本发明涉及包含某些电解质组合物的金属氢化物(mh)电池。
通过优化电极,优化金属氢化物电池的电化学性能和循环寿命取得了很大进展。金属氢化物电池的电解质目前为30重量%koh水溶液。koh水溶液电解质对一些电极材料具有腐蚀性。含水电解质也受到水的氢和氧的析出电位的限制。本发明着重于改进的电解质。
发明概述
公开了一种金属氢化物电池(电池),其包含至少一个负极、至少一个正极,具有位于其中的所述电极的壳体和电解质组合物,其中
电解质组合物包含一种或多种选自质子酸、质子铵化合物、质子氧
还公开了一种金属氢化物电池,其包含至少一个负极、至少一个正极、具有位于其中的所述电极的壳体和电解质组合物,其中
电解质组合物包含一种或多种选自碱金属或碱土金属氢氧化物和醇盐的离子化合物和有机溶剂。
还公开了一种金属氢化物电池,其包含至少一个负极、至少一个正极,具有位于其中的所述电极的壳体和电解质组合物,其中
电解质组合物包含选自碱金属氢氧化物的一种或多种离子化合物,水和选自有机溶剂、其它离子化合物和添加剂的一种或多种其它组分。
还公开了一种金属氢化物电池,其包含至少一个负极、至少一个正极,具有位于其中的所述电极的壳体和电解质组合物,其中
电解质组合物包含一种或多种选自羧酸盐化合物和羧酸的离子化合物。
还公开了一种金属氢化物电池,其包含至少一个负极、至少一个正极,具有位于其中的所述电极的壳体和电解质组合物,其中
电池显示约1.5至约5.0v的标称开路电压。
本发明还涉及一种金属氢化物电池,其包含至少一个负极、至少一个正极,具有位于其中的所述电极的壳体和电解质组合物,其中所述电解质组合物具有小于或等于约7的ph值。
本发明还涉及一种金属氢化物电池,其包含至少一个负极、至少一个正极,具有位于其中的所述电极的壳体和电解质组合物,其中在电池上施加电位时阳极处的半电池充/放电电化学反应为:
详细披露
电解质组合物可用于金属氢化物电池(金属氢化物电池)中。金属氢化物电池包含至少一个负极、至少一个正极、具有位于其中的所述电极的壳体和与电极接触的电解质组合物。
负极(阳极材料)的活性材料包括能够储存氢的abx型合金,其中x为约0.5至约5。a为形成氢化物的元素,b为弱或非氢化物形成元素。该合金能够可逆地吸收和解吸氢。
abx型合金为例如如下类型(简单举例):ab(hfni,tife,tini),ab2(mn2zr,tife2),a2b(hf2fe,mg2ni),ab3(ndco3,gdfe3),a2b7(pr2,ni7,ce2co7)和ab5(lani5,ceni5)。
例如,阳极活性材料包含zr,mn,v,fe和ni;zr,mn,v,co和ni;ti,v和ni;la和ni;ti,zr,ni,cr和一种或多种选自al,si,v,mn,fe,co,cu,nb,ag和pd中的元素;zr,mo和ni;或镧系金属和至少一种选自ni和co的金属。
阳极材料可以包括无序多组分材料,其包含一种或多种选自v,zr,nb,la,si,ca,sc,mg,ti和y的主体元素和一种或多种选自cu,mn,c,fe,ni,al,co,mo,w,ti,li和re的改性剂元素。主体元素通常为氢化物前体。例如,主体元素为ti,mg和v中的一种或多种,改性剂包括ni,cu,fe和al中的一种或多种。这种无序材料公开于美国专利第4,623,597号中。
阳极材料可以包括多组分多相合金,其包含v,ti,zr和ni或v,ti,zr,ni和cr以及一种或多种选自al,mn,mo,cu,w,fe和co的改性元素。这种多相材料在美国专利第5,096,667号中有教导。
阳极材料可以包括无序材料,其包括(基体合金)acobmncfedsne,其中基体合金包括0.1至60原子百分数(原子%)的ti,0.1至40原子%的zr,0至60原子%的v,0.1至57原子%的ni,以及0至56原子%的cr;b为0至7.5原子%,c为13至17原子%,d为0至3.5原子%,e为0至1.5原子%,其中a,b,c,d和e等于100原子%。这种合金公开于美国专利第5,536,591号中。
阳极活性材料为例如lani5型合金,改性lani5型合金,tini型合金或改性tini型合金。例如,阳极活性材料包含选自ti,v和zr的一种或多种元素,以及选自ni,cr,co,mn,mo,nb,fe,al,mg,cu,sn,ag,zn和pd的一种或多种元素;或阳极活性材料包含选自sc,y,la,ce,pr,nd,sm和mm的一种或多种元素,以及选自ni,cr,co,mn,fe,cu,sn,al,si,b,mo,v,nb,ta,zn,zr,ti,hf和w的一种或多种元素。这样的合金还可以包括一种或多种选自al,b,c,si,p,s,bi,in和sb的形成玻璃的元素。这种材料有利地是具有大于1.2e23/cc或大于1.5e23/cc的储氢位密度的无序多组分材料。这种材料公开于美国专利第5,840,440号中。
阳极材料可以包括改性的ti-v-zr-ni-mn-cr合金,其包括(基体合金)acobfecaldsne,其中基体合金包含0.1至60原子%的ti,0.1至40原子%的zr,0至60原子%的v,0.1至57原子%的ni,5至22原子%的mn和0至56原子%的cr,b为0.1至10原子%,c为0至3.5原子%,d为0.1至10原子%,e为0.1至3原子%。合适的材料在美国专利第6,270,719号中有教导。
合适的阳极材料可以包括ab2型合金,例如改性的timn2合金,其包含2至5原子%的zr,26至33原子%的ti,7至13原子%的v,8至20原子%的cr,36至42原子%的mn以及1至6原子%的ni,2至6原子%的fe和0.1至2原子%的al中的一种或多种。合金还可以包含至多1原子%的mm。例如zr3.63ti29.8v8.82cr9.85mn39.5ni2.0fe5.0al1.0mm0.4;zr3.6ti29.0v8.9cr10.1mn40.1ni2.0fe5.1al1.2;zr3.6ti28.3v8.8cr10.0mn40.7ni1.9fe5.1al1.6和zr1ti33v12.54cr15mn36fe2.25al0.21。这种合金公开于美国专利第6,536,487号中。
合适的阳极材料可以包括合金,其中a5b19型结构为40原子%或更多的式laar1-a-bmgbnic-d-e的合金,其中0≤a≤0.5原子%,0.1≤b≤0.2原子%,3.7≤c≤3.9原子%,0.1≤d≤0.3,0≤d≤0.2。这些合金在美国专利no.7,829,220中有教导。
阳极材料可以包括包含至少ni和稀土的吸氢合金颗粒。颗粒可以具有表面层和内部,其中表面层的镍含量大于内部,并且表面层中存在尺寸为10nm至50nm的镍颗粒。该材料可以包括合金ln1-xmgxnia-b-calbzc,其中ln为一种或多种稀土元素,z为zr,v,bn,ta,cr,mo,mn,fe,co,ga,zn,sn,in,cu,si,p和b中的一种或多种,0.05≤x≤0.3原子%,2.8≤a≤3.9原子%,0.05≤b≤0.25原子%,0.01≤c≤0.25。这些材料例如在美国专利no.8,053,114中有教导。
阳极材料可以包括具有至少包含a2b7型结构和a5b19型结构的多相的结晶结构和具有大于本体的镍含量的表面层。合金可以是式ln1-xmgxniy-a-balamb,其中ln为一种或多种包括y的稀土,m为co,mn和zn中的一种或多种,其中0.1≤x≤0.2原子%,3.5≤y≤3.9原子%,0.1≤a≤0.3原子%,0≤b≤0.2。这种材料公开于美国专利no.8,124,281号中。
阳极材料可以包括式ln1-xmgx(ni1-yty)z的储氢合金,其中ln为镧系元素,ca,sr,sc,y,ti,zr和hf中的一种或多种,t为一种或多种选自v,nb,ta,cr,mo,mn,fe,co,al,ga,zn,sn,in,cu,si,p和b的元素,其中0<x≤1原子%,0≤y≤0.5原子%,2.5≤z≤4.5原子%。合适的合金在美国专利no.8,257,862号中有教导。
阳极材料可以包括la,nd,mg,ni和al;la,nd,mg,ni,al和co;la,pr,nd,mg,ni和al或la,ce,pr,nd,ni,al,co和mn,如美国专利no.8,409,753中所教导。通过将各元素混合,在高频感应炉中在氩气下加热熔化和冷却以形成锭子来制备合金。
阳极材料可以包括包含ab2型主相和第二相的多相合金。材料用改性剂元素改性。例如,合金包括ti,zr,b,ni和改性剂。改性剂可以是轻质稀土如y。该合金可以是式tiazrb-xyxvcnidme,其中a,b,c和d各自大于0且小于或等于50原子%,x大于0且小于或等于4原子%,m为选自co,cr,sn,al和mn中的一种或多种金属,e为0至30原子%。这些材料在美国公开no.2013/0277607中有教导。
阳极材料可以包括改性的a2b7型储氢合金。例如axby合金,其中a包括至少一种稀土元素并且还包括mg;b至少包括ni,x与y的原子比为1:2至1:5,例如1:3至1:4。该合金可以由选自b,co,cu,fe,cr和mn中的一种或多种元素改性。ni与改性剂的原子比可以为50:1至200:1。稀土包括la,ce,nd,pr和mm。稀土与mg的原子比可以为5:1至6:1。b元素还可以包括al,其中ni与al的原子比可以为30:1至40:1。合金的表面可以包括负载在多孔氧化物载体基质中的催化金属区域。催化金属区域可以是ni或ni合金。
阳极材料可以是abx高容量储氢合金,其中x为约0.5至约5,其放电容量≥400mah/g,≥425mah/g,≥450mah/g或≥475mah/g。
阳极材料例如为含镁(mg)的高容量mh合金,例如包含mg和ni的ab,ab2或a2b型合金。例如,目前的阳极材料为mgni,mgni2或mg2ni。这种含mg和ni的合金可以通过选自稀土元素和过渡金属的一种或多种元素来改性。例如,包含mg和ni的阳极材料可以通过一种或多种选自co,mn,al,fe,cu,mo,w,cr,v,ti,zr,sn,th,si,zn,li,cd,na,pb,la,ce,pr,nd,mm,pd,pt,nb,sc和ca的一种或多种元素来改性。
例如,合适的阳极材料包括mg和ni以及任选的一种或多种选自co,mn,al,fe,cu,mo,w,cr,v,ti,zr,sn,th,si,zn,li,cd,na,pb,la,ce,pr,nd,mm,pd,pt,nb,sc和ca的元素。
mm为“mischmetal”。mischmetal是稀土元素的混合物。例如,mm为包含la,nd和pr的混合物,例如包含ce,la,nd和pr。
含镁的mh合金在30重量%(wt%)koh电解质中特别容易腐蚀。
例如,合适的mh合金包括mgni,mg0.8ti0.2ni,mg0.7ti0.3ni,mg0.9ti0.1ni,mg0.8zr0.2ni,mg0.7ti0.225la0.075ni,mg0.8al0.2ni,mg0.9ti0.1ni,mg0.9ti0.1nial0.05,mg0.08pd0.2ni,mg0.09ti0.1nial0.05,mg0.09ti0.1nial0.05pd0.1,mg50ni45pd5,mg0.85ti0.15ni1.0,mg0.95ti0.15ni0.9,mg2ni,mg2.0ni0.6co0.4,mg2ni0.6mn0.4,mg2ni0.7cu0.3,mg0.8la0.2ni,mg2.0co0.1ni,mg2.1cr0.1ni,mg2.0nb0.1ni,mg2.0ti0.1ni,mg2.0v0.1ni,mg1.3al0.7ni,mg1.5ti0.5ni,mg1.5ti0.3zr0.1al0.1ni,mg1.75al0.25ni和(mgal)2ni,mg1.70al0.3ni。
例如,本发明的阳极材料是mg和ni的原子比为约1:2至约2:1的合金,其可以通过一种或多种选自co,mn,al,fe,cu,mo,w,cr,v,ti,zr,sn,th,si,zn,li,cd,na,pb,la,ce,pr,nd,mm,pd,pt,nb,sc和ca的元素改性。一种或多种改性元素可以以基于总合金为约0.1至约30原子%或约0.25至约15原子%或约0.5原子%,约1原子%,约2原子%,约3原子%,约4原子%或约5原子%至约15原子%存在。mg和ni的原子比例如为约1:1。
合适的阳极材料可以包含原子比为约1:2至约2:1的mg和ni,并且还包含co和/或mn。合适的阳极材料为例如mg52ni39co6mn3和mg52ni39co3mn6。
合适的高容量阳极材料例如公开于美国专利no.5,616,432和5,506,069号中。
合金可以通过熔融纺丝快速固化和/或机械合金化形成。其它方法包括rf溅射,激光烧蚀。
正极(阴极材料)的活性材料参与充放电反应。活性材料为例如氢氧化镍活性材料,即氢氧化镍或改性氢氧化镍。
阴极材料可以包括具有至少一种改性剂的多相无序氢氧化镍材料。所述至少一种改性剂为例如金属,金属氧化物,金属氧化物合金,金属氢化物和/或金属氢化物合金。例如,改性剂为选自al,ba,ca,f,k,li,mg,na,sr,bi,co,cr,cu,fe,in,lah3,mn,ru,sb,sn,tih2,tio和zn的一种或多种元素。这些材料在美国专利第5,348,822号中有教导。
合适的阴极材料可以包括无序的多相氢氧化镍基质,其包括至少一种改性剂,例如选自f,li,na,k,mg,ba,ln,se,nd,pr,y,co,zn,al,cr,mn,fe,cu,zn,sc,sn,sb,te,bi,ru和pb的3种改性剂。合适的阴极材料例如在美国专利第5,637,423号中有教导。
阴极材料可以包括用一种或多种ii族元素改性的氢氧化镍和固溶态的co。这些材料在美国专利第5,366,831号中有教导。
阴极活性材料可包括氢氧化镍和选自钴、氢氧化钴和氧化钴和碳粉末的一种或多种组分。阴极材料还可以包含ca,sr,ba,cu,ag或y的化合物,例如ca(oh)2,cao,caf2,cas,caso4,casi2o5,cac2o4,cawo4,srco3,sr(oh)2,bao,cu2o,ag2o,y2(co3)3或y2o3。合适的阴极材料例如在美国专利第5,451,475号中有教导。
阴极活性材料可包括金属氧化物和co,ca,ag,mn,zn,v,sb,cd,y,sr,ba中的一种或多种和ca,sr,ba,sb,y或zn的氧化物。金属氧化物例如为氧化镍和/或氧化锰。这样的活性材料在美国专利no.第5,455,125号中有教导。
阴极材料可以包含氢氧化镍和选自y,in,sb,ba和be及co和/或ca的另外的组分。这种材料公开于美国专利第5,466,543号中。
阴极材料可以通过使硫酸镍和氢氧化铵反应以形成镍铵络合物来制备;然后使该络合物与氢氧化钠反应形成氢氧化镍。该方法可以提供包含co,zn和cd中的一种或多种的氢氧化镍。这些材料在美国专利第5,498,403号中有教导。
阴极活性材料可以包含氢氧化镍和羟氧化钴,如美国专利第5,489,314号中所教导。
阴极材料可以包括氢氧化镍,一氧化钴和元素锌,如美国专利第5,506,070号中所教导。
阴极材料可以包括氢氧化镍,镍粉,第二粉末以及钴、氢氧化钴和氧化钴中的至少一种。第二粉末包含ca,sr,ba,cu,ag和y中的一种或多种。这些材料在美国专利第5,571,636号中有教导。
阴极活性材料可以包括具有至少部分地嵌入其中的导电材料的氢氧化镍或氢氧化锰的颗粒。导电材料可以是例如镍,镍合金,铜,铜合金;金属氧化物,氮化物,碳化物,硅化物或硼化物;或碳(石墨)。这些材料公开于美国专利第6,177,213号中。
阴极材料可以包含氢氧化镍颗粒,其包含选自al,bi,ca,co,cr,cu,fe,in,la,稀土元素,mg,mn,ru,sb,sn,ti,ba,si,sr和zn中的至少三种改性剂。例如,氢氧化镍颗粒可以包含至少四种改性剂,例如ca,co,mg和zn。这种材料公开于美国专利no.6,228,535中。
活性阴极材料例如包括氢氧化镍和碳材料如石墨。活性材料还可以包含聚合物粘合剂。聚合物粘合剂为例如热塑性有机聚合物,例如选自聚乙烯醇(pva),聚环氧乙烷,聚环氧丙烷,聚环氧丁烷,甲基纤维素,羧甲基纤维素,羟乙基纤维素,羟丙基纤维素,羟丙基甲基纤维素,聚乙烯,聚丙烯,聚异丁烯,聚氯乙烯,聚偏二氯乙烯,聚偏氟乙烯,聚四氟乙烯(ptfe),氟化乙烯丙烯(fep),全氟烷氧基(pfa),聚乙酸乙烯酯,聚乙烯异丁烯醚,聚丙烯腈,聚甲基丙烯腈,聚甲基丙烯酸甲酯,聚甲基丙烯酸酯,聚甲基丙烯酸乙酯,乙酸烯丙酯,聚苯乙烯,聚丁二烯,聚异戊二烯,聚甲醛,聚氧乙烯,聚环硫醚,聚二甲基硅氧烷,聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯,聚碳酸酯和聚酰胺。上述的共混物和共聚物也是合适的。聚合物粘合剂也可以是弹性体或橡胶,例如苯乙烯-丁二烯共聚物,苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物,苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物,苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物,苯乙烯-乙烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物,苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物或苯乙烯-丙烯腈-丁二烯-丙烯酸甲酯共聚物。合适的活性材料例如在美国专利no.6,617,072中有教导。
阴极活性材料可以包含氢氧化镍和羟氧化镍,如美国专利第7,396,379号中所教导。
通常,阴极活性材料颗粒形成在烧结或浆化的(pasted)电极中。浆化的电极可以通过将材料与各种添加剂和/或粘合剂混合并将浆料施加到导电性载体上而制成。优选地,将一种或多种钴添加剂加入到浆化的电极中。钴添加剂可以包括co和/或coo以增强导电性,提高利用率并降低正极的电阻。
通常,阴极活性材料为氢氧化镍或改性氢氧化镍。改性氢氧化镍可以包含一种或多种改性剂,例如co,cd,ag,v,sb,ca,mg,al,bi,cr,cu,fe,in,稀土元素,mn,ru,sn,ti,ba,si,sr或zn。合适的改性氢氧化镍为(ni,co,zn)(oh)2,例如以球形粉末的形式。在改性的氢氧化镍中,镍通常以基于金属为≥80原子%,例如≥90原子%的水平存在。
例如,mh电池包含至少一个负极,其包括能够可逆地储存氢的abx型合金,并且包含至少一个包含氢氧化镍或改性氢氧化镍活性材料的正极。
可以存在隔片,其将负极与正极隔开。隔片为例如天然或合成纤维的非织造网。天然纤维包括棉花。合成纤维包括聚酰胺,聚酯,聚丙烯(pp),聚乙烯(pe),pp/pe共聚物,聚四氟乙烯(ptfe),聚氯乙烯和玻璃。
离子化合物可以是选自布朗斯台德酸(质子酸)和质子铵化合物或氧
离子化合物可以是选自铵化合物,氧
离子化合物包含阳离子和阴离子。
碱金属或碱土金属阳离子包括li+,na+,k+,rb+,cs+,be++,mg++,ca++,sr++和ba++。
铵离子是式+nr1r2r3r4的阳离子,其中r1,r2,r3和r4选自氢和烃基,或者r1-r4中的两个一起为亚烃基或r1-r4中的三个一起为亚烃基。当r1-r4中的一个或多个是氢时,铵离子是质子的。当所有四个r1-r4是烃基或亚烃基时,铵离子是非质子的。
铵离子还包括式r1r2n-+nr3r4r5的
铵离子还包括式ho-n+r1r2r3的羟铵阳离子,其中r1,r2和r3选自氢和烃基,或者r1-r3中的两个一起是亚烃基。
氧
烃基是利用碳原子与阳离子氮,氧或磷结合的任何烃基。亚烃基是烃基的成环形式。
烃基是例如烷基,烯基,环烷基,环烯基,芳基或芳烷基,其可以被选自卤素,羟基,c1-c4烷氧基,硫代,c1-c4烷硫基,氨基,c1-c4烷基氨基,二-c1-c4烷基氨基,硝基,氰基,-cooh和-coo-的一个或多个基团取代。烃基也可以被选自-o-,-s-,-nh-和-n(c1-c4烷基)-的一个或多个基团中断。烃基可以被一个或多个所述基团取代并被一个或多个所述基团中断。例如烷基,烯基,环烷基,环烯基,芳基或芳烷基可以被选自氯,羟基,甲氧基,乙氧基,丙氧基,丁氧基,硫代,甲硫基,甲基氨基,乙基氨基,丙基氨基,丁基氨基,二甲基氨基,二乙基氨基,二丙基氨基,二丁基氨基,-cooh,-coo-,氰基和硝基的1-3个基团取代,和/或可以被选自-o-,-s-,-nh-和-n(c1-c4烷基)-的1-3个基团中断。
烃基还包括聚乙二醇和聚丙二醇,例如r'(oc2h4)n-或r'(oc3h6)n-,其中r'是氢或烷基,n是1至50的整数,例如1至40,1至30或1至20,例如1至10。
当r1-r5中的两个或三个一起是亚烃基时,这意味着它们与n,o或p原子一起形成杂环。该环例如为5-或6-元环。杂环可以包含另外的杂原子,并且可以是饱和或不饱和的。亚烃基是例如-(ch2)4-,-(ch2)5-,-(ch3)n-ch=c(ch3)-ch=,=ch-ch=ch-ch=ch-,=c(ch3)-c=ch-ch=ch-,=c-c(ch3)=ch-ch=ch-,=c-ch=c(ch3)-ch=ch-,-ch=ch-ch=ch-,-ch2=ch-ch2-ch2-,-ch=ch-n=ch-,-ch2ch2nhch2ch2-,-ch2-ch2-n=ch-,-ch2-ch2-o-ch2-ch2-或=ch-(ch2)3-。另外的杂原子是例如n,o或s.
铵离子环的实例是哌啶
烷基具有例如1至25个碳原子,是支化或非支化的,包括甲基,乙基,丙基,异丙基,正丁基,仲丁基,异丁基,叔丁基,2-乙基丁基,正戊基,异戊基,1-甲基戊基,1,3-二甲基丁基,正己基,1-甲基己基,正庚基,异庚基,1,1,3,3-四甲基丁基,1-甲基庚基,3-甲基庚基,正辛基,2-乙基己基,1,1,3-三甲基己基,1,1,3,3,-四甲基戊基,壬基,癸基,十一烷基,1-甲基十一烷基,十二烷基,1,1,3,3,5,5-六甲基己基,十三烷基,十四烷基,十五烷基,十六烷基,十七烷基,十八烷基,二十烷基和二十二烷基。
烯基是烷基的不饱和形式,例如烯丙基。
环烷基包括环戊基,甲基环戊基,二甲基环戊基,环己基,甲基环己基,二甲基环己基,三甲基环己基,叔丁基环己基,环庚基或环辛基。
环烯基是环烷基的不饱和形式。
芳基包括苯基,邻-,间-或对甲基苯基,2,3-二甲基苯基,2,4-二甲基苯基,2,5-二甲基苯基,2,6-二甲基苯基,3,4-二甲基苯基,3,5-二甲基苯基,2甲基-6-乙基苯基,4-叔丁基苯基,2-乙基苯基或2,6-二乙基苯基。
芳烷基包括苄基,α-甲基苄基,α,α-二甲基苄基和2-苯基乙基。
质子铵离子的实例包括nh4+(铵),甲基铵,乙基铵,二甲基铵,二乙基铵,三甲基铵(nme3h+),三乙基铵,三丁基铵,二乙基甲基铵,羟乙基铵,甲氧基甲基铵,二丁基铵,甲基丁基铵,苯铵,吡啶
非质子铵离子的实例包括四甲基铵,四乙基铵,四正丁基铵,正丁基-三乙基铵,苄基-三甲基铵,三正丁基甲基铵,苄基-三乙基铵,1-甲基吡啶
吡咯
羟基铵离子的实例是羟基铵(ho-nh3+)。
质子氧
非质子氧
me是甲基,et是乙基,nbu是正丁基,tbu(或t-丁基)是叔丁基,thf是四氢呋喃。没有指定的话,丁基是指正丁基。
合适的阴离子的实例是氢氧化物,硝酸盐,高氯酸盐,二氟化物,醇盐,卤化物,磷酸盐,次膦酸盐,膦酸盐,硼酸盐,羧酸盐,亚硫酸盐,硫酸盐,磺酸盐,碳酸盐,酰亚胺,铝酸盐,氰酸盐,甲基化物,砷酸盐,硅酸盐和锑酸盐。
阴离子,阳离子和离子化合物可以是例如美国专利no.6,254,797和美国公开第2011/0045359号中公开的那些。
二氟化物是hf2-。
醇盐是ro-,其中r是烃基,例如甲醇盐,乙醇盐,正丙醇盐,异丙醇盐,正丁醇盐,叔丁醇盐或酚盐。醇盐还包括其中r是全氟烷基。
卤化物是氯化物,溴化物,碘化物或氟化物。
磷酸盐包括磷酸二氢盐,磷酸氢盐,烷基磷酸盐,二烷基磷酸盐,磷酸盐,pf6-(六氟磷酸盐),hpo3f-(氟代磷酸氢盐),三草酸磷酸盐(top),四氟草酸磷酸盐(tfop)和氟代(全氟烷基)磷酸盐如f2p(c2f5)4,f3p(c2f5)3-(三(五氟乙基)三氟磷酸盐或fap),f4p(c2f5)2-,f2p(c3f7)4-,f3p(c3f7)3-,f4p(c3f7)2-,f2p(c4f9)4-,f3p(c4f9)3-和f4p(c4f9)2-。
次膦酸盐是例如烷基次膦酸氢盐,二烷基次膦酸盐,芳基次膦酸氢盐或二芳基次膦酸盐。例如双(2,4,4-三甲基苯基)次膦酸盐。
膦酸盐是例如烷基膦酸盐,例如甲基膦酸盐或氢膦酸盐(膦酸盐)。
硼酸盐包括原硼酸盐,四羟基硼酸盐,四硼酸盐,四苯基硼酸盐,[b(3,5-(cf3)2c6h3)4]-(barf),b(c2o4)2-(双(草酸)硼酸盐)(bob),二氟(草酸)硼酸盐(dfob),二(三氟乙酰)草酸硼酸盐(d(ac)ob),b(c6f5)4-,bf4-(四氟硼酸盐)。
羧酸盐阴离子具有式rcoo-,其中r是氢或烃基,包括甲酸盐,乙酸盐(乙酸盐),丙酸盐,正丁酸盐,异丁酸盐,正戊酸盐,异戊酸盐,辛酸盐,癸酸盐,苯甲酸盐,水杨酸盐,硫代水杨酸盐,2-,3-或4-硝基苯甲酸盐;柠檬酸盐,草酸盐,酒石酸盐,乙醇酸盐,葡萄糖酸盐,苹果酸盐,扁桃酸盐,次氮基三乙酸的羧酸盐,n-(2-羟乙基)-乙二胺三乙酸的羧酸盐,乙二胺四乙酸的羧酸盐,二亚乙基三胺五乙酸的羧酸盐和卤代烷基羧酸盐如一氟乙酸盐,二氟乙酸盐,三氟乙酸盐,一氯乙酸盐,二氯乙酸盐和三氯乙酸盐。
亚硫酸盐包括亚硫酸盐和亚硫酸氢盐。
硫酸盐包括硫酸氢盐,硫酸盐,硫代硫酸盐和烷基硫酸盐如甲基硫酸盐和乙基硫酸盐。
磺酸盐包括烷基、芳基磺酸盐和全氟烷基磺酸盐,例如三氟甲磺酸盐(三氟甲磺酸盐),对甲苯磺酸盐(甲苯磺酸盐)或甲磺酸盐(甲磺酸盐)。
碳酸盐阴离子例如是碳酸盐,碳酸氢盐或烷基碳酸盐如甲基碳酸盐,乙基碳酸盐或丁基碳酸盐。
酰亚胺阴离子包括二氰胺,n(so2f)2-((双氟磺酰基)酰亚胺),双(全氟烷基磺酰基)酰亚胺如[n(so2cf3)2]-(双三氟磺酰亚胺),双(五氟乙基磺酰基)酰亚胺和n(cf3so2)cf2)3so2)-和(全氟烷基磺酰基)(全氟烷基羧基)酰亚胺。
铝酸盐包括al(oc(cf3)3)4-,二(三氟乙酰)草酸根合铝酸盐(d(ac)oal),四氯铝酸盐,四氟铝酸盐,四碘铝酸盐和四溴铝酸盐。
氰酸盐包括硫代氰酸盐和氰酸盐。
甲基化物包括三(全氟烷基磺酰基)甲基化物,例如三(三氟甲基磺酰基)甲基化物,c(cf3so2)3-。
砷酸盐包括砷酸盐,砷酸氢盐,砷酸二氢盐和asf6-。
硅酸盐包括sif6-2。
锑酸盐包括sbf6-和sb(oh)6-。
例如,质子离子化合物是h3po4,nh4so3cf3,nh4bf4,nh4oh,nh4cl,nh4br,nh4i,nh4f,nh4h2po4,(nh4)2hpo4,甲基膦酸铵,甲苯磺酸吡啶
质子离子化合物也可以是高度非配位离子的氧
质子离子化合物可以是质子离子液体,例如乙基铵硝酸盐,二乙基甲基铵三氟甲磺酸盐(dematfo),三乙基铵甲磺酸盐,2-甲基吡啶
羧酸是质子酸/质子化合物。羧酸具有式rcooh,其中r是氢或烃基。羧酸包含羧酸根阴离子。
例如,羧酸选自甲酸,乙酸,一氟乙酸,二氟乙酸,三氟乙酸,一氯乙酸,二氯乙酸,三氯乙酸,丙酸,丁酸,3-甲基丁酸,戊酸,己酸,庚酸,辛酸,壬酸,苯甲酸,水杨酸,2-、3-或4-硝基苯甲酸;柠檬酸,草酸,酒石酸,乙醇酸,葡萄糖酸,苹果酸,扁桃酸,次氮基三乙酸,n-(2-羟乙基)-乙二胺三乙酸,乙二胺四乙酸和二亚乙基胺五乙酸。
某些羧酸属于根据本发明的离子液体的定义,例如乙酸。
例如,非质子离子化合物是nme4+so3cf3-,nme4oh,net4+bf4-,nme4+cl-,net4+br-,nnbu4+i-,nnbu4+f-,net4+h2po4-,(nme4)2hpo4,甲基三苯基
非质子离子化合物还可以包括高度非配位的阴离子,例如barf,例如钠barf,na+b[3,5-(cf3)2c6h3]4]-。其他实例包括k+b(c6f5)4-和k+al(oc(cf3)3)4-。
非质子离子化合物可以是非质子离子液体,例如三正丁基甲基铵甲基硫酸盐,1-乙基-2,3-二甲基咪唑
羧酸盐化合物的实例是四甲基苯甲酸铵,四乙基草酸铵,四丁基酒石酸铵,酒石酸钠,甲酸钾,四甲基乙酸铵,1-甲基吡啶
在多元羧酸中,铵和/或碱金属和/或碱土金属离子可以代替一个或任何数量的酸性氢,以形成本发明的羧酸盐化合物。例如包括单-、二-和三-代柠檬酸铵和单-、二-和三-代柠檬酸钠。
根据本发明,离子液体是显示熔点≤150℃的离子化合物。
否则,离子化合物是熔点>150℃的“盐”。
盐包括卤化物盐,例如碱金属或碱土金属卤化物盐如nacl,kcl或kbr,以及熔点在150℃以上的其它离子化合物。碱和碱土金属盐包括例如选自硝酸盐,高氯酸盐,二氟化物,卤化物,磷酸盐,次膦酸盐,膦酸盐,硼酸盐,羧酸盐,亚硫酸盐,硫酸盐,磺酸盐,碳酸盐,酰亚胺,铝酸盐,氰酸盐,甲基化物,砷酸盐,硅酸盐和锑酸盐的阴离子。
本发明离子化合物可以在同一分子中一起包含阳离子和阴离子。因此,还包括两性离子化合物(内盐)如甜菜碱。包括包含铵或
有利地,在电解质组合物中使用至少两种不同的离子化合物。例如,两种不同的离子化合物可以是质子离子化合物和非质子离子化合物,或者可以是离子液体和盐。
例如,本发明的电解质组合物可以包含至少两种不同的离子液体。电解质组合物可以包含一种或多种离子液体和一种或多种盐,例如质子或非质子铵盐或碱金属盐如碱金属卤化物。
电解质组合物可以包含羧酸盐化合物和羧酸的混合物。电解质组合物可以包含含羧酸盐的离子液体和羧酸的混合物。电解质组合物可包含两种不同的羧酸。
电解质组合物可以包含质子酸,质子铵化合物或质子氧
当存在至少两种不同的离子化合物时,所述两种不同的离子化合物的重量:重量比为约99.9:0.1至约0.1:99.9,约99.5:0.5至约0.5:99.5,约99:1至约1:99,约95:5至约5:95,约90:10至约10:90,约80:20至约20:80,约70:30至约30:70或约60:40至约40:60。
在两种不同的离子化合物中,阳离子或阴离子可以相同。
基于电解质组合物的总重量,电解质组合物可以基本上不包含无意的水,例如≤1000ppm,≤100ppm或≤10ppm的水。
电解质组合物可以有利地包含溶剂。或者,电解质组合物可以不含溶剂。例如,当在电解质组合物中使用一种或多种离子液体时,不需要溶剂。“不含溶剂”是指不存在有机溶剂,且基本上不存在无意的水。
在电解质组合物中存在溶剂的情况下,离子化合物总量与溶剂的重量:重量比可以为约99.9:0.1至约0.1:99.9,约99.5:0.5至约0.5:99.5,约99:1至约1:99,约95:5至约5:95,约90:10至约10:90,约80:20至约20:80,约70:30至约30:70或约60:40至约40:60。
本发明的电解质组合物不受水的氢和氧析出电位的限制。因此,本发明的主题也是具有>1.2v(伏特)的标称开路电压的金属氢化物电池。本发明的mh电池可以提供高达约5.0v的标称开路电压。例如,本发明的mh电池可以具有约1.2至约5.0v,约1.3至约5.0v,约1.4至约5.0v或约1.5至约5.0v的标称开路电压。例如,本发明的mh电池可以具有约1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,1.8,1.9,2.0,2.1,2.2,2.3,2.4,2.5,2.6,2.7,2.8,2.9,3.0,3.1,3.2,3.3,3.4,3.5,3.6,3.7,3.8,3.9,4.0,4.1,4.2,4.3,4.4,4.5,4.6,4.7,4.8,4.9或约5.0v的标称开路电压。
溶剂是水和有机溶剂。
溶剂可以基本上由水组成,或者可以基本上由有机溶剂组成。溶剂可包含不同比例的水:有机溶剂。
当溶剂基本上由有机溶剂组成时,水可以以非常低的含量存在,例如基于电解质组合物的总重量≤1000ppm,≤100ppm或≤10ppm的水。当溶剂基本上由水组成时,有机溶剂只能以相同的低含量存在。
例如,溶剂可以是水/有机溶剂混合物,其中水与有机溶剂的重量:重量:重量比为约99.9:0.1至约0.1:99.9,约99.5:0.5至约0.5:99.5,约99:1至约1:99,约95:5至约5:95,约90:10至约10:90,约80:20至约20:80,约70:30至约30:70或约60:40至约40:60。
电解质组合物可以包含有机溶剂而不含水。电解质组合物可以包含水并且不包含机溶剂。
合适的有机溶剂例如选自有机碳酸酯,醚,甘醇二甲醚,原酸酯,聚亚烷基二醇,酯,内酯,二醇,甲酸酯,砜,亚砜,酰胺,醇,胺,酮,硝基溶剂,腈溶剂及其组合。
有机碳酸酯是环状或非环状的,包括碳酸亚乙酯(ec),碳酸亚丙酯(pc),碳酸三亚甲基酯,碳酸1,2-亚丁酯(bc),碳酸二甲酯(dmc),碳酸二乙酯(dec),碳酸甲乙酯,碳酸亚乙烯酯,二氟亚乙基碳酸酯和一氟亚乙基碳酸酯。
醚和甘醇二甲醚包括二甲氧基甲烷(dmm),二乙氧基甲烷,1,2-二甲氧基乙烷(dme或乙二醇二甲醚或甘醇二甲醚),二甘醇二甲醚,三甘醇二甲醚,四甘醇二甲醚,乙二醇二乙醚(dee),乙二醇二丁基醚,二甘醇二乙醚,四氢呋喃(thf),2-甲基四氢呋喃(2-methf),1,3-二
原酸酯包括三甲氧基甲烷,三乙氧基甲烷,1,4-二甲基-3,5,8-三氧杂双环[2.2.2]辛烷和4-乙基-1-甲基-3,5,8-三氧杂双环[2.2.2]辛烷。
聚亚烷基二醇是c1-c4亚烷基二醇的均低聚物或共低聚物或者均聚物或共聚物。例如,聚乙二醇(peg)或单甲基、二甲基或二乙基(封端的)聚乙二醇。聚亚烷基二醇的重均分子量(mw)例如为约200至约1200g/mol,约200至约1000g/mol,约200至约900g/mol,约200至约700g/mol或约200至约500g/mol。包括4种单体和更多单体的低聚物,例如四甘醇,氟化四甘醇和四丙二醇。例如peg200,peg300,peg400,peg500,peg600,peg700,peg800,peg900或peg1000。
酯和内酯包括γ-丁内酯(gbl),γ-戊内酯,δ-戊内酯,乙酸乙酯(ea),乙酸2-甲氧基乙酯,乙酸2-乙氧基乙酯,乙酸2-丁氧基乙酯,乙酸2-(2-丁氧基乙氧基)乙酯(二甘醇丁醚乙酸酯,dba),乙二醇二乙酸酯(egda),丙酸3-乙氧基乙酯(eep),丁酸甲酯(mb),乙酸正戊酯(naac),丙二醇甲醚乙酸酯(pma),丁酸乙酯(eb),丙二酸二乙酯,丙二酸二甲酯和二元酯混合物(dbe)。
二元酯混合物包括例如己二酸、戊二酸和琥珀酸的甲基酯。
二醇包括乙二醇,丙二醇,2-甲氧基乙醇,2-乙氧基乙醇,2-丙氧基乙醇,2-异丙氧基乙醇,2-丁氧基乙醇(乙二醇丁醚,eb),2-苯氧基乙醇,2-苄氧基乙醇,2-(2-甲氧基乙氧基)乙醇,2-(2-乙氧基乙氧基)乙醇,2-(2-丁氧基乙氧基)乙醇(二甘醇丁醚,db),丙二醇丁醚(pb),丙二醇甲醚(pm),三甘醇(teg),二丙二醇甲醚(dpm),二甘醇甲基醚,1,3-丁二醇,1,4-丁二醇,1,5-戊二醇,全氟-1,4-丁二醇,全氟-1,5-丁二醇,氟化二甘醇甲基醚,氟化三甘醇,氟化三甘醇甲基醚和氟化二甘醇丁基醚。
甲酸酯包括甲酸甲酯,甲酸乙酯,甲酸异丁酯和甲酸叔丁酯。
砜和亚砜包括甲基磺酰基甲烷(msm或二甲基砜),乙基甲基砜,环丁砜和二甲基亚砜(dmso)。
酰胺包括二甲基甲酰胺(dmf),n-甲基吡咯烷酮(nmp),2-吡咯烷酮,1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(dmi),六甲基磷酰胺(hmpa)和n,n'-二甲基-n,n'-三亚甲基脲(1,3-二甲基-3,4,5,6-四氢-2(1h)-嘧啶酮(dmpu))。
醇包括例如苄醇(ba),乙醇,三氟乙醇(2,2,-三氟乙醇),甲醇,异丙醇,叔丁醇和正丁醇。
酮包括例如甲基乙基酮(mek)和甲基-异戊基酮(miak)。
胺包括例如三乙胺,三丁胺,二亚乙基三胺,乙二胺,吗啉,哌啶和吡啶。
硝基溶剂包括硝基苯,硝基甲烷和硝基乙烷。
腈溶剂包括乙腈,丙腈,丁腈和己二腈。
有利地,使用溶剂的混合物,例如有机碳酸酯的混合物或者一种或多种有机碳酸酯和一种或多种醚或甘醇二甲醚的混合物。
可以使用合适的其它有机溶剂,例如甲苯,己烷,庚烷等。
添加剂可以掺入本发明的电解质组合物中。
添加剂例如选自腐蚀抑制剂,固体电解质界面(sei)改进剂,质子进化改进剂,自放电抑制剂,抗气剂,粘度调节剂,阴极保护剂,盐稳定剂,导电改进剂和溶剂化试剂。
腐蚀抑制剂是例如氟化油,锡酸钠,柠檬酸钠或聚丙烯酸。
固体电解质界面改进剂例如是用于氟化金属氢化物表面的氟化物源。氟化物源例如是hf或kf。sei改进剂还包括稀土如y的氧化物或氢氧化物,其抑制在负极上形成厚的氧化物。sei改进剂还包括用于减少合金表面氧化的金属卟吩。例如ni或fe卟吩。sei改进剂也可包括碳酸亚乙烯酯,碳酸乙烯亚乙酯,碳酸亚甲基亚乙酯和氟代碳酸亚乙酯。
自放电抑制剂包括表面活性剂如聚二醇,聚二醇烷基醚,聚二醇烷基磷酸酯和多乙氧基醚。包括聚乙二醇(peg),聚丙二醇,多乙氧基醚20,多乙氧基醚40和多乙氧基醚80。有利地,peg600和多乙氧基醚20的混合物一起使用或peg600和zno的混合物一起使用。
抗气添加剂包括磷酸酯基表面活性剂,丙烷磺内酯和氟代丙烷磺内酯。
粘度调节剂包括例如dmso。
例如,基于电解质组合物的重量,添加剂的用量为约0.1重量%至约15重量%。
如果电解质组合物包含koh和水,则还存在一种或多种其它组分,例如一种或多种选自有机溶剂,其它离子化合物和添加剂的其它组分。
例如,电解质组合物可以包含koh和一种或多种其它离子化合物,例如一种或多种选自naoh,lioh,mg(oh)2和ca(oh)2的其它离子化合物。
koh与其它离子化合物的重量:重量比为约99.9:0.1至约0.1:99.9,约99.5:0.5至约0.5:99.5,约99:1至约1:99,约95:5至约5:95,约90:10至约10:90,约80:20至约20:80,约70:30至约30:70或约60:40至约40:60。
包含koh的电解质组合物有利地包含水和有机溶剂,例如聚亚烷基二醇。或者,溶剂可以仅由有机溶剂组成。
本发明的某些实施方案包括电解质组合物,其包含:
a)质子酸/水和/或有机溶剂,
b)质子铵化合物/水和/或有机溶剂,
c)离子液体(质子或非质子,铵或
d)离子液体/水和/或有机溶剂,
e)碱金属醇盐/醇或二醇或聚亚烷基二醇溶剂,
f)碱金属氢氧化物/有机溶剂(例如peg),
g)碱金属氢氧化物/水和有机溶剂(例如peg),
h)碱金属羧酸盐/羧酸,
i)羧酸/水和/或有机溶剂,
j)碱金属羧酸盐/水和/或有机溶剂,
k)高度非配位离子的离子化合物/水和/或有机溶剂,
l)至少两种不同离子液体的混合物,
m)离子液体和质子或非质子盐的混合物,和
n)离子液体和羧酸盐化合物和/或羧酸的混合物。
本发明的电解质组合物例如在室温(25℃)下为液体。液体包括糖浆状高粘度液体。例如,电解质组合物在25℃下的粘度为约0.2cp至约100cp。例如,电解质组合物在25℃下的粘度为≤100cp,≤90cp,≤80cp,≤70cp,≤50cp,≤40cp,≤30cp,≤20cp,≤10cp或≤5cp。
粘度可以例如通过旋转流变仪或使用在玻璃毛细管中使用滚动钢球的微型粘度计进行测量,该玻璃毛细管定时并针对对照液进行校准。粘度也可以用dvi或dvii布鲁克菲尔德粘度计,板式粘度计或振荡型粘度计测量。
本发明的主题还是电解质组合物。
在30重量%的koh电解质水溶液中,阳极的半电池充/放电电化学反应为(mh为金属氢化物):
本发明的电解质组合物中的许多是中性或酸性的,即ph小于或等于约7。
本发明还涉及一种金属氢化物电池,其包括至少一个负极,至少一个正极,具有位于其中的所述电极的壳体和电解质组合物,其中所述电解质组合物的ph值小于或等于约7。
当使用本发明中性或酸性电解质组合物时,在电池上施加电位时在阳极处的半电池充电/放电电化学反应是:
本发明还涉及一种金属氢化物电池,其包括至少一个负极,至少一个正极,具有位于其中的所述电极的壳体和电解质组合物,其中在电池上施加电位时在阳极处的半电池充电/放电电化学反应是
这里的所有值,例如电压,粘度,ph,pka等在25℃和大气压下测定。
涉及实施方案的元件的术语“a”或“an”可以是“一个”或可以是“一个或多个”。
术语“约”是指例如通过典型的测量和处理程序;通过这些程序的无意错误;通过使用的成分的制造、来源或纯度的差异;通过使用方法的差异;等等可能发生的变化。术语“约”还包括由于由特定初始混合物产生的组合物的不同平衡条件而不同的量。无论是否由术语“约”修饰,实施方案和权利要求包括所述量的等同物。
这里的所有数值都被术语“约”修饰,无论是否明确指出。术语“约”通常是指本领域技术人员将认为等同于所引用的值(即,具有相同的功能和/或结果)的数量范围。在许多情况下,术语“约”可以包括四舍五入到最接近的有效数字的数字。
术语“约”修饰的值当然包括具体值。例如,“约5.0”必须包括5.0。
术语“基本上由...组成”是指组合物,方法或结构可以包括另外的成分,步骤和/或部分,但是只有当另外的成分,步骤和/或部分不会实质上改变所要求保护的组合物、方法或结构的基本和新特征时。
美国专利、美国公开的专利申请和本文讨论的美国专利申请各自通过引用并入本文。
以下是本发明的一些实施方案。
e1.一种金属氢化物电池,其包括至少一个负极,至少一个正极,具有位于其中的所述电极的壳体和电解质组合物,其中
电解质组合物包含一种或多种离子化合物,其中
如果电解质组合物包含koh和水,则组合物包含一种或多种其它组分。
e2.根据实施方案1的电池,其中离子化合物选自质子酸,质子铵化合物和质子氧
e3.根据实施方案1的电池,其中离子化合物选自非质子铵化合物,非质子性氧
e4.根据实施方案1的电池,其中所述一种或多种离子化合物包含选自h+,碱金属离子,碱土金属离子,铵,甲基铵,乙基铵,二甲基铵,二乙基铵,三甲基铵,三乙基铵,三丁基铵,二乙基甲基铵,羟乙基铵,甲氧基甲基铵,二丁基铵,甲基丁基铵,苯铵,吡啶
e5.根据实施方案1的电池,其中所述一种或多种离子化合物包含选自h+,铵,二乙基甲基铵,三乙基铵,羟乙基铵,2-甲基吡啶
e6.根据实施方案1的电池,其中所述一种或多种离子化合物包含选自四甲基铵,四乙基铵,四正丁基铵,三正丁基甲基铵,正丁基-三乙基铵,苄基三甲基铵,苄基三乙基铵,1-甲基吡啶
e7.根据前述实施方案中任一项的电池,其中所述一种或多种离子化合物包含选自氢氧化物,硝酸盐,高氯酸盐,二氟化物,醇盐,卤化物,磷酸盐,次膦酸盐,膦酸盐,硼酸盐,羧酸盐,亚硫酸盐,硫酸盐,磺酸盐,碳酸盐,酰亚胺,铝酸盐,氰酸盐,甲基化物,砷酸盐,硅酸盐和锑酸盐的阴离子。
e8.根据实施方案1-6中任一项的电池,其中所述一种或多种离子化合物包含选自氯化物,溴化物,h2po4-,bf4-,二丁基磷酸盐,hpo3f-,硫酸氢盐,硫氰酸盐,二氟化物,高氯酸盐,二氰胺,al(oc(cf3)3)4-,b(c6f5)4-,[n(so2cf3)2]-(双三氟磺酰亚胺),双(五氟乙基磺酰基)酰亚胺,三氟甲磺酸盐(三氟甲磺酸盐),对甲苯磺酸盐(甲苯磺酸盐),甲磺酸盐(甲磺酸盐),四苯基硼酸盐,[b(3,5-(cf3)2c6h3)4]-,al(oc(cf3)3)4-,b(c6f5)4-,[n(so2cf3)2]-,n(so2f)2-,三(五氟乙基)三氟磷酸盐,b(c2o4)2-,二氟(草酸)硼酸盐,四氯铝酸盐,四氟铝酸盐,四碘铝酸盐,四溴铝酸盐,asf6-,pf6-,sbf6-和sif6-2的阴离子。
e9.根据实施方案1-6中任一项的电池,其中所述一种或多种离子化合物包含选自bf4-,硫酸氢盐,硫氰酸盐,高氯酸盐,二氰胺,双(五氟乙基磺酰基)酰亚胺,三氟甲磺酸盐,四苯基硼酸盐,[b(3,5-(cf3)2c6h3)4]-,al(oc(cf3)3)4-,b(c6f5)4-,[n(so2cf3)2]-,四氯铝酸盐,四氟铝酸盐,四碘铝酸盐,四溴铝酸盐,asf6-和pf6-的阴离子。
e10.根据实施方案1的电池,其中所述一种或多种离子化合物选自h3po4,nh4so3cf3,nh4oh,nh4bf4,nh4cl,nh4br,nh4i,nh4f,nh4h2po4,(nh4)2hpo4,甲基铵膦酸盐,吡啶
e11.根据实施方案1的电池,其中所述一种或多种离子化合物选自nme4+so3cf3–,net4+bf4–,nme4+oh–,nme4+cl–,net4+br–,nnbu4+i–,nnbu4+f–,net4+h2po4–,(nme4)2hpo4,甲基三苯基
e12.根据实施方案1-9中任一项的电池,其中所述一种或多种离子化合物选自离子液体。
e13.根据实施方案1的电池,其中所述一种或多种离子化合物选自两性离子。
e14.根据实施方案1的电池,其中所述一种或多种离子化合物选自乙基铵硝酸盐,二乙基甲基铵三氟甲磺酸盐(dematfo),三乙基铵甲磺酸盐,2-甲基吡啶
e15.根据实施方案1的电池,其中一种或多种离子化合物选自三正丁基甲基铵甲基硫酸盐,1-乙基-2,3-二甲基咪唑
e16.根据实施方案1的电池,其中所述电解质组合物包含至少两种不同的离子化合物。
e17.根据实施方案16的电池,其中所述电解质组合物包含质子离子化合物和非质子离子化合物。
e18.根据实施方案16的电池,其中电解质组合物包含两种不同的质子离子化合物。
e19.根据实施方案16的电池,其中电解质组合物包含两种不同的非质子离子化合物。
e20.根据实施方案16-19中任一项的电池,其中电解质组合物包含两种不同的盐。
e21.根据实施方案16-19中任一项的电池,其中电解质组合物包含两种不同的离子液体。
e22.根据实施方案16-19中任一项的电池,其中电解质组合物包含盐和离子液体,例如质子或非质子铵盐或碱金属盐如碱金属卤化物。
e23.根据实施方案16-18,21和22中任一项的电池,其中电解质组合物包含质子酸,质子铵化合物或质子氧
e24.根据实施方案16-23中任一项的电池,其中电解质组合物包含含有相同阳离子或相同阴离子的两种不同的离子化合物。
e25.根据实施方案16-24中任一项的电池,其中所述两种不同的离子化合物的重量:重量比为约99.9:0.1至约0.1:99.9,约99.5:0.5至约0.5:99.5,约99:1约1:99,约95:5至约5:95,约90:10至约10:90,约80:20至约20:80,约70:30至约30:70,或约60:40至约40:60。
e26.根据前述实施方案中任一项的电池,其中电解质组合物不包含有机溶剂,包含基于电解质组合物的总重量≤1000ppm,≤100ppm或≤10ppm的水。
e27.根据实施方案1-25中任一项的电池,其中电解质组合物包含溶剂。
e28.根据实施方案27的电池,其中溶剂基本上由水组成。
e29.根据实施方案27的电池,其中溶剂基本上由有机溶剂组成。
e30.根据实施方案27的电池,其中溶剂包含水和有机溶剂。
e31.根据实施方案30的电池,其中水与有机溶剂的重量:重量比为约99.9:0.1至约0.1:99.9,约99.5:0.5至约0.5:99.5,约99:1至约1:99,约95:5至约5:95,约90:10至约10:90,约80:20至约20:80,约70:30至约30:70或约60:40至40:60。
e32.根据实施方案29-31中任一项的电池,其中所述有机溶剂包含选自有机碳酸酯,醚,甘醇二甲醚,原酸酯,聚亚烷基二醇,酯,内酯,二醇,甲酸酯,砜,亚砜,酰胺,醇,胺,酮,硝基溶剂和腈溶剂的一种或多种溶剂。
e33.根据实施方案32的电池,其中有机溶剂包含选自碳酸亚乙酯(ec),碳酸亚丙酯(pc),碳酸三亚甲酯,碳酸1,2-亚丁酯(bc),碳酸二甲酯(dmc),碳酸二乙酯(dec),碳酸甲乙酯(emc),碳酸亚乙烯酯,二氟亚乙基碳酸酯,一氟亚乙基碳酸酯,二甲氧基甲烷(dmm),二乙氧基甲烷,1,2-二甲氧基乙烷(dme或乙二醇二甲醚或甘醇二甲醚),二甘醇二甲醚,三甘醇二甲醚,四甘醇二甲醚,乙二醇二乙醚(dee),乙二醇二丁醚,二甘醇二乙醚,四氢呋喃(thf),2-甲基四氢呋喃(2-methf),1,3-二
e34.根据实施方案27-33中任一项的电池,其中离子化合物总量与溶剂的重量:重量:重量比为约99.9:0.1至约0.1:99.9,约99.5:0.5至约0.5:99.5,约99:1至约1:99,约95:5至约5:95,约90:10至约10:90,约80:20至约20:80,约70:30至约30:70或约60:40至约40:60。
e35.根据前述实施方案中任一项的电池,其中电解质组合物还包含一种或多种选自腐蚀抑制剂,固体电解质界面(sei)改进剂,质子进化改进剂,自放电抑制剂,抗气剂,粘度调节剂,阴极保护剂,盐稳定剂,导电改进剂和溶剂化剂的添加剂。
e36.根据实施方案1的金属氢化物电池,其中所述电解质组合物包含一种或多种选自碱金属或碱土金属氢氧化物和醇盐的离子化合物和有机溶剂。
e37.根据实施方案36的电池,其中所述一种或多种离子化合物选自碱金属氢氧化物和碱土金属氢氧化物。
e38.根据实施方案36的电池,其中所述一种或多种离子化合物选自碱金属醇盐和碱土金属醇盐。
e39.根据实施方案36的电池,其中所述一种或多种离子化合物选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙或氢氧化镁,以及钠、钾、钙或镁的甲醇盐、乙醇盐、正丙醇盐、异丙醇盐、正丁醇盐、叔丁醇盐、2-甲基丁醇盐或酚盐。
e40.根据实施方案36的电池,其中一种或多种离子化合物选自氢氧化钠或氢氧化钾和钠或钾的甲醇盐、乙醇盐、正丙醇盐、异丙醇盐、正丁醇盐、叔丁醇盐、甲基丁醇或酚盐。
e41.根据实施方案36的电池,其中一种或多种离子化合物选自氢氧化钾,甲醇钾和乙醇钾。
e42.根据实施方案36的电池,其中所述一种或多种离子化合物选自甲醇钠,乙醇钠,甲醇钾和乙醇钾。
e43.根据实施方案36-42中任一项的电池,其中所述有机溶剂包含一种或多种选自有机碳酸酯,醚,甘醇二甲醚,原酸酯,聚亚烷基二醇,二醇,醇,砜,亚砜,酰胺和腈溶剂的溶剂。
e44.根据实施方案36-42中任一项的电池,其中有机溶剂包含一种或多种选自碳酸亚乙酯,碳酸亚丙酯,碳酸三亚甲酯,碳酸1,2-亚丁酯,碳酸二甲酯,碳酸二乙酯,碳酸甲乙酯,二甲氧基甲烷,1,2-二甲氧基乙烷,二甘醇二甲醚,三甘醇二甲醚,四甘醇二甲醚,乙二醇二乙醚,乙二醇二丁基醚,二甘醇二乙醚,四氢呋喃,2-甲基四氢呋喃,1,3-二氧戊环,4-甲基-1,3-二氧戊环,2-甲基-1,3-二氧戊环,1,4-二
e45.根据实施方案36-42中任一项的电池,其中有机溶剂包含一种或多种选自2-甲氧基乙醇,2-乙氧基乙醇,2-丙氧基乙醇,2-异丙氧基乙醇,2-丁氧基乙醇,2-苯氧基乙醇,2-苄氧基乙醇,2-(2-甲氧基乙氧基)乙醇,2-(2-乙氧基乙氧基)乙醇,2-(2-丁氧基乙氧基)乙醇,丙二醇丁醚,丙二醇甲醚,三甘醇,二丙二醇甲醚,苄醇,乙醇,三氟乙醇,乙二醇,丙二醇,甲醇,异丙醇,叔丁醇和正丁醇的溶剂。
e46.根据实施方案36的电池,其中一种或多种离子化合物选自koh,naoh,kome,naome,koet和naoet,溶剂包含一种或多种选自2-甲氧基乙醇,2-乙氧基乙醇,2-丙氧基乙醇,2-异丙氧基乙醇,2-丁氧基乙醇,2-苯氧基乙醇,2-苄氧基乙醇,2-(2-甲氧基乙氧基)乙醇,2-(2-乙氧基乙氧基)乙醇,2-(2-丁氧基乙氧基)乙醇,丙二醇丁醚,丙二醇甲醚,三甘醇,二丙二醇甲醚,苄醇,乙醇,三氟乙醇,乙二醇,丙二醇,甲醇,异丙醇,叔丁醇和正丁醇。
e47.根据实施方案36-46中任一项的电池,其中离子化合物的总重量与有机溶剂的重量:重量比为约99.9:0.1至约0.1:99.9,约99.5:0.5至约0.5:99.5,约99:1至约1:99,约95:5至约5:95,约90:10至约10:90,约80:20至约20:80,约70:30至约30:70或约60:40至约40:60。
e48.根据实施方案36-47中任一项的电池,其中基于电解质组合物的总重量,电解质组合物包含≤1000ppm,≤100ppm或≤10ppm重量的水。
e49.根据实施方案36-48中任一项的电池,其中电解质组合物还包含一种或多种选自腐蚀抑制剂,固体电解质界面(sei)改进剂,质子进化改进剂,自放电抑制剂,抗气剂,粘度调节剂,阴极保护剂,盐稳定剂,导电改进剂和溶剂化剂的添加剂。
e50.根据实施方案1的电池,其中所述电解质组合物包含选自碱金属氢氧化物的一种或多种离子化合物,水及选自有机溶剂、其它离子化合物和添加剂的一种或多种其它组分。
e51.根据实施方案50的电池,其中电解质组合物包含有机溶剂。
e52.根据实施方案51的电池,其中有机溶剂包含一种或多种选自有机碳酸酯,醚,甘醇二甲醚,原酸酯,聚亚烷基二醇,二醇,醇,砜,亚砜,酰胺和腈溶剂的溶剂。
e53.根据实施方案51的电池,其中有机溶剂包含一种或多种选自碳酸亚乙酯,碳酸亚丙酯,碳酸三亚甲酯,碳酸1,2-亚丁酯,碳酸二甲酯,碳酸二乙酯,碳酸甲乙酯,二甲氧基甲烷,1,2-二甲氧基乙烷,二甘醇二甲醚,三甘醇二甲醚,四甘醇二甲醚,乙二醇二乙醚,乙二醇二丁基醚,二甘醇二乙醚,四氢呋喃,2-甲基四氢呋喃,1,3-二氧戊环,4-甲基-1,3-二氧戊环,2-甲基-1,3-二氧戊环,1,4-二
e54.根据实施方案51的电池,其中电解质组合物包含聚乙二醇,二甲基聚乙二醇或二乙基聚乙二醇。
e55.根据实施方案51-54中任一项的电池,其中水与有机溶剂的重量:重量比为约99.9:0.1至约0.1:99.9,约99.5:0.5至约0.5:99.5,约99:1至约1:99,约95:5至约5:95,约90:10至约10:90,约80:20至约20:80,约70:30至约30:70或约60:40至约40:60。
e56.根据实施方案51-55中任一项的电池,其中碱金属氢氧化物与有机溶剂加水的重量:重量比为约99.9:0.1至约0.1:99.9,约99.5:0.5至约0.5:99.5,约99:1至约1:99,约95:5至约5:95,约90:10至约10:90,约80:20至约20:80,约70:30至约30:70或约60:40至约40:60。
e57.根据实施方案50-56中任一项的电池,其中电解质组合物包含一种或多种其它离子化合物。
e58.根据实施方案57的电池,其中所述电解质组合物包含koh和一种或多种选自naoh,lioh,mg(oh)2和ca(oh)2的其它离子化合物。
e59.根据实施方案57的电池,其中所述其它离子化合物选自离子液体。
e60.根据实施方案57-59中任一项的电池,其中碱金属氢氧化物与其它离子化合物总重量的重量:重量比为约99.9:0.1至约0.1:99.9,约99.5:0.5至约0.5:99.5,约99:1至约1:99,约95:5至约5:95,约90:10至约10:90,约80:20至约20:80,约70:30至约30:70或约60:40至约40:60。
e61.根据实施方案50-60中任一项的电池,其中所述电解质组合物包含一种或多种添加剂。
e62.根据实施方案61的电池,其中所述电解质组合物包含一种或多种选自腐蚀抑制剂,固体电解质界面(sei)改进剂,质子进化改进剂,自放电抑制剂,抗气剂,粘度调节剂,阴极保护剂,盐稳定剂,导电改进剂和溶剂化剂的添加剂。
e63.根据实施方案1的电池,其中电解质组合物包含一种或多种选自羧酸盐化合物和羧酸的离子化合物。
e64.根据实施方案63的电池,其中电解质组合物包含一种或多种羧酸盐化合物。
e65.根据实施方案64的电池,其中所述一种或多种羧酸盐化合物选自碱金属、碱土金属和铵羧酸盐。
e66.根据实施方案64的电池,其中所述一种或多种羧酸盐化合物选自碱金属和碱土金属羧酸盐。
e67.根据实施方案64的电池,其中所述一种或多种羧酸盐化合物选自铵和
e68.根据实施方案64的电池,其中所述一种或多种羧酸盐化合物包含选自na+,k+,ca++,mg++,nh4+,甲基铵,乙基铵,二甲基铵,二乙基铵,三甲基铵(nme3h+),三乙基铵,三丁基铵,二乙基甲基铵,羟乙基铵,甲氧基甲基铵,二丁基铵,甲基丁基铵,苯铵,吡啶
e69.根据实施方案64-68中任一项的电池,其中一种或多种羧酸盐化合物包含选自甲酸盐,乙酸盐,一氟乙酸盐,二氟乙酸盐,三氟乙酸盐,一氯乙酸盐,二氯乙酸盐,三氯乙酸盐,丙酸盐,正丁酸盐,异丁酸盐,正戊酸盐,异戊酸盐,辛酸盐,癸酸盐,苯甲酸盐,水杨酸盐,硫代水杨酸盐,2-、3-或4-硝基苯甲酸盐;柠檬酸盐,草酸盐,酒石酸盐,乙醇酸盐,葡糖酸盐,苹果酸盐,扁桃酸盐,次氮基三乙酸的羧酸盐,n-(2-羟乙基)-亚乙基二胺三乙酸的羧酸盐,乙二胺四乙酸的羧酸盐和二亚乙基三胺五乙酸的羧酸盐。
e70.根据实施方案64的电池,其中所述一种或多种羧酸盐化合物选自钠、钾、钙和镁的甲酸盐、乙酸盐(乙酸盐)、丙酸盐、正丁酸盐、异丁酸盐、正戊酸盐或异戊酸盐。
e71.根据实施方案64的电池,其中所述一种或多种羧酸盐化合物选自钠和钾的甲酸盐、乙酸盐、丙酸盐、正丁酸盐、异丁酸盐、正戊酸盐或异戊酸盐。
e72.根据实施方案64的电池,其中所述一种或多种羧酸盐化合物选自苯甲酸四甲基铵,草酸四乙铵,酒石酸四丁基铵,酒石酸钠,甲酸钾,乙酸四甲基铵,1-甲基吡啶
e73.根据实施方案64-69中任一项的电池,其中所述一种或多种羧酸盐化合物选自离子液体。
e74.根据实施方案64的电池,其中所述一种或多种羧酸盐化合物选自三己基十四烷基
e75.根据实施方案63的电池,其中电解质组合物包含一种或多种羧酸。
e76.根据实施方案75的电池,其中所述一种或多种羧酸选自甲酸,乙酸,一氟乙酸,二氟乙酸,三氟乙酸,一氯乙酸,二氯乙酸,三氯乙酸,丙酸,丁酸,3-甲基丁酸,戊酸,己酸,庚酸,辛酸,壬酸,苯甲酸,水杨酸,2-、3-或4-硝基苯甲酸;柠檬酸,草酸,酒石酸,乙醇酸,葡萄糖酸,苹果酸,扁桃酸,次氮基三乙酸,n-(2-羟乙基)-亚乙基二胺三乙酸,乙二胺四乙酸和二亚乙基胺五乙酸。
e77.根据实施方案75的电池,其中所述一种或多种羧酸选自乙酸、丙酸、丁酸、3-甲基丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸和壬酸。
e78.根据实施方案63的电池,其中所述电解质组合物包含至少两种不同的如实施方案63-77中任一项所定义的离子化合物。
e79.根据实施方案78的电池,其中电解质组合物包含质子离子化合物和非质子离子化合物。
e80.根据实施方案78的电池,其中电解质组合物包含两种不同的质子离子化合物。
e81.根据实施方案78的电池,其中电解质组合物包含两种不同的非质子离子化合物。
e82.根据实施方案78-81中任一项的电池,其中所述电解质组合物包含两种不同的盐。
e83.根据实施方案78-81中任一项的电池,其中所述电解质组合物包含两种不同的离子液体。
e84.根据实施方案78-81中任一项的电池,其中所述电解质组合物包含盐和离子液体。
e85.根据实施方案78-81中任一项的电池,其中所述电解质组合物包含羧酸盐化合物和羧酸。
e86.根据实施方案78-80、83和85中任一项的电池,其中所述电解质组合物包含羧酸和离子液体。
e87.根据实施方案78-86中任一项的电池,其中所述电解质组合物包含含有相同阳离子或相同阴离子的两种不同的离子化合物。
e88.根据实施方案78-87中任一项的电池,其中所述两种不同的离子化合物的重量:重量比为约99.9:0.1至约0.1:99.9,约99.5:0.5至约0.5:99.5,约99:1约1:99,约95:5至约5:95,约90:10至约10:90,约80:20至约20:80,约70:30至约30:70,或约60:40至约40:60。
e89.根据实施方案63-88中任一项所述的电池,其中所述电解质组合物不包含有机溶剂,并且包含基于所述电解质组合物的总重量≤1000ppm,≤100ppm或≤10ppm的水。
e90.根据实施方案63-88中任一项的电池,其中所述电解质组合物包含溶剂。
e91.根据实施方案90的电池,其中溶剂基本上由水组成。
e92.根据实施方案90的电池,其中溶剂基本上由有机溶剂组成。
e93.根据实施方案90的电池,其中所述溶剂包含水和有机溶剂。
e94.根据实施方案92-93中任一项的电池,其中所述有机溶剂包含一种或多种选自有机碳酸酯、醚、甘醇二甲醚、原酸酯、聚亚烷基二醇、酯、内酯、二醇、甲酸酯、砜、亚砜、酰胺、醇、胺、酮、硝基溶剂和腈溶剂的溶剂。
e95.根据实施方案94的电池,其中有机溶剂包含一种或多种选自碳酸亚乙酯(ec),碳酸亚丙酯(pc),碳酸三亚甲酯,碳酸1,2-亚丁酯(bc),碳酸二甲酯(dmc)),碳酸二乙酯(dec),碳酸甲乙酯(emc),碳酸亚乙烯酯,二氟亚乙基碳酸酯,一氟亚乙基碳酸酯,二甲氧基甲烷(dmm),二乙氧基甲烷,1,2-二甲氧基乙烷(dme或乙二醇二甲醚或甘醇二甲醚),二甘醇二甲醚,三甘醇二甲醚,四甘醇二甲醚,乙二醇二乙醚(dee),乙二醇二丁醚,二甘醇二乙醚,四氢呋喃(thf),2-甲基四氢呋喃(2-methf),1,3-二
e96.根据实施方案93-95中任一项的电池,其中水与有机溶剂的重量:重量比为约99.9:0.1至约0.1:99.9,约99.5:0.5至约0.5:99.5,约99:1至约1:99,约95:5至约5:95,约90:10至约10:90,约80:20至约20:80,约70:30至约30:70或约60:40至约40:60。
e97.根据实施方案90-96中任一项的电池,其中离子化合物总重量与溶剂的重量:重量比为约99.9:0.1至约0.1:99.9,约99.5:0.5至约0.5:99.5,约95:5至约5:95,约90:10至约10:90,约80:20至约20:80,约70:30至约30:70或约60:40至约40:60。
e98.根据实施方案63-97中任一项的电池,其中电解质组合物还包含一种或多种选自腐蚀抑制剂,固体电解质界面(sei)改进剂,质子进化改进剂,自放电抑制剂,抗气剂,粘度调节剂,阴极保护剂,盐稳定剂,导电改进剂和溶剂化剂的添加剂。
e99.根据前述实施方案中任一项的电池,其中电解质组合物的粘度在25℃下为≤100cp,≤90cp,≤80cp,≤70cp,≤50cp,≤40cp,≤30cp,≤20cp,≤10cp或≤5cp。
e100.根据前述实施方案中任一项的电池,其显示约1.2至约5.0v,约1.3至约5.0v,约1.4至约5.0v或约1.5至约5.0v的标称开路电压。
e101.如实施方案1至99中任一项所述的电解质组合物。
e102.一种金属氢化物电池,其包含至少一个负极,至少一个正极,具有位于其中的所述电极的壳体和电解质组合物,其中电池的标称开路电压为约1.5至约5.0v。
e103.根据实施方案102的电池,其中所述电解质组合物包含一种或多种选自碱金属或碱土金属盐,质子酸,质子铵化合物,质子
e104.根据实施方案103的电池,其中所述一种或多种离子化合物包含选自氢氧化物,硝酸盐,高氯酸盐,二氟化物,醇盐,卤化物,磷酸盐,次膦酸盐,膦酸盐,硼酸盐,羧酸盐,亚硫酸盐,硫酸盐,磺酸盐,碳酸盐,酰亚胺,铝酸盐,氰酸盐,甲基化物,砷酸盐,硅酸盐和锑酸盐的阴离子。
e105.根据实施方案103的电池,其中所述一种或多种离子化合物包含选自氯化物,溴化物,h2po4-,bf4-,二丁基磷酸盐,hpo3f-,硫酸氢盐,硫氰酸盐,二氟化物,高氯酸盐,二氰胺,al(oc(cf3)3)4-,b(c6f5)4-,[n(so2cf3)2]-(双三氟磺酰亚胺),双(五氟乙基磺酰基)酰亚胺,三氟甲磺酸盐(三氟甲磺酸盐),对甲苯磺酸盐(甲苯磺酸盐),甲磺酸盐(甲磺酸盐),四苯基硼酸盐,[b(3,5-(cf3)2c6h3)4]–,al(oc(cf3)3)4–,b(c6f5)4–,[n(so2cf3)2]–,n(so2f)2–,三(五氟乙基)三氟磷酸盐,b(c2o4)2-,二氟(草酸)硼酸盐,四氯铝酸盐,四氟铝酸盐,四碘铝酸盐,四溴铝酸盐,asf6-,pf6-,sbf6-和sif6-2的阴离子。
e106.根据实施方案103-105中任一项的电池,其中所述一种或多种离子化合物选自离子液体。
e107.根据实施方案103的电池,其中所述一种或多种离子化合物选自乙基铵硝酸盐,二乙基甲基铵三氟甲磺酸盐,三乙基铵甲磺酸盐,2-甲基吡啶
e108.根据实施方案103的电池,其中一种或多种离子化合物选自三正丁基甲基铵甲基硫酸盐,1-乙基-2,3-二甲基咪唑
e109.根据实施方案103的电池,其中电解质组合物包含至少两种不同的离子化合物。
e110.根据实施方案109的电池,其中电解质组合物包含两种不同的盐。
e111.根据实施方案109的电池,其中电解质组合物包含两种不同的离子液体。
e112.根据实施方案109的电池,其中电解质组合物包含离子液体和盐。
e113.根据实施方案102的电池,其中所述电解质组合物包含离子液体和选自质子或非质子铵盐和碱金属盐的一种或多种盐。
e114.根据实施方案102的电池,其中所述电解质组合物包含离子液体和质子酸,质子铵化合物或质子氧
e115.根据实施方案102的电池,其中电解质组合物包含含有相同阳离子或相同阴离子的两种不同的离子化合物。
e116.根据实施方案102的电池,其中电解质组合物不包含有机溶剂,包含基于电解质组合物的总重量≤1000ppm的水。
e117.根据实施方案102-116中任一项的电池,其中所述电解质组合物包含溶剂。
e118.根据实施方案117的电池,其中溶剂基本上由水组成。
e119.根据实施方案117的电池,其中溶剂基本上由有机溶剂组成。
e120.根据实施方案117的电池,其中溶剂包含水和有机溶剂。
e121.根据实施方案117的电池,其中溶剂包含一种或多种选自有机碳酸酯,醚,甘醇二甲醚,原酸酯,聚亚烷基二醇,酯,内酯,二醇,甲酸酯,砜,亚砜,酰胺,醇,胺,酮,硝基溶剂和腈溶剂的溶剂。
e122.根据实施方案117的电池,其中溶剂包含一种或多种选自碳酸亚乙酯,碳酸亚丙酯,碳酸三亚甲酯,碳酸1,2-亚丁酯,碳酸二甲酯,碳酸二乙酯,碳酸甲乙酯,碳酸亚乙烯酯,二氟亚乙基碳酸酯,一氟亚乙基碳酸酯,二甲氧基甲烷,二乙氧基甲烷,1,2-二甲氧基乙烷,二甘醇二甲醚,三甘醇二甲醚,四甘醇二甲醚,乙二醇二乙醚,乙二醇二丁醚,二甘醇二乙醚,四氢呋喃,2-甲基四氢呋喃,1,3-二
e125.根据实施方案102的电池,其中所述电解质组合物包含一种或多种选自碱金属或碱土金属氢氧化物和醇盐的离子化合物和有机溶剂。
e126.根据实施方案102的电池,其中所述电解质组合物包含一种或多种选自碱金属氢氧化物的离子化合物、水和一种或多种选自有机溶剂、其它离子化合物和添加剂的其它组分。
e127.根据实施方案126的电池,其中电解质组合物包含有机溶剂。
e128.根据实施方案126的电池,其中电解质组合物包含一种或多种其它离子化合物。
e129.根据实施方案128的电池,其中所述一种或多种其它离子化合物选自离子液体。
e130.根据实施方案126的电池,其中电解质组合物包含一种或多种添加剂。
e131.根据实施方案102的电池,其中电解质组合物包含一种或多种选自羧酸盐化合物和羧酸的离子化合物。
e132.根据实施方案102的电池,其中电解质组合物包含一种或多种选自羧酸盐化合物的离子化合物。
e133根据实施方案132的电池,其中所述一种或多种羧酸盐化合物选自碱金属、碱土金属羧酸盐和羧酸铵。
e134.根据实施方案102的电池,其中电解质组合物包含一种或多种选自羧酸的离子化合物。
e135.根据实施方案131的电池,其中所述电解质组合物包含羧酸盐化合物和羧酸。
e136.根据实施方案131的电池,其中电解质组合物包含溶剂。
e137.根据实施方案136的电池,其中溶剂基本上由水组成。
e138.根据实施方案136的电池,其中溶剂基本上由有机溶剂组成。
e139.根据实施方案136的电池,其中所述溶剂包含水和有机溶剂。
e140.根据前述实施方案中任一项的电池,其中在电池上施加电位时阳极处的半电池充/放电电化学反应为:
e141.根据前述实施方案中任一项的电池,其中电解质组合物的ph小于或等于约7。
e142.一种金属氢化物电池,其包含至少一个负极,至少一个正极,具有位于其中的所述电极的壳体和电解质组合物,其中在电池上施加电位时阳极处的半电池充/放电电化学反应为:
e143.一种金属氢化物电池,其包含至少一个负极,至少一个正极,具有位于其中的所述电极的壳体和电解质组合物,其中所述电解质组合物具有小于或等于约7的ph。
e144.根据实施方案142或143的电池,其中所述电解质组合物包含一种或多种选自碱金属或碱土金属盐,质子酸,质子铵化合物,质子氧
e145.根据实施方案144的电池,其中所述一种或多种离子化合物包含选自氢氧化物,硝酸盐,高氯酸盐,二氟化物,醇盐,卤化物,磷酸盐,次膦酸盐,膦酸盐,硼酸盐,羧酸盐,亚硫酸盐,硫酸盐,磺酸盐,碳酸盐,酰亚胺,铝酸盐,氰酸盐,甲基化物,砷酸盐,硅酸盐和锑酸盐的阴离子。
e146.根据实施方案144的电池,其中所述一种或多种离子化合物包含选自氯化物,溴化物,h2po4-,bf4-,二丁基磷酸盐,hpo3f-,硫酸氢盐,硫氰酸盐,二氟化物,高氯酸盐,二氰胺,al(oc(cf3)3)4-,b(c6f5)4-,[n(so2cf3)2]-(双三氟磺酰亚胺),双(五氟乙基磺酰基)酰亚胺,三氟甲磺酸盐(三氟甲磺酸盐),对甲苯磺酸盐(甲苯磺酸盐),甲磺酸盐(甲磺酸盐),四苯基硼酸盐,[b(3,5-(cf3)2c6h3)4]-,al(oc(cf3)3)4-,b(c6f5)4-,[n(so2cf3)2]-,n(so2f)2-,三(五氟乙基)三氟磷酸盐,b(c2o4)2-,二氟(草酸)硼酸盐,四氯铝酸盐,四氟铝酸盐,四碘铝酸盐,四溴铝酸盐,asf6-,pf6-,sbf6-和sif6-2的阴离子。
e147.根据实施方案144-146中任一项的电池,其中所述一种或多种离子化合物选自离子液体。
e148.根据实施方案144的电池,其中所述一种或多种离子化合物选自乙基铵硝酸盐,二乙基甲基铵三氟甲磺酸盐,三乙基铵甲磺酸盐,2-甲基吡啶
e149.根据实施方案144的电池,其中所述一种或多种离子化合物选自三正丁基甲基铵甲基硫酸盐,1-乙基-2,3-二甲基咪唑
e150.根据实施方案144的电池,其中所述电解质组合物包含一种或多种选自羧酸盐化合物和羧酸的离子化合物。
e151.根据实施方案144的电池,其中电解质组合物包含一种或多种选自羧酸盐化合物的离子化合物。
e152.根据实施方案151的电池,其中所述一种或多种羧酸盐化合物选自碱金属、碱土金属和铵羧酸盐。
e153.根据实施方案144的电池,其中所述电解质组合物包含一种或多种选自羧酸的离子化合物。
e154.根据实施方案150的电池,其中所述电解质组合物包含羧酸盐化合物和羧酸。
e155.根据实施方案144-154中任一项的电池,其中所述电解质组合物包含至少两种不同的离子化合物。
e156.根据实施方案155的电池,其中所述电解质组合物包含两种不同的盐。
e157.根据实施方案155的电池,其中所述电解质组合物包含两种不同的离子液体。
e158.根据实施方案155的电池,其中所述电解质组合物包含离子液体和盐。
e159.根据实施方案144的电池,其中所述电解质组合物包含离子液体和选自质子或非质子铵盐和碱金属盐的一种或多种盐。
e160.根据实施方案144的电池,其中所述电解质组合物包含离子液体和质子酸,质子铵化合物或质子氧
e161.根据实施方案144的电池,其中电解质组合物包含含有相同阳离子或相同阴离子的两种不同的离子化合物。
e162.根据实施方案144的电池,其中电解质组合物不包含机溶剂,包含基于电解质组合物的总重量≤1000ppm的水。
e163.根据实施方案144的电池,其中所述电解质组合物包含溶剂。
e164.根据实施方案163的电池,其中溶剂基本上由水组成。
e165.根据实施方案163的电池,其中溶剂基本上由有机溶剂组成。
e166.根据实施方案163的电池,其中溶剂包含水和有机溶剂。
e167.根据实施方案163的电池,其中所述溶剂包含一种或多种选自有机碳酸酯,醚,甘醇二甲醚,原酸酯,聚亚烷基二醇,酯,内酯,二醇,甲酸酯,砜,亚砜,酰胺,醇,胺,酮,硝基溶剂和腈溶剂的溶剂。
e168.根据实施方案163的电池,其中所述溶剂包含一种或多种选自碳酸亚乙酯,碳酸亚丙酯,碳酸三亚甲酯,碳酸1,2-亚丁酯,碳酸二甲酯,碳酸二乙酯,碳酸甲乙酯,碳酸亚乙烯酯,二氟亚乙基碳酸酯,一氟亚乙基碳酸酯,二甲氧基甲烷,二乙氧基甲烷,1,2-二甲氧基乙烷,二甘醇二甲醚,三甘醇二甲醚,四甘醇二甲醚,乙二醇二乙醚,乙二醇二丁醚,二甘醇二乙醚,四氢呋喃,2-甲基四氢呋喃,1,3-二
e169.根据实施方案144的电池,其中所述电解质组合物包含一种或多种选自腐蚀抑制剂,固体电解质界面改进剂,质子进化改进剂,自放电抑制剂,抗气剂,粘度调节剂,阴极保护剂,盐稳定剂,导电改进剂和溶剂化剂的添加剂。
e170.根据实施方案144-169中任一项的电池,其中所述电解质组合物的粘度在25℃下为≤100cp,≤90cp,≤80cp,≤70cp,≤50cp,≤40cp,≤30cp,≤20cp,≤10cp或≤5cp。
e171.根据实施方案144-170中任一项的电池,其显示约1.2至约5.0v,约1.3至约5.0v,约1.4至约5.0v或约1.5至约5.0v的标称开路电压。
实施例1
制备hn(me)3bf4在碳酸亚丙酯中的1mol/l的电解质组合物。该电解质组合物用于具有稀土镍基ab5储氢材料作为负极,浆化的氢氧化镍正极和聚丙烯/聚乙烯接枝的无纺布隔片的电池中。
或者,nh4bf4被h3po4、nh4cf3so3、n2h6so4、hn(me)3cl、nh4h2po4、kh2po4或吡啶
或者,碳酸亚丙酯(pc)被碳酸亚乙酯(ec)、碳酸甲乙酯(emc)、dmf、dmso、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)、1,2-二甲氧基乙烷(dme)、乙酸乙酯(ea)或其混合物如ec/dmc、ec/dec、ec/emc、ec/dmc/dec或ec/dmc/ea代替。
实施例2
重复实施例1,用纯二乙基甲基铵三氟甲磺酸盐、三乙铵甲磺酸盐或2-甲基吡啶
实施例3
电解质组合物用于具有稀土镍基ab5储氢材料作为负极,浆化的氢氧化镍正极和聚丙烯/聚乙烯接枝的无纺布隔片的电池中。电解质组合物为纯1-乙基-3-甲基咪唑
实施例4
电解质组合物用于具有作为负极的稀土类镍基ab5储氢材料、浆化的氢氧化镍正极和聚丙烯/聚乙烯接枝的无纺布隔片的电池中。电解质组合物为三氟乙醇中的30重量%的乙醇钾。或者,使用30重量%的甲醇钠在甲醇中的混合物,30重量%乙醇钾在乙二醇中的混合物或30重量%的乙醇钾在乙醇中的混合物。
实施例5
电解质组合物用于具有稀土镍基ab5储氢材料作为负极、浆化的氢氧化镍正极和聚丙烯/聚乙烯接枝的无纺布隔片的电池中。电解质组合物为25重量%的氢氧化钾在碳酸丙烯酯中。
实施例6
电解质组合物用于具有稀土镍基ab5储氢材料作为负极、浆化的氢氧化镍正极和聚丙烯/聚乙烯接枝的无纺布隔片的电池中。电解质组合物为25重量%的koh在水和聚乙二醇(peg600)的1:1重量混合物中。重复该实施例,用30重量%的koh混合物在peg300中代替电解质组合物。
实施例7
电解质组合物用于具有稀土镍基ab5储氢材料作为负极、浆化的氢氧化镍正极和聚丙烯/聚乙烯接枝的无纺布隔片的电池中。电解质组合物是30重量%的乙酸钾在乙酸中。或者,电解质组合物是30重量%的辛酸在甘醇二甲醚中,或30重量%的乙酸钾在甘醇二甲醚中或30重量%的乙酸钠在丁酸中。
实施例8
制备1mol/l的电解质组合物(三乙基铵2-硝基苯甲酸盐在碳酸亚丙酯中)。根据实施例1将组合物用于电池中。
实施例9
制备6mol/l的电解质组合物(1-乙基-3-甲基咪唑
实施例10
制备二乙基甲基铵三氟甲磺酸盐(dematfo,离子液体)和三甲基铵氯化物(盐)的电解质混合物。离子液体:盐混合物以1:5、1:4、1:3、1:2、1:1、2:1、3:1、4:1和5:1的重量:重量水平制备。或者,在混合物中使用盐四乙基铵溴化物或二乙基甲基铵氯化物作为盐。或者,使用钠盐或钾盐作为盐,例如,nacl或kcl。或者,使用羧酸盐作为盐。根据实施例1将混合物用于电池中。
实施例11
制备二乙基甲基铵三氟甲磺酸盐(dematfo,离子液体)和乙基铵硝酸盐的电解质混合物。离子液体混合物以1:5、1:4、1:3、1:2、1:1、2:1、3:1、4:1和5:1的重量:重量水平制备。如实施例1将混合物用于电池中。或者,离子液体被三乙基铵甲磺酸盐、2-甲基吡啶