包含β‑脱锂态层状氧化镍电化学活性正极材料的电池的制作方法

发明领域本发明涉及电池，更具体涉及包含β-脱锂态层状氧化镍电化学活性正极材料的电池。发明背景电化学单体电池（cell）或电池（battery）常用作电能源。电池含有负电极，常被称作负极，和正电极，常被称作正极。负极含有可被氧化的电化学活性负极材料。正极含有可被还原的电化学活性正极材料。电化学活性负极材料能够还原电化学活性正极材料。在负极和正极之间安置隔膜。将电池组件安置在通常由金属制成的罐或外壳中。当电池用作电子装置中的电能源时，与负极和正极进行电接触，以使电子流经该装置并允许分别发生氧化和还原反应以向电子器件提供电力。电解质与负极、正极和隔膜接触。电解质含有流经负极和正极之间的隔膜的离子以在放电过程中保持整个电池的电荷平衡。越来越需要制造更适用于驱动当代电子装置，如玩具；遥控装置；音频设备；闪光灯；数码相机和外围摄影设备；电子游戏；牙刷；收音机；和时钟的电池。为满足这一需求，电池可包含更高载量的电化学活性负极和/或正极材料以提供提高的容量和使用寿命。但是，电池也以通用尺寸提供，如aa、aaa、aaaa、c和d电池尺寸，它们具有固定的外部尺寸和有限的内部体积。仅提高电化学活性材料载量以获得性能更好的电池的能力因此受到限制。电池的电化学活性正极材料是可为提供提高的性能而调节的另一设计特征。例如，具有较高体积比容量和质量比容量的电化学活性材料可产生性能更好的电池。类似地，具有较高氧化态的电化学活性材料也可能产生性能更好的电池。但是，所选电化学活性材料必须为该电池驱动的装置提供可接受的闭路电压或运行电压范围。如果电池的ocv或运行电压太高，该装置可能损坏。相反，如果电池的运行电压太低，该装置可能完全不工作。此外，电化学活性材料，如高氧化态过渡金属氧化物可能是高度反应性的。在将该电化学活性材料并入电池内并与电解质接触时，此类电化学活性材料的高度反应性性质可能造成气体析出。任何析出的气体可能造成电池内的结构问题，如正极内的连续性（continuity）和/或电解质从电池中泄漏。高氧化态过渡金属氧化物可能有害地与其它电池组分，如碳添加剂，例如石墨；其它添加剂，例如一种或多种表面活性剂；和/或隔膜反应。高氧化态过渡金属氧化物还可能具有消耗电解质的倾向，这可能造成电池内的其它结构问题，如正极膨胀和电池内的不利水平衡。另外，包含高氧化态过渡金属氧化物作为电化学活性正极材料的电池可能例如在将该电池储存一段时间时表现出不稳定性和提高的自放电率。此外，需要适当平衡电池的水和氢氧化钾含量与电化学活性材料含量的比率以提供电化学活性材料的适当利用。此外，水和氢氧化钾含量与电化学活性材料含量的合适比率的选择可提供在多个放电率方案中提高的电池性能。需要提供解决上述需求的包含电化学活性正极材料的电池。本发明的包含β-脱锂态层状氧化镍电化学活性正极材料的电池尤其解决这些需求。发明概述在一个实施方案中，本发明涉及电池。该电池包括正极、负极、在正极与负极之间的隔膜和电解质。该正极包含导电添加剂和电化学活性正极材料。该电化学活性正极材料包含β-脱锂态层状氧化镍。该β-脱锂态层状氧化镍具有化学式。该化学式是lixayni1+a-zmzo2·nh2o，其中x为大约0.02至大约0.20；y为大约0.03至大约0.20；a为大约0至大约0.2；z为大约0至大约0.2；且n为大约0至大约1。在该化学式内，a是碱金属。该碱金属包括钾、铷、铯和它们的任何组合。在该化学式内，m包含碱土金属、过渡金属、非过渡金属和它们的任何组合。该负极包含电化学活性负极材料。该电化学活性负极材料包含锌、锌合金和它们的任何组合。附图简述尽管本说明书以特别指出和明确要求保护被认为构成本发明的主题的权利要求书结束，但相信，由结合附图作出的下列描述更好地理解本发明。图1是包含β-脱锂态层状氧化镍电化学活性正极材料的一次碱性电池的一个实施方案的横截面。图2包含β脱锂态层状氧化镍电化学活性正极材料的一个实施方案的粉末x-射线衍射图以及其它材料的粉末x-射线衍射图。图3是包含电压指示器的一次碱性电池的透视图。发明详述电化学单体电池或电池可以是一次或二次的。一次电池旨在仅一次放电，例如至耗尽，然后丢弃。一次电池描述在例如davidlinden,handbookofbatteries（第4版，2011）中。二次电池旨在再充电。二次电池可以放电和再充电多次，例如多于五十次、一百次或更多。二次电池描述在例如davidlinden,handbookofbatteries（第4版，2011）中。相应地，电池可包含各种电化学电偶和电解质组合。尽管本文中提供的描述和实施例通常涉及一次碱性电化学单体电池或电池，但应该认识到，本发明适用于水性、非水性、离子液体和固态系统的一次和二次电池。上述系统的一次和二次电池因此在本申请的范围内并且本发明不限于任何特定实施方案。参照图1，其显示包括正极12、负极14、隔膜16和外壳18的一次碱性电化学单体电池或电池10。电池10还包括集流体20、密封件（seal）22和端盖24。端盖24充当电池10的负端子。正凸起（positivepip）26在电池10的与端盖24相反的末端。正凸起26可充当电池10的正端子。电解液分散在整个电池10中。正极12、负极14、隔膜16、电解质、集流体20和密封件22包含在外壳18内。电池10可以是例如aa、aaa、aaaa、c或d规格碱性电池。外壳18可以是一次碱性电池中常用的任何传统类型的外壳并可以由任何合适的基础材料，例如冷轧钢或镀镍冷轧钢制成。外壳18可具有圆柱形。外壳18可具有任何其它合适的非圆柱形。外壳18例如可具有包含至少两个平行板的形状，如矩形、正方形或棱柱形。外壳18可以例如由基础材料，如冷轧钢或镀镍钢的板材深拉（deep-drawn）。外壳18可以例如拉制成圆柱形。外壳18可具有至少一个开口端。外壳18可具有封闭端和开口端和在它们之间的侧壁。外壳18的侧壁的内表面可以用在外壳18的侧壁的内表面和电极，如正极12之间提供低电接触电阻的材料处理。外壳18的侧壁的内表面可以镀有例如镍、钴和/或涂有含碳涂料以降低例如外壳18的侧壁的内表面和正极12之间的接触电阻。正极12包含至少一种电化学活性正极材料。该电化学活性正极材料可以是β-脱锂态层状氧化镍。该β-脱锂态层状氧化镍可具有化学通式lixayni1+a-zμzo2·nη2o，其中x为大约0.02至大约0.20；y为大约0.03至大约0.20；a为大约0至大约0.2；z为大约0至大约0.2；n为大约0至大约1；a包含碱金属；且m包含碱土金属、过渡金属、非过渡金属和它们的任何组合。该β-脱锂态层状氧化镍可具有化学通式lixayni1+a-zμzo2·nη2o，其中x为大约0.03至大约0.12；y为大约0.03至大约0.20；a为大约0至大约0.2；z为大约0至大约0.2；n为大约0至大约1；a包含碱金属；且m包含碱土金属、过渡金属、非过渡金属和它们的任何组合。该电化学活性正极材料可具有一定的质量比容量。该β-脱锂态层状氧化镍电化学活性正极材料可具有大于大约350mah/g的质量比容量。该β-脱锂态层状氧化镍电化学活性正极材料可具有大约350mah/g至大约400mah/g的质量比容量。来自元素周期表第1a族的元素常被称作碱金属。该碱金属可包括来自元素周期表第1a族的元素或元素的任何组合。该碱金属可包含例如钾(k)、铷(rb)、铯(cs)和它们的任何组合。来自元素周期表第iia族的元素常被称作碱土金属。该碱土金属可包含来自元素周期表第iia族的元素或元素的任何组合。该碱土金属可包含例如镁(mg)。来自元素周期表第ib-viiib族的元素常被称作过渡金属。该过渡金属可包含来自元素周期表第ib-viiib族的元素或元素的任何组合。该过渡金属可包含例如钴(co)、锰(mn)、钇(y)、钛(ti)和它们的任何组合。该非过渡金属可包含例如铝(al)、镓(ga)、锗(ge)、铟(in)、锡(sn)和它们的任何组合。该碱金属可以是例如钾(k)。该β-脱锂态层状氧化镍的化学式可以是例如lixkyni1+a-zμzo2·nη2o，其中x为大约0.02至大约0.20；y为大约0.03至大约0.20；a为大约0至大约0.2；z为大约0至大约0.2；n为大约0至大约1。该β-脱锂态层状氧化镍的化学式可以是例如lixkyni1+a-zμzo2·nη2o，其中x为大约0.02至大约0.20；y为大约0.08至大约0.13；a为大约0至大约0.2；z为大约0至大约0.2；n为大约0至大约1；和m包含碱土金属、过渡金属、非过渡金属和它们的任何组合。该β-脱锂态层状氧化镍的化学式可以是例如li0.11k0.11nio2·0.5h2o或li0.06k0.12nio2·0.53h2o。该碱土金属可以是例如镁(mg)。该β-脱锂态层状氧化镍的化学式可以是例如lixkyni1+a-zmgzo2·nh2o，其中x为大约0.02至大约0.2；y为大约0.03至大约0.2；a为大约0至大约0.2；z为大约0至大约0.2；且n为大约0至大约1。该β-脱锂态层状氧化镍的化学式可以是例如li0.15k0.10ni1.05mg0.04o2·0.24h2o。该过渡金属可以是例如钴(co)。该β-脱锂态层状氧化镍的化学式可以是例如lixkyni1+a-zcozo2·nh2o，其中x为大约0.02至大约0.2；y为大约0.03至大约0.2；a为大约0至大约0.2；z为大约0至大约0.2；且n为大约0至大约1。该β-脱锂态层状氧化镍的化学式可以是例如li0.04k0.11ni0.97co0.03o2·nh2o。该非过渡金属可以是例如铝(al)。该β-脱锂态层状氧化镍的化学式可以是例如lixkyni1+a-zalzo2-nh2o，其中x为大约0.02至大约0.2；y为大约0.03至大约0.2；a为大约0至大约0.2；z为大约0至大约0.2；且n为大约0至大约1。该β-脱锂态层状氧化镍的化学式可以是例如li0.12k0.09ni1.08al0.02o2·0.18h2o。可通过本领域中已知的任何可接受的方法测定该β-脱锂态层状氧化镍内的一种或多种碱金属、一种或多种碱土金属、一种或多种过渡金属和/或一种或多种非过渡金属的含量。例如，可以通过电感耦合等离子体原子发射光谱（icp-aes）和/或原子吸收（aa）光谱测定该β-脱锂态层状氧化镍内的一种或多种碱金属和一种或多种过渡金属的含量。可以例如使用如例如j.r.dean,practicalinductivelycoupledplasmaspectroscopy,第65-87页（2005）和b.welz和m.b.sperling,atomicabsorptionspectrometry,第221-294页（第3版，1999）所述的标准方法完成icp-aes和/或aa分析。可获自horibascientific（kyoto,japan）的ultima2icp光谱仪可用于完成对样品材料，如β-脱锂态层状氧化镍的icp-aes分析。可以根据β-脱锂态层状氧化镍内所含的元素在不同波长下进行β-脱锂态层状氧化镍的icp-aes分析。如通过icp-aes测定的，β-脱锂态层状氧化镍内的钾含量可以小于大约7重量%。如通过icp-aes测定的，β-脱锂态层状氧化镍内的钾含量可以为大约3重量%至大约7重量%。可通过本领域中已知的任何可接受的方法测定该β-脱锂态层状氧化镍内的水含量。例如，可通过热重分析（tga）测定该β-脱锂态层状氧化镍内的水含量。tga通过测量随温度提高的样品重量变化而测定例如样品材料的吸收和吸附水；样品材料的晶格内的水含量；和样品材料内的总水含量。例如r.f.speyer,thermalanalysisofmaterials(1994)描述了tga。可获自tainstruments（newcastle,de,usa）的q5000分析仪可用于完成对样品材料，如β-脱锂态层状氧化镍的tga。粉末x-射线衍射（xrd）是用于表征样品材料，如结晶粉末的晶格结构的分析技术。结晶样品材料的xrd分析会得出由与样品材料的晶体结构中的衍射平面对应的具有不同强度、宽度和衍射角度（峰位置）的峰构成的特征衍射图。可以用x-射线衍射仪通过如例如b.d.cullity和s.r.stock,elementsofx-raydiffraction（第3版，2001）所述的标准方法使用cuka辐射测量xrd图。可获自brukercorporation（madison,wi,usa）的d-8advancex-射线衍射仪可用于完成对样品材料，如β-脱锂态层状氧化镍的粉末xrd分析。可以例如通过xrd图的rietveld精修测定样品材料的晶胞参数，如晶胞长度和角度。例如h.m.rietveld,aprofilerefinementmethodfornuclearandmagneticstructures,2j.appl.cryst,第65-71页(1969)描述了rietveld精修。可以通过含有硅(si)标样的样品材料的xrd图的峰增宽测定样品材料的微晶尺寸。可以例如通过如例如h.p.klug和l.e.alexanderx-raydiffractionproceduresforpolycrystallineandamorphousmaterials,第618-694页(1974)论述的单峰scherrer方法或warren-averbach方法完成峰增宽分析。warren-averbach方法也可用于测定样品材料的残留应变和应力。半高全宽（fwhm）可用于表征样品材料的衍射图中的线的相对锐度或宽度。可以通过测量峰强度；将测得的强度除以2以计算半强度（半高）；和在计算的半高度处测量峰的以2θ计的宽度而测定fwhm。该归一化强度可以与峰位置一起用于比较与样品材料的晶格内的特定衍射平面相关联的相对衍射效率。可以对相同xrd图内的峰计算归一化强度。可以将xrd图的所有峰归一化为具有最高强度的峰（参考峰）。以百分比报道的归一化通过用被归一化的峰的强度除以参考峰的强度并乘以100进行。例如，参考峰可具有425的强度，被归一化的峰可具有106的强度。该峰的归一化强度为25%，例如[(106/425)·100]。参考峰具有100%的归一化强度。所得xrd图可以与已知xrd图比较。可以由已知样品材料生成对比xrd图。此外，所得xrd图可以与例如可获自internationalcentrefordiffractiondata（newtonsquare,pa,usa）的powderdiffractionfile（pdf）数据库或可获自fizkarlsruhe（eggenstein-leopoldshafen,germany）的inorganiccrystalstructuredatabase（icsd）内的已知xrd图比较。与已知样品材料或pdf的比较决定样品材料的所得xrd图是否不同于、类似于或等同于材料的已知xrd图。用于与例如β-脱锂态层状氧化镍比较的pdf数据库内的已知xrd图包括用于β-羟基氧化镍的pdf#00-06-0141；用于γ-羟基氧化镍的pdf#00-00675；用于氧化镍的pdf#00-059-0463；用于β-氢氧化镍的pdf#00-059-0463；和用于氢氧化钾的pdf#00-036-0791。该β-脱锂态层状氧化镍可具有特征xrd图。该xrd图可包括指示β-脱锂态层状氧化镍的几个峰或峰组合。该xrd图可包括β-脱锂态层状氧化镍的几个峰的特征fwhm值。该xrd图还可包括β-脱锂态层状氧化镍的几个峰的特征归一化强度。该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图可包括第一峰。第一峰可具有大约14.9°2θ至大约16.0°2θ的在xrd图上的峰位置。第一峰可以例如在大约15.4°2θ处。该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图可包括第二峰。第二峰可具有大约21.3°2θ至大约22.7°2θ的在xrd图上的峰位置。第二峰可以例如在大约22.1°2θ处。该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图可包括第三峰。第三峰可具有大约37.1°2θ至大约37.4°2θ的在xrd图上的峰位置。第三峰可以例如在大约37.3°2θ处。该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图可包括第四峰。第四峰可具有大约43.2°2θ至大约44.0°2θ的在xrd图上的峰位置。第四峰可以例如在大约43.6°2θ处。该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图可包括第五峰。第五峰可具有大约59.6°2θ至大约60.6°2θ的在xrd图上的峰位置。第五峰可以例如在大约60.1°2θ处。该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图可包括第六峰。第六峰可具有大约65.4°2θ至大约65.9°2θ的在xrd图上的峰位置。第六峰可以例如在大约65.7°2θ处。该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图可包括第七峰。第七峰可具有大约10.8°2θ至大约12.0°2θ的在xrd图上的峰位置。第七峰可以例如在大约11.2°2θ处。该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图可包括第八峰。第八峰可具有大约47.2°2θ至大约47.4°2θ的在xrd图上的峰位置。第八峰可以例如在大约47.3°2θ处。该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图可包括第九峰。第九峰可具有大约48.1°2θ至大约48.6°2θ的在xrd图上的峰位置。第九峰可以例如在大约48.3°2θ处。该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图的第一峰可具有fwhm（fwhm）。第一峰的fwhm可以为大约1.01至大约2.09。第一峰的fwhm可以为例如大约1.37。该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图的第二峰可具有fwhm。第二峰的fwhm可以为大约0.86至大约1.95。第二峰的fwhm可以为例如大约1.37。该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图的第三峰可具有fwhm。第三峰的fwhm可以为大约0.23至大约0.41。第三峰的fwhm可以为例如大约0.28。该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图的第四峰可具有fwhm。第四峰的fwhm可以为大约0.40至大约0.75。第四峰的fwhm可以为例如大约0.60。该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图的第五峰可具有fwhm。第五峰的fwhm可以为大约0.57至大约1.45。第五峰的fwhm可以为例如大约0.92。该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图的第六峰可具有fwhm。第六峰的fwhm可以为大约0.27至大约0.53。第六峰的fwhm可以为例如大约0.36。该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图的第七峰可具有fwhm。第七峰的fwhm可以为大约0.56至大约1.73。第七峰的fwhm可以为例如大约1.13。该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图的第八峰可具有fwhm。第八峰的fwhm可以为大约0.08至大约0.21。第八峰的fwhm可以为例如大约0.15。该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图的第九峰可具有fwhm。第九峰的fwhm可以为大约0.33至大约0.58。第九峰的fwhm可以为例如大约0.45。该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图的峰可以归一化。该xrd图的峰可以归一化至例如该xrd图的第三峰。该xrd图的第一峰的归一化强度可以为大约13%至大约37%。该xrd图的第一峰的归一化强度可以为例如大约24%。该xrd图的第二峰的归一化强度可以为大约6%至大约16%。该xrd图的第二峰的归一化强度可以为例如大约10%。该xrd图的第三峰的归一化强度可以为例如100%。该xrd图的第四峰的归一化强度可以为大约45%至大约73%。该xrd图的第四峰的归一化强度可以为例如大约58%。该xrd图的第五峰的归一化强度可以为大约7%至大约17%。该xrd图的第五峰的归一化强度可以为例如大约11%。该xrd图的第六峰的归一化强度可以为大约41%至大约61%。该xrd图的第六峰的归一化强度可以为例如大约48%。该xrd图的第七峰的归一化强度可以为大约2%至大约18%。该xrd图的第七峰的归一化强度可以为例如大约6%。该xrd图的第八峰的归一化强度可以为大约8%至大约20%。该xrd图的第八峰的归一化强度可以为例如大约10%。该xrd图的第九峰的归一化强度可以为大约6%至大约20%。该xrd图的第九峰的归一化强度可以为例如大约12%。该电化学活性正极材料在放电过程中还原并同时消耗电池内的电解质中的水。这导致形成氢氧化物且在电化学活性正极材料的结构中包含质子。传统碱性电池例如可包含电解二氧化锰（emd）作为电化学活性正极材料。在这种传统电池中，每摩尔以4+氧化态存在的锰可消耗1摩尔水，所述以4+氧化态存在的锰可通过1-电子还原过程还原成3+氧化态的锰。非传统的碱性电池例如可包含β-脱锂态层状氧化镍作为电化学活性正极材料。该β-脱锂态层状氧化镍可以例如具有化学式li0.06k0.12nio2·0.53h2o。在这种非传统电池中，每摩尔以4+氧化态存在的镍可消耗2摩尔水，所述以4+氧化态存在的镍可通过2-电子还原过程还原成2+氧化态的镍。另外，在这种非传统电池中，每摩尔以3+氧化态存在的镍可消耗1摩尔水，所述以3+氧化态存在的镍可通过1-电子还原过程还原成2+氧化态的镍。因此，含有β-脱锂态层状氧化镍的电池的电化学放电可需要每摩尔镍多于1摩尔水以实现完全放电。此外，可能需要过量水以使负极在放电过程中的极化最小化并补偿在电池储存过程中的自放电消耗的水。可能需要的过量水的量取决于β-脱锂态层状氧化镍的具体化学组成。水可以在碱性电解质水溶液中和作为β-脱锂态层状氧化镍的水分含量引入电池。电解质可遍布电池分布。可通过各种方法提高电池中存在的水的总量。例如，可添加到电池中的碱性电解质的总量。此外，可通过降低碱性电解质水溶液的氢氧化钾浓度提高电池中的水量。通常，可能期望在电池中加入最小体积的碱性电解质溶液以使可用于电化学活性材料内容物的内部体积最大化。正极12还可包含至少一种或多种附加电化学活性正极材料。该附加电化学活性正极材料可包括氧化锰、二氧化锰、电解二氧化锰（emd）、化学二氧化锰（cmd）、高功率电解二氧化锰（hpemd）、λ二氧化锰、γ二氧化锰、β二氧化锰和它们的任何组合。其它电化学活性正极材料包括，但不限于，氧化银；氧化镍；羟基氧化镍；氧化铜；铜盐，如碘酸铜；氧化铋；高价镍化合物；氧；和它们的任何组合。该氧化镍可包括氢氧化镍、羟基氧化镍、羟基氧化钴涂布的羟基氧化镍、α-脱锂态层状氧化镍和它们的任何组合。该氢氧化镍或羟基氧化镍可包括β-羟基氧化镍、γ-羟基氧化镍，和/或β-羟基氧化镍和/或γ-羟基氧化镍的共生物。羟基氧化钴涂布的羟基氧化镍可包括羟基氧化钴涂布的β-羟基氧化镍、羟基氧化钴涂布的γ-羟基氧化镍，和/或羟基氧化钴涂布的β-羟基氧化镍和γ-羟基氧化镍共生物。高价镍化合物可包括镍酸钡和高碘酸钾镍。正极12可包含导电添加剂，如碳和粘合剂。正极12还可包含其它添加剂。碳可通过促进正极12的固体结构内的电子流提高正极12的电导率。碳可以是石墨，如膨胀石墨和天然石墨；石墨烯、单壁纳米管、多壁纳米管、碳纤维；碳纳米纤维；碳纳米带；碳纳米片及其混合物。正极中的碳量优选相对较低，例如小于大约12%、小于大约10%、小于大约9%、小于大约8%、小于大约6%、小于大约3.75%或甚至小于大约3.5%，例如大约2.0%至大约3.5%。较低碳量使得正极12内能够包含较高载量的电化学活性正极材料而不提高正极12的体积或降低电池10内的空隙体积（其必须保持在一定水平或高于一定水平以防止在单体电池内生成气体时内部压力上升太高）。用于电池内的合适的石墨可以是例如mx-15、sfg-15、mx-25、bnb-90和/或bnc-30，其都可获自timcalcarbon&graphite（bodio,switzerland）。正极通常优选基本不含非膨胀石墨。尽管非膨胀石墨粒子为正极粒料成型过程提供润滑，但这种类型的石墨明显不如膨胀石墨导电，因此必须使用更多非膨胀石墨以获得与含膨胀石墨的正极相同的正极电导率。正极12可包含低含量的非膨胀石墨。但是，包含非膨胀石墨可以折中可获得的石墨浓度降低，同时由于非膨胀石墨的较低电导率，保持足够水平的正极电导率。可用于正极12的任选粘合剂的实例包括聚乙烯、聚丙烯酸或氟碳树脂，如pvdf或ptfe。用于正极12内的任选粘合剂可以是例如可获自e.i.dupontdenemoursandcompany（wilmington,de,usa）的coathyleneha-1681。在例如美国专利5,698,315、5,919,598、5,997,775和7,351,499中描述了其它正极添加剂的实例。正极12内的电化学活性正极材料的含量可被称作正极载量。正极12的载量可随电池10内所用的电化学活性正极材料和电池10的尺寸而变。例如，具有β-脱锂态层状氧化镍电化学活性正极材料的aa电池可具有至少大约6克β-脱锂态层状氧化镍的正极载量。该正极载量可以例如为至少大约7克β-脱锂态层状氧化镍。正极载量可以例如为大约7.2克至大约11.5克β-脱锂态层状氧化镍。正极载量可以为大约8克至大约10克β-脱锂态层状氧化镍。正极载量可以为大约8.5克至大约9.5克β-脱锂态层状氧化镍。正极载量可以为大约9.5克至大约11.5克β-脱锂态层状氧化镍。正极载量可以为大约10.4克至大约11.5克β-脱锂态层状氧化镍。对于aaa电池，正极载量可以为至少大约3克β-脱锂态层状氧化镍电化学活性正极材料。正极载量可以为大约3克至大约5克β-脱锂态层状氧化镍。正极载量可以为大约3.5克至大约4.5克β-脱锂态层状氧化镍。正极载量可以为大约3.9克至大约4.3克β-脱锂态层状氧化镍。对于aaaa电池，正极载量可以为大约1.5克至大约2.5克β-脱锂态层状氧化镍电化学活性正极材料。对于c电池，正极载量可以为大约27.0克至大约40.0克，例如大约33.5克β-脱锂态层状氧化镍电化学活性正极材料。对于d电池，正极载量可以为大约60.0克至大约84.0克，例如大约72.0克β-脱锂态层状氧化镍电化学活性正极材料。正极组分，如一种或多种活性正极材料、碳粒子、粘合剂和任何其它添加剂可以与液体，如氢氧化钾电解质水溶液组合、共混并压成粒料以用于电池10的组装。为了最优化的正极粒料加工，正极粒料通常优选具有大约2%至大约5%，更优选大约2.8%至大约4.6%的水分含量。将该粒料在电池10的组装过程中置于外壳18内之后，通常将该粒料再压实以在外壳18内形成均匀的正极组装件。该正极粒料可具有包括中心孔的圆柱形。粒料尺寸可随在其中使用该粒料的电池的尺寸，例如aa尺寸、aaa尺寸、aaaa尺寸、c尺寸和d尺寸而变。中心孔可限定粒料的内径（id）。用于aa电池的粒料的内径可以是例如大约9.1毫米至大约9.9毫米。用于aa电池的粒料的内径可以是例如大约9.3毫米至大约9.7毫米。用于aaa电池的粒料的内径可以是例如大约6.6毫米至大约7.2毫米。用于aaa电池的粒料的内径可以是例如大约6.7毫米至大约7.1毫米。用于aaaa电池的粒料的内径可以是例如大约5毫米至大约5.5毫米。用于c电池的粒料的内径可以是例如大约16毫米至大约19毫米。用于d电池的粒料的内径可以是例如大约21毫米至大约25毫米。正极12具有可在正极制造时计算的孔隙率。正极12的孔隙率可以为大约20%至大约40%、大约22%至大约35%，例如大约26%。可以在制造时，例如在正极粒料加工后计算正极12的孔隙率，因为电池10内的正极12的孔隙率可能随时间改变，这尤其由于与正极的电解质润湿和电池10的放电相关联的正极膨胀。正极12的孔隙率可如下计算。各固体正极组分的真密度可获自参考书，例如lange'shandbookofchemistry（第16版，2005）。各正极组分的固体重量取决于电池设计。各正极组分的固体重量可除以各正极组分的真密度以测定正极固体体积。电池10内被正极12占据的体积仍取决于电池设计。可通过计算机辅助设计（cad）程序计算被正极12占据的体积。可通过下列公式测定孔隙率：正极孔隙率=[1-(正极固体体积÷正极体积)]x100例如，aa电池的正极12可包含大约9.0克α脱锂态层状氧化镍和大约0.90克石墨（bnc-30）作为正极12内的固体。α-脱锂态层状氧化镍和石墨的真密度分别为大约4.9克/立方厘米和大约2.15克/立方厘米。将固体重量除以各自的真密度得出大约1.8立方厘米的被α-脱锂态层状氧化镍占据的体积和大约0.42立方厘米的被石墨占据的体积。总固体体积为大约2.2立方厘米。电池设计师可以选择被正极12占据的体积为大约3.06立方厘米。根据上述方程式[l-(2.2cm3÷3.06cm3)]计算正极孔隙率得出大约0.28或28%的正极孔隙率。负极14可以由至少一种电化学活性负极材料、胶凝剂和次要量的添加剂，如有机和/或无机析气（gassing）抑制剂形成。电化学活性负极材料可包括锌；氧化锌；氢氧化锌；镉；铁；金属氢化物，如ab5(h)、ab2(h)和a2b7(h)；它们的合金；和它们的任何组合。负极14内的电化学活性负极材料的含量可被称作负极载量。负极14的载量可随电池内所用的电化学活性负极材料和电池的尺寸而变。例如，具有锌电化学活性负极材料的aa电池可具有至少大约3.3克锌的负极载量。负极载量可以例如为至少大约3.5克、大约3.7克、大约3.9克、大约4.1克、大约4.3克或大约4.5克锌。负极载量可以为大约4.0克至大约5.5克锌。负极载量可以为大约4.2克至大约5.3克锌。例如，具有锌电化学活性负极材料的aaa电池可具有至少大约1.8克锌的负极载量。例如，负极载量可以为大约1.8克至大约2.5克锌。负极载量可以例如为大约1.9克至大约2.4克锌。例如，具有锌电化学活性负极材料的aaaa电池可具有至少大约0.6克锌的负极载量。例如，负极载量可以为大约0.7克至大约1.3克锌。例如，具有锌电化学活性负极材料的c电池可具有至少大约9.3克锌的负极载量。例如，负极载量可以为大约10.0克至大约19.0克锌。例如，具有锌电化学活性负极材料的d电池可具有至少大约30.0克锌的负极载量。例如，负极载量可以为大约30.0克至大约45.0克锌。负极载量可以例如为大约33.0克至大约39.5克锌。可用在负极14内的胶凝剂的实例包括聚丙烯酸；与二乙烯基二醇的聚烯基醚交联的聚丙烯酸；接枝淀粉材料；聚丙烯酸的盐；羧甲基纤维素；羧甲基纤维素的盐（例如羧甲基纤维素钠）；或它们的组合。负极14可包含析气抑制剂，其可包括无机材料，如铋、锡或铟。或者，该析气抑制剂可包括有机化合物，如磷酸酯、离子表面活性剂或非离子表面活性剂。电解质可遍布正极12、负极14和隔膜16分散。该电解质包含在水溶液中的离子导电组分。该离子导电组分可以是氢氧化物。该氢氧化物可以是例如氢氧化钾、氢氧化铯和它们的任何组合。可以根据电池设计及其所需性能选择离子导电组分的浓度。水性碱性电解质可包含在水溶液中的氢氧化物作为离子导电组分。在电池10内的总电解质的重量基础上，电解质内的氢氧化物浓度可以为大约0.20至大约0.40，或大约20%至大约40%。例如，在电池10内的总电解质的重量基础上，电解质的氢氧化物浓度可以为大约0.25至大约0.32，或大约25%至大约32%。该水性碱性电解质还可包含氧化锌（zno）。zno可用于抑制负极内的锌腐蚀。电解质内包含的zno浓度可以小于电池10内的总电解质的大约5重量%。zno浓度例如可以为电池10内的总电解质的大约1重量%至大约3重量%。aa碱性电池内的水性碱性电解质的总重量例如可以为大约3.0克至大约4.4克。aa电池内的电解质的总重量可以例如为大约3.3克至大约3.8克。aa电池内的电解质的总重量可以例如为大约3.4克至大约3.65克。aaa碱性电池内的水性碱性电解质的总重量例如可以为大约1.0克至大约2.0克。aaa电池内的电解质的总重量可以例如为大约1.2克至大约1.8克。aaa电池内的电解质的总重量可以例如为大约1.4克至大约1.8克。aaaa电池内的电解质的总重量可以为大约0.68克至大约1克，例如大约0.85克至大约0.95克。c电池内的电解质的总重量可以为大约11克至大约14克，例如大约12.6克至大约13.6克。d电池内的电解质的总重量可以为大约22克至大约30克，例如大约24克至大约29克。隔膜16包含可被或被电解质润湿的材料。当液体与材料表面之间的接触角小于90°时或当液体倾向于在材料表面上自发铺开时（这两种状况通常共存），材料被说成被液体润湿。隔膜16可包含织造或非织造纸或布的单层或多层。隔膜16可包含与非织造材料层组合的例如赛珞玢层。隔膜16还可包含附加非织造材料层。隔膜16也可以在电池10内原位形成。美国专利6,514,637例如公开了这样的隔膜材料和可能合适的它们的应用方法。该隔膜材料可以薄。隔膜16例如可具有小于250微米（微米（microns））的干材料厚度。隔膜16可具有大约50微米至大约175微米的干材料厚度。隔膜16可具有大约70微米至大约160微米的干材料厚度。隔膜16可具有大约40克/平方米或更小的基重。隔膜16可具有大约15克/平方米至大约40克/平方米的基重。隔膜16可具有大约20克/平方米至大约30克/平方米的基重。隔膜16可具有一定的透空气值。隔膜16可具有如internationalorganizationforstandardization(iso)standard2965中规定的透空气值。隔膜16的透空气值可以为大约2000cm3/cm2·min@1kpa至大约5000cm3/cm2·min@1kpa。隔膜16的透空气值可以为大约3000cm3/cm2·min@1kpa至大约4000cm3/cm2·min@1kpa。隔膜16的透空气值可以为大约3500cm3/cm2·min@1kpa至大约3800cm3/cm2·min@1kpa。集流体20可通过本领域内的任何已知方法制成任何适合特定电池设计的形状。集流体20可具有例如钉形。集流体20可具有柱体和位于该柱体一端的头部。集流体20可以由金属，例如锌、铜、黄铜、银或任何其它合适的材料制成。集流体20可任选镀有锡、锌、铋、铟或在集流体20和例如负极14之间表现出低电接触电阻的其它合适的材料。该镀层材料还可表现出抑制在集流体20与负极14接触时的气体形成的能力。密封件22可通过将聚合物，如聚酰胺、聚丙烯、聚醚氨酯等；聚合物复合材料；和它们的任何组合注射成型为具有预定尺寸的形状制备。密封件22可以由例如尼龙6,6；尼龙6,10；尼龙6,12；尼龙11；聚丙烯；聚醚氨酯；共聚物；复合材料；和它们的任何组合制成。示例性的注射成型方法包括冷流道法和热流道法。密封件22可含有其它已知的功能材料，如增塑剂、结晶成核剂、抗氧化剂、脱模剂、润滑剂和抗静电剂。密封件22也可以用密封剂涂布。密封件22在用于电池10内之前可以增湿。密封件22例如可根据密封件材料具有大约1.0重量%至大约9.0重量%的水分含量。可以将集流体20插入和穿过密封件22。端盖24可成型为足以封闭各电池的任何形状。端盖24可具有例如圆柱形或棱柱形。端盖24可通过将材料压制成具有合适尺寸的所需形状成型。端盖24可以由在电池10的放电过程中传导电子的任何合适的材料制成。端盖24可以由例如镀镍钢或镀锡钢制成。端盖24可以电连接到集流体20。端盖24可以例如通过焊接到集流体20而电连接到集流体20。端盖24还可包含一个或多个开口（apertures），如孔，其用于排出在电池10内的析气事件过程中，例如在电池10在装置内的深度放电或反极（reversal）过程中可能积聚在端盖24下方的任何气体压力（这可能造成排气孔破裂）。集流体20、密封件22和端盖24可统称为端盖组装件。包括含β-脱锂态层状氧化镍的正极12的电池10可具有以伏特为单位测得的开路电压（ocv）。电池10可具有大约1.7v至大约1.8v的ocv。电池10可具有例如大约1.76v的ocv。电池10可具有水可提取钾含量。可通过本领域中已知的任何可接受的方法测定电池10内的水可提取钾含量。例如，可通过icp-aes测定水可提取钾含量。上文论述了icp-aes的细节。例如，可以从未放电的电池中移除负极/隔膜组装件和正极组装件。可以用例如去离子水洗涤该负极/隔膜组装件和正极组装件以制备样品溶液。然后可通过icp-aes测定该样品溶液内的钾含量。电池10的水可提取钾含量可以为大约0.4克至大约0.6克。电池10的水可提取钾含量可以为大约0.01摩尔至大约0.015摩尔。电池10可具有水可提取氢氧化钾含量。水可提取氢氧化钾含量可以由通过icp-aes测定的水可提取钾含量和氢氧化钾（koh）的式量计算。对于氢氧化钾中的每摩尔氢氧根（oh）存在1摩尔钾（k）。可以将通过icp-aes测定的以克计的水可提取钾含量除以钾的式量（39.0983g/mol）以测定水可提取钾的摩尔数。为了获得水可提取氢氧化钾的以克计的重量，可以将水可提取钾的摩尔数乘以氢氧化钾的式量（56.1056g/mol）。电池10的水可提取氢氧化钾含量可以为大约0.5克至大约1克。电池10的水可提取氢氧化钾含量可以为大约0.01摩尔至大约0.02摩尔。电池10可具有酸可提取钾含量。可通过本领域中已知的任何可接受的方法测定电池10内的酸可提取钾含量。例如，可通过icp-aes测定酸可提取钾含量。上文论述了icp-aes的细节。可以从放电的电池中移除负极/隔膜组装件和正极组装件。可以用例如硫酸洗涤该负极/隔膜组装件和正极组装件以制备样品溶液。然后可通过icp-aes测定该样品溶液内的钾含量。电池10的酸可提取钾含量可以为大约0.8克至大约1克。电池10的酸可提取钾含量可以为大约0.02摩尔至大约0.025摩尔。电池10可具有酸可提取氢氧化钾含量。酸可提取氢氧化钾含量可以由通过icp-aes测定的酸可提取钾含量和氢氧化钾（koh）的式量计算。对于氢氧化钾中的每摩尔氢氧根（oh）存在1摩尔钾（k）。可以将通过icp-aes测定的以克计的酸可提取钾含量除以钾的式量（39.0983g/mol）以测定酸可提取钾的摩尔数。为了获得酸可提取氢氧化钾的以克计的重量，可以将酸可提取钾的摩尔数乘以氢氧化钾的式量（56.1056g/mol）。电池10的酸可提取氢氧化钾含量可以为大约1克至大约1.4克。电池10的酸可提取氢氧化钾含量可以为大约0.02摩尔至大约0.025摩尔。电池10可具有总水含量。可通过本领域中已知的任何可接受的方法测定电池10内的总水含量。例如，可通过重量变化测量测定总水含量。可以从未放电的电池中移除负极/隔膜组装件和正极组装件。可以将该样品在升高的温度下，例如在大约175℃下加热大约8至10小时。电池10的总水含量是(1)负极/隔膜组装件的重量损失和(2)正极组装件的重量损失的总和。电池10的总水含量可以为大约2.5克至大约3克。电池10的总水含量可以为大约0.14摩尔至大约0.17摩尔。电池10可具有水可提取氢氧化钾含量与电化学活性正极材料含量的比率。水可提取氢氧化钾含量和电化学活性正极材料含量可以以克或摩尔测量。可以将水可提取氢氧化钾含量除以电化学活性正极材料含量以测定水可提取氢氧化钾含量与电化学活性正极材料含量的比率。电池10的以克计的水可提取氢氧化钾含量与以克计的电化学活性正极材料含量的比率可以小于大约0.1。电池10的以克计的水可提取氢氧化钾含量与以克计的电化学活性正极材料含量的比率可以为大约0.05至大约0.1。电池10的以摩尔计的水可提取氢氧化钾含量与以摩尔计的电化学活性正极材料含量的比率可以小于大约0.15。电池10可具有水可提取氢氧化钾含量与电化学活性负极材料含量的比率。水可提取氢氧化钾含量和电化学活性负极材料含量可以以克或摩尔测量。可以将水可提取氢氧化钾含量除以电化学活性负极材料含量以测定水可提取氢氧化钾含量与电化学活性负极材料含量的比率。电池10的以克计的水可提取氢氧化钾含量与以克计的电化学活性负极材料含量的比率可以小于大约0.2。电池10的以摩尔计的水可提取氢氧化钾含量与以摩尔计的电化学活性负极材料含量的比率可以小于大约0.2。电池10可具有酸可提取氢氧化钾含量与电化学活性正极材料含量的比率。酸可提取氢氧化钾含量和电化学活性正极材料含量可以以克或摩尔测量。可以将酸可提取氢氧化钾含量除以电化学活性正极材料含量以测定酸可提取氢氧化钾含量与电化学活性正极材料含量的比率。电池10的以克计的酸可提取氢氧化钾含量与以克计的电化学活性正极材料含量的比率可以大于大约0.2。电池10的以摩尔计的酸可提取氢氧化钾含量与以摩尔计的电化学活性正极材料含量的比率可以大于大约0.2。电池10可具有水可提取钾含量与酸可提取钾含量的比率。水可提取钾含量和酸可提取钾含量可以以克或摩尔测量。可以将水可提取钾含量除以酸可提取钾含量以测定水可提取钾含量与酸可提取钾含量的比率。电池10的以克计的水可提取钾含量与以克计的酸可提取钾含量的比率可以小于大约0.9。电池10的以克计的水可提取钾含量与以克计的酸可提取钾含量的比率可以为大约0.45至大约0.75。电池10的以摩尔计的水可提取氢氧化钾含量与以摩尔计的酸可提取氢氧化钾含量的比率可以小于大约0.9。电池10可具有总水含量与电化学活性正极材料含量的比率。总水含量和电化学活性正极材料含量可以以克或摩尔测量。可以将总水含量除以电化学活性正极材料含量以测定总水含量与电化学活性正极材料含量的比率。以克计的总水含量与以克计的电化学活性正极材料含量的比率可以大于大约0.25。以克计的总水含量与以克计的电化学活性正极材料含量的比率可以为大约0.27至大约0.35。以摩尔计的总水含量与以摩尔计的电化学活性正极材料含量的比率可以大于大约1.7。包含本发明的β-脱锂态层状氧化镍电化学活性正极材料的电池对于低、中和高消耗（drain）放电率可具有比例如传统碱性电池改进的放电性能。包含本发明的β-脱锂态层状氧化镍电化学活性正极材料的电池可具有比例如传统碱性电池高的开路电压。参照图2，其显示几个样品材料的xrd图。本发明的β-脱锂态层状氧化镍110（li0.06k0.12nio2·0.53·h2o）的示例性xrd图包括在图2中。β-脱锂态层状氧化镍110的示例性xrd图包括在大约15.6°2θ的第一峰(111)；在大约21.9°2θ的第二峰(112)；在大约37.3°2θ的第三峰(113)；在大约43.6°2θ的第四峰(114)；在大约59.9°2θ的第五峰(115)；和在大约65.8°2θ的第六峰(116)。β-脱锂态层状氧化镍110的示例性xrd图还包括在大约11.2°2θ的第七峰(117)；在大约47.3°2θ的第八峰(118)；和在大约48.3°2θ的第九峰(119)。仍参照图2，其显示γ-羟基氧化镍120（γ-niooh）的示例性xrd图。γ-羟基氧化镍120的xrd图包括在大约12.8°2θ的第一峰(121)；在大约25.5°2θ的第二峰(122)；在大约37.8°2θ的第三峰(123)；在大约42.9°2θ的第四峰(124)；在大约66.3°2θ的第五峰(125)；和在大约67.7°2θ的第六峰(126)。该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图不同于γ-羟基氧化镍的xrd图。例如，该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图尤其包括在大约15.6°2θ(111)；大约21.9°2θ(112)；和大约59.9°2θ(115)的在xrd图内的区别峰。γ-羟基氧化镍的xrd图不包括这样的峰。此外，该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图尤其包括在大约11.2°2θ(117)；大约47.3°2θ(118)；和大约48.3°2θ(119)的在xrd图内的区别峰。γ-羟基氧化镍的xrd图不包括这样的峰。仍参照图2，其显示α-脱锂态层状氧化镍130（li0.06nio2）的示例性xrd图。α-脱锂态层状氧化镍130的示例性xrd图包括在大约18.5°2θ的第一峰(131)；在大约37.2°2θ的第二峰(132)；在大约38.8°2θ的第三峰(133)；在大约44.9°2θ的第四峰(134)；在大约58.6°2θ的第五峰(135)；和在大约64.1°2θ的第六峰(136)。该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图不同于α-脱锂态层状氧化镍的xrd图。例如，该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图尤其包括在大约15.6°2θ(111)；大约21.9°2θ(112)；和大约43.6°2θ(114)的在xrd图内的区别峰。α-脱锂态层状氧化镍的xrd图不包括这样的峰。此外，该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图尤其包括在大约11.2°2θ(117)的在xrd图内的区别峰。α-脱锂态层状氧化镍的xrd图不包括这样的峰。仍参照图2，其显示氧化镍140（nio）的示例性xrd图。氧化镍140的xrd图包括在大约37.2°2θ的第一峰(141)；在大约43.3°2θ的第二峰(142)；和在大约62.9°2θ的第三峰(143)。该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图不同于氧化镍的xrd图。例如，该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图尤其包括在大约15.6°2θ(111)；大约21.9°2θ(112)；大约59.9°2θ(115)；和大约65.8°2θ(116)的在xrd图内的区别峰。氧化镍的xrd图不包括这样的峰。此外，该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图尤其包括在大约11.2°2θ(117)；大约47.3°2θ(118)；和大约48.3°2θ(119)的在xrd图内的区别峰。氧化镍的xrd图不包括这样的峰。仍参照图2，其显示β-氢氧化镍150（β-ni(oh)2）的示例性xrd图。β-氢氧化镍150的xrd图包括在大约19.2°2θ的第一峰(151)；在大约33.1°2θ的第二峰(152)；在大约38.5°2θ的第三峰(153)；在大约52.2°2θ的第四峰(154)；在大约59.2°2θ的第五峰(155)；和在大约62.8°2θ的第六峰(156)。该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图不同于β-氢氧化镍的xrd图。例如，该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图尤其包括在大约15.6°2θ(111)；大约21.9°2θ(112)；大约43.6°2θ(114)；和大约65.8°2θ(116)的在xrd图内的区别峰。β-氢氧化镍的xrd图不包括这样的峰。此外，该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图尤其包括在大约11.2°2θ(117)；大约47.3°2θ(118)；和大约48.3°2θ(119)的在xrd图内的区别峰。β-氢氧化镍的xrd图不包括这样的峰。仍参照图2，其显示β-羟基氧化镍160（β-niooh）的示例性xrd图。β-羟基氧化镍160的xrd图包括在大约19.1°2θ的第一峰(161)和在大约37.9°2θ的第二峰(162)。该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图不同于β-羟基氧化镍的xrd图。例如，该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图尤其包括在大约15.6°2θ(111)；大约21.9°2θ(112)；大约43.6°2θ(114)；大约59.9°2θ(115)；和大约65.8°2θ(116)的在xrd图内的区别峰。β-羟基氧化镍的xrd图不包括这样的峰。此外，该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图尤其包括在大约11.2°2θ(117)；大约47.3°2θ(118)；和大约48.3°2θ(119)的在xrd图内的区别峰。β-羟基氧化镍的xrd图不包括这样的峰。仍参照图2，其显示氢氧化钾170（koh）的示例性xrd图。氢氧化钾170的xrd图包括在大约22.1°2θ的第一峰(171)；在大约28.4°2θ的第二峰(172)；在大约30.5°2θ的第三峰(173)；在大约33.3°2θ的第四峰(174)；在大约39.1°2θ的第五峰(175)；和在大约45.8°2θ的第六峰(176)。该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图不同于氢氧化钾的xrd图。例如，该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图尤其包括在大约15.6°2θ(111)；大约37.3°2θ(113)；大约43.6°2θ(114)；大约59.9°2θ(115)；和大约65.8°2θ(116)的在xrd图内的区别峰。氢氧化钾的xrd图不包括这样的峰。此外，该β-脱锂态层状氧化镍的xrd图尤其包括在大约11.2°2θ(117)的在xrd图内的区别峰。氢氧化钾的xrd图不包括这样的峰。仍参照图2，β-脱锂态层状氧化镍110；α-脱锂态层状氧化镍130；氧化镍140；β-氢氧化镍150；和氢氧化钾170的xrd图包括在大约28.5°2θ的峰(101)，其指示nist640d硅标样。该硅标样用于2θ衍射角校准。参照图3，其显示包含β-脱锂态层状氧化镍电化学活性正极材料的电池310，其具有标签320，标签320具有并入标签320内的指示器或测试器330以测定例如电池310的电压、容量、充电状态和/或功率。标签320可以是带有标签图形和文本的具有透明或半透明层的层压多层膜。标签320可以由聚氯乙烯（pvc）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）和其它类似的聚合物材料制成。测试器330可包括例如热致变色或电致变色指示器。在热致变色电池测试器中，该指示器可以与电池310的外壳和端盖电接触。消费者通过用手按压位于包含在测试器330内的电路内的开关触发该指示器。一旦按压开关，消费者将电池310的负极经端盖经外壳连向电池310的正极，经过热致变色测试器。热致变色测试器可包括具有可变宽度的银导体以使该导体的电阻也沿其长度变化。电流生成热，其在电流经过银导体时改变银导体上的热致变色墨水显示的颜色。测试器330可作为指示例如电池310的相对容量的仪表布置。电流越高，生成的热越多，且该仪表改变越多以指示电池310良好。实验测试β-脱锂态层状氧化镍电化学活性材料的通过icp-aes的元素分析基于β-脱锂态层状氧化镍电化学活性材料的样品完成通过icp-aes的元素分析以测定该样品材料的元素组成。使用horibascientificultima2icp光谱仪完成icp-aes分析。通过将样品溶液置于该光谱仪中，完成icp-aes分析。以取决于需要分析的一种或多种元素的方式制备该样品溶液。对于元素分析，通过将大约0.15克样品材料添加到大约20毫升8当量浓度（normal）（8n）硝酸（hno3）溶液中，制备第一溶液。将第一溶液在大约210℃下加热直至蒸发掉几乎所有液体。然后将第一溶液冷却到大约100℃至大约150℃。在第一溶液冷却后通过将大约10毫升浓盐酸（hc1）添加到第一溶液中，形成第二溶液。将第二溶液在大约210℃下加热直至蒸发掉几乎所有液体。然后将第二溶液冷却。在第二溶液冷却到大约100℃至大约150℃后通过将大约10毫升浓hcl添加到第二溶液中，形成第三溶液。将第三溶液在大约210℃下加热直至蒸发掉几乎所有液体。然后将第三溶液在炉在大约110℃下放置1小时。在该炉内储存后，使第三溶液冷却。通过将5毫升浓hcl添加到第三溶液中，形成第四溶液。将第四溶液加热至大约210℃，直至样品材料溶解在第四溶液内。将第四溶液冷却。通过将第四溶液转移到100毫升容量瓶中并向第四溶液中加入蒸馏水至该容量瓶的100毫升刻度线，形成第五溶液。第五溶液用于使用icp-aes光谱仪的锂（li）、钾（k）和铷（rb）的元素分析。通过将1毫升第五溶液转移到50毫升离心管中；将大约2.5毫升浓hcl添加到该离心管中；将蒸馏水添加到该离心管中以使第六溶液的总重量为50克；并混合离心管的组分，形成第六溶液。第六溶液用于使用icp-aes光谱仪的镍（ni）的元素分析。在专用于钾（k）、锂（li）、镍（ni）和铷（rb）的各种波长下进行β-脱锂态层状氧化镍电化学活性材料的icp-aes分析。例如，用于分析β-脱锂态层状氧化镍内的钾（k）的波长（λ）可设定在大约766nm。例如，用于分析β-脱锂态层状氧化镍内的锂（li）的波长（λ）可设定在大约610nm。例如，用于分析β-脱锂态层状氧化镍内的镍（ni）的波长（λ）可设定在大约231nm。例如，用于分析β-脱锂态层状氧化镍内的铷（rb）的波长（λ）可设定在大约780nm。下表1包括β-脱锂态层状氧化镍电化学活性材料的通过icp-aes的元素分析结果。报道了样品材料内的锂（li）、镍（ni）和钾（k）的重量%。通过icp-aes数据的元素分析用于测定β-脱锂态层状氧化镍电化学活性材料的化学组成。通过icp-aes的元素分析也用于证实该β-脱锂态层状氧化镍电化学活性材料在其化学组成内没有不合意的副产物或分解产物。β-脱锂态层状氧化镍电化学活性材料的通过热重分析（tga）的水含量基于β-脱锂态层状氧化镍电化学活性材料的样品完成通过tga的水含量以测定该样品材料内的吸收/吸附水、结晶水和总水含量。使用tainstrumentsq5000分析仪完成tga分析。通过将大约34毫克样品置于tga样品支架上，进行tga分析。将该样品材料以5℃/min的速率加热至大约800℃的温度。该样品的加热在以例如大约25ml/min的速率流动的氮气存在下进行。随时间和温度测量样品重量。表1包括β-脱锂态层状氧化镍电化学活性材料的通过tga测得的水含量。通过tga测得的水含量用于测定β-脱锂态层状氧化镍电化学活性材料的化学组成中存在的结构晶格水。通过tga测得的水含量也用于测定吸附在β-脱锂态层状氧化镍电化学活性材料的表面上的水和证实在其组成内不存在过量水。表1.β-脱锂态氧化镍电化学活性材料的icp-aes和tga数据特征β-脱锂态层状氧化镍（li0.06k0.12nio2·0.53h2o）icp-aes锂（重量%）0.49%镍（重量%）65.2%钾（重量%）5.2%tga吸收/吸附水（重量%）4结晶水（重量%）10总水（重量%）14粉末x-射线衍射分析对结晶粉末样品进行粉末x-射线衍射（xrd）分析以测定该结晶粉末样品的特征xrd衍射图。使用brukerd-8advancex射线衍射仪完成xrd分析。对β-脱锂态层状氧化镍电化学活性材料以及几个对比样品进行xrd分析。将大约1克至大约2克样品材料置于bruker样品支架内。然后将包括样品材料的样品支架置于x-射线衍射仪的旋转样品台中，然后通过该衍射仪的cukax-射线源照射该样品材料。通过可获自balticscientificinstruments（riga,latvia）的sol-x检测器测量衍射的x射线。然后使用brukercorporation供应的diffrac-plus软件从10°2θ至80°2θ使用0.02°步长以2秒/步收集各样品的xrd图。然后使用都可获自brukercorporation的eva和topas数据分析软件包分析样品材料的xrd图。将样品材料的xrd图与对已知材料测得的参考xrd图比较。表2概括分析的样品和已知材料和各材料的xrd图内的特征峰。表2:样品和已知材料的xrd图中的主衍射峰的概要样品材料第一峰第二峰第三峰第四峰第五峰第六峰β-脱锂态层状氧化镍（li0.06k0.12nio2·0.53·h2o）15.621.937.343.659.965.5α-脱锂态层状氧化镍（li0.06nio2）18.537.238.844.958.664.1β-羟基氧化镍18.3537.27------------γ-羟基氧化镍12.825.637.943.266.367.7氧化镍37.243.362.9---------β-氢氧化镍19.233.138.552.259.262.8氢氧化钾22.128.430.533.339.145.8aa碱性一次电池的组装组装传统aa碱性电池，在下表3中称作电池a。电池a在圆柱形外壳内包括负极、正极、隔膜和水性碱性电解质。负极包含含有4.27克锌；1.78克具有溶解在水中的大约31重量%koh和2.0重量%zno的氢氧化钾碱性电解质；0.026克聚丙烯酸胶凝剂；和0.023克缓蚀剂的负极浆料。正极包含电解二氧化锰（emd）、石墨和氢氧化钾电解质水溶液的共混物。正极包含10.87克emd、0.46克timcalmx-15石墨、0.12克timcalbnb-90和0.52克电解质的载量。在负极和正极之间插入隔膜。用大约1.33克含有溶解在水中的大约31重量%koh的氢氧化钾碱性电解质溶液的预注入物（pre-shot）润湿隔膜。将负极、正极和隔膜插入圆柱形外壳中。然后密封该外壳以完成电池组装过程。电池a随后经过如下所述的组装电池分析、老化和性能测试。组装实验aa电池，在下表3中称作电池b。电池b在圆柱形外壳内包括负极、正极、隔膜和电解质。负极包含含有5.17克锌；2.17克具有溶解在水中的大约27重量%koh和1.7重量%zno的氢氧化钾碱性电解质；0.038克聚丙烯酸胶凝剂；和0.01克缓蚀剂的负极浆料。正极包含β-脱锂态层状氧化镍、石墨和氢氧化钾电解质水溶液的共混物。正极包含9.54克β-脱锂态层状氧化镍、0.78克timcalmx-15石墨和0.52克电解质的载量。在负极和正极之间插入隔膜。用大约1.00克含有溶解在水中的大约5.5重量%koh的氢氧化钾碱性电解质溶液的预注入物润湿隔膜。将负极、正极和隔膜插入圆柱形外壳中。然后密封该外壳以完成电池组装过程。电池b随后经过如下所述的组装电池分析、老化和性能测试。表3.aa电池a和电池b的设计特征特征电池a电池b负极锌量4.27g/0.0652mol5.17g/0.0791mol胶凝剂重量0.026g0.038g缓蚀剂重量0.023g0.010g正极活性物量10.87g/0.125mol（emd）9.54g/0.0905mol（li0.06k0.12nio2·0.53·h2o）石墨重量0.58g0.78g成品单体电池总koh重量1.168g0.76g总水重量2.593g2.870g电解质中的平均koh浓度，按重量计21%31%总zno重量0.041g0.063g组装aa碱性一次电池的分析基于水洗溶液完成通过icp-aes的元素分析以测定电池的水可提取钾含量。使用horibascientificultima2icp光谱仪完成icp-aes分析。通过将样品溶液置于该光谱仪中，完成icp-aes分析。由已从未放电的电池中移除的负极/隔膜组装件和正极组装件制备用于icp-aes分析的样品溶液。在移除负极/隔膜组装件和正极组装件之前，将该电池完全浸没在含有液氮的dewar瓶内大约5分钟至10分钟。这一步骤确保电池内的所有液体电解质冻结。用例如dremel工具切开电池。从电池中移除端盖组装件。剥离该电池的金属外壳。然后从电池中移除负极/隔膜组装件和正极组装件。必须小心地从电池中移除负极/隔膜组装件和正极组装件。必须防止负极和正极的意外短路以不会有害地影响分析结果。此外，必须将拆卸过程中的电解质溶液损失最小化以准确计量电池内存在的所有钾。可以将负极/隔膜组装件和正极组装件置于单独的配衡离心管内。将分别包含负极/隔膜组装件和正极组装件的离心管温热至大约22℃。然后将大约40毫升去离子水添加到各离心管中。然后将离心管再称重并密封。然后将密封的离心管在大约22℃下摇振24小时以分别从负极/隔膜组装件和正极组装件中提取任何可溶钾。然后将离心管置于离心机内并旋转以在各离心管内分离固体和液体内容物。然后从离心管中取出清澈上清液。通过icp-aes测定各样品内的钾含量。就钾而言，icp-aes方法与上文在β-脱锂态层状氧化镍电化学活性材料的通过icp-aes的元素分析中描述的相同。电池内的水可提取钾含量是(1)来自包含负极/隔膜组装件的离心管的上清液内的钾含量和(2)来自包含正极组装件的离心管的上清液内的钾含量的总和。电池a和电池b的水可提取钾含量包括在下表4中。水可提取氢氧化钾含量由通过icp-aes测定的水可提取钾含量和氢氧化钾（koh）的式量计算。对于氢氧化钾中的每摩尔氢氧根（oh）存在1摩尔钾（k）。将通过icp-aes测定的以克计的水可提取钾含量除以钾的式量（39.0983g/mol）以测定水可提取钾的摩尔数。为了获得水可提取氢氧化钾的以克计的重量，可以将水可提取钾的摩尔数乘以氢氧化钾的式量（56.1056g/mol）。电池a和电池b的水可提取氢氧化钾含量包括在下表4中。基于酸提取溶液完成通过icp-aes的元素分析以测定电池的酸可提取钾含量。使用horibascientificultima2icp光谱仪完成icp-aes分析。通过将样品溶液置于该光谱仪中，完成icp-aes分析。由已从放电至小于大约1.0伏特开路电压的电池中移除的负极/隔膜组装件和正极组装件制备用于icp-aes分析的样品。用例如dremel工具切开该经放电电池。然后移除端盖组装件。剥离该经放电电池的金属外壳。然后从金属外壳中移除负极/隔膜组装件和正极组装件。然后将组装件转移到250毫升容量瓶中。然后将大约125毫升6m硫酸缓慢添加到包含组装件的容量瓶中。然后覆盖该瓶并在大约40℃的温度下搅拌大约2小时。然后将该瓶在大约45℃至大约60℃的温度下搅拌另外8至10小时。然后将大约100毫升硫酸添加到包含组装件和初始硫酸的容量瓶中。然后将该瓶在大约45℃至大约60℃的温度下搅拌另外8至10小时。然后使该瓶冷却到大约22℃的温度。然后向容量瓶中添加额外的硫酸以使容量瓶内的固体和液体的总体积为大约250毫升。然后使容量瓶内的固体沉降至少大约1小时。然后从容量瓶中取出上清液并置于一个或多个离心管中。然后密封一个或多个离心管，然后置于离心机内。然后将一个或多个离心管旋转以分离离心管内的任何悬浮固体和液体内容物。然后从一个或多个离心管中取出清澈上清液。通过icp-aes测定各样品内的钾含量。就钾而言，icp-aes方法与上文在β-脱锂态层状氧化镍电化学活性材料的通过icp-aes的元素分析中描述的相同。电池内的酸可提取钾含量是通过icp-aes测定的该溶液内的钾含量。电池a和电池b的酸可提取钾含量包括在下表4中。酸可提取氢氧化钾含量由通过icp-aes测定的酸可提取钾含量和氢氧化钾（koh）的式量计算。对于氢氧化钾中的每摩尔氢氧根（oh）存在1摩尔钾（k）。将通过icp-aes测定的以克计的酸可提取钾含量除以钾的式量（39.0983g/mol）以测定酸可提取钾的摩尔数。为了获得酸可提取氢氧化钾的以克计的重量，将酸可提取钾的摩尔数乘以氢氧化钾的式量（56.1056g/mol）。电池a和电池b的酸可提取氢氧化钾含量包括在下表4中。基于负极/隔膜组装件和正极组装件完成重量变化测量以测定未放电的电池的总水含量。在移除负极/隔膜组装件和正极组装件之前，将该电池完全浸没在含有液氮的dewar瓶内大约5分钟至10分钟。这一步骤确保电池内的所有液体电解质冻结。由已从电池中移除的负极/隔膜组装件和正极组装件制备用于重量变化测量的样品。用例如dremel工具切开电池。可以剥离该电池的金属外壳。然后从电池中移除负极/隔膜组装件和正极组装件。可以将负极/隔膜组装件和正极组装件置于单独的配衡铝称重盘（weightboats）内。然后将包含其内容物的各称重盘再称重。然后将带有其内容物的称重盘置于大约22℃的烘箱内。以大约2℃/分钟的速率提高烘箱温度直至烘箱温度达到大约175℃。将称重盘及其内容物在烘箱内在大约175℃下保持大约8至10小时。然后使烘箱冷却到大约22℃。然后将包含其内容物的各称重盘再称重。电池10的总水含量是(1)负极/隔膜组装件的重量损失和(2)正极组装件的重量损失的总和。电池a和电池b的总水含量包括在下表4中。表4.电池a和电池b的分析特征电池a电池b水可提取钾(k)含量0.76g/0.0194mol0.45g/0.0115mol水可提取氢氧化钾(koh)含量1.09g/0.0194mol0.64g/0.0114mol酸可提取钾(k)含量0.77g/0.0197mol0.88g/0.0225mol酸可提取氢氧化钾(koh)含量1.10g/0.0196mol1.26g/0.0225mol总水(h2o)含量2.48g/0.138mol2.73g/0.152mol水可提取koh含量与电化学活性正极材料含量的比率（克:克）0.100.067水可提取koh含量与电化学活性正极材料含量的比率（mol:mol）0.1550.126水可提取koh含量与电化学活性负极材料含量的比率（mol:mol）0.300.14水可提取k含量与酸可提取k含量的比率（克:克）0.990.51总水含量与电化学活性正极材料含量的比率（克:克）0.230.29总水含量与电化学活性正极材料含量的比率（mol:mol）1.101.68组装aa碱性一次电池的性能测试在性能测试之前，将电池在大约20℃下老化4天。在老化4天后，测量电池的开路电压（ocv）。通过跨过电池的正和负端子放置例如电压表，测量电池的ocv。报道测得的电池开路电压（v）。该ocv测试没有消耗该电池的任何容量。在老化4天后，测量电池的短路电流（scc）。scc程序包括从电池中提取6安培（amp）的恒定电流0.1秒。在6安培的消耗下测量电池的电压并报道。如果电池完全短路，该电池具有零（0）伏特的测得电压。通过将测得的ocv和在消耗下测得的电压的坐标之间的线段外推至电流相对于电压的x,y图上的x轴的截距，计算在电池短路时的电流。测得的ocv具有(0amp,ocv)的(x,y)坐标。在消耗下测得的电压具有(6amp,负荷电压)的(x,y)坐标。由于该测试的极短持续时间，ssc测试不消耗电池的显著容量。通过下列公式计算ssc：ssc(amp)=[(ocv·6amp)/(ocv-负荷电压)]性能测试包括可被称作30毫安连续放电测试（30macontinuous）的放电性能测试。30macontinuous程序包括从电池中提取30ma的恒定电流消耗直至达到0.9伏特的截止电压。电池的测得的总容量以安培小时（ah）和瓦特小时（wh）报道。30ma连续放电测试是低速率放电测试。性能测试包括在高速率连续放电方案下的放电性能测试，其可被称作1瓦连续放电测试（1wcontinuous）。1wcontinuous测试程序包括从电池中提取1瓦的恒定功率消耗直至达到0.9伏特的截止电压。电池的测得容量以安培小时（ah）和瓦特小时（wh）报道。1w连续放电测试是高速率放电测试。性能测试包括在中速率间歇放电方案下的放电性能测试，其可被称作250毫瓦间歇放电测试（250mwintermittent）。250mwintermittent测试程序包括从电池中提取250毫瓦的恒定功率消耗1小时。然后停止放电并将电池静置7小时。然后对电池施以另外的放电和静置周期直至达到0.9伏特的截止电压。电池的测得容量以安培小时（ah）和瓦特小时（wh）报道。250mw间歇放电测试是中速率间歇放电测试。性能测试包括设计用于模拟在数码相机中的应用的放电性能测试，其可被称作数码相机测试（digicam）。数码相机测试是包括对电池施加高和中功率脉冲放电循环的脉冲测试程序。各循环由两个放电方案的组合构成，包括1.5瓦高功率脉冲2秒，接着立即是650mw中功率脉冲28秒。将这一放电方案的组合重复10次（即总共5分钟），然后将电池静置55分钟。重复该组合放电脉冲和静置期循环（即1小时/循环）直至达到1.05伏特的截止电压。作为脉冲或图像报道达到截止电压所需的循环数。报道的脉冲数由1.5瓦高功率脉冲的总数构成，其相当于放电循环总数。digicam放电测试是高速率放电测试。性能测试结果电池a和电池b经过ocv、ssc、30macontinuous、1wcontinuous、250mwintermittent和digicam性能测试。下表5概括性能测试结果。表5的%差值列包括电池b相对于电池a的性能差异百分比。与电池a（典型的商业碱性电池）相比时，包含β-脱锂态层状氧化镍的电池b提供电池电池改进的总体性能。与电池a相比时，电池b的ocv电池较高。与电池a相比时，电池b的较高ocv表明电池较高的总能量。电池b的ocv不会太高以使在将电池b并入电气装置时的损坏可能性相对较低。电池b的ssc明显高于电池a。电池b的较高ssc表明比电池a更大的负载较高放电电流的能力。电池b在除1wcontinuous测试外的所有放电测试下输送的以ah计的电流量大于电池a。电池b在所有放电测试下输送的以wh计的能量的量大于电池a。此外，电池b在digicam测试下输送的脉冲数远大于电池a。结果表明电池b在低速率、中速率和高速率放电方案下总体上表现优于电池a。表5.电池a和电池b的性能测试结果和比较测试程序电池a电池b%差值ocv（v）1.621.76+9%ssc（安培）19.023.4+23%30macontinuous（ah/wh）2.86/3.623.42/5.30+20%/+46%1wcontinuous（ah/wh）0.90/1.020.86/1.20-4%/+18%250mwintermittent（ah/wh）2.25/2.732.97/3.25+32%/+19%digicam（脉冲）108396+267%本文中公开的尺寸和数值不应被理解为严格局限于所列的精确数值。相反，除非另行规定，各个这样的尺寸意在表示所列数值和围绕该数值的功能上相当的范围。例如，被公开为“40毫米”的尺寸意在表示“大约40毫米”。除非明确地排除或以其它方式受到限制，本文引用的每一篇文献，包括任何交叉引用或相关的专利或申请和本申请要求其优先权或权益的任何专利申请或专利全文经此引用并入本文。任何文献的引用并非承认其是本文中公开或要求保护的任何发明的现有技术或其独自或与任何其它一篇或多篇参考文献以任何组合方式教导、暗示或公开任何这样的发明。此外，如果本文中的术语的任何含义或定义与经此引用并入的文献中的相同术语的任何含义或定义冲突，应以本文中的该术语的含义或定义为准。尽管已经举例说明和描述了本发明的特定实施方案，但本领域技术人员显而易见的是，可以作出各种其它变动和修改而不背离本发明的精神和范围。因此在所附权利要求书中意在涵盖在本发明的范围内的所有这样的变动和修改。当前第1页12