記マンガンは、第１のドーパントを用いてドープされ、該第１のドーパントは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項７７〜８６のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項８８】
前記マンガンは、コーティング剤を用いて被覆され、該コーティング剤は、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項７７〜８７のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項８９】
前記マンガンは、Ｇａを含む第１のドーパントを用いてドープされ、該マンガンは、Ｐｂを含むコーティング剤を用いて被覆される、請求項７７〜８８のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項９０】
前記安定剤は、ＺｎＯを含む粉末を含む、請求項７７〜８９のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項９１】
前記ＺｎＯは、第２のドーパントを用いてドープされ、該第２のドーパントは、Ａｌ２Ｏ３、酸化鉄、酸化インジウム、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項９０に記載の再充電可能バッテリ。
【請求項９２】
前記ＺｎＯは、Ａｌ２Ｏ３を含む第２のドーパントを用いてドープされる、請求項９１に記載の再充電可能バッテリ。
【請求項９３】
前記安定剤は、ＺｒＯ２を含む粉末を含む、請求項７７〜９２のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項９４】
前記安定剤は、ＳｉＯ２を含む粉末を含む、請求項７７〜９３のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項９５】
前記安定剤は、粉末を含み、該粉末は、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、およびＺｎＯを含む複数の粒子を含む、請求項７７〜９４のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項９６】
前記安定剤は、粉末を含み、該粉末は、ＳｉＯ２粒子、ＺｒＯ２粒子、およびＺｎＯ粒子を含む粉末を含む、請求項７７〜９４のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項９７】
前記ＺｎＯ粒子は、Ａｌ２Ｏ３を用いてドープされる、請求項９６に記載の再充電可能バッテリ。
【請求項９８】
前記ＺｎＯ粒子は、該ＺｎＯ粒子の重量あたり約１重量％から約１０重量％までのＡｌ２Ｏ３を含む、請求項９７に記載の再充電可能バッテリ。
【請求項９９】
前記カソード材料は、結合剤をさらに含む、請求項７７〜９８のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項１００】
前記結合剤は、ＰＴＦＥを含む、請求項９９に記載の再充電可能バッテリ。
【請求項１０１】
再充電可能バッテリであって、
該再充電可能バッテリは、
カソードであって、該カソードは、
マンガンおよび安定剤を含むカソード活性材料
を含む、カソードと、
亜鉛を含むアノードと、
電解質と
を含み、該安定剤は、１００ｎｍ以下の平均粒径を有する粒子を含み、該再充電可能バッテリは、少なくとも約１００回の連続充電サイクルの期間の間、放電毎に少なくともマンガンについて約１４０ｍＡｈ／ｇのバッテリ容量を提供する、バッテリ。
【請求項１０２】
前記バッテリは、少なくとも約１５０回の連続充電サイクルの期間の間、放電毎にマンガンについて約１４０ｍＡｈ／ｇのバッテリ容量を提供する、請求項１０１に記載の再充電可能バッテリ。
【請求項１０３】
前記バッテリは、少なくとも約１００回の連続充電サイクルの期間の間、放電毎にマンガンについて１４０ｍＡｈ／ｇを上回るバッテリ容量を提供する、請求項１０２に記載の再充電可能バッテリ。
【請求項１０４】
前記バッテリは、１０００回以下の連続充電サイクルの期間の間、マンガンについて少なくとも１４Ａｈ／ｇの総容量を提供する、請求項１０３に記載の再充電可能バッテリ。
【請求項１０５】
前記バッテリは、少なくとも約１５０回の連続充電サイクルの期間の間、放電毎にマンガンについて少なくとも２００ｍＡｈ／ｇを提供する、請求項１０４に記載の再充電可能バッテリ。
【請求項１０６】
前記マンガンは、Ｍｎ、ＭｎＯ、ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、Ｍｎ（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）４、ＭｎＯ２（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）３、ＭｎＯＯＨ、Ｍｎ（ＯＮａ）２、Ｍｎ（ＯＫ）２、Ｍｎ（ＯＬｉ）２、Ｍｎ（ＯＲｂ）２、ＭｎＯＯＮａ、ＭｎＯＯＫ、ＭｎＯＯＬｉ、ＭｎＯＯＲｂ、ＺｎＦｅＭｎＯ２、（ＭｎＦｅ）２Ｏ３、ＮｉＭｎＯ４、それらの任意の水和物、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１０１〜１０５のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項１０７】
前記安定剤は、粉末を含み、該粉末は、ｐ型半導体、ｎ型半導体、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１０１〜１０６のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項１０８】
前記安定剤は、粉末を含み、該粉末は、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＣ、Ｉｎ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＺｎＴｉＯ３、Ｂ２Ｏ３、ＬｉＡｌＯ２、ＢａＴｉＯ３、Ｌｉ４−ｘＣａｘＳｉＯ４、Ｌｉ４−ｘＭｇｘＳｉＯ４、ウルトラマリン、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１０１〜１０７のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項１０９】
前記カソード活性物質は、該カソード活性物質の重量あたり約０．２重量％以下の安定剤を含む、請求項１０１〜１０８のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項１１０】
前記カソード活性物質は、該カソード活性物質の重量あたり約０．０１重量％から約０．２重量％までの安定剤を含む、請求項１０１〜１０９のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項１１１】
前記カソード活性物質は、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせをさらに含む、請求項１０１〜１１０のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項１１２】
前記マンガンは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせをさらに含む、請求項１０１〜１１１のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項１１３】
前記マンガンは、コーティング剤を用いて被覆され、該コーティング剤は、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１０１〜１１２のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項１１４】
前記マンガンは、Ｇａを含む第１のドーパントを用いてドープされ、該マンガンは、Ｐｂを含むコーティング剤を用いて被覆される、請求項１０１〜１１３のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項１１５】
前記安定剤は、ＺｎＯを含む粉末を含む、請求項１０１〜１１４のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項１１６】
前記ＺｎＯは、第２のドーパントを用いてドープされ、該第２のドーパントは、Ａｌ２Ｏ３、酸化鉄、酸化インジウム、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１１５に記載の再充電可能バッテリ。
【請求項１１７】
前記ＺｎＯは、Ａｌ２Ｏ３を含む第２のドーパントを用いてドープされる、請求項１１６に記載の再充電可能バッテリ。
【請求項１１８】
前記安定剤は、ＺｒＯ２を含む粉末を含む、請求項１０１〜１１７のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項１１９】
前記安定剤は、ＳｉＯ２を含む粉末を含む、請求項１０１〜１１８のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項１２０】
前記安定剤は、粉末を含み、該粉末は、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、およびＺｎＯを含む複数の粒子を含む、請求項１０１〜１１９のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項１２１】
前記安定剤は、粉末を含み、該粉末は、ＳｉＯ２粒子、ＺｒＯ２粒子、およびＺｎＯ粒子を含む、請求項１０１〜１１９のうちのいずれかに記載の再充電可能バッテリ。
【請求項１２２】
前記ＺｎＯ粒子は、Ａｌ２Ｏ３を含む第２のドーパントを用いてドープされる、請求項１２１に記載の再充電可能バッテリ。
【請求項１２３】
前記ＺｎＯ粒子は、該ＺｎＯ粒子の重量あたり約１重量％から約１０重量％までのＡｌ２Ｏ３を含む、請求項１２２に記載の再充電可能バッテリ。
【請求項１２４】
再充電可能バッテリであって、
該再充電可能バッテリは、
カソードであって、該カソードは、
マンガンおよび安定剤を含むカソード活性材料
を含む、カソードと、
亜鉛を含むアノードと、
電解質と
を含み、該安定剤は、１００ｎｍ以下の平均粒径を有する粉末を含み、該再充電可能バッテリは、１０００回以下の連続充電サイクル期間の間、マンガンの１グラムあたり少なくとも１２Ａｈの総バッテリ容量を提供する、バッテリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本国際出願は、米国仮特許出願第６１／４０９，６５８号（２０１０年１１月３日出願）の利益を主張し、その全体が参照することによって本明細書に援用される。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、従来のカソードと比べて向上した性質を有する電極を形成するために、カソード活性物質と安定剤を混合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】
（背景）
再充電可能バッテリが、当技術分野で公知であり、例えば、携帯用電子デバイスにおいて一般的に使用されている。従来の再充電可能バッテリは有用であるが、それでもなお、バッテリを再充電するために使用されるシステムおよび方法は、それらの耐用年数、保存寿命、および／または性能を増進または向上させ得る改良の余地がある。
【０００４】
従来のバッテリが充電されると、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、一般的には、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、外部回路からの電子によって電荷補償される導電性ホストである。二次バッテリまたは電池は、電流がバッテリに印加されたときに逆転させることができる反応を使用し、したがって、バッテリを「再充電」する。二次バッテリのアノードおよびカソードにおける化学反応は、可逆的でなければならない。充電すると、外部場によるカソードからの電子の除去は、陽イオンを電解質に放出して戻し、親ホスト構造を修復し、外部場によるアノードへの電子の添加は、電荷補償陽イオンをアノードの中へ引きつけて戻し、それを元の組成に戻す。
【０００５】
カソード材料等の従来の電極材料は、いくつかの欠点を抱えている。例えば、多くの従来のカソードは、いくつかの充電サイクルにわたって電荷容量を失い、クーロン力が不十分であり、またはバッテリ放電に悪影響を及ぼす上昇インピーダンスあるいは内部抵抗を保有する。多くの従来のバッテリが充電サイクルを経て進行するにつれて、これらの悪影響は、概して、バッテリ性能に増大した妨害を引き起こす。
【０００６】
したがって、向上した性質を有し、バッテリ性能を向上させることができる電極材料の必要性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、新規カソード材料、それから作製される再充電可能バッテリ、および新規カソード材料を生成する方法を提供する。
【０００８】
一側面では、本発明は、約２００ｎｍ以下（例えば、約１５０ｎｍ以下、または約１００ｎｍ以下）の平均粒径を有する粉末を含む安定剤を含むカソード活性物質と、マンガンとを含む、再充電可能バッテリにおいて使用するためのカソードであって、安定剤が約９８％を上回るクーロン効率をカソードに付与するために十分な量だけ存在する、カソードを提供する。
【０００９】
いくつかの実施形態では、カソード活性物質は、マンガンを含み、マンガンは、Ｍｎ、ＭｎＯ、ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、Ｍｎ（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）４、ＭｎＯ２（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）３、ＭｎＯＯＨ、Ｍｎ（ＯＮａ）２、Ｍｎ（ＯＫ）２、Ｍｎ（ＯＬｉ）２、Ｍｎ（ＯＲｂ）２、ＭｎＯＯＮａ、ＭｎＯＯＫ、ＭｎＯＯＬｉ、ＭｎＯＯＲｂ、ＺｎＦｅＭｎＯ２、（ＭｎＦｅ）２Ｏ３、ＮｉＭｎＯ４、それらの任意の水和物、またはそれらの任意の組み合わせを含む。
【００１０】
いくつかの実施形態では、マンガンはさらに、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、またはそれらの任意の組み合わせを含む。例えば、マンガンはさらに、ドーパントまたはコーティングとして、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、またはそれらの任意の組み合わせを含む。一実施例では、マンガンは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む第１のドーパントを用いてドープされる。例えば、マンガンは、Ｇａを含む第１のドーパントを用いてドープされる。別の実施例では、マンガンは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含むコーティング剤を用いて被覆される。例えば、マンガンは、Ｐｂを含むコーティング剤を用いて被覆される。
【００１１】
他の実施形態では、安定剤は、ｐ型半導体、ｎ型半導体、またはそれらの任意の組み合わせを含む粉末を含む。例えば、安定剤は、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＣ、Ｉｎ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、ＺｎＴｉＯ３、Ｂ２Ｏ３、ＬｉＡｌＯ２、ＢａＴｉＯ３、Ｌｉ４−ｘＣａｘＳｉＯ４、Ｌｉ４−ｘＭｇｘＳｉＯ４、Ｂｉ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、ウルトラマリン、またはそれらの任意の組み合わせを含む粉末を含み、ｘは１〜４である。例えば、安定剤は、ＺｎＯを含む粉末を含む。いくつかの実施例では、ＺｎＯは、Ａｌ２Ｏ３、酸化鉄、酸化インジウム、またはそれらの任意の組み合わせを含む、ドーパント（例えば、第２のドーパント）を用いてドープされる。例えば、ＺｎＯは、Ａｌ２Ｏ３を含む第２のドーパントを用いてドープされる。他の実施例では、安定剤は、ＺｒＯ２を含む粉末を含む。また、いくつかの実施例では、安定剤は、ＳｉＯ２を含む粉末を含む。
【００１２】
いくつかの実施例では、安定剤は、粉末を含み、粉末は、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、およびＺｎＯを含む、粒子を含む。例えば、安定剤は、ＳｉＯ２粒子、ＺｒＯ２粒子、およびＺｎＯ粒子を含む粉末を含む。また、いくつかの実施例では、ＺｎＯ粒子は、Ａｌ２Ｏ３を含む第２のドーパントを用いてドープされる。例えば、ＺｎＯ粒子は、ＺｎＯ粒子の重量あたり約１重量％から約１０重量％のＡｌ２Ｏ３を含む。
【００１３】
いくつかの実施形態では、カソード活性物質は、カソード活性物質の重量あたり約０．５重量％以下の安定剤を含む。例えば、カソード活性物質は、カソード活性物質の重量あたり約０．０１重量％から約０．３重量％の安定剤を含む。
【００１４】
他の実施形態では、カソードはさらに、結合剤を含む。例えば、カソードはさらに、結合剤を含み、結合剤は、ＰＴＦＥを含む。
【００１５】
本発明の別の側面は、マンガンと安定剤とを含むカソード活性物質を含むカソードと、亜鉛を含むアノードと、電解質とを含む、再充電可能バッテリであって、安定剤が、２００ｎｍ以下の平均粒径を有する粉末を含み、マンガンが、安定剤の１つ以上の粒子と関連し、安定剤が、カソードに約９８％を上回るクーロン効率を付与するために十分な量で存在する再充電可能バッテリを提供する。
【００１６】
いくつかの方法では、安定剤は、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＣ、Ｉｎ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、ＺｎＴｉＯ３、Ｂ２Ｏ３、ＬｉＡｌＯ２、ＢａＴｉＯ３、Ｌｉ４−ｘＣａｘＳｉＯ４、Ｌｉ４−ｘＭｇｘＳｉＯ４、Ｂｉ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、ウルトラマリン、またはそれらの任意の組み合わせを含む粉末を含み、ｘは１〜４である。例えば、安定剤は、ＺｎＯを含む粉末を含む。場合によっては、ＺｎＯは、Ａｌ２Ｏ３、酸化鉄、酸化インジウム、またはそれらの任意の組み合わせを含む第２のドーパントを用いてドープされる。他の場合には、ＺｎＯは、Ａｌ２Ｏ３を含む第２のドーパントを用いてドープされる。他の実施例では、安定剤は、ＺｒＯ２を含む粉末を含む。また、いくつかの実施例では、安定剤は、ＳｉＯ２を含む粉末を含む。いくつかの実施例では、安定剤は、粉末を含み、粉末は、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、およびＺｎＯを含む、複数の粒子を含む。例えば、安定剤は、ＳｉＯ２粒子、ＺｒＯ２粒子、およびＺｎＯ粒子を含む粉末を含む。他の実施例では、ＺｎＯ粒子は、Ａｌ２Ｏ３を含む第２のドーパントを用いてドープされる。例えば、ＺｎＯ粒子は、ＺｎＯ粒子の重量あたり約１重量％から約１０重量％のＡｌ２Ｏ３を含む。
【００１７】
他の実施形態では、マンガンは、Ｍｎ、ＭｎＯ、ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、Ｍｎ（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）４、ＭｎＯ２（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）３、ＭｎＯＯＨ、Ｍｎ（ＯＮａ）２、Ｍｎ（ＯＫ）２、Ｍｎ（ＯＬｉ）２、Ｍｎ（ＯＲｂ）２、ＭｎＯＯＮａ、ＭｎＯＯＫ、ＭｎＯＯＬｉ、ＭｎＯＯＲｂ、ＺｎＦｅＭｎＯ２、（ＭｎＦｅ）２Ｏ３、ＮｉＭｎＯ４、任意のそれらの水和物、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、マンガンはさらに、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む。例えば、マンガンは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む第１のドーパントを用いてドープされる。他の場合には、マンガンは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む、コーティング剤を用いて被覆される。また、いくつかの実施例では、マンガンは、Ｐｂを含むコーティング剤を用いて被覆され、マンガンは、Ｇａを含む第１のドーパントを用いてドープされる。
【００１８】
いくつかの実施形態では、カソード活性物質は、カソード活性物質の重量あたり約７重量％以下の安定剤を含む。例えば、カソード活性物質は、カソード活性物質の重量あたり約０．０１重量％から約０．３重量％の安定剤を含む。
【００１９】
いくつかの実施形態では、カソードはさらに、結合剤を含む。例えば、カソードはさらに、結合剤を含み、結合剤は、ＰＴＦＥを含む。
【００２０】
本発明の別の側面は、マンガンと、安定剤とを含む、カソード活性物質を含む、カソードと、Ｚｎを含む、アノードと、電解質とを含み、安定剤は、２００ｎｍ以下の平均粒径を有する粉末を含み、マンガンは、安定剤の少なくとも１つの粒子と関連付けられ、カソード活性物質は、電池が、約７０回を上回る充電サイクル後に、実質的に一定の電荷容量を保持するように、十分な量の安定剤を含む、電気化学電池を提供する。
【００２１】
いくつかの実施形態では、マンガンは、Ｍｎ、ＭｎＯ、ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、Ｍｎ（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）４、ＭｎＯ２（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）３、ＭｎＯＯＨ、Ｍｎ（ＯＮａ）２、Ｍｎ（ＯＫ）２、Ｍｎ（ＯＬｉ）２、Ｍｎ（ＯＲｂ）２、ＭｎＯＯＮａ、ＭｎＯＯＫ、ＭｎＯＯＬｉ、ＭｎＯＯＲｂ、ＺｎＦｅＭｎＯ２、（ＭｎＦｅ）２Ｏ３、ＮｉＭｎＯ４、任意のそれらの水和物、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、マンガンはさらに、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む。例えば、マンガンは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む第１のドーパントを用いてドープされる。他の場合には、マンガンは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む、コーティング剤を用いて被覆される。また、いくつかの実施例では、マンガンは、Ｐｂを含むコーティング剤を用いて被覆され、マンガンは、Ｇａを含む第１のドーパントを用いてドープされる。
【００２２】
いくつかの方法では、安定剤は、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＣ、Ｉｎ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、ＺｎＴｉＯ３、Ｂ２Ｏ３、ＬｉＡｌＯ２、ＢａＴｉＯ３、Ｌｉ４−ｘＣａｘＳｉＯ４、Ｌｉ４−ｘＭｇｘＳｉＯ４、Ｂｉ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、ウルトラマリン、またはそれらの任意の組み合わせを含む粉末を含み、ｘは１〜４である。例えば、安定剤は、ＺｎＯを含む粉末を含む。場合によっては、ＺｎＯは、Ａｌ２Ｏ３、酸化鉄、酸化インジウム、またはそれらの任意の組み合わせを含む第２のドーパントを用いてドープされる。他の場合には、ＺｎＯは、Ａｌ２Ｏ３を含む第２のドーパントを用いてドープされる。他の実施例では、安定剤は、ＺｒＯ２を含む粉末を含む。また、いくつかの実施例では、安定剤は、ＳｉＯ２を含む粉末を含む。いくつかの実施例では、安定剤は、粉末を含み、粉末は、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、およびＺｎＯを含む、複数の粒子を含む。例えば、安定剤は、ＳｉＯ２粒子、ＺｒＯ２粒子、およびＺｎＯ粒子を含む粉末を含む。他の実施例では、ＺｎＯ粒子は、Ａｌ２Ｏ３を含む第２のドーパントを用いてドープされる。例えば、ＺｎＯ粒子は、ＺｎＯ粒子の重量あたり約１重量％から約１０重量％のＡｌ２Ｏ３を含む。
【００２３】
いくつかの実施形態では、カソード活性物質は、カソード活性物質の重量あたり約７重量％以下の安定剤を含む。例えば、カソード活性物質は、カソード活性物質の重量あたり約０．０１重量％から約０．３重量％の安定剤を含む。
【００２４】
本発明の別の側面は、マンガンを提供するステップと、約２００ｎｍ以下（例えば、約１５０ｎｍ以下、または約１００ｎｍ以下）の平均粒径を有する粉末を含む、安定剤を提供するステップと、マンガン材料を安定剤の１つ以上の粒子と関連付けるステップとを含むカソードを生成する方法を提供する。
【００２５】
いくつかの実装では、マンガンは、Ｍｎ、ＭｎＯ、ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、Ｍｎ（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）４、ＭｎＯ２（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）３、ＭｎＯＯＨ、Ｍｎ（ＯＮａ）２、Ｍｎ（ＯＫ）２、Ｍｎ（ＯＬｉ）２、Ｍｎ（ＯＲｂ）２、ＭｎＯＯＮａ、ＭｎＯＯＫ、ＭｎＯＯＬｉ、ＭｎＯＯＲｂ、ＺｎＦｅＭｎＯ２、（ＭｎＦｅ）２Ｏ３、ＮｉＭｎＯ４、任意のそれらの水和物、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、マンガンはさらに、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む。例えば、マンガンは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む第１のドーパントを用いてドープされる。他の場合には、マンガンは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む、コーティング剤を用いて被覆される。また、いくつかの実施例では、マンガンは、Ｐｂを含むコーティング剤を用いて被覆され、マンガンは、Ｇａを含む第１のドーパントを用いてドープされる。
【００２６】
他の実装では、安定剤は、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＣ、Ｉｎ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、ＺｎＴｉＯ３、Ｂ２Ｏ３、ＬｉＡｌＯ２、ＢａＴｉＯ３、Ｌｉ４−ｘＣａｘＳｉＯ４、Ｌｉ４−ｘＭｇｘＳｉＯ４、Ｂｉ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、ウルトラマリン、またはそれらの任意の組み合わせを含む粉末を含み、ｘは１〜４である。
例えば、安定剤は、ＺｎＯを含む粉末を含む。場合によっては、ＺｎＯは、Ａｌ２Ｏ３、酸化鉄、酸化インジウム、またはそれらの任意の組み合わせを含む第２のドーパントを用いてドープされる。他の場合には、ＺｎＯは、Ａｌ２Ｏ３を含む第２のドーパントを用いてドープされる。他の実施例では、安定剤は、ＺｒＯ２を含む粉末を含む。また、いくつかの実施例では、安定剤は、ＳｉＯ２を含む粉末を含む。いくつかの実施例では、安定剤は、粉末を含み、粉末は、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、およびＺｎＯを含む、複数の粒子を含む。例えば、安定剤は、ＳｉＯ２粒子、ＺｒＯ２粒子、およびＺｎＯ粒子を含む粉末を含む。他の実施例では、ＺｎＯ粒子は、Ａｌ２Ｏ３を含む第２のドーパントを用いてドープされる。例えば、ＺｎＯ粒子は、ＺｎＯ粒子の重量あたり約１重量％から約１０重量％のＡｌ２Ｏ３を含む。
【００２７】
本発明の別の側面は、安定剤をマンガンカソードに添加するステップを含む、マンガンカソードのクーロン効率を向上させる方法を提供し、安定剤は、粉末を含み、粉末は、２００ｎｍ以下（例えば、１５０ｎｍ以下、または１００ｎｍ以下）の平均粒径を有する。
【００２８】
いくつかの実装では、マンガンは、Ｍｎ、ＭｎＯ、ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、Ｍｎ（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）４、ＭｎＯ２（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）３、ＭｎＯＯＨ、Ｍｎ（ＯＮａ）２、Ｍｎ（ＯＫ）２、Ｍｎ（ＯＬｉ）２、Ｍｎ（ＯＲｂ）２、ＭｎＯＯＮａ、ＭｎＯＯＫ、ＭｎＯＯＬｉ、ＭｎＯＯＲｂ、ＺｎＦｅＭｎＯ２、（ＭｎＦｅ）２Ｏ３、ＮｉＭｎＯ４、任意のそれらの水和物、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施例では、マンガンかソードはさらに、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む。例えば、マンガンカソードは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む、ドーパントを用いてドープされる。他の実施例では、マンガンカソードは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む、コーティング剤を用いて被覆される。
【００２９】
他の実装では、安定剤は、ｐ型半導体、ｎ型半導体、またはそれらの任意の組み合わせを含む粉末を含む。例えば、安定剤は、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＣ、Ｉｎ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、ＺｎＴｉＯ３、Ｂ２Ｏ３、ＬｉＡｌＯ２、ＢａＴｉＯ３、Ｌｉ４−ｘＣａｘＳｉＯ４、Ｌｉ４−ｘＭｇｘＳｉＯ４、Ｂｉ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、ウルトラマリン、またはそれらの任意の組み合わせを含む粉末を含み、ｘは１〜４である。例えば、安定剤は、ＺｎＯを含む粉末を含む。場合によっては、ＺｎＯは、Ａｌ２Ｏ３、酸化鉄、酸化インジウム、またはそれらの任意の組み合わせを含む第２のドーパントを用いてドープされる。他の場合には、ＺｎＯは、Ａｌ２Ｏ３を含む第２のドーパントを用いてドープされる。他の実施例では、安定剤は、ＺｒＯ２を含む粉末を含む。また、いくつかの実施例では、安定剤は、ＳｉＯ２を含む粉末を含む。いくつかの実施例では、安定剤は、粉末を含み、粉末は、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、およびＺｎＯを含む、複数の粒子を含む。他の実施例では、安定剤は、ＳｉＯ２粒子、ＺｒＯ２粒子、およびＺｎＯ粒子を含む粉末を含む。これらの実施例のうちのいくつかでは、ＺｎＯ粒子は、Ａｌ２Ｏ３を用いてドープされる。例えば、ＺｎＯ粒子は、ＺｎＯ粒子の重量あたり約１重量％から約１０重量％のＡｌ２Ｏ３を用いてドープされる。
【００３０】
いくつかの実装はさらに、マンガンカソードの重量あたり約７重量％以下の安定剤を添加するステップを含む。いくつかの実施例は、マンガンカソード活性物質あたり約０．０１重量％から約０．２重量％の安定剤を添加するステップ含む。
【００３１】
いくつかの実装では、マンガンカソードは、結合剤をさらに含む。例えば、カソードは、結合剤をさらに含み、結合剤は、ＰＴＦＥを含む。
【００３２】
本発明の別の側面は、マンガンと、安定剤とを含む、カソード活性物質を含む、カソードと、亜鉛を含むアノードと、電解質とを含む、再充電可能バッテリであって、安定剤が、約２００ｎｍ以下（例えば、約１５０ｎｍ以下、または約１００ｎｍ以下）の平均粒径を有する粉末を含み、少なくとも１００回の連続充電サイクルの期間の間、放電毎にマンガンについて少なくとも２００ｍＡｈ／ｇを提供する、再充電可能バッテリを提供する。
【００３３】
いくつかの実施形態では、バッテリは、少なくとも１２０回の連続充電サイクルの期間の間、放電毎にマンガンについて少なくとも２００ｍＡｈ／ｇを提供する。
【００３４】
他の実施形態では、バッテリは、少なくとも１００回の連続充電サイクルの期間の間、放電毎にマンガンについて少なくとも２００ｍＡｈ／ｇを上まわって提供する。
【００３５】
いくつかの実施形態では、バッテリは、２５０回以下の連続充電サイクルの期間の間、マンガンについて少なくとも２０Ａｈ／ｇの総容量を提供する。
【００３６】
いくつかの実施形態では、マンガンは、Ｍｎ、ＭｎＯ、ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、Ｍｎ（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）４、ＭｎＯ２（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）３、ＭｎＯＯＨ、Ｍｎ（ＯＮａ）２、Ｍｎ（ＯＫ）２、Ｍｎ（ＯＬｉ）２、Ｍｎ（ＯＲｂ）２、ＭｎＯＯＮａ、ＭｎＯＯＫ、ＭｎＯＯＬｉ、ＭｎＯＯＲｂ、ＺｎＦｅＭｎＯ２、（ＭｎＦｅ）２Ｏ３、ＮｉＭｎＯ４、任意のそれらの水和物、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施例では、マンガンはさらに、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む。例えば、マンガンは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む第１のドーパントを用いてドープされる。他の場合には、マンガンは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む、コーティング剤を用いて被覆される。また、いくつかの実施例では、マンガンは、Ｐｂを含むコーティング剤を用いて被覆され、マンガンは、Ｇａを含む第１のドーパントを用いてドープされる。
【００３７】
他の実施形態では、安定剤は、ｐ型半導体、ｎ型半導体、またはそれらの任意の組み合わせを含む粉末を含む。例えば、安定剤は、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＣ、Ｉｎ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、ＺｎＴｉＯ３、Ｂ２Ｏ３、ＬｉＡｌＯ２、ＢａＴｉＯ３、Ｌｉ４−ｘＣａｘＳｉＯ４、Ｌｉ４−ｘＭｇｘＳｉＯ４、Ｂｉ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、ウルトラマリン、またはそれらの任意の組み合わせを含む粉末を含み、ｘは１〜４である。例えば、安定剤は、ＺｎＯを含む粉末を含む。場合によっては、ＺｎＯは、Ａｌ２Ｏ３、酸化鉄、酸化インジウム、またはそれらの任意の組み合わせを含む第２のドーパントを用いてドープされる。他の場合には、ＺｎＯは、Ａｌ２Ｏ３を含む第２のドーパントを用いてドープされる。他の実施例では、安定剤は、ＺｒＯ２を含む粉末を含む。また、いくつかの実施例では、安定剤は、ＳｉＯ２を含む粉末を含む。いくつかの実施例では、安定剤は、粉末を含み、粉末は、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、およびＺｎＯを含む、複数の粒子を含む。他の実施例では、安定剤は、ＳｉＯ２粒子、ＺｒＯ２粒子、およびＺｎＯ粒子を含む粉末を含む。これらの実施例のうちのいくつかでは、ＺｎＯ粒子は、Ａｌ２Ｏ３を用いてドープされる。例えば、ＺｎＯ粒子は、ＺｎＯ粒子の重量あたり約１重量％から約１０重量％のＡｌ２Ｏ３を用いてドープされる。
【００３８】
いくつかの実施形態では、カソード活性物質は、マンガンかソードの重量あたり約７重量％以下の安定剤を含む。例えば、カソード活性物質は、マンガンかソードの重量あたり約０．０１重量％から約０．２重量％の安定剤を含む。
【００３９】
本発明の別の側面は、マンガンと、安定剤とを含む、カソード活性物質を含む、カソードと、亜鉛を含むアノードと、電解質とを含む、再充電可能バッテリであって、安定剤が、約２００ｎｍ以下（例えば、約１５０ｎｍ以下、または約１００ｎｍ以下）の平均粒径を有する粉末を含み、少なくとも１００回の連続充電サイクルの期間の間、放電毎にマンガンについて少なくとも１４０ｍＡｈ／ｇのバッテリ容量を提供する、再充電可能バッテリを提供する。
【００４０】
いくつかの実施形態では、バッテリは、少なくとも１５０回の連続充電サイクルの期間の間、放電毎にマンガンについて少なくとも１４０ｍＡｈ／ｇのバッテリ容量を提供する。
【００４１】
他の実施形態では、バッテリは、少なくとも１００回の連続充電サイクルの期間の間、放電毎にマンガンについて１４０ｍＡｈ／ｇを上回るバッテリ容量を提供する。
【００４２】
いくつかの実施形態では、バッテリは、１０００回以下の連続充電サイクルの期間の間、マンガンについて少なくとも１４Ａｈ／ｇの総容量を提供する。
【００４３】
また、他の実施形態では、バッテリは、少なくとも１５０回の連続充電サイクルの期間の間、放電毎にマンガンについて少なくとも２００ｍＡｈ／ｇを提供する。
【００４４】
いくつかの実施形態では、マンガンは、Ｍｎ、ＭｎＯ、ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、Ｍｎ（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）４、ＭｎＯ２（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）３、ＭｎＯＯＨ、Ｍｎ（ＯＮａ）２、Ｍｎ（ＯＫ）２、Ｍｎ（ＯＬｉ）２、Ｍｎ（ＯＲｂ）２、ＭｎＯＯＮａ、ＭｎＯＯＫ、ＭｎＯＯＬｉ、ＭｎＯＯＲｂ、ＺｎＦｅＭｎＯ２、（ＭｎＦｅ）２Ｏ３、ＮｉＭｎＯ４、任意のそれらの水和物、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施例では、マンガンはさらに、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む。例えば、マンガンは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む第１のドーパントを用いてドープされる。他の場合には、マンガンは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む、コーティング剤を用いて被覆される。また、いくつかの実施例では、マンガンは、Ｐｂを含むコーティング剤を用いて被覆され、マンガンは、Ｇａを含む第１のドーパントを用いてドープされる。
【００４５】
他の実施形態では、安定剤は、ｐ型半導体、ｎ型半導体、またはそれらの任意の組み合わせを含む粉末を含む。例えば、安定剤は、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＣ、Ｉｎ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、ＺｎＴｉＯ３、Ｂ２Ｏ３、ＬｉＡｌＯ２、ＢａＴｉＯ３、Ｌｉ４−ｘＣａｘＳｉＯ４、Ｌｉ４−ｘＭｇｘＳｉＯ４、Ｂｉ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、ウルトラマリン、またはそれらの任意の組み合わせを含む粉末を含み、ｘは１〜４である。例えば、安定剤は、ＺｎＯを含む粉末を含む。場合によっては、ＺｎＯは、Ａｌ２Ｏ３、酸化鉄、酸化インジウム、またはそれらの任意の組み合わせを含む第２のドーパントを用いてドープされる。他の場合には、ＺｎＯは、Ａｌ２Ｏ３を含む第２のドーパントを用いてドープされる。他の実施例では、安定剤は、ＺｒＯ２を含む粉末を含む。また、いくつかの実施例では、安定剤は、ＳｉＯ２を含む粉末を含む。いくつかの実施例では、安定剤は、粉末を含み、粉末は、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、およびＺｎＯを含む、複数の粒子を含む。他の実施例では、安定剤は、ＳｉＯ２粒子、ＺｒＯ２粒子、およびＺｎＯ粒子を含む粉末を含む。これらの実施例のうちのいくつかでは、ＺｎＯ粒子は、Ａｌ２Ｏ３を用いてドープされる。例えば、ＺｎＯ粒子は、ＺｎＯ粒子の重量あたり約１重量％から約１０重量％のＡｌ２Ｏ３を用いてドープされる。
【００４６】
いくつかの実施形態では、カソード活性物質は、マンガンカソードの重量あたり約７重量％以下（例えば、約０．５重量％以下、約０．３重量％以下、または約０．２重量％以下）の安定剤を含む。例えば、カソード活性物質は、マンガンカソードの重量あたり約０．０１重量％から約０．２重量％の安定剤を含む。
【００４７】
また、本発明の別の側面は、マンガンと、安定剤とを含む、カソード活性物質を含む、カソードと、亜鉛を含む、アノードと、電解質とを含む、再充電可能バッテリであって、安定剤が、１００ｎｍ以下の平均粒径を有する粉末を含み、１０００回以下の連続充電サイクルの期間の間、マンガンの１グラムあたり少なくとも１２Ａｈの総バッテリ容量を提供する、再充電可能バッテリを提供する。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
本発明は、カソード、カソードを作製する方法、および従来のカソード、方法、または電気化学電池と比べて向上した性質を有する電気化学電池（例えば、バッテリ）を提供する。
【００４９】
（Ｉ．定義）
本明細書で説明されるように、「バッテリ」という用語は、１つの電気化学電池（例えば、ボタン電池、コイン電池、または同等物）または複数の電気化学電池を含む、蓄電デバイスを包含する。「二次バッテリ」は再充電可能である一方で、「一次バッテリ」は再充電可能ではない。本発明の二次バッテリについて、バッテリアノードは、放電中に正電極として、充電中に負電極として設計されている。
【００５０】
本明細書で説明されるように、「マンガン」または「マンガン材料」という用語は、Ｍｎ、ＭｎＯ、ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、Ｍｎ（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）４、ＭｎＯ２（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）３、ＭｎＯＯＨ、Ｍｎ（ＯＮａ）２、Ｍｎ（ＯＫ）２、Ｍｎ（ＯＬｉ）２、Ｍｎ（ＯＲｂ）２、ＭｎＯＯＮａ、ＭｎＯＯＫ、ＭｎＯＯＬｉ、ＭｎＯＯＲｂ、ＺｎＦｅＭｎＯ２、（ＭｎＦｅ）２Ｏ３、ＮｉＭｎＯ４、それらの任意の水和物、またはそれらの任意の組み合わせ等の任意のマンガン化合物を指す。マンガンの「水和物」は、マンガンの水酸化物を含むことに留意されたい。マンガンがカソードとしての機能を果たす、またはマンガン原子の酸化状態が流動的な状態である時に、マンガン原子を包囲する配位圏は、電池の充電および放電中に動的であると考えられるため、「マンガン」または「マンガン材料」という用語は、これらの酸化マンガンまたは水和物（例えば、水酸化物）のうちのいずれかを包含すると意図される。「マンガン」または「マンガン材料」という用語はまた、マンガンの１つ以上の性質を増進するドーパントおよび／または被覆でドープおよび／または被覆される、上記の種のうちのいずれかを含む。例示的なドーパントおよび被覆が、以下で提供される。いくつかの実施例では、マンガンまたはマンガン材料はさらに、第１遷移金属ドーパントまたは被覆をさらに含む、酸化マンガンを含む。例えば、マンガンは、マンガン銅酸化物、マンガン鉄酸化物、銀マンガン酸化物（例えば、ＡｇＭｎＯ２）、マンガンクロム酸化物、マンガンスカンジウム酸化物、マンガンコバルト酸化物、マンガンチタン酸化物、マンガンバナジウム酸化物、それらの水和物、またはそれらの任意の組み合わせを含む。本明細書で使用される「酸化物」という用語は、どの場合にも、マンガンまたはマンガン材料に存在する酸素原子の数を表さないことに留意されたい。酸化マンガンの１つの一般式は、ＭｎＯｘ（ＯＨ）ｙ（Ｈ２Ｏ）ｚであり、ｘ、ｙ、およびｚは、実数またはゼロであり、ｘ、ｙ、またはｚのうちの少なくとも１つは、ゼロよりも大きい。例えば、酸化マンガンは、Ｍｎ（ＯＨ）２、ＭｎＯ２、Ｍｎ３Ｏ４、Ｍｎ２Ｏ３、またはそれらの組み合わせの化学式を有してもよい。さらに、マンガンは、バルク材料を含むことができる、またはマンガンは、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。
【００５１】
本明細書で使用されるように、「酸化鉄」とは、鉄の任意の酸化物または水酸化物、例えば、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、またはそれらの任意の組み合わせを指す。
【００５２】
本明細書で使用されるように、「酸化インジウム」は、インジウムの酸化物または水酸化物、例えば、Ｉｎ２Ｏ３を指す。
【００５３】
本明細書で使用されるように、「四価酸化マンガン」、「二酸化マンガン」、および「ＭｎＯ２」は、代替可能に使用される。
【００５４】
本明細書で使用されるように、「アルカリバッテリ」とは、一次バッテリまたは二次バッテリを指し、一次または二次バッテリは、アルカリ電解質を含む。
【００５５】
本明細書で使用されるように、「ドーパント」または「ドープ剤」とは、半導体の光学的／電気的性質を改変するために、低濃度で物質に添加される化合物を指す。例えば、ドーパントは、その電気的性質を向上させるように（例えば、そのインピーダンスおよび／または抵抗率を低減するように）カソードの粉末活性物質に添加されてもよい。他の実施例では、バルク材料の結晶格子の１つ以上の原子がドーパントの１つ以上の原子と置換された時に、ドーピングが発生する。
【００５６】
本明細書で使用されるように、「電解質」とは、導電性媒体として挙動する物質を指す。例えば、電解質は、電池の中の電子および陽イオンの可動化を促進する。電解質は、アルカリ化剤の水溶液等の材料の混合物を含む。いくつかの電解質はまた、緩衝剤等の添加剤も含む。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。例示的な電解質は、無制限に、水性ＫＯＨ、水性ＮａＯＨ、またはポリマー中のＫＯＨの液体混合物を含む。
【００５７】
本明細書で使用されるように、「アルカリ化剤」とは、アルカリ金属の塩基またはイオン性基（例えば、アルカリ金属の含水水酸化物）を指す。さらに、アルカリ化剤は、水または他の極性溶媒の中で溶解させられると、水酸化物イオンを形成する。例示的なアルカリ電解質は、無制限に、ＬｉＯＨ、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＣｓＯＨ、ＲｂＯＨ、またはそれらの組み合わせを含む。電解質は、随意に、電解質、例えば、ＫＦまたはＣａ（ＯＨ）２の総イオン強度を修正するように、他の塩を含むことができる。
【００５８】
「サイクル」または「充電サイクル」とは、電池の連続充電および放電、または電池の連続放電および充電を指し、そのいずれか一方は、連続充電および放電の間の持続時間、または連続放電および充電の間の持続時間を含む。例えば、電池は、新しく調製されると、そのＤＯＤの約１００％まで放電され、その充電状態（ＳＯＣ）の約１００％まで再充電される１回のサイクルを受ける。別の実施例では、新たに調製された電池は、電池が以下であるときに２回のサイクルを受ける。
１）サイクル１：そのＤＯＤの約１００％まで放電され、約１００％ＳＯＣまで再充電され、その後、
２）サイクル２：そのＤＯＤの約１００％までの第２の放電、および約１００％ＳＯＣまで再充電される。
【００５９】
この過程は、電池を、所望される、または実用的であるほど多くのサイクルに曝すように、繰り返されてもよいことに留意されたい。
【００６０】
便宜上、ポリマー名「ポリテトラフルオロエチレン」およびその対応するイニシャル「ＰＴＦＥ」は、ポリマー、ポリマーを調製するための溶液、およびポリマー被覆を区別するために形容詞として代替可能に使用される。これらの名前およびイニシャルは、他の構成物質の不在を決して暗示しない。これらの形容詞はまた、置換および共重合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、ポリマー骨格上の水素に取って代わるものを表す。
【００６１】
本明細書で使用されるように、「Ａｈ」とは、アンペア（Ａｍｐ）時を指し、バッテリまたは電気化学電池の容量の科学単位である。派生単位「ｍＡｈ」は、ミリアンペア時を表し、Ａｈの１／１０００である。
【００６２】
本明細書で使用されるように、「最大電圧」または「定格電圧」とは、電池の意図された有用性を妨げることなく電気化学電池を充電することができる、最大電圧を指す。例えば、携帯用電子デバイスにおいて有用であるいくつかの亜鉛−マンガン電気化学電池において、最大電圧は、約２．３Ｖ未満、または約２．０Ｖである。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バッテリ等の他のバッテリでは、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。バッテリの最大電圧は、バッテリの耐用年数を構成する充電サイクルの数、バッテリの保存寿命、バッテリの電力需要、バッテリの中の電極の構成、およびバッテリで使用される活性物質の量に応じて変化し得る。
【００６３】
本明細書で使用されるように、「アノード」は、それを通って（正）電流が偏極電気デバイスの中へ流れる、電極である。バッテリまたはガルバニ電池では、アノードは、バッテリにおける放電局面中に、そこから電子が流れる、負電極である。アノードはまた、放電局面中に化学酸化を受ける電極でもある。しかしながら、二次または再充電可能電池では、アノードは、電池の充電局面中に化学還元を受ける電極である。アノードは、導電性または半導体材料、例えば、金属、金属酸化物、金属合金、金属複合物、半導体、または同等物から形成される。一般的なアノード材料は、Ｓｉ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｌｉ、Ｚｒ、Ｈｇ、Ｃｄ、Ｃｕ、ＬｉＣ６、ミッシュメタル、それらの合金、それらの酸化物、またはその複合物を含む。亜鉛等のアノード材料は、焼結さえされてもよい。
【００６４】
アノードは、多くの構成を有してもよい。例えば、アノードは、１つ以上のアノード材料で被覆される伝導度メッシュまたはグリッドから構成されてもよい。別の実施例では、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もよい。
【００６５】
本明細書で使用されるように、「カソード」は、（正）電流が偏極電気デバイスから流出する電極である。バッテリまたはガルバニ電池では、カソードは、バッテリにおける放電局面中に、電子が流入する正電極である。カソードはまた、放電局面中に化学還元を受ける電極でもある。しかしながら、二次または再充電可能電池では、カソードは、電池の充電局面中に化学酸化を受ける電極である。カソードは、導電性または半導体材料、例えば、金属、金属酸化物、金属合金、金属複合物、半導体、または同等物から形成される。一般的なカソード材料は、Ｍｎ、ＭｎＯ、Ｍｎ２Ｏ３、ＭｎＯ２、ＨｇＯ、Ｈｇ２Ｏ、Ａｇ、Ａｇ２Ｏ、ＡｇＯ、ＣｕＯ、ＣｄＯ、ＮｉＯＯＨ、Ｐｂ２Ｏ４、ＰｂＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４、Ｌｉ３Ｖ２（ＰＯ４）３、Ｖ６Ｏ１３、Ｖ２Ｏ５、Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｎＯ２、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、またはそれらの複合物を含む。Ｍｎ、ＭｎＯ、ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、およびＭｎＯＯＨ等のカソード材料は、焼結さえされてもよい。
【００６６】
カソードもまた、多くの構成を有してもよい。例えば、カソードは、１つ以上のカソード材料で被覆される伝導度メッシュから構成されてもよい。別の実施例では、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もよい。
【００６７】
本明細書で使用されるような「クーロン効率」という用語は、充電時の電池の中に添加されるクーロンの数で割られる、放電時のバッテリ電池から除去されたクーロンの数を指す。
【００６８】
本明細書で使用されるように、「電子デバイス」という用語は、電気によって電力供給される任意のデバイスである。例えば、電子デバイスは、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、またはそれらの動作機能を組み合わせる任意のデバイスを含むことができる。
【００６９】
本明細書で使用されるように、「サイクル寿命」という用語は、バッテリの使用目的に有用な容量を保持しながら二次バッテリを循環させることができる、最大回数である（例えば、電池の１００％ＳＯＣ、すなわち、その実際の容量が、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％）になるまで、電池が循環させられてもよい回数）。場合によっては、「サイクル寿命」は、電池の１００％ＳＯＣが、その定格容量の約６０パーセント（例えば、その定格容量の少なくとも約７０パーセント、その定格容量の少なくとも約８０パーセント、その定格容量の少なくとも９０パーセント、その定格容量の少なくとも９５パーセント、その定格容量の約９０％、またはその定格容量の約８０％）になるまで、二次バッテリまたは電池を循環させることができる回数。
【００７０】
本明細書で使用されるように、記号「Ｍ」は、モル濃度を表す。
【００７１】
バッテリおよびバッテリ電極は、完全充電状態での活性物質に関して表される。例えば、亜鉛マンガンバッテリは、亜鉛を含むアノードと、マンガン粉末（例えば、ＭｎＯ２）を含むカソードとを含む。それでもなお、１つを上回る種が、ほとんどの条件下でバッテリ電極に存在する。例えば、亜鉛電極は、概して、金属亜鉛と、酸化亜鉛（完に充電された時を除く）を含み、マンガン粉末電極は、通常、ＭｎＯ、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、および／またはＭｎＯ２と、金属マンガン（完に放電された時を除く）とを含む。
【００７２】
本明細書で使用されるように、アルカリバッテリおよびアルカリバッテリ電極に適用される「酸化物」という用語は、一般的には少なくともいくつかの条件下で存在する、対応する「水酸化物」種を包含する。
【００７３】
本明細書で使用されるように、「粉末」という用語は、震盪または傾転された時に自由に流れ得る、複数の微粒子から成る乾燥バルク固体を指す。
【００７４】
本明細書で使用されるように、「平均直径」または「平均粒径」という用語は、関心の粒子と同じ体積／表面積比を有する球体の直径を指す。
【００７５】
本明細書で使用されるように、「実質的に安定した」または「実質的に不活性の」とは、アルカリ電解質（例えば、水酸化カリウム）の存在下で、および／または酸化剤（例えば、カソードの中に存在する、または電解質の中に溶解されたマンガンイオン）の存在下で、実質的に化学的に不変のままである化合物または構成要素を指す。
【００７６】
本明細書で使用されるように、「電荷プロファイル」とは、経時的な電気化学電池の電圧または容量のグラフを指す。電荷プロファイルは、充電サイクルまたは同等物等のデータ点を含むもの等の他のグラフ上に重ね合わせることができる。
【００７７】
本明細書で使用されるように、「抵抗率」または「インピーダンス」は、電気化学電池の中のカソードの内部抵抗を指す。この性質は、一般的には、オームまたはマイクロオームの単位で表される。
【００７８】
本明細書で使用されるように、「第１の」および／または「第２の」という用語は、空間または時間において相対的な位置を順序付ける、または表すことを指さないが、これらの用語は、２つの異なる要素または構成要素を区別するために使用される。例えば、第１のセパレータは、必ずしも時間または空間において第２のセパレータに先行しないが、第１のセパレータは、第２のセパレータではなく、その逆も同様である。第１のセパレータが空間または時間において第２のセパレータに先行することが可能であるが、第２のセパレータが空間または時間において第１のセパレータに先行することが等しく可能である。
【００７９】
本明細書で使用されるように、「ナノメートル」および「ｎｍ」は代替可能に使用され、１×１０−９メートルに等しい測定単位を指す。
【００８０】
本明細書で使用されるように、「類似カソード」とは、一対のカソードのうちの１つのカソードを指し、一対のカソードは、相互と実質的に同一であり（例えば、実質的に同じ量のカソード材料（例えば、マンガン、結合剤、ドーパント、被覆、またはそれらの任意の組み合わせ）を使用する、および／または実質的に同じ製造方法を使用する）、その最も有意な違いは、一対のうちの１つのカソードが安定剤を実質的に含まないことである。
【００８１】
本明細書で使用されるように、「ウルトラマリン」という用語は、いくつかの硫化物または硫酸塩を伴うアルミニウムおよびナトリウムの二重ケイ酸塩から主に成り、本質的にラピスラズリの近似成分として発生する、青色色素を指す。色素の色コードは、Ｐ．Ｂｌｕｅ２９  ７７００７である。ウルトラマリンは、本質的に、青金石（ラピスラズリの中の主成分）と呼ばれる青色立方鉱物を含有する鉱化石灰石である、複合硫黄含有ナトリウムケイ酸塩（Ｎａ８−１０Ａｌ６Ｓｉ６Ｏ２４Ｓ２−４）といった、最も複雑な無期顔料のうちの１つである。何らかの塩化物もしばしば、結晶格子に存在する。色素の青色は、不対電子を含有するＳ３−ラジカルアニオンによるものである。「ウルトラマリン」とはまた、研究室環境で調製されるもの等の混合ケイ酸アルミニウムも指す。
【００８２】
本明細書で使用されるように、「カソード活性物質」という用語は、上記で説明されるようなマンガン（例えば、ドープマンガン、被覆マンガン、ドープまたは被覆されているマンガン、あるいはそれらの任意の組み合わせ）と、１つ以上の安定剤とを含む、組成物を指す。
【００８３】
本明細書で使用されるように、「バッテリ容量」または「容量」という用語は、バッテリの放電電流と、その間に電流が放電される時間（時間単位）との数学的な積である。
【００８４】
本明細書で使用されるように、「総容量」または「総バッテリ容量」という用語は、バッテリの容量の合計、すなわち、１つ以上の充電サイクルの経過の間に約１００パーセントの放電深度（例えば、９７．５％を上回る放電深度、または９９％を上回る放電深度）まで放電された後の、放電電流と、電流が放電された間の時間との個々の積の合計を指す。
【００８５】
本明細書で使用されるように、「放電深度」および「ＤＯＤ」は、しばしば、容量、例えば、定格容量の割合として表される、どれだけ多くのエネルギーがバッテリまたは電池から引き出されたかという尺度を指すために、代替可能に使用される。例えば、３０Ａｈが引き出された１００Ａｈバッテリは、３０％の放電深度（ＤＯＤ）を受けている。
【００８６】
本明細書で使用されるように、「充電状態」および「ＳＯＣ」は、電池またはバッテリの定格容量の割合として表される、バッテリの中に残っている利用可能な容量を指すために、代替可能に使用される。
【００８７】
（ＩＩ．本発明のカソード）
本発明の一側面は、１００ｎｍ以下の平均粒径を有する粉末を含む、安定剤と、マンガンとを含む、カソード活性物質を含む、再充電可能バッテリで使用するためのカソードであって、安定剤が、カソードに約９０％を上回る（例えば、約９５％を上回る、または約９８％を上回る）クーロン効率を付与するために十分な量で存在する、カソードを提供する。
【００８８】
いくつかの実施形態では、カソード活性物質は、マンガンを含み、マンガンは、Ｍｎ、ＭｎＯ、ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、Ｍｎ（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）４、ＭｎＯ２（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）３、ＭｎＯＯＨ、Ｍｎ（ＯＮａ）２、Ｍｎ（ＯＫ）２、Ｍｎ（ＯＬｉ）２、Ｍｎ（ＯＲｂ）２、ＭｎＯＯＮａ、ＭｎＯＯＫ、ＭｎＯＯＬｉ、ＭｎＯＯＲｂ、ＺｎＦｅＭｎＯ２、（ＭｎＦｅ）２Ｏ３、ＮｉＭｎＯ４、それらの任意の水和物、またはそれらの任意の組み合わせを含む。他の実施形態では、マンガンはさらに、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、またはそれらの任意の組み合わせを含む。例えば、マンガンは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む第１のドーパントを用いてドープされる。別の実施例では、マンガンは、Ｇａを含む第１のドーパントを用いてドープされる。代替実施例では、マンガンは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む、コーティング剤を用いて被覆される。場合によっては、マンガンは、Ｐｂを含むコーティング剤を用いて被覆される。また、他の実施例では、マンガンは、Ｇａを含む第１のドーパントを用いてドープされ、マンガンは、Ｐｂを含むコーティング剤を用いて被覆される。
【００８９】
いくつかの実施形態では、カソード活性物質のマンガンは、粉末またはバルク材料（例えば、マンガン箔、マンガンペレット、それらの組み合わせ、または同等物）を含む。
【００９０】
いくつかの実施形態では、安定剤は、ｐ型半導体、ｎ型半導体、またはそれらの任意の組み合わせを含む粉末を含む。例えば、安定剤は、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＣ、Ｉｎ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、ＺｎＴｉＯ３、Ｂ２Ｏ３、ＬｉＡｌＯ２、ＢａＴｉＯ３、Ｌｉ４−ｘＣａｘＳｉＯ４、Ｌｉ４−ｘＭｇｘＳｉＯ４、Ｂｉ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、ウルトラマリン、またはそれらの任意の組み合わせを含む粉末を含み、ｘは１〜４である。代替実施例では、安定剤は、ＺｎＯを含む粉末を含む。また、いくつかの実施例では、ＺｎＯは、Ａｌ２Ｏ３、酸化鉄、酸化インジウム、またはそれらの任意の組み合わせを含む第２のドーパントを用いてドープされる。場合によっては、ＺｎＯは、Ａｌ２Ｏ３を含む第２のドーパントを用いてドープされる。他の実施例では、安定剤は、ＺｒＯ２を含む粉末を含む。また、いくつかの実施例では、安定剤は、ＳｉＯ２を含む粉末を含む。いくつかの実施例では、安定剤は、粉末を含み、粉末は、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、およびＺｎＯを含む、複数の粒子を含む。他の実施例では、安定剤は、ＳｉＯ２粒子、ＺｒＯ２粒子、およびＺｎＯ粒子を含む粉末を含む。場合によっては、ＺｎＯ粒子は、Ａｌ２Ｏ３を含む第２のドーパントを用いてドープされる。他の場合において、ＺｎＯ粒子は、ＺｎＯ粒子の重量あたり約１重量％から約１０重量％のＡｌ２Ｏ３を含む。
【００９１】
いくつかの実施形態では、カソード活性物質は、約７重量％以下（例えば、約５重量％以下、約２重量％以下、約１重量％以下、または約０．２重量％以下）の安定剤を含む。例えば、カソード活性物質は、約０．００５重量％から約０．５重量％（例えば、約０．０１重量％から約０．２重量％）の安定剤を含む。
【００９２】
他の実施形態では、カソードはさらに、結合剤を含む。本発明のカソードで使用するために適した結合剤は、マンガン粉末粒子を隔離することができ、強アルカリ溶液およびマンガン化合物（例えば、ＭｎＯ２または同等物）の存在下で実質的に不活性である、任意の材料を含んでもよい。いくつかの実施例では、カソードは、ＰＴＦＥを含む、結合剤を含む。他の実施例では、結合剤は、ＰＶＤＦを含む。
【００９３】
いくつかの実施形態では、カソード活性物質は、マンガンを含む複数の粒子と、安定剤を含む複数の粒子とを含む粉末を含み、マンガンの少なくとも１つの粒子は、安定剤の少なくとも１つの粒子と関連付けられ、安定剤の複数の粒子は、１００ｎｍ以下の平均粒径を有し、安定剤は、カソードに約９０％を上回る（例えば、約９５％を上回る、または約９８％を上回る）クーロン効率を付与するために十分な量で存在する。
【００９４】
本発明の別の側面は、１００ｎｍ以下の平均粒径を有する粉末を含む、安定剤と、マンガンとを含む、カソード活性物質を含む、再充電可能バッテリで使用するためのカソードを提供し、安定剤は、唯一の有意な違いが安定剤の不在である、カソードに類似カソードよりも少なくとも１０％高いクーロン効率を付与するために十分な量で存在する。
【００９５】
本発明の別の側面は、カソード材料を含む、再充電可能バッテリで使用するためのカソードを提供し、カソード材料は、粉末を含む。粉末は、マンガンを含む複数の粒子と、安定剤を含む、１００ｎｍ以下の平均粒径を有する複数の粒子とを含み、マンガンの少なくとも１つの粒子は、安定剤の少なくとも１つの粒子と関連付けられ、安定剤は、唯一の有意な違いが安定剤の不在である、カソードに類似カソードよりも少なくとも１０％高いクーロン効率を付与するために十分な量で存在する。
【００９６】
マンガンは、マンガンが粉末を含もうとバルク材料を含もうと、安定剤の粒子が完全にマンガンに埋め込まれた、部分的にマンガンに埋め込まれた、マンガン粒子の表面に接触している、またはマンガン粒子の表面にほぼ接触している（例えば、ＭｎＯ２表面の１０ｎｍ以内にある）時に、安定剤の少なくとも１つの粒子と関連付けられる。
【００９７】
本発明のカソードは、安定剤が、約１００ｎｍ以下の平均直径を有する粒子を含む粉末の形態である限り、任意の好適な安定剤を含むことができる。例えば、安定剤は、ｐ型半導体、ｎ型半導体、またはそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。または、安定剤は、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＣ、Ｉｎ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、ＺｎＴｉＯ３、Ｂ２Ｏ３、ＬｉＡｌＯ２、ＢａＴｉＯ３、Ｌｉ４−ｘＣａｘＳｉＯ４、Ｌｉ４−ｘＭｇｘＳｉＯ４、Ｂｉ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、ウルトラマリン、またはそれらの任意の組み合わせを含む粉末を含み、ｘは１〜４である。また、安定剤は、任意の好適な量で存在してもよい。例えば、安定剤は、カソード材料の重量あたり約７重量％以下（例えば、約５重量％以下、約１．５重量％以下、または約０．５重量％以下（例えば、約０．４５重量％以下、約０．３０重量％以下、約０．２０重量％以下、または約０．１５重量％以下）の量で存在する。他の場合において、安定剤は、カソード材料の重量あたり約０．０１重量％から約０．２重量％の量で存在する。
【００９８】
安定剤を含む粒子はさらに、それらの化学、電気、または物理的性質のうちの１つ以上を向上させるように修正されてもよい。例えば、安定剤粒子は、マンガンと関連する安定剤の能力を大幅に損なわない任意の好適な添加剤でドープおよび／または被覆されてもよい。また、安定剤は、ｎ型および／またはｐ型半導体粒子の任意の好適な組み合わせを含むことができる。
【００９９】
いくつかの実施形態では、安定剤は、ＺｎＯを含む。例えば、安定剤は、Ａｌ２Ｏ３を用いてドープされるＺｎＯを含む。他の実施形態では、安定剤は、ＺｒＯ２を含む。なおも他の実施形態では、安定剤は、ＳｉＯ２を含む。他の場合では、ＳｉＯ２は、Ａｌ２Ｏ３を用いてドープされる。例えば、ＳｉＯ２粒子は、ＳｉＯ２の重量あたり約１重量％から約１０重量％のＡｌ２Ｏ３を用いてドープされる。
【０１００】
いくつかの実施形態では、安定剤は、複数の粒子を含み、粒子のそれぞれは、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、またはＺｎＯ（例えば、Ａｌ２Ｏ３を用いてドープされるＺｎＯ）を含む。場合によっては、安定剤は、ＳｉＯ２粒子、ＺｒＯ２粒子、およびＺｎＯ粒子の組み合わせを含む、複数の粒子を含む。他の場合においては、ＺｎＯ粒子は、Ａｌ２Ｏ３を用いてドープされる。例えば、ＺｎＯ粒子は、ドープしたＺｎＯ粒子の重量あたり約１重量％から約１０重量％のＡｌ２Ｏ３を用いてドープされる。
【０１０１】
また、本発明のカソードは、ドープまたは被覆されるマンガンを含むことができる。例えば、マンガンは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む、ドープ剤を用いてドープされる。または、マンガンは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む、コーティング剤を用いて被覆される。
【０１０２】
本発明のカソードはさらに、着色剤、電流コレクタ、または同等物等の随意的な添加剤を含むことができる。例えば、カソード材料は、ＰＴＦＥ等の結合剤を含んでもよい。
【０１０３】
本発明の別の側面は、カソード材料を含む、再充電可能バッテリで使用するためのカソードを提供し、カソード材料は、粉末を含む。粉末は、第１の安定剤（例えば、ＺｎＯまたはＡｌ２Ｏ３を用いてドープされるＺｎＯ）と関連付けられるマンガンを含む粒子と、第２の安定剤（例えば、ＺｒＯ２）と関連付けられるマンガンを含む粒子と、第３の安定剤（例えば、ＳｉＯ２）と関連付けられるマンガンを含む粒子とを含む。上記で説明されるマンガン（例えば、ドープマンガンおよび／または被覆マンガン）のうちのいずれも、本発明のこの側面で有用である。
【０１０４】
（ＩＩＩ．本発明の再充電可能バッテリ）
本発明の別の側面は、マンガンと、安定剤とを含む、カソード活性物質を含む、カソードと、亜鉛を含むアノードと、電解質とを含む、再充電可能バッテリであって、安定剤が、１００ｎｍ以下の平均粒径を有する粉末を含み、マンガンが、安定剤の１つ以上の粒子と関連し、安定剤が、カソードに約９０％を上回る（例えば、約９５％を上回る、または約９８％を上回る）クーロン効率を付与するために十分な量で存在する、再充電可能バッテリを提供する。
【０１０５】
いくつかの実施形態では、マンガンは、Ｍｎ、ＭｎＯ、ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、Ｍｎ（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）４、ＭｎＯ２（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）３、ＭｎＯＯＨ、Ｍｎ（ＯＮａ）２、Ｍｎ（ＯＫ）２、Ｍｎ（ＯＬｉ）２、Ｍｎ（ＯＲｂ）２、ＭｎＯＯＮａ、ＭｎＯＯＫ、ＭｎＯＯＬｉ、ＭｎＯＯＲｂ、ＺｎＦｅＭｎＯ２、（ＭｎＦｅ）２Ｏ３、ＮｉＭｎＯ４、任意のそれらの水和物、またはそれらの任意の組み合わせを含む。他の実施形態では、マンガンはさらに、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む。例えば、マンガンは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む第１のドーパントを用いてドープされる。他の実施例では、マンガンは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む、コーティング剤を用いて被覆される。例えば、マンガンは、Ｐｂを含むコーティング剤を用いて被覆される。場合によっては、マンガンは、Ｐｂを含むコーティング剤を用いて被覆され、マンガンは、Ｇａを含む第１のドーパントを用いてドープされる。
【０１０６】
いくつかの実施形態では、安定剤は、ｐ型半導体、ｎ型半導体、またはそれらの任意の組み合わせを含む粉末を含む。例えば、安定剤は、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＣ、Ｉｎ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、ＺｎＴｉＯ３、Ｂ２Ｏ３、ＬｉＡｌＯ２、ＢａＴｉＯ３、Ｌｉ４−ｘＣａｘＳｉＯ４、Ｌｉ４−ｘＭｇｘＳｉＯ４、Ｂｉ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、ウルトラマリン、またはそれらの任意の組み合わせを含む粉末を含み、ｘは１〜４である。代替実施例では、安定剤は、ＺｎＯを含む粉末を含む。また、いくつかの実施例では、ＺｎＯは、Ａｌ２Ｏ３、酸化鉄、酸化インジウム、またはそれらの任意の組み合わせを含む第２のドーパントを用いてドープされる。場合によっては、ＺｎＯは、Ａｌ２Ｏ３を含む第２のドーパントを用いてドープされる。他の実施例では、安定剤は、ＺｒＯ２を含む粉末を含む。また、いくつかの実施例では、安定剤は、ＳｉＯ２を含む粉末を含む。いくつかの実施例では、安定剤は、粉末を含み、粉末は、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、およびＺｎＯを含む、複数の粒子を含む。他の実施例では、安定剤は、ＳｉＯ２粒子、ＺｒＯ２粒子、およびＺｎＯ粒子を含む粉末を含む。場合によっては、ＺｎＯ粒子は、Ａｌ２Ｏ３を含む第２のドーパントを用いてドープされる。他の場合において、ＺｎＯ粒子は、ＺｎＯ粒子の重量あたり約１重量％から約１０重量％のＡｌ２Ｏ３を含む。
【０１０７】
他の実施形態では、カソード活性物質は、約７重量％以下の安定剤を含む。例えば、カソード活性物質は、約０．０１重量％から約０．２重量％の安定剤を含む。
【０１０８】
本発明の別の側面は、粉末を含むカソード材料を含む、カソードと、亜鉛を含むアノードと、電解質とを含む、再充電可能バッテリであって、粉末が、マンガンの粒子と、１００ｎｍ以下の平均粒径を有する安定剤の粒子とを含み、マンガンの少なくとも１つの粒子は、安定剤の少なくとも１つの粒子と関連付けられ、安定剤が、カソードに約９０％を上回る（例えば、約９５％を上回る、または約９８％を上回る）活性を付与するために十分な量で存在する、再充電可能バッテリを提供する。
【０１０９】
本発明の別の側面は、粉末を含むカソード材料を含む、カソードであって、粉末が、安定剤の少なくとも１つの粒子と関連付けられるマンガンを含む、複数の粒子を含み、安定剤が、１００ｎｍ以下の平均粒径を有する複数の粒子を含む、カソードと、Ｚｎを含むアノードと、電解質とを含む、電気化学電池であって、電気化学電池のカソードが、電池が、７０回を上回る充電サイクル後に、実質的に一定の電荷容量を保持するように、十分な量の安定剤を有する、電気化学電池を提供する。
【０１１０】
いくつかの実施形態では、再充電可能バッテリは、マンガンと、安定剤とを含む、カソード活性物質を含む、カソードと、亜鉛を含むアノードと、電解質とを含み、安定剤は、１００ｎｍ以下の平均粒径を有する粉末を含み、再充電可能バッテリは、少なくとも１００回の連続充電サイクルの期間の間、放電毎にマンガンについて少なくとも１４０ｍＡｈ／ｇのバッテリ容量を提供する。
【０１１１】
いくつかの実施形態では、バッテリは、少なくとも１５０回の連続充電サイクルの期間の間、放電毎にマンガンについて少なくとも１４０ｍＡｈ／ｇのバッテリ容量を提供する。他の実施形態では、バッテリは、少なくとも１００回の連続充電サイクルの期間の間、放電毎にマンガンについて１４０ｍＡｈ／ｇを上回るバッテリ容量を提供する。いくつかの実施形態では、バッテリは、１０００回以下の連続充電サイクルの期間の間、マンガンについて少なくとも１４Ａｈ／ｇの総容量を提供する。また、他の実施形態では、バッテリは、少なくとも約１５０回（例えば、約１７５回以上）の連続充電サイクルの期間の間、放電毎にマンガンについて少なくとも２００ｍＡｈ／ｇを提供する。
【０１１２】
他の実施形では、再充電可能バッテリは、マンガンと、安定剤とを含む、カソード活性物質を含むカソードと、亜鉛を含むアノードと、電解質とを含み、安定剤が、１００ｎｍ以下の平均粒径を有する粉末を含み、再充電可能バッテリは、わずか１０００回の連続充電サイクルの期間の間、マンガンも１グラムあたり少なくとも１２Ａｈの総バッテリ容量を提供する。
【０１１３】
いくつかの実施形態では、再充電可能バッテリは、少なくとも１５０回の連続充電サイクルの期間の間、放電毎にマンガンの１グラムあたり少なくとも１４０ｍＡｈのバッテリ容量を提供する。例えば、再充電可能バッテリは、少なくとも１００回の連続充電サイクルの期間の間、放電毎にマンガンの１グラムあたり１４０ｍＡｈを上回るバッテリ容量を提供する。
【０１１４】
本発明の別の側面は、マンガンと、安定剤とを含むカソード活性物質を含む、カソードと、亜鉛を含むアノードと、電解質とを含む、再充電可能バッテリを提供であって、安定剤が、１００ｎｍ以下の平均粒径を有する粉末を含み、わずか１０００回の連続充電サイクルの期間の間、マンガンの１グラムあたり少なくとも１２Ａｈの総容量を提供する、再充電可能バッテリを提供する。
【０１１５】
上記で説明されるカソードおよびカソード材料のうちのいずれも、本発明の再充電可能バッテリで使用するために好適である。
【０１１６】
さらに、本発明の再充電可能バッテリは、任意の好適な電解質を含んでもよい。例えば、電解質は、任意の好適な濃度を有する、アルカリ化剤を含む。一実施例では、アルカリ化剤は、ＬｉＯＨ、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＣｓＯＨ、ＲｂＯＨ、またはそれらの任意の組み合わせを含む。他の実施例では、アルカリ化剤は、ＮａＯＨおよびＫＯＨの組み合わせを含む。
【０１１７】
（ＩＶ．本発明の方法）
本発明はまた、上記で説明されるカソードを生成する方法も提供する。
【０１１８】
本発明の一側面では、カソードを生成する方法は、マンガンを提供するステップと、わずか約１００ｎｍの平均粒径を有する粉末を含む、安定剤を提供するステップと、マンガン材料を安定剤の１つ以上の粒子と関連付けるステップとを含む。
【０１１９】
いくつかの方法では、マンガンは、Ｍｎ、ＭｎＯ、ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、Ｍｎ（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）４、ＭｎＯ２（ＯＨ）２、Ｍｎ（ＯＨ）３、ＭｎＯＯＨ、Ｍｎ（ＯＮａ）２、Ｍｎ（ＯＫ）２、Ｍｎ（ＯＬｉ）２、Ｍｎ（ＯＲｂ）２、ＭｎＯＯＮａ、ＭｎＯＯＫ、ＭｎＯＯＬｉ、ＭｎＯＯＲｂ、ＺｎＦｅＭｎＯ２、（ＭｎＦｅ）２Ｏ３、ＮｉＭｎＯ４、任意のそれらの水和物、またはそれらの任意の組み合わせを含む。他の方法では、マンガンはさらに、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む。例えば、マンガンは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む第１のドーパントを用いてドープされる。場合によっては、マンガンは、Ｇａを含む第１のドーパントを用いてドープされる。他の実施例では、マンガンは、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ａｇ、またはそれらの任意の組み合わせを含む、コーティング剤を用いて被覆される。例えば、マンガンは、Ｐｂを含むコーティング剤を用いて被覆される。場合によっては、マンガンは、Ｐｂを含むコーティング剤を用いて被覆され、マンガンは、Ｇａを含む第１のドーパントを用いてドープされる。
【０１２０】
他の方法では、安定剤は、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＣ、Ｉｎ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、ＺｎＴｉＯ３、Ｂ２Ｏ３、ＬｉＡｌＯ２、ＢａＴｉＯ３、Ｌｉ４−ｘＣａｘＳｉＯ４、Ｌｉ４−ｘＭｇｘＳｉＯ４、Ｂｉ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、ウルトラマリン、またはそれらの任意の組み合わせを含む粉末を含み、ｘは１〜４である。例えば、安定剤は、ＺｎＯを含む粉末を含む。場合によっては、ＺｎＯは、Ａｌ２Ｏ３、酸化鉄、酸化インジウム、またはそれらの任意の組み合わせを含む第２のドーパントを用いてドープされる。例えば、ＺｎＯは、Ａｌ２Ｏ３を含む第２のドーパントを用いてドープされる。他の実施例では、安定剤は、ＺｒＯ２を含む粉末を含む。また、いくつかの実施例では、安定剤は、ＳｉＯ２を含む粉末を含む。代替実施例では、安定剤は、粉末を含み、粉末は、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、およびＺｎＯを含む、複数の粒子を含む。いくつかの実施例では、安定剤は、ＳｉＯ２粒子、ＺｒＯ２粒子、およびＺｎＯ粒子を含む粉末を含む。場合によっては、ＺｎＯ粒子は、Ａｌ２Ｏ３を含む第２のドーパントを用いてドープされる。例えば、ＺｎＯ粒子は、ＺｎＯ粒子の重量あたり約１重量％から約１０重量％のＡｌ２Ｏ３を含む第２のドーパントを用いてドープされる。
【０１２１】
いくつかの方法はさらに、約７重量％以下の安定剤を提供するステップ含む。例えば、約０．０１重量％から約０．２重量％の安定剤を提供するステップである。
【０１２２】
本発明の別の側面は、安定剤をマンガンカソードに添加するステップを含む、マンガンカソードのクーロン効率を向上させる方法であって、安定剤が、粉末を含み、粉末が、わずか１００ｎｍの平均粒径を有する、方法を提供する。
【０１２３】
いくつかの方法はさらに、マンガンカソードの重量あたり約７重量％以下の安定剤を添加するステップを含む。例えば、約０．０１重量％から約０．２重量％の安定剤を添加するステップである。
【０１２４】
いくつかの方法では、マンガンカソードはさらに、ＰＴＦＥ等の結合剤を含む。
【０１２５】
（Ｖ．実施例：）
（Ａ．例示的なカソードを調合する方法）
以下で提供される実施例は、本質的に例示的であり、本発明の範囲全体を包含しないことに留意されたい。本発明のカソードの調製に使用される材料は、多くの場合、置換を含む。例えば、ＫＯＨアルカリ溶液は、ＮａＯＨ、ＬｉＯＨ、ＣｓＯＨ、それらの組み合わせ、または同等物と置換することができる。また、酸化剤Ｋ２Ｓ２Ｏ８も、Ｎａ２Ｓ２Ｏ８または他の酸化剤と置換することができる。他の置換も可能である。例えば、ゼラチンは、別の界面活性剤に代替されてもよい。また、多くの場合、安定剤を含むナノ粉末が、代替可能に、または任意の好適な組み合わせで使用されてもよい。
【０１２６】
（材料：）
硝酸マンガン六水和物：Ａ．Ｃ．Ｓ．等級、Ａｌｆａ−Ａｅｓａｒ
過マンガン酸カリウム：Ａ．Ｃ．Ｓ．等級、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ
水酸化カリウム溶液：４０重量％ＫＯＨ溶液、ＫＯＨペレットから調製
過硫酸カリウム、９９＋％、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ
酸化亜鉛：６％Ａｌでドープ、ナノ粉末、＜５０ｎｍ（ＢＥＴ）、＞９７％、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ
酸化ジルコニウム（ＩＶ）：ナノ粉末、＜１００ｎｍ粒径（ＢＥＴ）、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ
シリカ：ナノ粉末、＜５ｎｍ、Ｎｙａｃｏｌ  Ｎａｎｏ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ．
（実施例１：ＭｎＯ２カソードの生成）
２Ｌガラス反応器中で、頭上式機械的撹拌器を用いて、４００ｒｐｍで撹拌しながら、Ｍｎ（ＮＯ３）２×４Ｈ２Ｏ（１８７．６７ｇ）が、５５℃でＨ２Ｏ（１０００ｇ）に添加される。ゼラチン（０．１２ｇ）が、次いで、撹拌溶液に添加される。
【０１２７】
５５℃で１０分間撹拌後、４０重量％ＫＯＨ（２６０ｇ、水溶液）およびＨ２Ｏ（２６０ｇ）の混合物が、サイズ１６のｍａｓｔｅｒ−ｆｌｅｘ管を使用して、２０分間、１７．５ｇ／分の速度で圧送される。ガラス反応器の温度が、次いで、６５℃まで上昇される。Ｋ２Ｓ２Ｏ８（４０４．２１ｇ）が、次いで、６５℃に到着直後、１度に全部、反応器に添加される。反応物が、６５℃で５０分間、撹拌される。
【０１２８】
冷却後、溶液は、静かに注がれ、固体粒子は、洗浄液の伝導度が２０μＳ未満になるまで、Ｈ２Ｏ（２Ｌ×８）で洗浄される。結果として生じた材料を濾過し、真空オーブンの中で６０℃にて乾燥される。
【０１２９】
この過程は、約６５ｇのＭｎＯ２（収率＞９９％）を生成し得る。
【０１３０】
２Ｌの三角フラスコの中で、上記の方法を使用して生成された６０ｇの乾燥ＭｎＯ２粉末が、７００ｇのＤＩ水に添加される。混合物は、頭上式撹拌器を用いて、２５０ｒｐｍの撹拌速度で撹拌される。２．２４２ｇの酢酸鉛三水和物が、１００ｇのＤＩ水の中で溶解され、ＭａｓｔｅｒＦｌｅｘポンプを用いて、ＭｎＯ２混合物に液滴で添加される。いったん添加が完了すると、鉛溶液の容器は、５０ｇのＤＩ水で２回すすがれ、液滴添加が、続けられる。
【０１３１】
酢酸鉛の添加の６０分後に撹拌を停止し、ＭｎＯ２粒子が沈下し、水が静かに注がれる。イオン伝導度が２０マイクロオーム未満になるまで、すすいで静かに注ぐ手順は、繰り返される。結果として生じた材料は、濾過され、真空オーブンの中で６０℃にて乾燥される。
【０１３２】
（実施例２：ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３安定剤を含む例示的なカソード材料）
２Ｌガラス反応器中で、頭上式機械的撹拌器を用いて、４００ｒｐｍで撹拌しながら、Ｍｎ（ＮＯ３）２×４Ｈ２Ｏ（１８７．６７ｇ）が、５５℃でＨ２Ｏ（１０００ｇ）に添加される。次いで、２６ｍｇＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３のＨ２Ｏ（１００ｇ）懸濁液に続いて、ゼラチン（０．１２ｇ）が添加される。
【０１３３】
５５℃で１０分間撹拌後、４０重量％ＫＯＨ（２６０ｇ、水溶液）およびＨ２Ｏ（２６０ｇ）の混合物が、サイズ１６のｍａｓｔｅｒ−ｆｌｅｘ管を使用して、２０分間、１７．５ｇ／分の速度で圧送される。ガラス反応器の温度が、次いで、６５℃まで上昇される。Ｋ２Ｓ２Ｏ８（４０４．２１ｇ）が、次いで、６５℃に到着直後、１度に全部、反応器に添加される。反応物が、６５℃で５０分間、撹拌される。冷却後、溶液は、静かに注がれ、固体粒子は、次いで、洗浄液の伝導度が２０μＳ未満になるまで、Ｈ２Ｏ（２Ｌ×８）で洗浄される。結果として生じた材料は、濾過され、真空オーブンの中で６０℃にて乾燥される。
【０１３４】
この過程は、約６５ｇのＭｎＯ２（収率＞９９％）を生成し得る。
【０１３５】
２Ｌ三角フラスコの中で、上記で生成された６０ｇの乾燥ＭｎＯ２粉末が、７００ｇのＤＩ水に添加される。混合物は、４００ｒｐｍの撹拌速度を使用した頭上式撹拌器を用いて撹拌される。２．２４２ｇの酢酸鉛三水和物が、１００ｇのＤＩ水の中で溶解され、ＭａｓｔｅｒＦｌｅｘポンプを用いて、ＭｎＯ２混合物に液滴で添加される。いったん添加が完了すると、鉛溶液の容器は、５０ｇのＤＩ水で２回すすがれ、液滴添加が、続けられる。
【０１３６】
酢酸鉛の添加の６０分後に撹拌を停止し、ＭｎＯ２粒子が沈下し、水が静かに注がれる。イオン伝導度が２０マイクロオーム未満になるまで、すすいで静かに注ぐ手順は、繰り返される。結果として生じた材料は、濾過され、真空オーブンを使用して６０℃で乾燥される。
【０１３７】
（実施例３：ＳｉＯ２安定剤を含む例示的なカソード材料）
２Ｌガラス反応器中で、頭上式機械的撹拌器を用いて、４００ｒｐｍで撹拌しながら、Ｍｎ（ＮＯ３）２×４Ｈ２Ｏ（１８７．６７ｇ）が、５５oでＨ２Ｏ（１０００ｇ）に添加される。１４ｍｇのシリカが、１００ｇのＤＩ水に分散され、添加される。ゼラチン（０．１２ｇ）が、次いで、撹拌溶液に添加される。
【０１３８】
５５℃で１０分間撹拌後、４０重量％ＫＯＨ（２６０ｇ、水溶液）およびＨ２Ｏ（２６０ｇ）の混合物が、サイズ１６のｍａｓｔｅｒ−ｆｌｅｘ管を使用して、２０分間、１７．５ｇ／分の速度で圧送される。ガラス反応器の温度が、次いで、６５℃まで上昇される。Ｋ２Ｓ２Ｏ８（４０４．２１ｇ）が、次いで、６５℃に到着直後、１度に全部、反応器に添加される。反応物が、６５℃で５０分間、撹拌される。冷却後、溶液は、静かに注がれ、固体粒子は、次いで、洗浄液の伝導度が２０μＳ未満になるまで、Ｈ２Ｏ（２Ｌ×８）で洗浄される。結果として生じた材料は、濾過され、真空オーブンの中で６０℃にて乾燥される。
【０１３９】
この過程は、約６５ｇのＭｎＯ２（収率＞９９％）を生成し得る。
【０１４０】
２Ｌ三角フラスコの中で、上記で生成された６０ｇの乾燥ＭｎＯ２粉末が、７００ｇのＤＩ水に添加される。混合物は、４００ｒｐｍの撹拌速度を使用した頭上式撹拌器を用いて撹拌される。２．２４２ｇの酢酸鉛三水和物が、１００ｇのＤＩ水の中で溶解し、ＭａｓｔｅｒＦｌｅｘポンプを用いてＭｎＯ２混合物に液滴で添加される。いったん添加が完了すると、鉛溶液の容器は、５０ｇのＤＩ水で２回すすがれ、液滴添加が、続けられる。
【０１４１】
酢酸鉛の添加の６０分後に撹拌を停止し、ＭｎＯ２粒子が沈下し、水が静かに注がれる。イオン伝導度が２０マイクロオーム未満になるまで、すすいで静かに注ぐ手順は、繰り返される。結果として生じた材料は、濾過され、真空オーブンを使用して６０℃で乾燥される。
【０１４２】
（実施例４：ＺｒＯ２安定剤を含む例示的なカソード材料）
２Ｌガラス反応器中で、頭上式機械的撹拌器を用いて、４００ｒｐｍで撹拌しながら、Ｍｎ（ＮＯ３）２×４Ｈ２Ｏ（１８７．６７ｇ）が、５５℃でＨ２Ｏ（１０００ｇ）に添加される。１３０ｍｇの酸化ジルコニウム（ＩＶ）が、１００ｇのＤＩ水に分散し、次いで、添加される。ゼラチン（０．１２ｇ）が、次いで、撹拌溶液に添加される。
【０１４３】
５５℃で１０分間撹拌後、４０重量％ＫＯＨ（２６０ｇ、水溶液）およびＨ２Ｏ（２６０ｇ）の混合物が、サイズ１６のｍａｓｔｅｒ−ｆｌｅｘ管を使用して、２０分間、１７．５ｇ／分の速度で圧送される。ガラス反応器の温度が、次いで、６５℃まで上昇される。Ｋ２Ｓ２Ｏ８（４０４．２１ｇ）が、次いで、６５℃に到着直後、１度に全部、反応器に添加される。反応物が、６５℃で５０分間、撹拌される。冷却後、溶液は、静かに注がれ、固体粒子は、次いで、洗浄液の伝導度が２０μＳ未満になるまで、Ｈ２Ｏ（２Ｌ×８）で洗浄される。結果として生じた材料は、濾過され、真空オーブンの中で６０℃にて乾燥される。
【０１４４】
この過程は、約６５ｇのＭｎＯ２（収率＞９９％）を生成し得る。
【０１４５】
２Ｌ三角フラスコの中で、上記で生成された６０ｇの乾燥ＭｎＯ２粉末が、７００ｇのＤＩ水に添加される。混合物は、４００ｒｐｍの撹拌速度を使用した頭上式撹拌器を用いて撹拌される。２．２４２ｇの酢酸鉛三水和物が、１００ｇのＤＩ水の中で溶解され、ＭａｓｔｅｒＦｌｅｘポンプを用いてＭｎＯ２混合物に液滴で添加される。いったん添加が完了すると、鉛溶液の容器は、５０ｇのＤＩ水で２回すすがれ、液滴添加が、続けられる。
【０１４６】
酢酸鉛の添加の６０分後に撹拌を停止し、ＭｎＯ２粒子が沈下し、水が静かに注がれる。イオン伝導度が２０マイクロオーム未満になるまで、すすいで静かに注ぐ手順は、繰り返される。結果として生じた材料は、濾過され、真空オーブンを使用して６０℃で乾燥される。
【０１４７】
（実施例５：Ａｌ２Ｏ３でドープしたＳｉＯ２、ＺｒＯ２、およびＺｎＯから調合される安定剤を含む、例示的なカソード材料）
２Ｌガラス反応器中で、頭上式機械的撹拌器を用いて、４００ｒｐｍで撹拌しながら、Ｍｎ（ＮＯ３）２×４Ｈ２Ｏ（１８７．６７ｇ）が、５５℃でＨ２Ｏ（１０００ｇ）に添加される。次いで、３つのナノ材料、ＳｉＯ２（１４ｍｇ）、ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３（２６ｍｇ）、およびＺｒＯ２（１３０ｍｇ）のＨ２Ｏ（２００ｇ）懸濁液に続いて、ゼラチン（０．１２ｇ）が添加される。
【０１４８】
５５℃で１０分間撹拌後、４０重量％ＫＯＨ（２６０ｇ、水溶液）およびＨ２Ｏ（２６０ｇ）の混合物が、サイズ１６のｍａｓｔｅｒ−ｆｌｅｘ管を使用して、２０分間、１７．５ｇ／分の速度で圧送される。ガラス反応器の温度が、次いで、６５℃まで上昇される。Ｋ２Ｓ２Ｏ８（４０４．２１ｇ）が、次いで、６５℃に到着直後、１度に全部、反応器に添加される。反応物が、６５℃で５０分間、撹拌される。冷却後、溶液は、静かに注がれ、固体粒子は、次いで、洗浄液の伝導度が２０μＳ未満になるまで、Ｈ２Ｏ（２Ｌ×８）で洗浄される。結果として生じた材料は、濾過され、真空オーブンの中で６０℃にて乾燥される。
【０１４９】
この過程は、約６５ｇのＭｎＯ２（収率＞９９％）を生成し得る。
【０１５０】
２Ｌ三角フラスコの中で、上記で生成された６０ｇの乾燥ＭｎＯ２粉末が、７００ｇのＤＩ水に添加される。混合物は、４００ｒｐｍの撹拌速度を使用した頭上式撹拌器を用いて撹拌される。２．２４２ｇの酢酸鉛三水和物が、１００ｇのＤＩ水の中で溶解され、ＭａｓｔｅｒＦｌｅｘポンプを用いてＭｎＯ２混合物に液滴で添加される。いったん添加が完了すると、鉛溶液の容器は、５０ｇのＤＩ水で２回すすがれ、液滴添加が、続けられる。
【０１５１】
酢酸鉛の添加の６０分後に撹拌を停止し、ＭｎＯ２粒子が沈下し、水が、静かに注がれる。イオン伝導度が２０マイクロオーム未満になるまで、すすいで静かに注ぐ手順を繰り返される。結果として生じた材料は、濾過され、真空オーブンを使用して６０℃で乾燥される。
【０１５２】
（実施例６：ガリウムでドープし、鉛で被覆したマンガン材料と、Ａｌ２Ｏ３でドープしたＳｉＯ２、ＺｒＯ２、およびＺｎＯから調合される安定剤とを含む、例示的なカソード）
２Ｌガラス反応器中で、頭上式機械的撹拌器を用いて、４００ｒｐｍで撹拌しながら、Ｍｎ（ＮＯ３）２×４Ｈ２Ｏ（１８７．６７ｇ）が、５５℃でＨ２Ｏ（１０００ｇ）に添加される。次いで、３つのナノ材料、ＳｉＯ２（１４ｍｇ）、ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３（２６ｍｇ）、およびＺｒＯ２（１３０ｍｇ）のＨ２Ｏ（２００ｇ）懸濁液が、添加される。ゼラチン（０．１１ｇ）および０．７５ｇ水酸化ガリウムが、次いで、撹拌溶液に添加される。
【０１５３】
５５℃で１０分間撹拌後、４０重量％ＫＯＨ（２６０ｇ、水溶液）およびＨ２Ｏ（２６０ｇ）の混合物が、サイズ１６のｍａｓｔｅｒ−ｆｌｅｘ管を使用して、２０分間、１７．５ｇ／分の速度で圧送される。ガラス反応器の温度が、次いで、６５℃まで上昇される。Ｋ２Ｓ２Ｏ８（４０４．２１ｇ）が、次いで、６５℃に到着直後、１度に全部、反応器に添加される。反応物が、６５℃で５０分間、撹拌される。冷却後、溶液は、静かに注がれ、固体粒子は、次いで、洗浄液の伝導度が２０μＳ未満になるまで、Ｈ２Ｏ（２Ｌ×８）で洗浄される。結果として生じた材料は、濾過され、真空オーブンの中で６０℃にて乾燥される。
【０１５４】
この過程は、約６５ｇのＭｎＯ２（収率＞９９％）を生成し得る。
【０１５５】
２Ｌ三角フラスコの中で、上記で生成された６０ｇの乾燥ＭｎＯ２粉末が、７００ｇのＤＩ水に添加される。混合物は、４００ｒｐｍで頭上式撹拌器を用いて撹拌される。２．２４２ｇの酢酸鉛三水和物が、１００ｇのＤＩ水の中で溶解され、ＭａｓｔｅｒＦｌｅｘポンプを用いてＭｎＯ２混合物に液滴で添加される。いったん添加が完了すると、鉛溶液の容器は、５０ｇのＤＩ水で２回すすがれ、液滴添加が、続けられる。
【０１５６】
酢酸鉛の添加の６０分後に撹拌を停止し、ＭｎＯ２粒子が沈下し、水が静かに注がれる。イオン伝導度が２０マイクロオーム未満になるまで、すすいで静かに注ぐ手順が、繰り返される。結果として生じた材料は、濾過され、真空オーブンを使用して６０℃で乾燥される。
【０１５７】
（実施例７：ＭｎＯ２と、Ａｌ２Ｏ３でドープしたＳｉＯ２、ＺｒＯ２、およびＺｎＯから調合される安定剤とを含む、例示的なカソード材料）
２Ｌガラス反応器中で、頭上式機械的撹拌器を用いて、４００ｒｐｍで撹拌しながら、ＫＭｎＯ４（１１８．１５ｇ）が、５５℃でＨ２Ｏ（１０００ｇ）に添加される。次いで、３つのナノ材料：ＳｉＯ２（１４ｍｇ）、ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３（２６ｍｇ）、およびＺｒＯ２（１３０ｍｇ）のＨ２Ｏ（２００ｇ）懸濁液が、添加される。ゼラチン（０．１２ｇ）が、次いで、撹拌溶液に添加される。５５℃で１０分間撹拌後、４０重量％ＫＯＨ（２６０ｇ、水溶液）およびＨ２Ｏ（２６０ｇ）の混合物が、サイズ１６のｍａｓｔｅｒ−ｆｌｅｘ管を使用して、２０分間、１７．５ｇ／分の速度で圧送される。Ｋ２ＳＯ３（１７７．４８ｇ）が、次いで、５５℃で５０分間撹拌させる前に、反応物に添加される。冷却後、溶液は、静かに注がれ、固体粒子は、次いで、洗浄液の伝導度が２０μＳ未満になるまで、Ｈ２Ｏ（２Ｌ×８）で洗浄される。結果として生じた材料は、濾過され、真空オーブンの中で６０℃にて乾燥される。
【０１５８】
この過程は、約６５ｇのＭｎＯ２（収率＞９９％）を生成し得る。
【０１５９】
２Ｌ三角フラスコの中で、上記で生成された６０ｇの乾燥ＭｎＯ２粉末が、７００ｇのＤＩ水に添加される。混合物は、４００ｒｐｍの撹拌速度を使用した頭上式撹拌器を用いて撹拌される。３２．２４２ｇの酢酸鉛三水和物が、１００ｇのＤＩ水の中で溶解し、ＭａｓｔｅｒＦｌｅｘポンプを用いてＭｎＯ２混合物に液滴で添加される。いったん添加が完了すると、鉛溶液の容器は、５０ｇのＤＩ水で２回すすがれ、液滴添加が、続けられる。
【０１６０】
酢酸鉛の添加の６０分後に撹拌を停止し、ＭｎＯ２粒子が沈下し、水が静かに注がれる。イオン伝導度が２０マイクロオーム未満になるまで、すすいで静かに注ぐ手順が繰り返される。結果として生じた材料は、濾過され、真空オーブンを使用して６０℃で乾燥される。
【０１６１】
（実施例８：ＭｎＯ２−ＳｉＯ２、ＭｎＯ２−ＺｒＯ２、およびＭｎＯ２−ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３の粒子から調合される安定化酸化マンガンの物理的混合物を含む、例示的なカソード材料）
実施例８の例示的なカソード材料は、実施例２、３、および４において上記で説明されるように調製された、２５ｇの各カソード材料を物理的に混合することによって調製される。
【０１６２】
（Ｂ．例示的なカソードの特性評価）
本発明のいくつかの例示的なカソードの調合は、比較の目的で提供されるＭｎＯ２カソードとともに、特徴付けられ得る。本発明の例示的なカソードの調合の概要は、以下の表１に提供される。
【０１６３】
【表１】
2013545242.tif 000002
ａ提供された安定剤、例えば、実施例７の原料の重量パーセントは、ＭｎＯ２の重量あたりの量で求められる。
【０１６４】
これらの例示的なカソード材料のうちのいくつかの物理的性質を試験した。試験手順および結果は、以下で提供される。
【０１６５】
（１．活性）
上記で説明される例示的なカソード材料の活性は、滴定によって測定される。材料は、へらで押しつぶされる、および／またはすりつぶされる。試料が完全に乾燥していない場合、真空オーブンの中で６０℃にて一晩乾燥させられる。０．１００ｇの試料が、清潔な１２５ｍｌフラスコの中へ直接添加され、重量が、少なくとも小数第３位まで正確に記録される。１０ｍｌの緩衝酢酸溶液および５ｍｌのＫＩ溶液（５９％）が、フラスコに添加される。粒子を分散させるようにフラスコが、旋回される。その最上部を覆って反転された小型プラスチックカップを置くことによってフラスコを覆い、覆ったフラスコは、２時間超音波分解される。２０ｍｌのＤＩ水が、フラスコに添加される。溶液が淡黄色になるまで、混合物が、Ｎａ２Ｓ２Ｏ３で滴定される（正確な正規性が記録される）。約１ｍｌのでんぷん指標が、添加され、混合物が終点を示す乳白色の黄色になるまで滴定が続けられる。
【０１６６】
（活性計算：）
【０１６７】
【数１】
2013545242.tif 000003
（２．粒径分析）
生成物の粒径は、Ｈｏｒｉｂａレーザ回折計（モデル番号ＬＡ−９３０）を使用して、分析され得る。いくつかの集団分布（例えば、５％、１０％、２０％等）に基づく直径が、記録され得る。
【０１６８】
粒径および形状特性評価もまた、走査電子顕微鏡法／エネルギー分散型Ｘ線分析（ＳＥＭ／ＥＤＳ）を使用して行われ得る。エネルギー分散型Ｘ線検出器を伴う電子顕微鏡が、この分析に使用されてもよい。
【０１６９】
（３．抵抗率）
以下の方法を使用して、カソード材料の抵抗率が、判定される。
３グラムのカソード材料が、３．８８ｃｍ２の面積を有するプレスの中へ装填される。１０〜４０メートルトンの力が、試料カソード材料に印加され、１０メートルトンから４０メートルトンの間の５メートルトン増分ごとに、抵抗が記録される。試料の抵抗率は、無限力における値であることに留意されたい。
【０１７０】
（４．熱分析）
示差走査熱量測定（ＤＳＣ）が、１０℃／分の走査速度でＴＡ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製示差走査熱量計（モデル番号２９２０）を使用して行われ、熱重量分析（ＴＧＡ）が、生成物の熱的性質を特徴付けるために、２０℃／分でＭｅｔｔｌｅｒ  Ｔｏｌｅｄｏ  ＴＧＡ／ＳＤＴＡ（モデル番号８５１ｅ）を使用して行われる。
【０１７１】
（５．電気的性質）
上記の実施例１〜８において説明された例示的なカソード材料の電気的性質の評価のために、試験電池が、構築される。図２は、マンガン亜鉛試験電池で使用された元素の配列順を図示する。水性アルカリ性水酸化物（ＮａＯＨ、ＫＯＨ、またはそれらの組み合わせ）から調合された電解質が、充電および放電過程中にＯＨ−を提供する目的で使用される。
【０１７２】
実施例１−４に説明されたカソード材料は、２．０Ａｈ容量を有する角柱試験電池に組み込まれてもよく、実施例５および６に説明されるカソード材料は、３．０Ａｈ容量を有する角柱試験電池に組み込まれてもよい。
【０１７３】
これらの試験電池１〜５のアノードは、酸化亜鉛（１３重量％）およびＢｉ２Ｏ３（０．５重量％）の添加剤、ならびに結合剤としての５重量％ＰＴＦＥとともに、３．６ｇの亜鉛を使用して形成される。アノードは、２トンでプレスされた４３ｍｍ×３１ｍｍの長方形に構成される。長方形状物は、Ｉｎ／真鍮（０．１重量％）の添加剤を伴う３２重量％ＫＯＨおよびＮａＯＨ（０．１ｇ）混合電解質（８０：２０）とともに、Ｓｏｌｕｐｏｒ（登録商標）（Ｌｙｄａｌｌ，Ｉｎｃ．（Ｒｏｃｈｅｓｔｅｒ，ＮＨ）から市販されている）で巻装され、図５で描写されるように試験電池に組み込まれる。
【０１７４】
試験カソードが、３重量％ＰＴＦＥ結合剤を含むカソード材料から形成される。カソード材料は、４３ｍｍ×３１ｍｍの長方形に形成され、５．５Ｔでプレスされ、Ｐｂ（０．４重量％）の添加剤を伴う３２％ＫＯＨおよびＮａＯＨ（０．２ｇ）混合電解質（８０：２０）とともに、Ｓｈｉｌｏｎｇ  Ｃｏｍｐａｎｙから市販されているＳＬ６−８材料で巻装される。
【０１７５】
試験電池はまた、３２％ＫＯＨおよびＮａＯＨ混合電解質で含浸および充填された巻装電極の間に位置する、Ｉｎｎｏｖｉａ  Ｆｉｌｍｓから市販されている２つの明確に異なるセロファン膜も含む。表３は、試験電池を説明する。
【０１７６】
【表２】
2013545242.tif 000004
参照番号「Ｔ２」で指定されているカソードパウチ材料は、３層の共押出材料から形成される。第１層、すなわち、カソードに対面する層は、ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）およびポリアクリル酸（ＰＡＡ）（３５重量％ＰＡＡ対ＰＳＳ）の混合物である。第２層は、充填ポリビニルアルコールであり、第３の層は、非充填ポリビニルアルコールである。構造的に、第２層は、第１および第３層の間に間置される。第１のカソードは、後に、ＰＳＳ（２５重量％市販ＰＳＳ溶液（Ｍｗ＝１Ｍ））および２５重量％市販ＰＡＡ溶液（１９２０５８Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｐｏｌｙ（アクリル酸）部分ナトリウム塩溶液、ＧＰＣによる平均Ｍｗ約２４０，０００、Ｈ２Ｏ中で２５重量％）から調合される。第２のカソード層は、約１０重量％ＰＶＡおよびＺｒＯ２粉末（約３５重量％ＺｒＯ２対ＰＶＡ）から調合される。また、第３層は、１０重量％ＰＶＡ原液から調合される。膜は、共押出され、低乾燥機温度で乾燥される。３つの層のそれぞれは、厚さ約１０ミクロンである。
【０１７７】
「ＳＬ６−８」は、Ｓｈｉｌｏｎｇ  Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている８ミクロンの厚さの膜である。
【０１７８】
安定剤を含むカソードを有する試験電池のサイクル寿命は、充電サイクルの関数としてのバッテリ容量の低減を評価するために、試験電池を繰り返し充電および放電することによって判定される。２回の連続充電サイクルにおける放電と充填との間の期間は、１０分未満であることに留意されたい。
【０１７９】
一般的な充電・放電循環手順は、以下の通りである。
【０１８０】
バッテリは、バッテリ端子電圧が２．０３ボルト以上に達するまで、一定電流で充電され、次いで、電圧は、電池の所望の電荷容量に達するまで、２．０３ボルトに固定して保たれる。初期充電電流は、５時間でバッテリを充電するように選択される。充電後、バッテリは、１０〜３０分間、放置される。次いで、バッテリ電圧が１．２ボルトに達するまで、または５時間の総放電時間に達するまで、バッテリを一定電流で充電する。電流は、５時間でバッテリを完全に放電するように選択される。放電後、電池は、１０〜３０分間、放置される。
【０１８１】
（他の実施形態）
本明細書で開示される実施形態は、読者に本発明の新規の側面を熟知させる目的で論議されている。本発明の好ましい実施形態が示され、説明されているが、以下の請求項で説明されるような本発明の精神および範囲から必ずしも逸脱することなく、多くの変更、修正、および置換が当業者によって行われてもよい。
【国際調査報告】
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