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JP6779874B2 - 電解質、及び金属水素化物電池 - Google Patents
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JP6779874B2 - 電解質、及び金属水素化物電池 - Google Patents

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Description

本発明は、特定の電解質組成物を含有する金属水素化物(MH)電池に関する。
電極の最適化により、電気化学的性能及び金属水素化物電池のサイクル寿命を最適化することに、多くの進歩が遂げられてきた。金属水素化物電池の電解質は現在、30質量%の水性KOHである。水性KOH電解質は、幾つかの電極材料に対して、腐食性である。水性電解質は、水素及び酸素が水になってしまう可能性によっても制限される。本発明は、改善された電解質を狙いとする。
発明の概要
ここで開示されるのは、少なくとも1つの負極、少なくとも1つの正極、これらの電極がその中に配置されたケーシング、及び電解質組成物を有する、金属水素化物電池(セル)であって、
前記電解質組成物が、プロトン酸、プロトン性アンモニウム化合物、プロトン性オキソニウム化合物、非プロトン性アンモニウム化合物、非プロトン性オキソニウム化合物、非プロトン性ホスホニウム化合物、アルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩から成る群から選択される1種以上のイオン性化合物を含有する、前記電池である。
ここで開示されるのはまた、少なくとも1つの負極、少なくとも1つの正極、これらの電極がその中に配置されたケーシング、及び電解質組成物を有する、金属水素化物電池であって、
前記電解質組成物が、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ金属アルコキシド及びアルカリ土類金属アルコキシドから成る群から選択される1種以上のイオン性化合物と、有機溶媒とを含有する前記電池である。
ここで開示されるのはまた、少なくとも1つの負極、少なくとも1つの正極、これらの電極がその中に配置されたケーシング、及び電解質組成物を有する、金属水素化物電池であって、
前記電解質組成物が、アルカリ金属水酸化物の群から選択される1種以上のイオン性化合物と、水と、有機溶媒、さらなるイオン性化合物及び添加剤から成る群から選択される1種以上のさらなる成分とを含有する、前記電池である。
ここで開示されるのはまた、少なくとも1つの負極、少なくとも1つの正極、これらの電極がその中に配置されたケーシング、及び電解質組成物を有する、金属水素化物電池であって、
前記電解質組成物が、カルボキシラート化合物及びカルボン酸から成る群から選択される1種以上のイオン性化合物を含有する、前記電池である。
ここで開示されるのはまた、少なくとも1つの負極、少なくとも1つの正極、これらの電極がその中に配置されたケーシング、及び電解質組成物を有する、金属水素化物電池であって、
約1.5V〜約5.0Vの公称開放回路電圧を示す、前記電池である。
本発明の主題はまた、少なくとも1つの負極、少なくとも1つの正極、これらの電極がその中に配置されたケーシング、及び電解質組成物を有する、金属水素化物電池であって、前記電解質組成物が、約7以下のpHを有する、前記電池である。
本発明の主題はまた、少なくとも1つの負極、少なくとも1つの正極、これらの電極がその中に配置されたケーシング、及び電解質組成物を有する、金属水素化物電池であって、セルにわたって電位を適用した場合に、アノードにおける半電池の充電/放電の電気化学反応が、
Figure 0006779874
である、前記電池である。
詳細な説明
電解質組成物は、金属水素化物電池(金属水素化物セル)において、有用である。金属水素化物電池は、少なくとも1つの負極、少なくとも1つの正極、これらの電極がその中に配置されたケーシング、及び電解質組成物を有する。
負極の活物質(アノード材料)は、水素を吸蔵可能なABxタイプの合金を含有し、ここで式中、xは、約0.5〜約5である。Aは、水素化物を形成する要素であり、Bは、弱い、又は非水素化物を形成する要素である。これらの合金は、水素を可逆的に吸着、及び脱着できる。
ABxタイプの合金は例えば、以下の分類のものである(単なる例):AB(HfNi,TiFe,TiNi)、AB2(Mn2Zr,TiFe2)、A2B(Hf2Fe,Mg2Ni)、AB3(NdCo3,GdFe3)、A27(Pr2,Ni7,Ce2Co7)、及びAB5(LaNi5,CeNi5)。
アノード活物質は例えば、Zr、Mn、V、Fe、及びNi;Zr、Mn、V、Co、及びNi;Ti、V、及びNi;La、及びNi;Ti、Zr、Ni、Cr、並びにAl、Si、V、Mn、Fe、Co、Cu、Nb、Ag、及びPdから成る群から選択される1種以上の元素;Zr、Mo、及びNi;又はランタニド金属、並びにNi、及びCoから選択される少なくとも1種の金属を含有する。
アノード材料は、V、Zr、Nb、La、Si、Ca、Sc、Mg、Ti、及びYから成る群から選択されるホスト元素を1種以上と、Cu、Mn、C、Fe、Ni、Al、Co、Mo、W、Ti、Li、及びReから成る群から選択される改質剤元素とを1種以上含有する、無秩序多成分材料を含有することができる。ホスト元素は一般的に、水素化物形成剤である。ホストマトリックスは例えば、Ti、Mg、及びVのうち1種以上であり、改質剤は、Ni、Cu、Fe、及びAlのうち1種以上を含む。このような無秩序材料は、米国特許第4623597号明細書(U.S. Pat. No. 4,623,597)に教示されている。
アノード材料は、V、Ti、Zr、及びNi、又はV、Ti、Zr、Ni、及びCrと、Al、Mn、Mo、Cu、W、Fe、及びCoから成る群から選択される1種以上の改質元素とを含有する、多成分の多相合金を含むことができる。このような多相材料は、米国特許第5096667号明細書(U.S. Pat. No. 5,096,667)に教示されている。
アノード材料は、(ベース合金)aCobMncFedSneを含有する無秩序材料を含有することができ、ここでベース合金は、Tiを0.1〜60原子%(at%)、Zrを0.1〜40原子%、Vを0〜60原子%、Niを0.1〜57原子%、及びCrを0〜56原子%、含有し、bは、0〜7.5原子%であり、cは、13〜17原子%であり、dは、0〜3.5原子%であり、eは、0〜1.5原子%であり、ここでa、b、c、d、及びeは、100原子%に等しい。このような合金は、米国特許第5536591号明細書(U.S.Pat. No. 5,536,591)に開示されている。
アノード活物質は例えば、LaNi5タイプの合金、改質されたLaNi5タイプの合金、TiNiタイプの合金、又は改質されたTiNiタイプの合金である。アノード活物質は例えば、Ti、V、及びZrから成る群から選択される1種以上の元素と、Ni、Cr、Co、Mn、Mo、Nb、Fe、Al、Mg、Cu、Sn、Ag、Zn、及びPdから成る群から選択される1種以上の元素とを含有するか、又はアノード活物質は、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、及びMmから成る群から選択される1種以上の元素と、Ni、Cr、Co、Mn、Fe、Cu、Sn、Al、Si、B、Mo、V、Nb、Ta、Zn、Zr、Ti、Hf、及びWから成る群から選択される1種以上の元素とを含有する。このような合金はさらに、Al、B、C、Si、P、S、Bi、In、及びSbから成る群から選択される1種以上のガラス形成元素を含有することができる。このような材料は有利には、1.2E23/ccより大きい、又は1.5E23/ccより大きい水素吸蔵箇所の密度を有する、無秩序の多成分材料である。このような材料は、米国特許第5840440号明細書(U.S. Pat. No. 5,840,440)に開示されている。
アノード材料は、(ベース合金)aCobFecAldSneを含有する、改質されたTi−V−Zr−Ni−Mn−Cr合金を含有することができ、ここでベース合金は、Tiを0.1〜60原子%、Zrを0.1〜40原子%、Vを0〜60原子%、Niを0.1〜57原子%、Mnを5〜22原子%、及びCrを0〜56原子%含有し、bは0.1〜10原子%であり、cは0〜3.5原子%であり、dは0.1〜10原子%であり、eは、0.1〜3原子%である。適切な材料は、米国特許第6270719号明細書(U.S. Pat. No. 6,270,719)に教示されている。
適切なアノード材料は、AB2タイプの合金を含有することができ、それは例えば、Zrを2〜5原子%、Tiを26〜33原子%、Vを7〜13原子%、Crを8〜20原子%、Mnを36〜42原子%と、Niを1〜6原子%、Feを2〜6原子%、及びAlを0.1〜2原子%の1つ以上とを含有する改質されたTiMn2合金である。この合金はさらに、Mmを最大1原子%含有することができる。例えば、Zr3.63Ti29.88.82Cr9.85Mn39.5Ni2.0Fe5.0Al1.0Mm0.4;Zr3.6Ti29.08.9Cr10.1Mn40.1Ni2.0Fe5.1Al1.2;Zr3.6Ti28.38.8Cr10.0Mn40.7Ni1.9Fe5.1Al1.6、及びZr1Ti3312.54Cr15Mn36Fe2.25Al0.21である。このような合金は、米国特許第6536487号明細書(U.S. Pat. No. 6,536,487)に開示されている。
適切なアノード材料は、A519タイプの構造が40原子%である合金、又は式Laa1-a-bMgbNic-d-e(式中、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、及び0≦d≦0.2)である合金を含有することができる。これらの合金は、米国特許第7829220号明細書(U.S. Pat. No. 7,829,220)に教示されている。
アノード材料は、少なくともNi及び希土類を含有する水素吸蔵合金粒子を含有することができる。この粒子は、表面層及び内部を有することができ、ここで表面層は、内部より多いニッケル含分を有し、10nm〜50nmの大きさを有するニッケル粒子が、表面層に存在する。この材料は、Ln1-xMgxNia-b-cAlbcの合金を含有することができ、ここでLnは、1種以上の希土類元素であり、Zは、Zr、V、Bn、Ta、Cr、Mo、Mn、Fe、Co、Ga、Zn、Sn、In、Cu、Si、P、及びBのうち1種以上であり、0.05≦x≦0.3原子%、2.8≦a≦3.9原子%、0.05≦b≦0.25原子%、及び0.01≦c≦0.25である。これらの材料は、米国特許第8053114号明細書(U.S. Pat. No. 8,053,114)に教示されている。
アノード材料は、少なくともA27タイプの構造及びA519タイプの構造を有する多相を有する結晶構造と、バルクよりも多いニッケル含分を有する表面層とを有することができる。この合金は、式Ln1-xMgxNiy-a-bAlabのものであってよく、式中、Lnは、Yを含む1種以上の希土類であり、Mは、Co、Mn、及びZnのうち1種以上であり、ここで0.1≦x≦0.2原子%、3.5≦y≦3.9原子%、0.1≦a≦0.3原子%、及び0≦b≦0.2である。このような材料は、米国特許第8124281号明細書(U.S. Pat. No. 8,124,281)に開示されている。
アノード材料は、式Ln1-xMgx(Ni1-yTy)zの水素吸蔵合金を含有することができ、式中、Lnは、1種以上のランタニド元素、Ca、Sr、Sc、Y、Ti、Zr、及びHfであり、Tは、V、Nb、Ta、Cr、Mo、Mn、Fe、Co、Al、Ga、Zn、Sn、In、Cu、Si、P、及びBから選択される1種以上の元素であり、ここで0<x≦1原子%、0≦y≦0.5原子%、及び2.5≦z≦4.5原子%である。適切な合金は、米国特許第8257862号明細書(U.S. Pat. No. 8,257,862)に教示されている。
アノード材料は、米国特許第8409753号明細書(U.S. Pat. No. 8,409,753)に教示されたように、La、Nd、Mg、Ni、及びAl;La、Nd、Mg、Ni、Al、及びCo;La、Pr、Nd、Mg、Ni、及びAl、又はLa、Ce、Pr、Nd、Ni、Al、Co、及びMnを含有することができる。これらの合金は、これらの元素を混合し、アルゴン下で高周波誘導炉において加熱して溶融させ、冷却してインゴットを形成することによって製造される。
アノード材料は、AB2タイプの主層、及び第二相を有する多相合金を含有することができる。この材料は、改質剤元素によって改質されている。この合金は例えば、Ti、Zr、B、Ni、及び改質剤を含有する。改質剤は、軽量希土類、例えばYであり得る。合金は、式TiAZrB-XXCNiDEのものであってよく、式中、A、B、C、及びDはそれぞれ、0よりも大きく、50原子%以下であり、Xは、0より大きく、4原子%以下であり、Mは、Co、Cr、Sn、Al、及びMnから選択される1種以上の金属であり、Eは、0〜30原子%である。これらの材料は、米国特許出願公開第2013/0277607号明細書(U.S. Pub. No. 2013/0277607)に教示されている。
アノード材料は、改質されたA27タイプの水素吸蔵合金を含有することができる。例えばAxy合金について、Aは、少なくとも1種の希土類元素を含み、かつMgも含み、Bは、少なくともNiを含み、XとYとの原子比は、1:2から1:5、例えば1:3から1:4である。この合金は、B、Co、Cu、Fe、Cr、及びMnから成る群から選択される1種以上の元素によって改質されていてよい。Niと(複数の)改質剤との原子比は、50:1から200:1であり得る。希土類は、La、Ce、Nd、Pr、及びMmを含む。希土類とMgとの原子比は、5:1から6:1であり得る。元素Bはさらに、Alを含むことができ、ここでNiとAlとの原子比は、30:1から40:1であり得る。合金の表面は、多孔質酸化物担持マトリックスに担持された、触媒作用のある金属領域を含有することができる。触媒作用のある金属領域は、Ni、又はNi合金であり得る。
アノード材料は、ABxの高容量水素吸蔵合金であってよく、式中、xは約0.5〜約5であり、≧400mAh/g、≧425mAh/g、≧450mAh/g、又は≧475mAh/gの放電容量を有する。
アノード材料は例えば、マグネシウム(Mg)を含有する高容量MH合金であり、例えば、Mg及びNiを含有するAB、AB2、又はA2Bタイプの合金である。例えば、本発明によるアノード材料は、MgNi、MgNi2、又はMg2Niである。このようなMg及びNi含有合金は、希土類元素、及び遷移金属から成る群から選択される1種以上の元素によって改質されていてよい。例えば、Mg及びNiを含有するアノード材料は、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、及びCaから成る群から選択される元素1種以上によって、改質されていてよい。
適切なアノード材料は例えば、Mg及びNi、任意で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、及びCaから成る群から選択される元素を1種以上、含有する。
Mmとは、「ミッシュメタル」である。ミッシュメタルとは、希土類元素の混合物である。Mmは例えば、La、Nd、及びPrを含有する混合物、例えばCe、La、Nd、及びPrを含有する混合物である。
マグネシウム含有MH合金は、30質量%(wt%)のKOH電解質における腐食に対して特に敏感である。
例えば、適切なMH合金は、以下のものを含む: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、Mg2.00.1Ni、Mg1.3Al0.7Ni、Mg1.5Ti0.5Ni、Mg1.5Ti0.3Zr0.1Al0.1Ni、Mg1.75Al0.25Ni、及び(MgAl)2Ni、Mg1.70Al0.3Ni。
例えば、本発明によるアノード材料は、約1:2から約2:1の原子比でのMg及びNiの合金であり、この合金は、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、及びCaから成る群から選択される元素1種以上によって、改質されていてよい。単数又は複数の改質元素は、合金全体を基準として、約0.1原子%から約30原子%(at%)まで、又は約0.25原子%から約15原子%まで、又は約0.5原子%から、約1原子%から、約2原子%から、約3原子%から、約4原子%から若しくは約5原子%から約15原子%までであり得る。MgとNiとの原子比は例えば、約1:1である。
適切なアノード材料は、約1:2から約2:1の原子比でMg及びNiを含有することができ、さらにCo及び/又はMnを含有することができる。適切なアノード材料は例えば、Mg52Ni39Co6Mn3、及びMg52Ni39Co3Mn6である。
適切な高容量アノード材料は例えば、米国特許第5616432号明細書(U.S. Pat. Nos. 5,616,432)、及び米国特許第5506069号明細書(U.S. Pat. Nos. 5,506,069)に開示されている。
これらの合金は、メルトスピニング急冷固化、及び/又は機械的な合金化によって形成することができる。その他の手法は、RFスパッタリング、レーザーアブレーションを含む。
正極の活物質(カソード材料)は、充電/放電反応に関与する。活物質は例えば、ニッケル水酸化物活物質、すなわち水酸化ニッケル又は改質された水酸化ニッケルである。
カソード材料は、少なくとも1種の改質剤を有する多相の無秩序水酸化ニッケル材料を含有することができる。少なくとも1種の改質剤は例えば、金属、金属酸化物、金属酸化物合金、金属水素化物、及び/又は金属水素化物合金である。改質剤は例えば、Al、Ba、Ca、F、K、Li、Mg、Na、Sr、Bi、Co、Cr、Cu、Fe、In、LaH3、Mn、Ru、Sb、Sn、TiH2、TiO、及びZnから成る群から選択される1種以上の成分である。このような材料は、米国特許第5348822号明細書(Pat. No. 5,348,822)に教示されている。
適切なカソード材料は、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、及びPbから選択される少なくとも1種の改質剤、例えば3種の改質剤を含有する、無秩序の多相ニッケル水酸化物マトリックスを含有することができる。適切なカソード材料は、米国特許第5637423号明細書(U.S. Pat. No. 5,637,423)に教示されている。
カソード材料は、1種以上の第II族元素及びCoによって改質された水酸化ニッケルを、固溶体の状態で含有することができる。このような材料は、米国特許第5366831号明細書(U.S. Pat. No. 5,366,831)に教示されている。
カソード活物質は、水酸化ニッケルと、コバルト、水酸化コバルト及び酸化コバルトから成る群から選択される1種以上の成分と、炭素粉末とを含有することができる。カソード材料はさらに、Ca、Sr、Ba、Cu、Ag、又はYの化合物、例えばCa(OH)2、CaO、CaF2、CaS、CaSO4、CaSi25、CaC24、CaWO4、SrCO3、Sr(OH)2、BaO、Cu2O、Ag2O、Y2(CO33、又はY23を含有することができる。適切なカソード材料は例えば、米国特許第5451475号明細書(U.S. Pat. No. 5,451,475)に教示されている。
カソード活物質は、金属酸化物と、1種以上のCo、Ca、Ag、Mn、Zn、V、Sb、Cd、Y、Sr、Ba、及び、Ca、Sr、Ba、Sb、Y又はZnの酸化物とを含有することができる。金属酸化物は例えば、酸化ニッケル、及び/又は酸化マンガンである。このような活物質は、米国特許第5455125号明細書(U.S. Pat. No. 5,455,125)に教示されている。
カソード材料は、水酸化ニッケルと、Y、In、Sb、Ba及びBeから成る群から選択されるさらなる成分と、Co及び/又はCaとを含有することができる。このような材料は、米国特許第5466543号明細書(U.S. Pat. No. 5,466,543)に開示されている。
カソード材料は、硫酸ニッケル及び水酸化アンモニウムを反応させて、ニッケルアンモニウム錯体を形成することによって製造することができる。この錯体はそれから、水酸化ナトリウムと反応させて、水酸化ニッケルを形成する。この方法は、Co、Zn、及びCdのうち1種以上を含有する水酸化ニッケルをもたらすことができる。これらの材料は、米国特許第5498403号明細書(U.S. Pat. No. 5,498,403)に教示されている。
カソード活物質は、米国特許第5489314号明細書(U.S. Pat. No. 5,489,314)に教示されたような、水酸化ニッケル及びコバルトオキシ水酸化物を含有することができる。
カソード材料は、米国特許第5506070号明細書(U.S. Pat. No. 5,506,070)に教示されたような、水酸化ニッケル、一酸化コバルト、及び単体の亜鉛を含有することができる。
カソード材料は、水酸化ニッケルと、ニッケル粉末と、第二の粉末と、コバルト、水酸化コバルト及び水酸化コバルトのうち少なくとも1つとを含有することができる。第二の粉末は、Ca、Sr、Ba、Cu、Ag、及びYのうち1種以上を含有する。このような材料は、米国特許第5571636号明細書(U.S. Pat. No. 5,571,636)に教示されている。
カソード活物質は、水酸化ニッケル又は水酸化マンガンの粒子を含有することができ、これは、その中に少なくとも部分的に埋め込まれた導電性材料を有する。導電性材料は例えば、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金;金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属ケイ化物、若しくは金属ホウ化物;又は炭素(黒鉛)を有するものであり得る。これらの材料は例えば、米国特許第6177213号明細書(U.S. Pat. No. 6,177,213)に開示されている。
カソード材料は、Al、Bi、Ca、Co、Cr、Cu、Fe、In、La、希土類、Mg、Mn、Ru、Sb、Sn、Ti、Ba、Si、Sr、及びZnから成る群から選択される少なくとも3種の改質剤を含有する水酸化ニッケル粒子を含有することができる。例えば、水酸化ニッケル粒子は、少なくとも4種の改質剤、例えばCa、Co、Mg、及びZnを含有することができる。このような材料は、米国特許第6228535号明細書(U.S. Pat. No. 6,228,535)に開示されている。
カソード活物質は例えば、水酸化ニッケル、及び炭素材料、例えば黒鉛を含有する。この活性材料は、ポリマーバインダーを含有することもできる。ポリマーバインダーは例えば、熱可塑性有機ポリマーであり、例えば以下のものから成る群から選択される熱可塑性有機ポリマーである:ポリビニルアルコール(PVA)、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリブチレンオキシド、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ化エチレンプロピレン(FEP)、過フッ化アルコキシ(PFA)、ポリビニルアセテート、ポリビニルイソブチルエーテル、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリエチルメタクリレート、アリルアセテート、ポリスチレン、ポリブタジエン、ポリイソプイレン、ポリオキシメチレン、ポリオキシエチレン、多環式チオエーテル、ポリジメチルシロキサン、ポリエステル、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリカルボナート、及びポリアミド。前述のもののブレンド及びコポリマーも、適している。ポリマーバインダーはまた、エラストマー又はゴム、例えばスチレン−ブタジエンコポリマー、スチレン−ブタジエン−スチレンブロックコポリマー、スチレン−イソプレンブロックコポリマー、スチレン−イソプレン−スチレンブロックコポリマー、スチレン−エチレン−スチレン−ブタジエンブロックコポリマー、スチレン−エチレン−ブタジエン−スチレンブロックコポリマー、又はスチレン−アクリロニトリル−ブタジエン−メチルアクリレートコポリマーであり得る。適切な活物質は例えば、米国特許第6617072号明細書(U.S. Pat. No. 6,617,072)に教示されている。
カソード活物質は、米国特許第7396379号明細書(U.S. Pat. No. 7,396,379)に教示されたような、水酸化ニッケル、及びニッケルオキシ水酸化物を含有することができる。
一般的にカソード活物質粒子は、焼結された又はペースト化された電極で形成される。ペースト化された電極は、材料と様々な添加剤及び/又はバインダーとを混合し、このペーストを導電性支持体に付与することによって製造することができる。好ましくは、1種以上のコバルト添加剤を、ペースト化された電極に添加する。導電率を向上させるため、利便性を改善させるため、及び正極の電極抵抗を低減させるために、コバルト添加剤は、Co及び/又はCoOを含有することができる。
一般的に、カソード活物質は、水酸化ニッケル、又は改質水酸化ニッケルである。改質された水酸化ニッケルは、1種以上の改質剤、例えばCo、Cd、Ag、V、Sb、Ca、Mg、Al、Bi、Cr、Cu、Fe、In、希土類、Mn、Ru、Sn、Ti、Ba、Si、Sr、又はZnを含有することができる。適切な改質された水酸化ニッケルは、例えば球形粉末の形の、(Ni,Co,Zn)(OH)2である。改質された水酸化ニッケルにおいて、ニッケルは一般的に、これらの金属を基準として≧80原子%、例えば≧90原子%の水準で存在する。
MH電池は例えば、可逆的に水素を吸蔵可能なABxタイプの合金を含有する少なくとも1種の負極を有し、かつ、水酸化ニッケル又は改質された水酸化ニッケル活物質を含有する少なくとも1つの正極を有する。
負極を正極から分離するセパレータが、存在していてよい。セパレータは例えば、天然若しくは合成繊維の不織布である。天然繊維は、木綿を含む。合成繊維は、ポリアミド、ポリエステル、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、PP/PEコポリマー、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリ塩化ビニル、及びガラスを含む。
イオン性化合物は、ブレンステッド酸(プロトン酸)及びプロトン性アンモニウム化合物から成る群から選択されるプロトン化合物又はオキソニウム化合物であり得る。ブレンステッド酸は例えば、約5以下のpKaを有する。
イオン性化合物は、アンモニウム化合物、オキソニウム化合物、ホスホニウム化合物、アルカリ金属化合物、及びアルカリ土類金属化合物から成る群から選択される非プロトン性化合物であり得る。
イオン性化合物は、カチオン及びアニオンを含有する。
アルカリ金属又はアルカリ土類金属カチオンは、Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+、Be++、Mg++、Ca++、Sr++、及びBa++を含む。
アンモニウムイオンは、式+NR1234のカチオンであり、式中、R1、R2、R3、及びR4は、水素及びヒドロカルビルから選択されるか、又はR1〜R4のうち2つが一緒になってヒドロカルビレンであるか、又はR1〜R4のうち3つが一緒になってヒドロカルビレンである。R1〜R4のうち1つ以上が水素である場合、アンモニウムイオンは、プロトン性である。R1〜R4の4つ全てがヒドロカルビル又はヒドロカルビレンである場合、アンモニウムイオンは、非プロトン性である。
アンモニウムイオンはまた、式R12N−+NR345のヒドラジニウムカチオンも含み、式中、R1、R2、R3、R4、R5は、水素、及びヒドロカルビルから選択されるか、又はR1及びR2は一緒になって及び/又はR3〜R5のうち2つは一緒になって、ヒドロカルビレンである。
アンモニウムイオンはまた、式HO−N+123のヒドロキシアンモニウムカチオンも含み、式中、R1、R2、及びR3は、水素及びヒドロカルビルから選択されるか、又はR1〜R3のうち2つは一緒になって、ヒドロカルビレンである。
オキソニウムイオンはまた、式+OR123の正に帯電した基であり、式中、R1、R2、及びR3は、水素及びヒドロカルビルから選択されるか、又はR1〜R3のうち2つは一緒になって、ヒドロカルビレンである。R1〜R3のうち1つ以上が水素である場合、オキソニウムイオンは、プロトン性である。R1〜R3の3つ全てがヒドロカルビル又はヒドロカルビレンである場合、オキソニウムは、非プロトン性である。
ホスホニウムイオンはまた、式+PR1234の正に帯電した基であり、式中、R1、R2、R3、及びR4は、ヒドロカルビルであるか、又はR1〜R4のうち2つは一緒になって、ヒドロカルビレンである。
ヒドロカルビルは、炭素原子を有するカチオン性の窒素、酸素又はリンに結合された炭化水素に基づく基である。ヒドロカルビレンは、ヒドロカルビルの環形成バージョンである。
ヒドロカルビルは例えば、アルキル、アルケニル、シクロアルキル、シクロアルケニル、アリール、又はアラルキルであり、これらはハロゲン、ヒドロキシ、C1〜C4アルコキシ、チオ、C1〜C4アルキルチオ、アミノ、C1〜C4アルキルアミノ、ジ−C1〜C4アルキルアミノ、ニトロ、シアノ、−COOH、及び−COO-から成る群から選択される1つ以上の基によって置換されていてよい。ヒドロカルビルはまた、−O−、−S−、−NH−、及び−N(C1〜C4アルキル)−から成る群から選択される1つ以上の基によって中断されていてよい。ヒドロカルビルは、1つ以上の前記基によって置換され、かつ、1つ以上の前記基によって中断されていてよい。例えばアルキル、アルケニル、シクロアルキル、シクロアルケニル、アリール又はアラルキルは、クロロ、ヒドロキシ、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、チオ、メチルチオ、メチルアミノ、エチルアミノ、プロピルアミノ、ブチルアミノ、ジメチルアミノ、ジエチルアミノ、ジプロピルアミノ、ジブチルアミノ、−COOH、−COO-、シアノ、及びニトロから成る群から選択される1〜3個の基によって置換されていてよく、及び/又は−O−、−S−、−NH−、及び−N(C1〜C4アルキル)−から成る群から選択される1〜3個の基によって中断されていてよい。
ヒドロカルビルはまた、ポリエチレングリコール及びポリプロピレングリコール、例えばR’(OC24n−又はR’(OC36n−も含み、式中、R’は、水素又はアルキルであり、nは1〜50の整数であり、例えば1〜40、1〜30、又は1〜20、例えば1〜10の整数である。
1〜R5のうち2つ又は3つが一緒になってヒドロカルビレンである場合、これはN原子、O原子又はP原子とともに、これらが複素環を形成することを意味する。この環は例えば、五員環又は六員環である。複素環は、さらなるヘテロ原子を含有することができ、飽和又は不飽和であり得る。ヒドロカルビレンは例えば、−(CH24−、−(CH25−、−(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−、又は=CH−(CH23−である。さらなるヘテロ原子は例えば、N、O、又はSである。
アンモニウムイオン環の例は、ピペリジニウム、ピロリニウム、2,4−ジメチルピラゾリウム、ピロリニニウム、ピロリジニウム、ピリジニウム、モルホリニウム、及びメチルピリジニウムである。ピリジニウムは、R1〜R4のうち3つがともに環を形成する場合の例である。ヒドロカルビレン環はまた、縮合して例えばキノリニウム、又はイソキノリニウムを形成することができる。
アルキルは例えば、1〜25個の炭素原子であり、分枝状又は非分枝状であり、これは、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec−ブチル、イソブチル、tert−ブチル、2−エチルブチル、n−ペンチル、イソペンチル、1−メチルペンチル、1,3−ジメチルブチル、n−ヘキシル、1−メチルヘキシル、n−ヘプチル、イソヘプチル、1,1,3,3−テトラメチルブチル、1−メチルヘプチル、3−メチルヘプチル、n−オクチル、2−エチルヘキシル、1,1,3−トリメチルヘキシル、1,1,3,3−テトラメチルペンチル、ノニル、デシル、ウンデシル、1−メチルウンデシル、ドデシル、1,1,3,3,5,5−ヘキサメチルヘキシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシル、オクタデシル、イコシル、及びドコシルを含む。
アルケニルは、アルキルの不飽和バージョンであり、例えばアリルである。
シクロアルキルは、シクロペンチル、メチルシクロペンチル、ジメチルシクロペンチル、シクロヘキシル、メチルシクロヘキシル、ジメチルシクロヘキシル、トリメチルシクロヘキシル、tert−ブチルシクロヘキシル、シクロヘプチル、又はシクロオクチルを含む。
シクロアルケニルは、シクロアルキルの不飽和バージョンである。
アリールは、フェニル、o−、m−若しくはp−メチルフェニル、2,3−ジメチルフェニル、2,4−ジメチルフェニル、2,5−ジメチルフェニル、2,6−ジメチルフェニル、3,4−ジメチルフェニル、3,5−ジメチルフェニル、2−メチル−6−エチルフェニル、4−tert−ブチルフェニル、2−エチルフェニル、又は2,6−ジエチルフェニルを含む。
アラルキルは、ベンジル、α−メチルベンジル、α,α−ジメチルベンジル、及び2−フェニルエチルを含む。
プロトン性アンモニウムイオンの例は、NH4 +(アンモニウム)、メチルアンモニウム、エチルアンモニウム、ジメチルアンモニウム、ジエチルアンモニウム、トリメチルアンモニウム(NMe3+)、トリエチルアンモニウム、トリブチルアンモニウム、ジエチルメチルアンモニウム、ヒドロキシエチルアンモニウム、メトキシメチルアンモニウム、ジブチルアンモニウム、メチルブチルアンモニウム、アニリニウム、ピリジニウム、2−メチルピリジニウム、イミダゾリウム、1−メチルイミダゾリウム、1,2−ジメチルイミダゾリウム、イミダゾリニウム、1−エチルイミダゾリウム、1−(4−スルホブチル)−3−メチルイミダゾリウム、1−アリルイミダゾリウム、キノリニウム、イソキノリニウム、ピロリニウム、ピロリニニウム、及びピロリジニウムを含む。
非プロトン性アンモニウムの例は、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラ−n−ブチルアンモニウム、n−ブチル−トリエチルアンモニウム、ベンジル−トリメチルアンモニウム、トリ−n−ブチルメチルアンモニウム、ベンジル−トリエチルアンモニウム、1−メチルピリジニウム、1−ブチル−3,5−ジメチルピリジニウム、1,2,4−トリメチルピラゾリウム、トリメチルヒドロキシエチルアンモニウム(コリン)、トリ−(ヒドロキシエチル)メチルアンモニウム、ジメチル−ジ(ポリオキシエチレン)アンモニウム、1,2,3−トリメチルイミダゾリウム、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、1−アリル−3−メチルイミダゾリウム、1−ヒドロキシエチル−3−メチルイミダゾリウム、1,3−ジメチルイミダゾリウム、1−エチル−1−メチルピペリジニウム、4−エチル−4−メチルモルホリニウム、1−(シアノメチル)−3−メチルイミダゾリウム、1−(3−シアノプロピル)ピリジニウム、1,3−ビス(シアノメチル)イミダゾリウム、及び1−エチル−3−メチルイミダゾリウムを含む。
ピロリニウムは、ピロールのアンモニウムであり、ピロリニニウムは、ピロリンのアンモニウムであり、ピロリジニウムは、ピロリジンのアンモニウムである。ピロリンは、1−、2−又は3−ピロリンであってよく、従って1−、2−又は3−ピロリンのアンモニウムカチオンが含まれる。
ヒドラジニウムイオンの例は、ヒドラジニウム(H2NNH3 +)である。
ヒドロキシアンモニウムイオンの例は、ヒドロキシアンモニウム(HO−NH3 +)である。
プロトン性オキソニウムイオンの例は、H3+(ヒドロニウム)、H+O(Et)2、H2EtO+、H2MeO+、H+O(Me)2、プロトン化されたTHF、及びプロトン化された2−メチル−THFを含む。
非プロトン性オキソニウムイオンの例は、+O(Me)3+O(Et)3、及び、メチル化又はエチル化されたTHF又は2−メチル−THFを含む。
Meはメチルであり、Etはエチルであり、nBuはn−ブチルであり、tBu(又はt−ブチル)は、tert−ブチルであり、THFは、テトラヒドロフランである。特に指定しない場合、ブチルとは、n−ブチルを意味する。
ホスホニウムイオンの例は、メチルトリフェニルホスホニウム、テトラフェニルホスホニウム、テトラブチルホスホニウム、トリブチルメチルホスホニウム、トリエチルメチルホスホニウム、トリヘキシルテトラデシルホスホニウム、トリフェニルプロピルホスホニウム、及びテトラキス(ヒドロキシメチル)ホスホニウムを含む。
適切なアニオンの例は、水酸化物イオン、硝酸イオン、過塩素酸イオン、二フッ化水素イオン、アルコキシドイオン、ハロゲン化物イオン、リン酸イオン、ホスフィン酸イオン、ホスホン酸イオン、ホウ酸イオン、カルボン酸イオン、亜硫酸イオン、硫酸イオン、スルホン酸イオン、炭酸イオン、イミドイオン、アルミン酸イオン、シアン酸イオン、メチドイオン、ヒ酸イオン、ケイ酸イオン、及びアンチモン酸イオンを含む。
アニオン、カチオン、及びイオン性化合物は、例えば米国特許第6254797号明細書(U.S. Pat. No. 6,254,797)、及び米国特許出願公開第2011/0045359号明細書(U.S. Pub. No. 2011/0045359)に開示されたものであり得る。
二フッ化水素イオンは、HF2 -である。
アルコキシドイオンは、RO-であり、式中、Rはヒドロカルビル、例えばメトキシド、エトキシド、n−プロポキシド、i−プロポキシド、n−ブトキシド、t−ブトキシド、又はフェノキシドである。アルコキシドはまた、Rがペルフルオロアルキルのものも含む。
ハロゲン化物イオンとは、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、又はフッ化物イオンである。
リン酸イオンは、リン酸二水素イオン、リン酸水素イオン、アルキルリン酸イオン、ジアルキルリン酸イオン、リン酸イオン、PF6 -(ヘキサフルオロリン酸イオン)、HPO3-(フルオロ水素リン酸イオン)、トリスオキサラトリン酸イオン(TOP)、テトラフルオロオキサラトリン酸イオン(TFOP)、及びフルオロ(ペルフルオロアルキル)リン酸イオン、例えばF2P(C254 -、F3P(C253 -(トリス(ペンタフルオロエチル)トリフルオロリン酸イオン、又はFAP)、F4P(C252 -、F2P(C374 -、F3P(C373 -、F4P(C372 -、F2P(C494 -、F3P(C493 -、及びF4P(C492 -を含む。
ホスフィン酸イオンは例えば、水素アルキルホスフィン酸イオン、ジアルキルホスフィン酸イオン、水素アリールホスフィン酸イオン、又はジアリールホスフィン酸イオンである。例えば、ビス(2,4,4−トリメチルフェニル)ホスフィン酸イオンである。
ホスホン酸イオンは例えば、アルキルホスホン酸イオン、例えばメチルホスホン酸イオン、又は水素ホスホン酸イオン(ホスホン酸イオン)である。
ホウ酸イオンは、オルトホウ酸イオン、テトラヒドロキシホウ酸イオン、テトラホウ酸イオン、テトラフェニルホウ酸イオン、[B(3,5−(CF32634-(BARF)、B(C242 -(ビス(オキサラト)ホウ酸イオン)(BOB)、ジフルオロ(オキサラト)ホウ酸イオン(dFOB)、ジ(トリフルオロアセタト)オキサラトホウ酸イオン(D(Ac)OB)、B(C654 -、BF4 -(テトラフルオロホウ酸イオン)を含む。
カルボン酸アニオンは、式RCOO-のものであり、式中Rは、水素又はヒドロカルビルであり、これは、ギ酸イオン、酢酸イオン(エタン酸イオン)、プロパン酸イオン、n−ブタン酸イオン、i−ブタン酸イオン、n−ペンタン酸イオン、i−ペンタン酸イオン、オクタン酸イオン、デカン酸イオン、安息香酸イオン、サリチル酸イオン、チオサリチル酸イオン、2−、3−若しくは4−ニトロ安息香酸イオン、クエン酸イオン、シュウ酸イオン、酒石酸イオン、グリコール酸イオン、グルコン酸イオン、リンゴ酸イオン、マンデル酸イオン、ニトロ三酢酸のカルボン酸イオン、N−(2−ヒドロキシエチル)−エチレンジアミン三酢酸のカルボン酸イオン、エチレンジアミン四酢酸のカルボン酸イオン、ジエチレントリアミン五酢酸のカルボン酸イオン、及びハロアルキルカルボン酸イオン、例えばフルオロ酢酸イオン、ジフルオロ酢酸イオン、トリフルオロ酢酸イオン、クロロ酢酸イオン、ジクロロ酢酸イオン、及びトリクロロ酢酸イオンを含む。
亜硫酸イオンは、亜硫酸イオン、及び亜硫酸水素イオンを含む。
硫酸イオンは、硫酸水素イオン、硫酸イオン、チオ硫酸イオン、及びアルキル硫酸イオン、例えばメチル硫酸イオン、及びエチル硫酸イオンを含む。
スルホン酸イオンは、アルキル、アリールスルホン酸イオン、及びペルフルオロアルキル硫酸イオンを含み、例えば、トリフルオロメタンスルホン酸イオン(トリフラート)、p−トルエンスルホン酸イオン(トシラート)、又はメタンスルホン酸イオン(メシラート)である。
炭酸アニオンは例えば、炭酸イオン、炭酸水素イオン、又はアルキル炭酸イオン、例えばメチル炭酸イオン、エチル炭酸イオン、又はブチル炭酸イオンである。
イミドアニオンは、ジシアナミド、N(SO2F)2 -((ビスフルオロスルホニル)イミド)、ビス(ペルフルオロアルキルスルホニル)イミド、例えば[N(SO2CF32-(ビストリフルイミド)、ビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド、及びN(CF3SO2)(CF3(CF23SO2-、及び(ペルフルオロアルキルスルホニル)(ペルフルオロアルキルカルボキシ)イミドを含む。
アルミン酸イオンは、Al(OC(CF334 -、ジ(トリフルオロアセタト)オキサラトアルミン酸イオン(d(Ac)OAl)、テトラクロロアルミン酸イオン、テトラフルオロアルミン酸イオン、テトラヨードアルミン酸イオン、及びテトラブロモアルミン酸イオンを含む。
シアン酸イオンは、チオシアン酸イオン、及びシアン酸イオンを含む。
メチドイオンは、トリス(ペルフルオロアルキルスルホニル)メチドイオン、例えばトリス(トリフルオロメチルスルホニル)メチドイオン、C(CF3SO23 -を含む。
ヒ酸イオンは、ヒ酸イオン、ヒ酸水素イオン、ヒ酸二水素イオン、及びAsF6 -を含む。
ケイ酸イオンは、SiF6 -2を含む。
アンチモン酸イオンは、SbF6 -、及びSb(OH)6 -を含む。
プロトン性のイオン性化合物は例えば、H3PO4、NH4SO3CF3、NH4BF4、NH4OH、NH4Cl、NH4Br、NH4I、NH4F、NH42PO4、(NH42HPO4、リン酸メチルアンモニウム、ピリジニウムトシラート、塩化ピリジニウム、塩化アニリニウム、塩化ヒドロキシアンモニウム、(NH42SO4、硫酸ヒドラジニウム(N26SO4)、(NH4)HSO4、NaHSO4、NH4BF4、H2SO4、KH2PO4、K2HPO4、NaH2PO4、Na2HPO4、HBF4、H(OEt2)BF4、HPF6、HAsF6、HClO4、HSO3CF3、H[N(SO2CF32]、又はH[N(SO2CF2CF32]である。
プロトン性のイオン性化合物はまた、高度非配位性イオンのオキソニウムイオン、例えばブルックハート酸(Brookhart′s acid、BARF酸)、[H(OEt22][B[3,5−(CF32634]であってよい。他の例は、[H(OEt22][B(C654](オキソニウム酸)、及び[H(OEt22][Al(OC(CF334]を含む。これらの場合、カチオンは、プロトン化されたジエチルエーテル(ジエチルエーテルオキソニウム)である。或いは、カチオンは、他のプロトン化されたエーテル、例えばプロトン化されたテトラヒドロフラン(THF)であり得る。
プロトン性のイオン性化合物は、プロトン性のイオン性液体であってよく、それは例えば、エチルアンモニウムニトラート、ジエチルメチルアンモニウムトリフルオロメタンスルホナート(DEMA TfO)、トリエチルアンモニウムメタンスルホナート、2−メチルピリジニウムトリフルオロメタンスルホナート、アンモニウムフルオリド、メチルアンモニウムニトラート、ヒドロキシエチルアンモニウムニトラート、エチルアンモニウムニトラート、ジメチルアンモニウムニトラート、1−メチルイミダゾリウムニトラート、1−エチルイミダゾリウムニトラート、t−ブチルアンモニウムテトラフルオロボラート、ヒドロキシエチルアンモニウムテトラフルオロボラート、メチルブチルアンモニウムテトラフルオロボラート、トリエチルアンモニウムテトラフルオロボラート、イミダゾリウムテトラフルオロボラート、1−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、1,2−ジメチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、t−ブチルアンモニウムトリフラート、2−フルオロピリジニウムトリフラート、ヒドロキシエチルアンモニウムトリフラート、1,2−ジメチルイミダゾリウムトリフラート、イミダゾリウムトリフラート、1−メチルイミダゾリウム水素スルファート、1−メチルイミダゾリウムクロリド、1−メチルイミダゾリウムトリフラート、ヒドロニウムトリフラート、メチルアンモニウムメシラート、エチルアンモニウムメシラート、ブチルアンモニウムメシラート、メトキシエチルアンモニウムメシラート、ジメチルアンモニウムメシラート、ジブチルアンモニウムメシラート、トリエチルアンモニウムメシラート、ジメチルエチルアンモニウムメシラート、ヒドロニウム水素スルファート、アンモニウム水素スルファート、メチルアンモニウム水素スルファート、エチルアンモニウム水素スルファート、プロピルアンモニウム水素スルファート、n−ブチルアンモニウム水素スルファート、t−ブチルアンモニウム水素スルファート、ジメチルアンモニウム水素スルファート、ジエチルアンモニウム水素スルファート、ジ−n−ブチルアンモニウム水素スルファート、メチルブチルアンモニウム水素スルファート、エチルブチルアンモニウム水素スルファート、トリメチルアンモニウム水素スルファート、トリエチルアンモニウム水素スルファート、トリブチルアンモニウム水素スルファート、ジメチルエチルアンモニウム水素スルファート、ジブチルアンモニウムフルオロ水素ホスファート、トリエチルアンモニウムフルオロ水素ホスファート、トリブチルアンモニウムフルオロ水素ホスファート、ヒドロニウム二水素ホスファート、メチルアンモニウム二水素ホスファート、エチルアンモニウム二水素ホスファート、プロピルアンモニウム二水素ホスファート、n−ブチルアンモニウム二水素ホスファート、メトキシエチルアンモニウム二水素ホスファート、ジメチルアンモニウム二水素ホスファート、ジブチルアンモニウム二水素ホスファート、メチルブチルアンモニウム二水素ホスファート、アンモニウムビフルオリド、メチルアンモニウムビフルオリド、エチルアンモニウムビフルオリド、又はジメチルアンモニウムビフルオリドである。
カルボン酸は、プロトン酸/プロトン性化合物である。カルボン酸は、式RCOOHのものであり、式中、Rは水素、又はヒドロカルビルである。カルボン酸は、カルボン酸アニオンを含有する。
例えば、カルボン酸は、ギ酸、酢酸、フルオロ酢酸、ジフルオロ酢酸、トリフルオロ酢酸、クロロ酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸、プロパン酸、酪酸、3−メチルブタン酸、吉草酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、カプリル酸、ノナン酸、安息香酸、サリチル酸、2−、3−若しくは4−ニトロ安息香酸;クエン酸、シュウ酸、酒石酸、グリコール酸、グルコン酸、リンゴ酸、マンデル酸、ニトリロ三酢酸、N−(2−ヒドロキシエチル)エチレンジアミン三酢酸、エチレンジアミン四酢酸、及びジエチレンアミン五酢酸から成る群から選択される。
特定のカルボン酸、例えば酢酸は、本発明によるイオン性液体の定義に入る。
例えば、非プロトン性のイオン性化合物は、NMe4 +SO2CF3 -、NMe4OH、NEt4 +BF4 -、NMe4 +Cl-、NEt4 +Br-、NnBu4 +-、NnBu4 +-、NEt4 +2PO4 -、(NMe42HPO4、メチルトリフェニルホスホニウムヨージド、テトラキス(ヒドロキシメチル)ホスホニウムクロリド、テトラフェニルホスホニウムブロミド、1−メチルピリジニウムクロリド、ベンゾアルコニウムクロリド、Me3OBF4、Et3OBF4、NEt4PF6、NMe4AsF6、NMe4ClO4、NEt4SO3CF3、NMe4[N(SO2CF32]、又はNEt4[N(SO2CF2CF32]である。
非プロトン性化合物はまた、BARFのような高度非配位性アニオン、例えば、BARFナトリム、Na+B[3,5−(CF32634-を含むことができる。他の例は、K+B(C654 -、及びK+Al(OC(CF334 -を含む。
非プロトン性のイオン性化合物は、非プロトン性のイオン性液体であってよく、例えばトリ−n−ブチルメチルアンモニウムメチルスルファート、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムエチルスルファート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムチオシアナート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムテトラクロロアルミナート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムメチルスルファート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムメタンスルホナート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム水素カルボナート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム水素スルファート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド、1,2,3−トリメチルイミダゾリウムメチルスルファート、トリス−(ヒドロキシエチル)メチルアンモニウムメチルスルファート、1,2,4−トリメチルピラゾリウムメチルスルファート、1,3−ジメチルイミダゾリウム水素カルボナート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム水素カルボナート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラクロロアルミナート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムチオシアナート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムメタンスルホナート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム水素スルファート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムエチルスルファート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムニトラート、1−ブチルピリジニウムクロリド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジシアナミド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート、1−ブチル−3,5−ジメチルピリジニウムブロミド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムメチルカルボナート、カルボキシメチル−トリブチルホスホニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、N−カルボキシエチル−メチルピロリジニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、N−カルボキシメチル−トリメチルアンモニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、N−カルボキシメチル−メチルピリジニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、ヘキシルトリメチルアンモニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、テトラブチルホスホニウムメタンスルホナート、トリエチルメチルアンモニウムメチルカルボナート、1−エチル−1−メチルピペリジニウムメチルカルボナート、4−エチル−4−メチルモルホリニウムメチルカルボナート、1−ブチル−1−メチルピロリジニウムメチルカルボナート、トリエチルメチルアンモニウムジブチルホスファート、トリブチルメチルホスホニウムジブチルホスファート、トリエチルメチルホスホニウムジブチルホスファート、テトラブチルホスホニウムテトラフルオロボレート、テトラブチルホスホニウムp−トルエンスルホナート、トリブチルメチルホスホニウムメチルカルボナート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム水素カルボナート、トリブチルメチルアンモニウムメチルカルボナート、トリブチルメチルアンモニウムジブチルホスファート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジブチルホスファート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムジブチルホスファート、1−(シアノメチル)−3−メチルイミダゾリウムクロリド、1−(3−シアノプロピル)−3−メチルイミダゾリウムクロリド、1−(3−シアノプロピル)−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1−(3−シアノプロピル)−3−メチルイミダゾリウムジシアナミド、1−(3−シアノプロピル)ピリジニウムクロリド、1−(3−シアノプロピル)ピリジニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1,3−ビス(シアノメチル)イミダゾリウムクロリド、1,3−ビス(シアノメチル)イミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1,3−ビス(シアノプロピル)イミダゾリウムクロリド、1,3−ビス(3−シアノプロピル)イミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムブロミド、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムブロミド、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムクロリド、トリブチルメチルホスホニウムメチルスルファート、トリエチルメチルホスホニウムジブチルホスファート、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムビス(2,4,4−トリメチルフェニル)ホスフィナート、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムブロミド、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムクロリド、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムデカノアート、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムジシアナミド、3−(トリフェニルホスホニオ)プロパン−1−スルホナート、又は3−(トリフェニルホスホニオ)プロパン−1−スルホン酸トシラートである。
カルボキシラート化合物の例は、安息香酸テトラメチルアンモニウム、シュウ酸テトラエチルアンモニウム、酒石酸テトラブチルアンモニウム、酒石酸ナトリウム、ギ酸カリウム、酢酸テトラメチルアンモニウム、1−メチルピリジニウムクロリド、トリメチルアンモニウムシトラート(三塩基性)、テトラメチルアンモニウム2−、3−、若しくは4−ニトロベンゾアート、安息香酸アンモニウム、サリチル酸アンモニウム、シュウ酸アンモニウム、酒石酸アンモニウム、メチルトリフェニルホスホニウムアセタート、テトラキス(ヒドロキシメチル)ホスホニウムベンゾアート、テトラキス(ヒドロキシメチル)ホスホニウムホルマート、酒石酸一カリウム若しくは二カリウム、クエン酸アンモニウム(一塩基性、二塩基性、又は三塩基性;アンモニウム2−ニトロベンゾアート、アンモニウム3−ニトロベンゾアート、アンモニウム4−ニトロベンゾアート、カリウムトリフルオロアセタート、及びカリウムクロロアセタートである。
多塩基性カルボン酸では、アンモニウム及び/又はアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属イオンは、酸性水素の1つ又は複数を置き換えて、本発明によるカルボキシラート化合物を形成することができる。これには例えば、一塩基性、二塩基性、及び三塩基性のクエン酸アンモニウム、及び一塩基性、二塩基性、及び三塩基性のクエン酸ナトリウムが含まれる。
本発明によれば、イオン性液体は、≦150℃の融点を示すイオン性化合物である。
さもなくば、イオン性液体は、>150℃の融点を有する「塩」である。
塩は、ハロゲン化物塩、例えばアルカリ金属又はアルカリ土類金属のハロゲン化物塩、例えばNaCl、KCl、また150℃超の融点を有するその他のイオン性化合物を含む。アルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩は例えば、硝酸イオン、過塩素酸イオン、二フッ化水素イオン、ハロゲン化物イオン、リン酸イオン、ホスフィン酸イオン、ホスホン酸イオン、ホウ酸イオン、カルボン酸イオン、亜硫酸イオン、硫酸イオン、スルホン酸イオン、炭酸イオン、イミドイオン、アルミン酸イオン、シアン酸イオン、メチドイオン、ヒ酸イオン、ケイ酸イオン、及びアンチモン酸イオンから成る群から選択されるアニオンを含む。
本発明によるイオン性化合物は、カチオンとアニオンをともに、同じ分子内に含有することができる。このため、双性イオン化合物(分子内塩)、例えばベタインも含まれる。アンモニウムイオン又はホスホニウムイオンとスルホン酸イオン又は硫酸イオンとを含有する双性イオンが含まれる。ヒドロキシスルテイン、4−(トリフェニルホスホニオ)ブタン−1−スルホナート、メチルN−(トリエチルアンモニオスルホニル)カルバマート(バージェス試薬)、及びホスホニウムスルファート双性イオンが含まれる(例えば米国特許第3471544号明細書(U.S. Pat. No. 3,471,544)に教示されたもの)。スルファミン酸が含まれる。
有利には、電解質組成物において少なくとも2種の異なるイオン性化合物を用いる。例えば、2種の異なるイオン性化合物は、プロトン性のイオン性化合物及び非プロトン性のイオン性化合物であってよく、又はイオン性液体及び塩であり得る。
例えば、本発明による電解質組成物は、少なくとも2種の異なるイオン性液体を含有することができる。電解質組成物は、1種以上のイオン性液体、及び1種以上の塩を含有することができ、それは例えば、プロトン性若しくは非プロトン性のアンモニウム塩、又はアルカリ金属塩、例えばアルカリ金属ハロゲン化物である。
電解質組成物は、カルボキシラート化合物及びカルボン酸の混合物を含有することができる。電解質組成物は、カルボキシラート含有イオン性液体とカルボン酸との混合物を含有することができる。電解質組成物は、2種の異なるカルボン酸を含有することができる。
電解質組成物は、プロトン酸、プロトン性アンモニウム化合物、又はプロトン性オキソニウム化合物、及びイオン性液体を含有することができる。
少なくとも2種の異なるイオン性化合物が存在する場合、2種の異なるイオン性化合物の質量:質量の比は、約99.9:0.1から約0.1:99.9、約99.5:0.5から約0.5:99.5、約99:1から約1:99、約95:5から約5:95、約90:10から約10:90、約80:20から約20:80、約70:30から約30:70、又は約60:40から約40:60である。
2種の異なるイオン性化合物において、カチオン又はアニオンは、同一であり得る。
電解質組成物は、意図的ではない水を実質的に含有せず、例えば、電解質組成物の全質量を基準として、水を≦1000質量ppm、≦100質量ppm、又は≦10質量ppm、含有する。
電解質組成物は有利には、溶媒を含有する。或いは、電解質組成物は、溶媒を含有しなくてもよい。例えば、電解質組成物において1種以上のイオン性液体を用いる場合、溶媒は必要とされない。「溶媒を含有しない」とは、有機溶媒が存在しないこと、また意図的ではない水が、実質的に存在しないことを意味する。
電解質組成物中に溶媒が存在する場合、イオン性化合物の合計の質量:溶媒の質量の比は、約99.9:0.1から約0.1:99.9、約99.5:0.5から約0.5:99.5、約99:1から約1:99、約95:5から約5:95、約90:10から約10:90、約80:20から約20:80、約70:30から約30:70、又は約60:40から約40:60であり得る。
本発明による電解質組成物は、水素及び酸素が水になってしまう可能性によって制限されずに済む。よって本発明の主題は、>1.2V(ボルト)の公称開放回路電圧を示す金属水素化物電池である。本発明によるMH電池は、最大約5.0Vの公称開放回路電圧を供給することができる。例えば、本発明によるMH電池は、約1.2〜約5.0V、約1.3〜約5.0V、約1.4〜約5.0V、又は約1.5〜約5.0Vの公称開放回路電圧を示すことができる。例えば、本発明によるMH電池は、約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、又は約5.0Vの公称開放回路電圧を示すことができる。
溶媒は、水及び有機溶媒である。
溶媒は、実質的に水から成るか、又は実質的に有機溶媒から成り得る。溶媒は、水:有機溶媒を様々な比で含有することができる。
溶媒が実質的に有機溶媒から成る場合、水は非常に低い水準、例えば電解質組成物の全質量を基準として、≦1000質量ppm、≦100質量ppm、又は≦10質量ppmの水しか、存在し得ない。溶媒が実質的に水から成る場合、有機溶媒は、同等の低水準でしか存在し得ない。
溶媒は例えば、水/有機溶媒の混合物であってよく、水の質量:有機溶媒の質量の比は、約99.9:0.1から約0.1:99.9、約99.5:0.5から約0.5:99.5、約99:1から約1:99、約95:5から約5:95、約90:10から約10:90、約80:20から約20:80、約70:30から約30:70、又は約60:40から約40:60である。
電解質組成物は、有機溶媒を含有し、水を含有しなくてよい。電解質組成物は、水を含有し、有機溶媒を含有しなくてよい。
適切な有機溶媒は例えば、有機カルボナート、エーテル、グリム、オルトエステル、ポリアルキレングリコール、エステル、ラクトン、グリコール、ホルマート、スルホン、スルホキシド、アミド、アルコール、アミン、ケトン、ニトロ溶媒、ニトリル溶媒、及びこれらの組み合わせから成る群から選択される。
有機カルボナートは、環状又は非環状であり、エチレンカルボナート(EC)、プロピレンカルボナート(PC)、トリメチレンカルボナート、1,2−ブチレンカルボナート(BC)、ジメチルカルボナート(DMC)、ジエチルカルボナート(DEC)、エチルメチルカルボナート(EMC)、ビニレンカルボナート、ジフルオロエチレンカルボナート、及びモノフルオロエチレンカルボナートを含む。
エーテル及びグリムは、ジメトキシメタン(DMM)、ジエトキシメタン、1,2−ジメトキシエタン(DME、又はエチレングリコールジメチルエーテル、又はグリム)、ジグリム、トリグリム、テトラグリム、エチレングリコールジエチルエーテル(DEE)、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン(2−MeTHF)、1,3−ジオキサン、1,3−ジオキソラン(DIOX)、4−メチル−1,3−ジオキソラン(4−MeDIOX)、2−メチル−1,3−ジオキソラン(2−MeDIOX)、1,4−ジオキサン、ジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジ−n−ブチルエーテル、ジ−t−ブチルエーテル、ジ−イソプロピルエーテル、メチル−t−ブチルエーテル、エチル−t−ブチルエーテル、及びt−アミル−メチルエーテルを含む。
オルトエステルは、トリメトキシメタン、トリエトキシメタン、1,4−ジメチル−3,5,8−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタン、及び4−エチル−1−メチル−3,5,8−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタンを含む。
ポリアルキレングリコールは、C1〜C4アルキレングリコールのホモオリゴマー若しくはコオリゴマー、又はホモポリマー若しくはコポリマーである。例えば、ポリエチレングリコール(PEG)、又はモノメチル、ジメチル、若しくはジエチル(末端でキャップされた)ポリエチレングリコールである。ポリアルキレングリコールの平均分子量(Mw)は例えば、約200から約1200g/mol、約200から約1000g/mol、約200から約900g/mol、約200から約700g/mol、又は約200から約500g/molである。4つ以上のモノマーのオリゴマーが含まれ、それは例えばテトラエチレングリコール、フッ素化テトラエチレングリコール、及びテトラプロピレングリコールである。例えば、PEG 200、PEG 300、PEG 400、PEG 500、PEG 600、PEG 700、PEG 800、PEG 900、又はPEG 1000である。
エステル及びラクトンは、γ−ブチロラクトン(GBL)、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、酢酸エチル(EA)、2−メトキシエチルアセタート、2−エトキシエチルアセタート、2−ブトキシエチルアセタート、2−(2−ブトキシエトキシ)エチルアセタート(ジエチレングリコールブチルエーテルアセタート、DBA)、エチレングリコールジアセタート(EGDA)、3−エトキシエチルプロピオナート(EEP)、メチルブチラート(MB)、n−アミルアセタート(NAAC)、プロピレングリコールメチルエーテルアセタート(PMA)、エチルブチラート(EB)、ジエチルマロナート、ジメチルマロナート、及び二塩基性エステル混合物(DBE)を含む。
二塩基性エステル混合物は例えば、アジピン酸、グルタル酸、及びコハク酸のメチルエステルを含む。
グリコールは、エチレングリコール、プロピレングリコール、2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、2−プロポキシエタノール、2−イソプロポキシエタノール、2−ブトキシエタノール(エチレングリコールブチルエーテル、EB)、2−フェノキシエタノール、2−ベンジルオキシエタノール、2−(2−メトキシエトキシ)エタノール、2−(2−エトキシエトキシ)エタノール、2−(2−ブトキシエトキシ)エタノール(ジエチレングリコールブチルエーテル、DB)、プロピレングリコールブチルエーテル(PB)、プロピレングリコールメチルエーテル(PM)、トリエチレングリコール(TEG)、ジプロピレングリコールメチルエーテル(DPM)、ジエチレングリコールメチルエーテル、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、ペルフルオロ−1,4−ブタンジオール、ペルフルオロ−1,5−ブタンジオール、フッ化されたジエチレングリコールメチルエーテル、フッ化されたトリエチレングリコール、フッ化されたトリエチレングリコールメチルエーテル、及びフッ化されたジエチレングリコールブチルエーテルを含む。
ホルマートは、メチルホルマート、エチルホルマート、イソブチルホルマート、及びtert−ブチルホルマートを含む。
スルホン、及びスルホキシドは、メチルスルホニルメタン(MSM、又はジメチルスルホン)、エチルメチルスルホン、スルホラン、及びジメチルスルホキシド(DMSO)を含む。
アミドは、ジメチルホルムアミド(DMF)、N−メチルピロリドン(NMP)、2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン(DMI)、ヘキサメチルホスホルアミド(HMPA)、及びN,N’−ジメチル−N,N’−トリメチレン尿素(1,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロ−2(1H)−ピリミジノン(DMPU))を含む。
アルコールは例えば、ベンジルアルコール(BA)、エタノール、トリフルオロエタノール(2,2−トリフルオロエタノール)、メタノール、イソプロパノール、t−ブタノール、及びn−ブタノールを含む。
ケトンは例えば、メチルエチルケトン(MEK)、及びメチル−イソアミルケトン(MIAK)を含む。
アミンは例えば、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジエチレントリアミン、エチレンジアミン、モルホリン、ピペリジン、及びピリジンを含む。
ニトロ溶媒は、ニトロベンゼン、ニトロメタン、及びニトロエタンを含む。
ニトリル溶媒は、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、及びアジポニトリルを含む。
溶媒の混合物を使用するのが有利であり、それは例えば有機カルボナートの混合物、又は1種以上の有機カルボナートと1種以上のエーテル若しくはグリムとの混合物である。
適切な他の有機溶媒を使用することができ、それは例えば、トルエン、ヘキサン、ヘプタンなどである。
添加剤を、本発明による電解質組成物に組み込むことができる。
添加剤は例えば、腐食防止剤、固体電解質界面(SEI)改善剤、プロトン形成改善剤、自己放電防止剤、気化防止剤、粘度調整剤、カソード保護剤、塩安定剤、導電率改善剤、及び溶媒和剤から成る群から選択される。
腐食防止剤は例えば、フッ化された油、スズ酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム、又はポリアクリル酸である。
固体電解質界面改善剤は例えば、金属水素化物の表面をフッ化することが意図された、フッ化物供給源である。フッ化物供給源は例えば、HF、又はKFである。SEI改善剤はまた、希土類金属(例えばY)の酸化物又は水酸化物を含み、これは負極に厚い酸化物が形成されるのを防止する。SEI改善剤はまた、合金表面の酸化を低減させるために役立つ金属ポルフィンを含む。例えば、Ni、又はFeポルフィンである。SEI改善剤はまた、ビニレンカルボナート、ビニルエチレンカルボナート、メチレンエチレンカルボナート、及びフルオロエチレンカルボナートを含む。
自己放電防止剤は、界面活性剤、例えばポリグリコール、ポリグリコールアルキルエーテル、ポリグリコールアルキルホスファートエステル、及びポリソルバートを含む。ポリエチレングリコール(PEG)、ポリプロピレングリコール、ポリソルバート20、ポリソルバート40、及びポリソルバート80が含まれる。PEG 600とポリソルバート20との混合物を一緒に用いるか、又はPEG 600とZnOとの混合物を一緒に用いるのが有利である。
気化防止剤は、ホスファートエステル系界面活性剤、プロパンスルトン、及びフルオロプロパンスルトンを含む。
粘度調整剤は例えば、DMSOを含む。
添加剤は例えば、電解質組成物の質量を基準として、約0.1〜約15質量%の水準で使用する。
電解質組成物がKOH及び水を含有する場合、1種以上のさらなる成分も存在し、それは例えば、有機溶媒、さらなるイオン性化合物、及び添加剤から成る群から選択される1種以上のさらなる成分である。
例えば、電解質組成物は、KOH、及び1種以上のさらなるイオン性化合物を含有することができ、それは例えば、NaOH、LiOH、Mg(OH)2、及びCa(OH)2から成る群から選択される1種以上のさらなるイオン性化合物である。
KOHの質量:さらなるイオン性化合物の質量の比は、約99.9:0.1から約0.1:99.9、約99.5:0.5から約0.5:99.5、約99:1から約1:99、約95:5から約5:95、約90:10から約10:90、約80:20から約20:80、約70:30から約30:70、又は約60:40から約40:60である。
KOHを含有する電解質組成物は有利には、水、及び有機溶媒、例えばポリアルキレングリコールを含有する。或いは、溶媒は有機溶媒のみからなり得る。
本発明の特定の実施形態は、以下のものを含有する電解質組成物を含む:
a)プロトン酸/水、及び/又は有機溶媒、
b)プロトン性アンモニウム化合物/水、及び/又は有機溶媒、
c)イオン性液体(プロトン性若しくは非プロトン性の、アンモニウム又はホスホニウム化合物)
d)イオン性液体/水、及び/又は有機溶媒、
e)アルカリ金属アルコキシド/アルコール、又はグリコール若しくはポリアルキレングリコール溶媒、
f)アルカリ金属水酸化物/有機溶媒(例えばPEG)
g)アルカリ金属水酸化物/水、及び有機溶媒(例えばPEG)
h)アルカリ金属カルボン酸塩/カルボン酸
i)カルボン酸/水、及び/又は有機溶媒
j)アルカリ金属カルボン酸塩/水、及び/又は有機溶媒
k)高度非配位性イオンのイオン性化合物/水、及び/又は有機溶媒
l)少なくとも2種の異なるイオン性液体の混合物
m)イオン性液体と、プロトン性又は非プロトン性塩との混合物、及び
n)イオン性液体と、カルボキシラート化合物及び/又はカルボン酸との化合物。
本発明による電解質組成物は例えば、室温(25℃)で液体である。液体は、シロップ状の高粘度液体を含む。電解質組成物は例えば、25℃で約0.2cP〜約100cPの粘度を有する。電解質組成物は例えば、25℃で≦100cP、≦90cP、≦80cP、≦70cP、≦50cP、≦40cP、≦30cP、≦20cP、≦10cP、又は≦5cPの粘度を有する。
粘度は例えば、回転式粘度計で、又はガラスキャピラリー内で回転鋼球を用いたマイクロ粘度計で、計時し、対照の液体に対して校正して、測定できる。粘度はまた、DVI、又はDVIIブルックフィールド粘度計、プレート式粘度計、又は振動式粘度計で測定することもできる。
電解質組成物もまた、本発明の主題である。
30質量%の水性KOH電解質では、アノードにおける半電池の充電/放電の電気化学的な反応は、以下の通りである(MHは、金属水素化物):
Figure 0006779874
本発明の電解質組成物の多くが、中性、又は酸性であり、つまりpHが約7以下である。
本発明の主題はまた、少なくとも1つの負極、少なくとも1つの正極、これらの電極がその中に配置されたケーシング、及び電解質組成物を有する、金属水素化物電池であって、前記電解質組成物が、約7以下のpHを有する、前記電池である。
本発明による中性又は酸性の電解質組成物を用いる場合、セルにわたって電位を適用した際の、アノードにおける半電池の充電/放電の電気化学的な反応は、以下の通りである:
Figure 0006779874
本発明の主題はまた、少なくとも1つの負極、少なくとも1つの正極、これらの電極がその中に配置されたケーシング、及び電解質組成物を有する、金属水素化物電池であって、セルにわたって電位を適用した場合に、アノードにおける半電池の充電/放電の電気化学的な反応が、
Figure 0006779874
である、前記電池である。
本明細書において、全ての値、例えば電圧、粘度、pH、pKaなどは、25℃、大気圧で測定した。
実施形態の要素について言及する「1つの(a、又はan)」という語は、「1つ」、又は「1つ以上」を意味することがある。
「約」という用語は例えば、通常の測定手順及び取り扱い手順により、これらの手順における不注意によるミス、製造元、製造者、又は使用する成分の純度における際によって、使用する方法における差違などによって起こり得る変異を言う。「約」という用語はまた、特定の初期混合物から得られる組成物について、様々な平衡条件により異なる量を含む。「約」という用語で修飾されているかどうかに拘わらず、実施形態及び請求項は、言及された量に等しい量を含む。
本明細書における全ての数値は、明示されているかどうかに拘わらず、「約」という用語で修飾されている。「約」という用語は一般的に、当業者が、言及された値に等しい(すなわち、同じ機能及び/又は結果を有する)と考える数の範囲を言う。多くの場合、「約」という用語は、最も近い重要な数字に丸められた数を含むことができる。
「約」という用語によって修飾された値はもちろん、特定の値を含む。例えば、「約5.0」は、5.0を含まなければならない。
「実質的に〜から成る」という用語は、さらなる成分、工程、及び/又は部材が、特許請求された組成物、方法、又は構造の基本的で新規な特性を事実上変更しない限り、組成物、方法、又は構造が、さらなる成分、工程、及び/又は部材を含有することができることを意味する。
ここで論じられた米国特許、米国特許出願公開、及び米国特許出願は、それぞれ参照によって、本明細書に組み込まれるものとする。
以下、本発明の幾つかの実施形態を示す。
E1.少なくとも1つの負極、少なくとも1つの正極、これらの電極がその中に配置されたケーシング、及び電解質組成物を有する、金属水素化物電池であって、
前記電解質組成物は、1種以上のイオン性化合物を含有し、
前記電解質組成物がKOH、及び水を含有する場合、前記組成物は1種以上のさらなる成分を含有する、前記金属水素化物電池電池。
E2.前記イオン性化合物が、プロトン酸、プロトン性アンモニウム化合物、及びプロトン性オキソニウム化合物から成る群から選択される、実施形態1に記載の電池。
E3.前記イオン性化合物が、非プロトン性アンモニウム化合物、非プロトン性オキソニウム化合物、非プロトン性ホスホニウム化合物、アルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩からなる群から選択される、実施形態1に記載の電池。
E4.前記1種以上のイオン性化合物が、H+、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、アンモニウム、メチルアンモニウム、エチルアンモニウム、ジメチルアンモニウム、ジエチルアンモニウム、トリメチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム、トリブチルアンモニウム、ジエチルメチルアンモニウム、ヒドロキシエチルアンモニウム、メトキシメチルアンモニウム、ジブチルアンモニウム、メチルブチルアンモニウム、アニリニウム、ピリジニウム、2−メチルピリジニウム、イミダゾリウム、1−メチルイミダゾリウム、1,2−ジメチルイミダゾリウム、イミダゾリニウム、1−エチルイミダゾリウム、1−(4−スルホブチル)−3−メチルイミダゾリウム、1−アリルイミダゾリウム、キノリニウム、イソキノリニウム、ピロリニウム、ピロリニニウム、ピロリジニウム、ヒドラジニウム、ヒドロキシルアンモニウム、H3+、H+O(Et)2、H2EtO+、H2MeO+、H+O(Me)2、プロトン化されたテトラヒドロフラン、及びプロトン化された2−メチル−テトラヒドロフランから成る群から選択されるカチオンを含有する、実施形態1に記載の電池。
E5.前記1種以上のイオン性化合物が、H+、アンモニウム、ジエチルメチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム、ヒドロキシエチルアンモニウム、2−メチルピリジニウム、1,2,4−トリメチルピラゾリウム、及び1−エチル−3−メチルイミダゾリウムから成る群から選択されるカチオンを含有する、実施形態1に記載の電池。
E6.前記1種以上のイオン性化合物が、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラ−n−ブチルアンモニウム、トリ−n−ブチルメチルアンモニウム、n−ブチル−トリ−エチルアンモニウム、ベンジル−トリメチルアンモニウム、ベンジル−トリエチルアンモニウム、1−メチルピリジニウム、1−ブチル−3,5−ジメチルピリジニウム、1,2,3−トリメチルイミダゾリウム、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、1−アリル−3−メチルイミダゾリウム、1−ヒドロキシエチル−3−メチルイミダゾリウム、トリメチルヒドロキシエチルアンモニウム(クロリン)、トリ−(ヒドロキシエチル)メチルアンモニウム、ジメチル−ジ(ポリオキシエチレン)アンモニウム、1−エチル−1−メチルピペリジニウム、4−エチル−4−メチルモルホリニウム、1−(シアノメチル)−3−メチルイミダゾリウム、1−(3−シアノプロピル)ピリジニウム、1,3−ビス(シアノメチル)イミダゾリウム、+O(Me)3+O(Et)3、テトラヒドロフラン−Me+、テトラヒドロフラン−Et+、2−メチルテトラヒドロフラン−Me+、2−メチルテトラヒドロフラン−Et+、メチルトリフェニルホスホニウム、テトラフェニルホスホニウム、テトラブチルホスホニウム、トリブチルメチルホスホニウム、トリエチルメチルホスホニウム、トリヘキシルテトラデシルホスホニウム、トリフェニルプロピルホスホニウム、及びテトラキス(ヒドロキシメチル)ホスホニウムから成る群から選択されるカチオンを含有する、実施形態1に記載の電池。
E7.前記1種以上のイオン性化合物が、水酸化物イオン、硝酸イオン、過塩素酸イオン、二フッ化水素イオン、アルコキシドイオン、ハロゲン化物イオン、リン酸イオン、ホスフィン酸イオン、ホスホン酸イオン、ホウ酸イオン、カルボン酸イオン、亜硫酸イオン、硫酸イオン、スルホン酸イオン、炭酸イオン、イミドイオン、アルミン酸イオン、シアン酸イオン、メチドイオン、ヒ酸イオン、ケイ酸イオン、及びアンチモン酸イオンから成る群から選択されるアニオンを含有する、実施形態1から6までのいずれか1項に記載の電池。
E8.前記1種以上のイオン性化合物が、塩化物イオン、臭化物イオン、H2PO4 -、BF4 -、ジブチルリン酸イオン、HPO3-、硫酸水素イオン、チオシアン酸イオン、二フッ化水素イオン、過塩素酸イオン、ジシアナミドイオン、Al(OC(CF334 -、B(C654 -、[N(SO2CF32-(ビストリフルイミド)、ビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド、トリフルオロメタンスルホン酸イオン(トリフラート)、p−トルエンスルホン酸イオン(トシラート)、メタンスルホン酸イオン(メシラート)、テトラフェニルホウ酸イオン、[B(3,5−(CF32634-、Al(OC(CF334 -、B(C654 -、[N(SO2CF32-、N(SO2F)2 -、トリス(ペンタフルオロエチル)トリフルオロリン酸イオン、B(C242 -、ジフルオロ(オキサラト)ホウ酸イオン、テトラクロロアルミン酸イオン、テトラフルオロアルミン酸イオン、テトラヨードアルミン酸イオン、テトラブロモアルミン酸イオン、AsF6 -、PF6 -、SbF6 -、及びSiF6 -2から成る群から選択されるアニオンを含有する、実施形態1から6までのいずれかに記載の電池。
E9.前記1種以上のイオン性化合物が、BF4 -、硫酸水素イオン、チオシアン酸イオン、過塩素酸イオン、ジシアナミド、ビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、テトラフェニルホウ酸イオン、[B(3,5−(CF32634-、Al(OC(CF334 -、B(C654 -、[N(SO2CF32-、テトラクロロアルミン酸イオン、テトラフルオロアルミン酸イオン、テトラヨードアルミン酸イオン、テトラブロモアルミン酸イオン、AsF6 -、及びPF6 -から成る群から選択されるアニオンを含有する、実施形態1から6までのいずれかに記載の電池。
E10.前記1種以上のイオン性化合物が、H3PO4、NH4SO3CF3、NH4OH、NH4BF4、NH4Cl、NH4Br、NH4I、NH4F、NH42PO4、(NH42HPO4、リン酸メチルアンモニウム、ピリジニウムトシラート、塩化ピリジニウム、塩化アニリニウム、塩化ヒドロキシアンモニウム、(NH42SO4、硫酸ヒドラジニウム(N26SO4)、(NH4)HSO4、NaHSO4、NH4BF4、H2SO4、KH2PO4、K2HPO4、NaH2PO4、Na2HPO4、HBF4、H(OEt2)BF4、HPF6、HAsF6、HClO4、HSO3CF3、H[N(SO2CF32]、H[N(SO2CF2CF32]、[H(OEt22][B[3,5−(CF32634]、[H(OEt22][B(C654](オキソニウム酸)、及び[H(OEt22][Al(OC(CF334]から成る群から選択される、実施形態1に記載の電池。
E11.前記1種以上のイオン性化合物が、NMe4 +SO2CF3 -、NEt4 +BF4 -、NMe4OH-、NMe4 +Cl-、NEt4 +Br-、NnBu4 +-、NnBu4 +-、NEt4 +2PO4 -、(NMe42HPO4、メチルトリフェニルホスホニウムヨージド、テトラキス(ヒドロキシメチル)ホスホニウムクロリド、テトラフェニルホスホニウムブロミド、1−メチルピリジニウムクロリド、ベンゾアルコニウムクロリド、Me3OBF4、Et3OBF4、NEt4PF6、NMe4AsF6、NMe4ClO4、NEt4SO3CF3、NMe4[N(SO2CF32]、NEt4[N(SO2CF2CF32]、Na+B[3,5−(CF32634-、K+B(C654 -、及びK+Al(OC(CF334 -から成る群から選択される、実施形態1に記載の電池。
E12.前記1種以上のイオン性化合物が、イオン性液体から成る群から選択される、実施形態1から9までのいずれかに記載の電池。
E13.前記1種以上のイオン性化合物が、双性イオンから成る群から選択される、実施形態1に記載の電池。
E14.前記1種以上のイオン性合物が、エチルアンモニウムニトラート、ジエチルメチルアンモニウムトリフルオロメタンスルホナート(DEMA TfO)、トリエチルアンモニウムメタンスルホナート、2−メチルピリジニウムトリフルオロメタンスルホナート、アンモニウムフルオリド、メチルアンモニウムニトラート、ヒドロキシエチルアンモニウムニトラート、エチルアンモニウムニトラート、ジメチルアンモニウムニトラート、1−メチルイミダゾリウムクロリド、1−メチルイミダゾリウムニトラート、1−エチルイミダゾリウムニトラート、t−ブチルアンモニウムテトラフルオロボラート、ヒドロキシエチルアンモニウムテトラフルオロボラート、メチルブチルアンモニウムテトラフルオロボラート、トリエチルアンモニウムテトラフルオロボラート、イミダゾリウムテトラフルオロボラート、1−メチルイミダゾリウム水素スルファート、1−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、1,2−ジメチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、t−ブチルアンモニウムトリフラート、2−フルオロピリジニウムトリフラート、ヒドロキシエチルアンモニウムトリフラート、1,2−ジメチルイミダゾリウムトリフラート、イミダゾリウムトリフラート、1−メチルイミダゾリウムトリフラート、ヒドロニウムトリフラート、メチルアンモニウムメシラート、エチルアンモニウムメシラート、ブチルアンモニウムメシラート、メトキシエチルアンモニウムメシラート、ジメチルアンモニウムメシラート、ジブチルアンモニウムメシラート、トリエチルアンモニウムメシラート、ジメチルエチルアンモニウムメシラート、ヒドロニウム水素スルファート、アンモニウム水素スルファート、メチルアンモニウム水素スルファート、エチルアンモニウム水素スルファート、プロピルアンモニウム水素スルファート、n−ブチルアンモニウム水素スルファート、t−ブチルアンモニウム水素スルファート、ジメチルアンモニウム水素スルファート、ジエチルアンモニウム水素スルファート、ジ−n−ブチルアンモニウム水素スルファート、メチルブチルアンモニウム水素スルファート、エチルブチルアンモニウム水素スルファート、トリメチルアンモニウム水素スルファート、トリエチルアンモニウム水素スルファート、トリブチルアンモニウム水素スルファート、ジメチルエチルアンモニウム水素スルファート、ジブチルアンモニウムフルオロ水素ホスファート、トリエチルアンモニウムフルオロ水素ホスファート、トリブチルアンモニウムフルオロ水素ホスファート、ヒドロニウム二水素ホスファート、メチルアンモニウム二水素ホスファート、エチルアンモニウム二水素ホスファート、プロピルアンモニウム二水素ホスファート、n−ブチルアンモニウム二水素ホスファート、メトキシエチルアンモニウム二水素ホスファート、ジメチルアンモニウム二水素ホスファート、ジブチルアンモニウム二水素ホスファート、メチルブチルアンモニウム二水素ホスファート、アンモニウムビフルオリド、メチルアンモニウムビフルオリド、エチルアンモニウムビフルオリド、及びジメチルアンモニウムビフルオリドから成る群から選択される、実施形態1に記載の電池。
E15.前記1種以上のイオン性化合物が、トリ−n−ブチルメチルアンモニウムメチルスルファート、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムエチルスルファート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムチオシアナート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムテトラクロロアルミナート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムメチルスルファート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムメタンスルホナート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム水素スルファート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム水素カルボナート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド、1,2,3−トリメチルイミダゾリウムメチルスルファート、1,2,4−トリメチルピラゾリウムメチルスルファート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムチオシアナート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムメタンスルホナート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラクロロアルミナート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム水素スルファート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムエチルスルファート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムニトラート、1−ブチルピリジニウムクロリド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジシアナミド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、1,3−ジメチルイミダゾリウム水素カルボナート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム水素カルボナート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート、1−ブチル−3,5−ジメチルピリジニウムブロミド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムメチルカルボナート、カルボキシメチル−トリブチルホスホニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、N−カルボキシエチル−メチルピロリジニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、N−カルボキシメチル−トリメチルアンモニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、N−カルボキシメチル−メチルピリジニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、ヘキシルトリメチルアンモニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、テトラブチルホスホニウムメタンスルホナート、テトラブチルホスホニウムテトラフルオロボラート、テトラブチルホスホニウムp−トルエンスルホナート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム水素カルボナート、トリエチルメチルアンモニウムメチルカルボナート、トリブチルメチルアンモニウムメチルカルボナート、1−エチル−1−メチルピペリジニウムメチルカルボナート、4−エチル−4−メチルモルホリニウムメチルカルボナート、1−ブチル−1−メチルピロリジニウムメチルカルボナート、トリエチルメチルアンモニウムジブチルホスファート、トリブチルメチルアンモニウムジブチルホスファート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジブチルホスファート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムジブチルホスファート、1−(シアノメチル)−3−メチルイミダゾリウムクロリド、1−(3−シアノプロピル)−3−メチルイミダゾリウムクロリド、1−(3−シアノプロピル)−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1−(3−シアノプロピル)−3−メチルイミダゾリウムジシアナミド、1−(3−シアノプロピル)ピリジニウムクロリド、1−(3−シアノプロピル)ピリジニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1,3−ビス(シアノメチル)イミダゾリウムクロリド、1,3−ビス(シアノメチル)イミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1,3−ビス(3−シアノプロピル)イミダゾリウムクロリド、1,3−ビス(3−シアノプロピル)イミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムブロミド、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムブロミド、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムクロリド、トリブチルメチルホスホニウムジブチルホスファート、トリエチルメチルホスホニウムジブチルホスファート、トリブチルメチルホスホニウムメチルカルボナート、トリブチルメチルホスホニウムメチルスルファート、トリエチルメチルホスホニウムジブチルホスファート、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムビス(2,4,4−トリメチルフェニル)ホスフィナート、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムブロミド、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムクロリド、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムデカノアート、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムジシアナミド、3−(トリフェニルホスホニオ)プロパン−1−スルホナート、及び3−(トリフェニルホスホニオ)プロパン−1−スルホン酸トシラートから成る群から選択される、実施形態1に記載の電池。
E16.前記電解質組成物が、少なくとも2種の異なるイオン性化合物を含有する、実施形態1に記載の電池。
E17.前記電解質組成物が、プロトン性のイオン性化合物、及び非プロトン性のイオン性化合物を含有する、実施形態16に記載の電池。
E18.前記電解質組成物が、2種の異なるプロトン性のイオン性化合物を含有する、実施形態16に記載の電池。
E19.前記電解質組成物が、2種の異なる非プロトン性のイオン性化合物を含有する、実施形態16に記載の電池。
E20.前記電解質組成物が、2種の異なる塩を含有する、実施形態16から19までのいずれかに記載の電池。
E21.前記電解質組成物が、2種の異なるイオン性液体を含有する、実施形態16から19までのいずれかに記載の電池。
E22.前記電解質組成物が、塩、及びイオン性液体、例えばプロトン性若しくは非プロトン性の塩、又はアルカリ金属塩、例えばアルカリ金属ハロゲン化物を含有する、実施形態16から19までのいずれかに記載の電池。
E23.前記電解質組成物が、プロトン酸、プロトン性アンモニウム化合物又はプロトン性のオキソニウム化合物、及びイオン性液体を含有する、実施形態16から18、21、及び22のいずれかに記載の電池。
E24.前記電解質組成物が、同一のカチオン又は同一のアニオンを含む2種の異なるイオン性化合物を含有する、実施形態16から23までのいずれかに記載の電池。
E25.2種の異なるイオン性化合物の質量:質量の比が、約99.9:0.1から約0.1:99.9、約99.5:0.5から約0.5:99.5、約99:1から約1:99、約95:5から約5:95、約90:10から約10:90、約80:20から約20:80、約70:30から約30:70、又は約60:40から約40:60である、実施形態16から24までのいずれかに記載の電池。
E26.前記電解質組成物が有機溶媒を含有せず、前記電解質組成物の全質量を基準として、≦1000質量ppm、≦100質量ppm、又は≦10質量ppmの水を含有する、実施形態1から25までのいずれかに記載の電池。
E27.前記電解質組成物が、溶媒を含有する、実施形態1から25までのいずれかに記載の電池。
E28.前記溶媒が実質的に水から成る、実施形態27に記載の電池。
E29.前記溶媒が実質的に有機溶媒から成る、実施形態27に記載の電池。
E30.前記溶媒が、水及び有機溶媒を含有する、実施形態27に記載の電池。
E31.水の質量:有機溶媒の質量の比が、約99.9:0.1から約0.1:99.9、約99.5:0.5から約0.5:99.5、約99:1から約1:99、約95:5から約5:95、約90:10から約10:90、約80:20から約20:80、約70:30から約30:70、又は約60:40から約40:60である、実施形態30に記載の電池。
E32.前記有機溶媒が、有機カルボナート、エーテル、グリム、オルトエステル、ポリアルキレングリコール、エステル、ラクトン、グリコール、ホルマート、スルホン、スルホキシド、アミド、アルコール、アミン、ケトン、ニトロ溶媒、及びニトリル溶媒から成る群から選択される1種以上の溶媒を含有する、実施形態29から31に記載の電池。
E33.前記有機溶媒が、エチレンカルボナート(EC)、プロピレンカルボナート(PC)、トリメチレンカルボナート、1,2−ブチレンカルボナート(BC)、ジメチルカルボナート(DMC)、ジエチルカルボナート(DEC)、エチルメチルカルボナート(EMC)、ビニレンカルボナート、ジフルオロエチレンカルボナート、モノフルオロエチレンカルボナート、ジメトキシメタン(DMM)、ジエトキシメタン、1,2−ジメトキシエタン(DME、又はエチレングリコールジメチルエーテル、又はグリム)、ジグリム、トリグリム、テトラグリム、エチレングリコールジエチルエーテル(DEE)、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン(2−MeTHF)、1,3−ジオキサン、1,3−ジオキソラン(DIOX)、4−メチル−1,3−ジオキソラン(4−MeDIOX)、2−メチル−1,3−ジオキソラン(2−MeDIOX)、1,4−ジオキサン、ジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジ−n−ブチルエーテル、ジ−t−ブチルエーテル、ジ−イソプロピルエーテル、メチル−t−ブチルエーテル、エチル−t−ブチルエーテル、t−アミル−メチルエーテル、トリメトキシメタン、トリエトキシメタン、1,4−ジメチル−3,5,8−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタン、4−エチル−1−メチル−3,5,8−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタン、ポリエチレングリコール、ジメチルポリエチレングリコール、ジエチルポリエチレングリコール、γ−ブチロラクトン(GBL)、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、酢酸エチル(EA)、2−メトキシエチルアセタート、2−エトキシエチルアセタート、2−ブトキシエチルアセタート、2−(2−ブトキシエトキシ)エチルアセタート(ジエチレングリコールブチルエーテルアセタート、DBA)、エチレングリコールジアセタート(EGDA)、3−エトキシエチルプロピオナート(EEP)、メチルブチラート(MB)、n−アミルアセタート(NAAC)、プロピレングリコールメチルエーテルアセタート(PMA)、エチルブチラート(EB)、ジエチルマロナート、ジメチルマロナート、二塩基性エステル混合物(DBE)、エチレングリコール、プロピレングリコール、2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、2−プロポキシエタノール、2−イソプロポキシエタノール、2−ブトキシエタノール(エチレングリコールブチルエーテル、EB)、2−フェノキシエタノール、2−ベンジルオキシエタノール、2−(2−メトキシエトキシ)エタノール、2−(2−エトキシエトキシ)エタノール、2−(2−ブトキシエトキシ)エタノール(ジエチレングリコールブチルエーテル、DB)、プロピレングリコールブチルエーテル(PB)、プロピレングリコールメチルエーテル(PM)、トリエチレングリコール(TEG)、ジプロピレングリコールメチルエーテル(DPM)、ジエチレングリコールメチルエーテル、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、ペルフルオロ−1,4−ブタンジオール、ペルフルオロ−1,5−ブタンジオール、フッ化されたジエチレングリコールメチルエーテル、フッ化されたトリエチレングリコール、フッ化されたトリエチレングリコールメチルエーテル、及びフッ化されたジエチレングリコールブチルエーテル、メチルホルマート、エチルホルマート、イソブチルホルマート、tert−ブチルホルマート、メチルスルホニルメタン(MSM、又はジメチルスルホン)、エチルメチルスルホン、スルホラン、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド(DMF)、N−メチルピロリドン(NMP)、2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン(DMI)、ヘキサメチルホスホルアミド(HMPA)、N,N’−ジメチル−N,N’−トリメチレン尿素(1,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロ−2(1H)−ピリミジノン(DMPU))、ベンジルアルコール(BA)、エタノール、トリフルオロエタノール(2,2−トリフルオロエタノール)、メタノール、イソプロパノール、t−ブタノール、n−ブタノール、メチルエチルケトン(MEK)、メチル−イソアミルケトン(MIAK)、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジエチレントリアミン、エチレンジアミン、モルホリン、ピペリジン、ピリジン、ニトロベンゼン、ニトロメタン、ニトロエタン、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、及びアジポニトリルから成る群から選択される1種以上の溶媒を含有する、実施形態32に記載の電池。
E34.イオン性化合物の合計の質量:溶媒の質量の比が、約99.9:0.1から約0.1:99.9、約99.5:0.5から約0.5:99.5、約99:1から約1:99、約95:5から約5:95、約90:10から約10:90、約80:20から約20:80、約70:30から約30:70、又は約60:40から約40:60である、実施形態27から33までのいずれかに記載の電池。
E35.前記電解質組成物がさらに、腐食防止剤、固体電解質界面(SEI)改善剤、プロトン形成改善剤、自己放電防止剤、気化防止剤、粘度調整剤、カソード保護剤、塩安定剤、導電率改善剤、及び溶媒和剤から成る群から選択される1種以上の添加剤を含有する、実施形態1から34までのいずれかに記載の電池。
E36.前記電解質組成物が、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ金属アルコキシド及びアルカリ土類金属アルコキシドから成る群から選択される1種以上のイオン性化合物と、有機溶媒とを含有する、実施形態1に記載の金属水素化物電池。
E37.前記1種以上のイオン性化合物が、アルカリ金属水酸化物及びアルカリ土類金属水酸化物から成る群から選択される、実施形態36に記載の電池。
E38.前記1種以上のイオン性化合物が、アルカリ金属アルコキシド及びアルカリ土類金属アルコキシドから成る群から選択される、実施形態36に記載の電池。
E39.前記1種以上のイオン性化合物が、ナトリウム、カリウム、カルシウム又はマグネシウムの水酸化物と、ナトリウム、カリウム、カルシウム又はマグネシウムの、メトキシド、エトキシド、n−プロポキシド、i−プロポキシド、n−ブトキシド、t−ブトキシド、2−メチルブトキシド又はフェノキシドとから成る群から選択される、実施形態36に記載の電池。
E40.前記1種以上のイオン性化合物が、ナトリウム又はカリウムの水酸化物と、ナトリウム又はカリウムの、メトキシド、エトキシド、n−プロポキシド、i−プロポキシド、n−ブトキシド、t−ブトキシド、2−メチルブトキシド又はフェノキシドとから成る群から選択される、実施形態36に記載の電池。
E41.前記1種以上のイオン性化合物が、水酸化カリウム、カリウムメトキシド及びカリウムエトキシドから成る群から選択される、実施形態36に記載の電池。
E42.前記1種以上のイオン性化合物が、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムメトキシド及びカリウムエトキシドから成る群から選択される、実施形態36に記載の電池。
E43.前記有機溶媒が、有機カルボナート、エーテル、グリム、オルトエステル、ポリアルキレングリコール、グリコール、アルコール、スルホン、スルホキシド、アミド、及びニトリル溶媒から成る群から選択される1種以上の溶媒を含有する、実施形態36から42に記載の電池。
E44.前記有機溶媒が、エチレンカルボナート、プロピレンカルボナート、トリメチレンカルボナート、1,2−ブチレンカルボナート、ジメチルカルボナート、ジエチルカルボナート、エチルメチルカルボナート、ジメトキシメタン、1,2−ジメトキシエタン、ジグリム、トリグリム、テトラグリム、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、2−メチル−1,3−ジオキソラン、1,4−ジオキサン、ジエチルエーテル、ジ−t−ブチルエーテル、ジ−イソプロピルエーテル、メチル−t−ブチルエーテル、エチル−t−ブチルエーテル、t−アミル−メチルエーテル、2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、2−プロポキシエタノール、2−イソプロポキシエタノール、2−ブトキシエタノール、2−フェノキシエタノール、2−ベンジルオキシエタノール、2−(2−メトキシエトキシ)エタノール、2−(2−エトキシエトキシ)エタノール、2−(2−ブトキシエトキシ)エタノール、トリメトキシメタン、トリエトキシエタン、1,4−ジメチル−3,5,8−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタン、4−エチル−1−メチル−3,5,8−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタン、ポリエチレングリコール、ジメチルポリエチレングリコール、ジエチルポリエチレングリコール、プロピレングリコールブチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、ペルフルオロ−1,4−ブタンジオール、ペルフルオロ−1,5−ブタンジオール、フッ化されたジエチレングリコールメチルエーテル、フッ化されたトリエチレングリコール、フッ化されたトリエチレングリコールメチルエーテル、及びフッ化されたジエチレングリコールブチルエーテル、エチレングリコール、プロピレングリコール、ベンジルアルコール、ベンジルアルコール、エタノール、トリフルオロエタノール、メタノール、イソプロパノール、t−ブタノール、n−ブタノール、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、メチルスルホニルメタン、スルホラン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、ヘキサメチルホスホルアミド、及びN,N’−ジメチル−N,N−トリメチレン尿素から成る群から選択される1種以上の溶媒を含有する、実施形態36から42までのいずれかに記載の電池。
E45.前記有機溶媒が、2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、2−プロポキシエタノール、2−イソプロポキシエタノール、2−ブトキシエタノール、2−フェノキシエタノール、2−ベンジルオキシエタノール、2−(2−メトキシエトキシ)エタノール、2−(2−エトキシエトキシ)エタノール、2−(2−ブトキシエトキシ)エタノール、プロピレングリコールブチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコールメチルエーテル、ベンジルアルコール、エタノール、トリフルオロエタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、メタノール、イソプロパノール、t−ブタノール、及びn−ブタノールから成る群から選択される1種以上の溶媒を含有する、実施形態36から42までのいずれかに記載の電池。
E46.前記1種以上のイオン性化合物が、KOH、NaOH、KOMe、NaOMe、KOEt、及びNaOEtから成る群から選択され、前記溶媒が、2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、2−プロポキシエタノール、2−イソプロポキシエタノール、2−ブトキシエタノール、2−フェノキシエタノール、2−ベンジルオキシエタノール、2−(2−メトキシエトキシ)エタノール、2−(2−エトキシエトキシ)エタノール、2−(2−ブトキシエトキシ)エタノール、プロピレングリコールブチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコールメチルエーテル、ベンジルアルコール、エタノール、トリフルオロエタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、メタノール、イソプロパノール、t−ブタノール、及びn−ブタノールから成る群から選択される1種以上の溶媒を含有する、実施形態36に記載の電池。
E47.イオン性化合物の合計の質量:有機溶媒の質量の比が、約99.9:0.1から約0.1:99.9、約99.5:0.5から約0.5:99.5、約99:1から約1:99、約95:5から約5:95、約90:10から約10:90、約80:20から約20:80、約70:30から約30:70、又は約60:40から約40:60である、実施形態36から46までのいずれかに記載の電池。
E48.前記電解質組成物が、前記電解質組成物の全質量を基準として、≦1000質量ppm、≦100質量ppm、又は≦10質量ppmの水を含有する、実施形態36から47までのいずれかに記載の電池。
E49.前記電解質組成物がさらに、腐食防止剤、固体電解質界面(SEI)改善剤、プロトン形成改善剤、自己放電防止剤、気化防止剤、粘度調整剤、カソード保護剤、塩安定剤、導電率改善剤、及び溶媒和剤から成る群から選択される1種以上の添加剤を含有する、実施形態36から48までのいずれかに記載の電池。
E50.前記電解質組成物が、アルカリ金属水酸化物の群から選択される1種以上のイオン性化合物と、水と、有機溶媒、さらなるイオン性化合物及び添加剤から成る群から選択される1種以上のさらなる成分とを含有する、実施形態1に記載の電池。
E51.前記電解質組成物が、有機溶媒を含有する、実施形態50に記載の電池。
E52.前記有機溶媒が、有機カルボナート、エーテル、グリム、オルトエステル、ポリアルキレングリコール、グリコール、スルホン、スルホキシド、アミド、及びニトリル溶媒から成る群から選択される1種以上の溶媒を含有する、実施形態51に記載の電池。
E53.前記有機溶媒が、エチレンカルボナート、プロピレンカルボナート、トリメチレンカルボナート、1,2−ブチレンカルボナート、ジメチルカルボナート、ジエチルカルボナート、エチルメチルカルボナート、ジメトキシメタン、1,2−ジメトキシエタン、ジグリム、トリグリム、テトラグリム、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、2−メチル−1,3−ジオキソラン、1,4−ジオキサン、ジエチルエーテル、ジ−t−ブチルエーテル、ジ−イソプロピルエーテル、メチル−t−ブチルエーテル、エチル−t−ブチルエーテル、t−アミル−メチルエーテル、2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、2−プロポキシエタノール、2−イソプロポキシエタノール、2−ブトキシエタノール、2−フェノキシエタノール、2−ベンジルオキシエタノール、2−(2−メトキシエトキシ)エタノール、2−(2−エトキシエトキシ)エタノール、2−(2−ブトキシエトキシ)エタノール、トリメトキシメタン、トリエトキシメタン、1,4−ジメチル−3,5,8−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタン、4−エチル−1−メチル−3,5,8−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタン、ポリエチレングリコール、ジメチルポリエチレングリコール、ジエチルポリエチレングリコール、プロピレングリコールブチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、ペルフルオロ−1,4−ブタンジオール、ペルフルオロ−1,5−ブタンジオール、フッ化されたジエチレングリコールメチルエーテル、フッ化されたトリエチレングリコール、フッ化されたトリエチレングリコールメチルエーテル、及びフッ化されたジエチレングリコールブチルエーテル、エチレングリコール、プロピレングリコール、ベンジルアルコール、エタノール、トリフルオロエタノール、メタノール、イソプロパノール、t−ブタノール、n−ブタノール、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、メチルスルホニルメタン、スルホラン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、ヘキサメチルホスホルアミド、及びN,N’−ジメチル−N,N−トリメチレン尿素から成る群から選択される1種以上の溶媒を含有する、実施形態51に記載の電池。
E54.前記電解質組成物が、ポリエチレングリコール、ジメチルポリエチレングリコール、又はジエチルポリエチレングリコールを含有する、実施形態51に記載の電池。
E55.水の質量:有機溶媒の質量の比が、約99.9:0.1から約0.1:99.9、約99.5:0.5から約0.5:99.5、約99:1から約1:99、約95:5から約5:95、約90:10から約10:90、約80:20から約20:80、約70:30から約30:70、又は約60:40から約40:60である、実施形態51から54までのいずれかに記載の電池。
E56.前記アルカリ金属水酸化物の質量:有機+水の質量の比が、約99.9:0.1から約0.1:99.9、約99.5:0.5から約0.5:99.5、約99:1から約1:99、約95:5から約5:95、約90:10から約10:90、約80:20から約20:80、約70:30から約30:70、又は約60:40から約40:60である、実施形態51から55までのいずれかに記載の電池。
E57.前記電解質組成物が、1種以上のさらなるイオン性化合物を含有する、実施形態50から56までのいずれかに記載の電池。
E58.前記電解質組成物が、KOHと、NaOH、LiOH、Mg(OH)2、及びCa(OH)2から成る群から選択される1種以上のさらなるイオン性化合物とを含有する、実施形態57に記載の電池。
E59.前記さらなるイオン性化合物が、イオン性液体から成る群から選択される、実施形態57に記載の電池。
E60.前記アルカリ金属水酸化物の質量:さらなる化合物の合計の質量の比が、約99.9:0.1から約0.1:99.9、約99.5:0.5から約0.5:99.5、約99:1から約1:99、約95:5から約5:95、約90:10から約10:90、約80:20から約20:80、約70:30から約30:70、又は約60:40から約40:60である、実施形態57から59までのいずれかに記載の電池。
E61.前記電解質組成物が、1種以上の添加剤を含有する、実施形態50から60までのいずれかに記載の電池。
E62.前記電解質組成物が、腐食防止剤、固体電解質界面(SEI)改善剤、プロトン形成改善剤、自己放電防止剤、気化防止剤、粘度調整剤、カソード保護剤、塩安定剤、導電率改善剤、及び溶媒和剤から成る群から選択される1種以上の添加剤を含有する、実施形態61に記載の電池。
E63.前記電解質組成物が、カルボキシラート化合物及びカルボン酸から成る群から選択される1種以上のイオン性化合物を含有する、実施形態1に記載の電池。
E64.前記電解質組成物が、1種以上のカルボキシラート化合物を含有する、実施形態63に記載の電池。
E65.前記1種以上のカルボキシラート化合物が、アルカリ金属カルボン酸塩、アルカリ土類金属カルボン酸塩、及びカルボン酸アンモニウムから成る群から選択される、実施形態64に記載の電池。
E66.前記1種以上のカルボキシラート化合物が、アルカリ金属カルボン酸塩、及びアルカリ土類金属カルボン酸塩から成る群から選択される、実施形態64に記載の電池。
E67.前記1種以上のカルボキシラート化合物が、カルボン酸アンモニウム、及びカルボン酸ホスホニウムから成る群から選択される、実施形態64に記載の電池。
E68.前記1種以上のカルボキシラート化合物が、Na+、K+、Ca++、Mg++、NH4 +、メチルアンモニウム、エチルアンモニウム、ジメチルアンモニウム、ジエチルアンモニウム、トリメチルアンモニウム(NMe3+)、トリエチルアンモニウム、トリブチルアンモニウム、ジエチルメチルアンモニウム、ヒドロキシエチルアンモニウム、メトキシメチルアンモニウム、ジブチルアンモニウム、メチルブチルアンモニウム、アニリニウム、ピリジニウム、2−メチルピリジニウム、イミダゾリウム、1−メチルイミダゾリウム、1,2−ジメチルイミダゾリウム、イミダゾリニウム、キノリニウム、イソキノリニウム、ピロリニウム、ピロリニニウム、ピロリジニウム、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラ−n−ブチルアンモニウム、n−ブチル−トリ−エチルアンモニウム、ベンジル−トリメチルアンモニウム、トリ−n−ブチルメチルアンモニウム、ベンジル−トリエチルアンモニウム、1−メチルピリジニウム、1−ブチル−3,5−ジメチルピリジニウム、1,2,4−トリメチルピラゾリウム、トリメチルヒドロキシエチルアンモニウム(コリン)、ジメチル−ジ(ポリオキシエチレン)アンモニウム、トリ−(ヒドロキシエチル)メチルアンモニウム、1,2,3−トリメチルイミダゾリウム、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、1,3−ジメチルイミダゾリウム、1−エチル−1−メチルピペリジニウム、4−エチル−4−メチルモルホリニウム、1−(シアノメチル)−3−メチルイミダゾリウム、1−(3−シアノプロピル)ピリジニウム、1,3−ビス(シアノメチル)イミダゾリウム、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム、メチルトリフェニルホスホニウム、テトラフェニルホスホニウム、テトラブチルホスホニウム、トリブチルメチルホスホニウム、トリエチルメチルホスホニウム、トリヘキシルテトラデシルホスホニウム、トリフェニルプロピルホスホニウム、及びテトラキス(ヒドロキシメチル)ホスホニウムから成る群から選択されるカチオンを含有するカルボキシラート化合物を1種以上含有する、実施形態64に記載の電池。
E69.前記1種以上のカルボキシラート化合物が、ギ酸イオン、酢酸イオン、フルオロ酢酸イオン、ジフルオロ酢酸イオン、トリフルオロ酢酸イオン、クロロ酢酸イオン、ジクロロ酢酸イオン、トリクロロ酢酸イオン、プロパン酸イオン、n−ブタン酸イオン、i−ブタン酸イオン、n−ペンタン酸イオン、i−ペンタン酸イオン、オクタン酸イオン、デカン酸イオン、安息香酸イオン、サリチル酸イオン、チオサリチル酸イオン、2−、3−、若しくは4−ニトロ安息香酸イオン、クエン酸イオン、シュウ酸イオン、酒石酸イオン、グリコール酸イオン、グルコン酸イオン、リンゴ酸イオン、マンデル酸イオン、ニトロ三酢酸のカルボン酸イオン、N−(2−ヒドロキシエチル)−エチレンジアミン三酢酸のカルボン酸イオン、エチレンジアミン四酢酸のカルボン酸イオン、及びジエチレントリアミン五酢酸のカルボン酸イオンから成る群から選択されるアニオンを含有する、実施形態64から68までのいずれかに記載の電池。
E70.前記1種以上のカルボキシラート化合物が、ナトリウム、カリウム及びマグネシウムの、ホルマート、エタノアート(アセタート)、プロパノアート、n−ブタノアート、i−ブタノアート、n−ペンタノアート又はi−ペンタノアートから成る群から選択される、実施形態64に記載の電池。
E71.前記1種以上のカルボキシラート化合物が、ナトリウム及びカリウムの、ホルマート、エタノアート、プロパノアート、n−ブタノアート、i−ブタノアート、n−ペンタノアート又はi−ペンタノアートから成る群から選択される、実施形態64に記載の電池。
E72.前記1種以上のカルボキシラート化合物が、安息香酸テトラメチルアンモニウム、シュウ酸テトラエチルアンモニウム、酒石酸テトラブチルアンモニウム、酒石酸ナトリウム、ギ酸カリウム、酢酸テトラメチルアンモニウム、1−メチルピリジニウムクロリド、トリメチルアンモニウムシトラート(三塩基性)、テトラメチルアンモニウム2−、3−、若しくは4−ニトロベンゾアート、安息香酸アンモニウム、サリチル酸アンモニウム、シュウ酸アンモニウム、酒石酸アンモニウム、メチルトリフェニルホスホニウムアセタート、テトラキス(ヒドロキシメチル)ホスホニウムベンゾアート、テトラキス(ヒドロキシメチル)ホスホニウムホルマート、酒石酸一カリウム若しくは二カリウム、クエン酸アンモニウム(一塩基性、二塩基性、又は三塩基性)、アンモニウム2−ニトロベンゾアート、アンモニウム3−ニトロベンゾアート、アンモニウム4−ニトロベンゾアート、カリウムトリフルオロアセタート、及びカリウムクロロアセタートから成る群から選択される、実施形態64に記載の電池。
E73.前記1種以上のカルボキシラート化合物が、イオン性液体から成る群から選択される、実施形態64から69までのいずれかに記載の電池。
E74.前記1種以上のカルボキシラート化合物が、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムデカノアート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムアセタート、コリンアセタート、コリンサリチラート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムアセタート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムラクタート、2−ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウムラクタート、2−ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウムアセタート、及びメチルトリオクチルアンモニウムチオサリチラートから成る群から選択される、実施形態64に記載の電池。
E75.前記電解質組成物が、1種以上のカルボン酸を含有する、実施形態63に記載の電池。
E76.前記1種以上のカルボン酸が、ギ酸、酢酸、フルオロ酢酸、ジフルオロ酢酸、トリフルオロ酢酸、クロロ酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸、プロパン酸、酪酸、3−メチルブタン酸、吉草酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、カプリル酸、ノナン酸、安息香酸、サリチル酸、2−、3−、若しくは4−ニトロ安息香酸、クエン酸、シュウ酸、酒石酸、グリコール酸、グルコン酸、リンゴ酸、マンデル酸、ニトリロ三酢酸、N−(2−ヒドロキシエチル)エチレンジアミン三酢酸、エチレンジアミン四酢酸、及びジエチレンアミン五酢酸から成る群から選択される、実施形態75に記載の電池。
E77.前記1種以上のカルボン酸が、酢酸、プロパン酸、酪酸、3−メチルブタン酸、吉草酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、カプリル酸、及びノナン酸から成る群から選択される、実施形態75に記載の電池。
E78.前記電解質組成物が、実施形態63から77までのいずれかに規定された少なくとも2種の異なるイオン性化合物を含有する、実施形態63に記載の電池。
E79.前記電解質組成物が、プロトン性のイオン性化合物及び非プロトン性のイオン性化合物を含有する、実施形態78に記載の電池。
E80.前記電解質組成物が、2種の異なるプロトン性のイオン性化合物を含有する、実施形態78に記載の電池。
E81.前記電解質組成物が、2種の異なる非プロトン性のイオン性化合物を含有する、実施形態78に記載の電池。
E82.前記電解質組成物が、2種の異なる塩を含有する、実施形態78から81までのいずれかに記載の電池。
E83.前記電解質組成物が、2種の異なるイオン性液体を含有する、実施形態78から81までのいずれかに記載の電池。
E84.前記電解質組成物が、塩、及びイオン性液体を含有する、実施形態78から81までのいずれかに記載の電池。
E85.前記電解質組成物が、カルボキシラート化合物及びカルボン酸を含有する、実施形態78から81までのいずれかに記載の電池。
E86.前記電解質組成物が、カルボン酸及びイオン性液体を含有する、実施形態78から80、83、及び85のいずれかに記載の電池。
E87.前記電解質組成物が、同一のカチオン又は同一のアニオンを含む2種の異なるイオン性化合物を含有する、実施形態78から86までのいずれかに記載の電池。
E88.2種の異なるイオン性化合物の質量:質量の比が、約99.9:0.1から約0.1:99.9、約99.5:0.5から約0.5:99.5、約99:1から約1:99、約95:5から約5:95、約90:10から約10:90、約80:20から約20:80、約70:30から約30:70、又は約60:40から約40:60である、実施形態78から87までのいずれかに記載の電池。
E89.前記電解質組成物が有機溶媒を含有せず、前記電解質組成物の全質量を基準として、≦1000質量ppm、≦100質量ppm、又は≦10質量ppmの水を含有する、実施形態63から88までのいずれかに記載の電池。
E90.前記電解質組成物が、溶媒を含有する、実施形態63から88までのいずれかに記載の電池。
E91.前記溶媒が実質的に水から成る、実施形態90に記載の電池。
E92.前記溶媒が実質的に有機溶媒から成る、実施形態90に記載の電池。
E93.前記溶媒が、水及び有機溶媒を含有する、実施形態90に記載の電池。
E94.前記有機溶媒が、有機カルボナート、エーテル、グリム、オルトエステル、ポリアルキレングリコール、エステル、ラクトン、グリコール、ホルマート、スルホン、スルホキシド、アミド、アルコール、アミン、ケトン、ニトロ溶媒、及びニトリル溶媒から成る群から選択される1種以上の溶媒を含有する、実施形態92から93に記載の電池。
E95.前記有機溶媒が、エチレンカルボナート(EC)、プロピレンカルボナート(PC)、トリメチレンカルボナート、1,2−ブチレンカルボナート(BC)、ジメチルカルボナート(DMC)、ジエチルカルボナート(DEC)、エチルメチルカルボナート(EMC)、ビニレンカルボナート、ジフルオロエチレンカルボナート、モノフルオロエチレンカルボナート、ジメトキシメタン(DMM)、ジエトキシメタン、1,2−ジメトキシエタン(DME、又はエチレングリコールジメチルエーテル、又はグリム)、ジグリム、トリグリム、テトラグリム、エチレングリコールジエチルエーテル(DEE)、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン(2−MeTHF)、1,3−ジオキサン、1,3−ジオキソラン(DIOX)、4−メチル−1,3−ジオキソラン(4−MeDIOX)、2−メチル−1,3−ジオキソラン(2−MeDIOX)、1,4−ジオキサン、ジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジ−n−ブチルエーテル、ジ−t−ブチルエーテル、ジ−イソプロピルエーテル、メチル−t−ブチルエーテル、エチル−t−ブチルエーテル、t−アミル−メチルエーテル、トリメトキシメタン、トリエトキシメタン、1,4−ジメチル−3,5,8−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタン、4−エチル−1−メチル−3,5,8−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタン、ポリエチレングリコール、ジメチルポリエチレングリコール、又はジエチルポリエチレングリコール、γ−ブチロラクトン(GBL)、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、酢酸エチル(EA)、2−メトキシエチルアセタート、2−エトキシエチルアセタート、2−ブトキシエチルアセタート、2−(2−ブトキシエトキシ)エチルアセタート(ジエチレングリコールブチルエーテルアセタート、DBA)、エチレングリコールジアセタート(EGDA)、3−エトキシエチルプロピオナート(EEP)、メチルブチラート(MB)、n−アミルアセタート(NAAC)、プロピレングリコールメチルエーテルアセタート(PMA)、エチルブチラート(EB)、ジエチルマロナート、ジメチルマロナート、二塩基性エステル混合物(DBE)、エチレングリコール、プロピレングリコール、2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、2−プロポキシエタノール、2−イソプロポキシエタノール、2−ブトキシエタノール(エチレングリコールブチルエーテル、EB)、2−フェノキシエタノール、2−ベンジルオキシエタノール、2−(2−メトキシエトキシ)エタノール、2−(2−エトキシエトキシ)エタノール、2−(2−ブトキシエトキシ)エタノール(ジエチレングリコールブチルエーテル、DB)、プロピレングリコールブチルエーテル(PB)、プロピレングリコールメチルエーテル(PM)、トリエチレングリコール(TEG)、ジプロピレングリコールメチルエーテル(DPM)、ジエチレングリコールメチルエーテル、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、ペルフルオロ−1,4−ブタンジオール、ペルフルオロ−1,5−ブタンジオール、フッ化されたジエチレングリコールメチルエーテル、フッ化されたトリエチレングリコール、フッ化されたトリエチレングリコールメチルエーテル、フッ化されたジエチレングリコールブチルエーテル、メチルホルマート、エチルホルマート、イソブチルホルマート、tert−ブチルホルマート、メチルスルホニルメタン(MSM、又はジメチルスルホン)、エチルメチルスルホン、スルホラン、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド(DMF)、N−メチルピロリドン(NMP)、2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン(DMI)、ヘキサメチルホスホルアミド(HMPA)、N,N’−ジメチル−N,N’−トリメチレン尿素(1,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロ−2(1H)−ピリミジノン(DMPU))、ベンジルアルコール(BA)、エタノール、トリフルオロエタノール(2,2−トリフルオロエタノール)、メタノール、イソプロパノール、t−ブタノール、n−ブタノール、メチルエチルケトン(MEK)、メチル−イソアミルケトン(MIAK)、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジエチレントリアミン、エチレンジアミン、モルホリン、ピペリジン、ピリジン、ニトロベンゼン、ニトロメタン、ニトロエタン、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、及びアジポニトリルから成る群から選択される1種以上の溶媒を含有する、実施形態94に記載の電池。
E96.水の質量:有機溶媒の質量の比が、約99.9:0.1から約0.1:99.9、約99.5:0.5から約0.5:99.5、約99:1から約1:99、約95:5から約5:95、約90:10から約10:90、約80:20から約20:80、約70:30から約30:70、又は約60:40から約40:60である、実施形態93から95に記載の電池。
E97.イオン性化合物の合計の質量:溶媒の質量の比が、約99.9:0.1から約0.1:99.9、約99.5:0.5から約0.5:99.5、約99:1から約1:99、約95:5から約5:95、約90:10から約10:90、約80:20から約20:80、約70:30から約30:70、又は約60:40から約40:60である、実施形態90から96までのいずれかに記載の電池。
E98.前記電解質組成物がさらに、腐食防止剤、固体電解質界面(SEI)改善剤、プロトン形成改善剤、自己放電防止剤、気化防止剤、粘度調整剤、カソード保護剤、塩安定剤、導電率改善剤、及び溶媒和剤から成る群から選択される1種以上の添加剤を含有する、実施形態63から97までのいずれかに記載の電池。
E99.前記電解質組成物が、25℃で≦100cP、≦90cP、≦80cP、≦70cP、≦50cP、≦40cP、≦30cP、≦20cP、≦10cP、又は≦5cPの粘度を示す、実施形態1から98までのいずれかに記載の電池。
E100.約1.2〜約5.0V、約1.3〜約5.0V、約1.4〜約5.0V、又は約1.5〜約5.0Vの公称開放回路電圧を示す、実施形態1から99までのいずれかに記載の電池。
E101.実施形態1から99までのいずれかに規定された、電解質組成物。
E102.少なくとも1つの負極、少なくとも1つの正極、これらの電極がその中に配置されたケーシング、及び電解質組成物を有する、金属水素化物電池であって、前記電池が、約1.5から約5.0Vの公称開放回路電圧を示す、前記金属水素化物電池。
E103.前記電解質組成物が、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、プロトン酸、プロトン性アンモニウム化合物、プロトン性オキソニウム化合物、非プロトン性アンモニウム化合物、非プロトン性オキソニウム化合物、及び非プロトン性ホスホニウム化合物から成る群から選択される1種以上のイオン性化合物を含有する、実施形態102に記載の電池。
E104.前記1種以上のイオン性化合物が、水酸化物イオン、硝酸イオン、過塩素酸イオン、二フッ化水素イオン、アルコキシドイオン、ハロゲン化物イオン、リン酸イオン、ホスフィン酸イオン、ホスホン酸イオン、ホウ酸イオン、カルボン酸イオン、亜硫酸イオン、硫酸イオン、スルホン酸イオン、炭酸イオン、イミドイオン、アルミン酸イオン、シアン酸イオン、メチドイオン、ヒ酸イオン、ケイ酸イオン、及びアンチモン酸イオンから成る群から選択されるアニオンを含有する、実施形態103に記載の電池。
E105.前記1種以上のイオン性化合物が、塩化物イオン、臭化物イオン、H2PO4 -、BF4 -、ジブチルリン酸イオン、HPO3-、硫酸水素イオン、チオシアン酸イオン、二フッ化水素イオン、過塩素酸イオン、ジシアナミドイオン、Al(OC(CF334 -、B(C654 -、[N(SO2CF32-(ビストリフルイミド)、ビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド、トリフルオロメタンスルホナート(トリフラート)、p−トルエンスルホン酸イオン(トシラート)、メタンスルホン酸イオン(メシラート)、テトラフェニルホウ酸イオン、[B(3,5−(CF32634-、Al(OC(CF334 -、B(C654 -、[N(SO2CF32-、N(SO2F)2 -、トリス(ペンタフルオロエチル)トリフルオロリン酸イオン、B(C242 -、ジフルオロ(オキサラト)ホウ酸イオン、テトラクロロアルミン酸イオン、テトラフルオロアルミン酸イオン、テトラヨードアルミン酸イオン、テトラブロモアルミン酸イオン、AsF6 -、PF6 -、SbF6 -、及びSiF6 -2から成る群から選択されるアニオンを含有する、実施形態103に記載の電池。
E106.前記1種以上のイオン性化合物が、イオン性液体から成る群から選択される、実施形態103から105までのいずれかに記載の電池。
E107.前記1種以上のイオン性合物が、エチルアンモニウムニトラート、ジエチルメチルアンモニウムトリフルオロメタンスルホナート、トリエチルアンモニウムメタンスルホナート、2−メチルピリジニウムトリフルオロメタンスルホナート、アンモニウムフルオリド、メチルアンモニウムニトラート、ヒドロキシエチルアンモニウムニトラート、エチルアンモニウムニトラート、ジメチルアンモニウムニトラート、1−メチルイミダゾリウムクロリド、1−メチルイミダゾリウムニトラート、1−エチルイミダゾリウムニトラート、t−ブチルアンモニウムテトラフルオロボラート、ヒドロキシエチルアンモニウムテトラフルオロボラート、メチルブチルアンモニウムテトラフルオロボラート、トリエチルアンモニウムテトラフルオロボラート、イミダゾリウムテトラフルオロボラート、1−メチルイミダゾリウム水素スルファート、1−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、1,2−ジメチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、t−ブチルアンモニウムトリフラート、2−フルオロピリジニウムトリフラート、ヒドロキシエチルアンモニウムトリフラート、1,2−ジメチルイミダゾリウムトリフラート、イミダゾリウムトリフラート、1−メチルイミダゾリウムトリフラート、ヒドロニウムトリフラート、メチルアンモニウムメシラート、エチルアンモニウムメシラート、ブチルアンモニウムメシラート、メトキシエチルアンモニウムメシラート、ジメチルアンモニウムメシラート、ジブチルアンモニウムメシラート、トリエチルアンモニウムメシラート、ジメチルエチルアンモニウムメシラート、ヒドロニウム水素スルファート、アンモニウム水素スルファート、メチルアンモニウム水素スルファート、エチルアンモニウム水素スルファート、プロピルアンモニウム水素スルファート、n−ブチルアンモニウム水素スルファート、t−ブチルアンモニウム水素スルファート、ジメチルアンモニウム水素スルファート、ジエチルアンモニウム水素スルファート、ジ−n−ブチルアンモニウム水素スルファート、メチルブチルアンモニウム水素スルファート、エチルブチルアンモニウム水素スルファート、トリメチルアンモニウム水素スルファート、トリエチルアンモニウム水素スルファート、トリブチルアンモニウム水素スルファート、ジメチルエチルアンモニウム水素スルファート、ジブチルアンモニウムフルオロ水素ホスファート、トリエチルアンモニウムフルオロ水素ホスファート、トリブチルアンモニウムフルオロ水素ホスファート、ヒドロニウム二水素ホスファート、メチルアンモニウム二水素ホスファート、エチルアンモニウム二水素ホスファート、プロピルアンモニウム二水素ホスファート、n−ブチルアンモニウム二水素ホスファート、メトキシエチルアンモニウム二水素ホスファート、ジメチルアンモニウム二水素ホスファート、ジブチルアンモニウム二水素ホスファート、メチルブチルアンモニウム二水素ホスファート、アンモニウムビフルオリド、メチルアンモニウムビフルオリド、エチルアンモニウムビフルオリド、及びジメチルアンモニウムビフルオリドから成る群から選択される、実施形態103に記載の電池。
E108.前記1種以上のイオン性化合物が、トリ−n−ブチルメチルアンモニウムメチルスルファート、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムエチルスルファート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムチオシアナート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムテトラクロロアルミナート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムメチルスルファート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムメタンスルホナート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム水素スルファート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム水素カルボナート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド、1,2,3−トリメチルイミダゾリウムメチルスルファート、1,2,4−トリメチルピラゾリウムメチルスルファート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムチオシアナート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムメタンスルホナート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラクロロアルミナート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム水素スルファート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムエチルスルファート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムニトラート、1−ブチルピリジニウムクロリド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジシアナミド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、1,3−ジメチルイミダゾリウム水素カルボナート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム水素カルボナート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート、1−ブチル−3,5−ジメチルピリジニウムブロミド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムメチルカルボナート、カルボキシメチル−トリブチルホスホニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、N−カルボキシエチル−メチルピロリジニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、N−カルボキシメチル−トリメチルアンモニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、N−カルボキシメチル−メチルピリジニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、ヘキシルトリメチルアンモニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、テトラブチルホスホニウムメタンスルホナート、テトラブチルホスホニウムテトラフルオロボラート、テトラブチルホスホニウムp−トルエンスルホナート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム水素カルボナート、トリエチルメチルアンモニウムメチルカルボナート、トリブチルメチルアンモニウムメチルカルボナート、1−エチル−1−メチルピペリジニウムメチルカルボナート、4−エチル−4−メチルモルホリニウムメチルカルボナート、1−ブチル−1−メチルピロリジニウムメチルカルボナート、トリエチルメチルアンモニウムジブチルホスファート、トリブチルメチルアンモニウムジブチルホスファート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジブチルホスファート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムジブチルホスファート、1−(シアノメチル)−3−メチルイミダゾリウムクロリド、1−(3−シアノプロピル)−3−メチルイミダゾリウムクロリド、1−(3−シアノプロピル)−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1−(3−シアノプロピル)−3−メチルイミダゾリウムジシアナミド、1−(3−シアノプロピル)ピリジニウムクロリド、1−(3−シアノプロピル)ピリジニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1,3−ビス(シアノメチル)イミダゾリウムクロリド、1,3−ビス(シアノメチル)イミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1,3−ビス(3−シアノプロピル)イミダゾリウムクロリド、1,3−ビス(3−シアノプロピル)イミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムブロミド、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムブロミド、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムクロリド、トリブチルメチルホスホニウムジブチルホスファート、トリエチルメチルホスホニウムジブチルホスファート、トリブチルメチルホスホニウムメチルカルボナート、トリブチルメチルホスホニウムメチルスルファート、トリエチルメチルホスホニウムジブチルホスファート、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムビス(2,4,4−トリメチルフェニル)ホスフィナート、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムブロミド、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムクロリド、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムデカノアート、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムジシアナミド、3−(トリフェニルホスホニオ)プロパン−1−スルホナート、及び3−(トリフェニルホスホニオ)プロパン−1−スルホン酸トシラートから成る群から選択される、実施形態103に記載の電池。
E109.前記電解質組成物が、少なくとも2種の異なるイオン性化合物を含有する、実施形態103に記載の電池。
E110.前記電解質組成物が、2種の異なる塩を含有する、実施形態109に記載の電池。
E111.前記電解質組成物が、2種の異なるイオン性液体を含有する、実施形態109に記載の電池。
E112.前記電解質組成物が、イオン性液体、及び塩を含有する、実施形態109に記載の電池。
E113.前記電解質組成物が、イオン性液体と、プロトン性又は非プロトン性のアンモニウム塩、及びアルカリ金属塩から成る群から選択される1種以上の塩とを含有する、実施形態102に記載の電池。
E114.前記電解質組成物が、イオン性液体と、プロトン酸、プロトン性アンモニウム化合物又はプロトン性オキソニウム化合物とを含有する、実施形態102に記載の電池。
E115.前記電解質組成物が、同一のカチオン又は同一のアニオンを含む2種の異なるイオン性化合物を含有する、実施形態102に記載の電池。
E116.前記電解質組成物が有機溶媒を含有せず、前記電解質組成物の全質量を基準として、≦1000質量ppmの水を含有する、実施形態102に記載の電池。
E117.前記電解質組成物が、溶媒を含有する、実施形態102から116までのいずれかに記載の電池。
E118.前記溶媒が実質的に水から成る、実施形態117に記載の電池。
E119.前記溶媒が実質的に有機溶媒から成る、実施形態117に記載の電池。
E120.前記溶媒が、水及び有機溶媒を含有する、実施形態117に記載の電池。
E121.前記溶媒が、有機カルボナート、エーテル、グリム、オルトエステル、ポリアルキレングリコール、エステル、ラクトン、グリコール、ホルマート、スルホン、スルホキシド、アミド、アルコール、アミン、ケトン、ニトロ溶媒、及びニトリル溶媒から成る群から選択される1種以上の有機溶媒を含有する、実施形態117に記載の電池。
E122.前記溶媒が、エチレンカルボナート、プロピレンカルボナート、トリメチレンカルボナート、1,2−ブチレンカルボナート、ジメチルカルボナート、ジエチルカルボナート、エチルメチルカルボナート、ビニレンカルボナート、ジフルオロエチレンカルボナート、モノフルオロエチレンカルボナート、ジメトキシメタン、ジエトキシメタン、1,2−ジメトキシエタン、ジグリム、トリグリム、テトラグリム、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、2−メチル−1,3−ジオキソラン、1,4−ジオキサン、ジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジ−n−ブチルエーテル、ジ−t−ブチルエーテル、ジ−イソプロピルエーテル、メチル−t−ブチルエーテル、エチル−t−ブチルエーテル、t−アミル−メチルエーテル、トリメトキシメタン、トリエトキシメタン、1,4−ジメチル−3,5,8−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタン、4−エチル−1−メチル−3,5,8−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタン、ポリエチレングリコール、ジメチルポリエチレングリコール、ジエチルポリエチレングリコール、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、酢酸エチル、2−メトキシエチルアセタート、2−エトキシエチルアセタート、2−ブトキシエチルアセタート、2−(2−ブトキシエトキシ)エチルアセタート、エチレングリコールジアセタート、3−エトキシエチルプロピオナート、メチルブチラート、n−アミルアセタート、プロピレングリコールメチルエーテルアセタート、エチルブチラート、ジエチルマロナート、ジメチルマロナート、二塩基性エステル混合物、エチレングリコール、プロピレングリコール、2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、2−プロポキシエタノール、2−イソプロポキシエタノール、2−ブトキシエタノール、2−フェノキシエタノール、2−ベンジルオキシエタノール、2−(2−メトキシエトキシ)エタノール、2−(2−エトキシエトキシ)エタノール、2−(2−ブトキシエトキシ)エタノール、プロピレングリコールブチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、ペルフルオロ−1,4−ブタンジオール、ペルフルオロ−1,5−ブタンジオール、フッ化されたジエチレングリコールメチルエーテル、フッ化されたトリエチレングリコール、フッ化されたトリエチレングリコールメチルエーテル、フッ化されたジエチレングリコールブチルエーテル、メチルホルマート、エチルホルマート、イソブチルホルマート、tert−ブチルホルマート、メチルスルホニルメタン、エチルメチルスルホン、スルホラン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、ヘキサメチルホスホルアミド、N,N’−ジメチル−N,N’−トリメチレン尿素(1,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロ−2(1H)−ピリミジノン)、ベンジルアルコール、エタノール、トリフルオロエタノール(2,2−トリフルオロエタノール)、メタノール、イソプロパノール、t−ブタノール、n−ブタノール、メチルエチルケトン、メチル−イソアミルケトン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジエチレントリアミン、エチレンジアミン、モルホリン、ピペリジン、ピリジン、ニトロベンゼン、ニトロメタン、ニトロエタン、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、及びアジポニトリルから成る群から選択される1種以上の有機溶媒を含有する、実施形態117に記載の電池。
E125.前記電解質組成物が、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ金属アルコキシド及びアルカリ金属アルコキシドから成る群から選択される1種以上のイオン性化合物、及び有機溶媒を含有する、実施形態102に記載の電池。
E126.前記電解質組成物が、アルカリ金属水酸化物の群から選択される1種以上のイオン性化合物と、水と、有機溶媒、さらなるイオン性化合物及び添加剤から成る群から選択される1種以上のさらなる成分とを含有する、実施形態102に記載の電池。
E127.前記電解質組成物が、有機溶媒を含有する、実施形態126に記載の電池。
E128.前記電解質組成物が、1種以上のさらなるイオン性化合物を含有する、実施形態126に記載の電池。
E129.前記1種以上のさらなるイオン性化合物が、イオン性液体から成る群から選択される、実施形態128に記載の電池。
E130.前記電解質組成物が、1種以上のさらなる添加剤を含有する、実施形態126に記載の電池。
E131.前記電解質組成物が、カルボキシラート化合物及びカルボン酸から成る群から選択される1種以上のイオン性化合物を含有する、実施形態102に記載の電池。
E132.前記電解質組成物が、カルボキシラート化合物から成る群から選択される1種以上のイオン性化合物を含有する、実施形態102に記載の電池。
E133.前記1種以上のカルボキシラート化合物が、アルカリ金属カルボン酸塩、アルカリ土類金属カルボン酸塩、及びカルボン酸アンモニウムから成る群から選択される、実施形態132に記載の電池。
E134.前記電解質組成物が、カルボン酸から成る群から選択される1種以上のイオン性化合物を含有する、実施形態102に記載の電池。
E135.前記電解質組成物が、カルボキシラート化合物、及びカルボン酸を含有する、実施形態131に記載の電池。
E136.前記電解質組成物が、溶媒を含有する、実施形態131に記載の電池。
E137.前記溶媒が実質的に水から成る、実施形態136に記載の電池。
E138.前記溶媒が実質的に有機溶媒から成る、実施形態136に記載の電池。
E139.前記溶媒が、水及び有機溶媒を含有する、実施形態136に記載の電池。
E140.セルにわたって電位を適用した際の、アノードにおける半電池の充電/放電の電気化学的な反応が、
Figure 0006779874
である、実施形態1から139までのいずれかに記載の電池。
E141.前記電解質組成物のpHが約7以下である、実施形態1から140までのいずれかに記載の電池。
E142.少なくとも1つの負極、少なくとも1つの正極、これらの電極がその中に配置されたケーシング、及び電解質組成物を有する、金属水素化物電池であって、セルにわたって電位を適用した場合に、アノードにおける半電池の充電/放電の電気化学反応が、
Figure 0006779874
である、前記電池。
E143.少なくとも1つの負極、少なくとも1つの正極、これらの電極がその中に配置されたケーシング、及び電解質組成物を有する、金属水素化物電池であって、前記電解質組成物が、約7以下のpHを有する、前記電池。
E144.前記電解質組成物が、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、プロトン酸、プロトン性アンモニウム化合物、プロトン性オキソニウム化合物、非プロトン性アンモニウム化合物、非プロトン性オキソニウム化合物、及び非プロトン性ホスホニウム化合物から成る群から選択される1種以上のイオン性化合物を含有する、実施形態142又は143に記載の電池。
E145.前記1種以上のイオン性化合物が、水酸化物イオン、硝酸イオン、過塩素酸イオン、二フッ化水素イオン、アルコキシドイオン、ハロゲン化物イオン、リン酸イオン、ホスフィン酸イオン、ホスホン酸イオン、ホウ酸イオン、カルボン酸イオン、亜硫酸イオン、硫酸イオン、スルホン酸イオン、炭酸イオン、イミドイオン、アルミン酸イオン、シアン酸イオン、メチドイオン、ヒ酸イオン、ケイ酸イオン、及びアンチモン酸イオンから成る群から選択されるアニオンを含有する、実施形態144に記載の電池。
E146.前記1種以上のイオン性化合物が、塩化物イオン、臭化物イオン、H2PO4 -、BF4 -、ジブチルリン酸イオン、HPO3-、硫酸水素イオン、チオシアン酸イオン、二フッ化水素イオン、過塩素酸イオン、ジシアナミドイオン、Al(OC(CF334 -、B(C654 -、[N(SO2CF32-(ビストリフルイミド)、ビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド、トリフルオロメタンスルホン酸イオン(トリフラート)、p−トルエンスルホン酸イオン(トシラート)、メタンスルホン酸イオン(メシラート)、テトラフェニルホウ酸イオン、[B(3,5−(CF32634-、Al(OC(CF334 -、B(C654 -、[N(SO2CF32-、N(SO2F)2 -、トリス(ペンタフルオロエチル)トリフルオロリン酸イオン、B(C242 -、ジフルオロ(オキサラト)ホウ酸イオン、テトラクロロアルミン酸イオン、テトラフルオロアルミン酸イオン、テトラヨードアルミン酸イオン、テトラブロモアルミン酸イオン、AsF6 -、PF6 -、SbF6 -、及びSiF6 -2から成る群から選択されるアニオンを含有する、実施形態144に記載の電池。
E147.前記1種以上のイオン性化合物が、イオン性液体から成る群から選択される、実施形態144から146までのいずれかに記載の電池。
E148.前記1種以上のイオン性合物が、エチルアンモニウムニトラート、ジエチルメチルアンモニウムトリフルオロメタンスルホナート、トリエチルアンモニウムメタンスルホナート、2−メチルピリジニウムトリフルオロメタンスルホナート、アンモニウムフルオリド、メチルアンモニウムニトラート、ヒドロキシエチルアンモニウムニトラート、エチルアンモニウムニトラート、ジメチルアンモニウムニトラート、1−メチルイミダゾリウムクロリド、1−メチルイミダゾリウムニトラート、1−エチルイミダゾリウムニトラート、t−ブチルアンモニウムテトラフルオロボラート、ヒドロキシエチルアンモニウムテトラフルオロボラート、メチルブチルアンモニウムテトラフルオロボラート、トリエチルアンモニウムテトラフルオロボラート、イミダゾリウムテトラフルオロボラート、1−メチルイミダゾリウム水素スルファート、1−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、1,2−ジメチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、t−ブチルアンモニウムトリフラート、2−フルオロピリジニウムトリフラート、ヒドロキシエチルアンモニウムトリフラート、1,2−ジメチルイミダゾリウムトリフラート、イミダゾリウムトリフラート、1−メチルイミダゾリウムトリフラート、ヒドロニウムトリフラート、メチルアンモニウムメシラート、エチルアンモニウムメシラート、ブチルアンモニウムメシラート、メトキシエチルアンモニウムメシラート、ジメチルアンモニウムメシラート、ジブチルアンモニウムメシラート、トリエチルアンモニウムメシラート、ジメチルエチルアンモニウムメシラート、ヒドロニウム水素スルファート、アンモニウム水素スルファート、メチルアンモニウム水素スルファート、エチルアンモニウム水素スルファート、プロピルアンモニウム水素スルファート、n−ブチルアンモニウム水素スルファート、t−ブチルアンモニウム水素スルファート、ジメチルアンモニウム水素スルファート、ジエチルアンモニウム水素スルファート、ジ−n−ブチルアンモニウム水素スルファート、メチルブチルアンモニウム水素スルファート、エチルブチルアンモニウム水素スルファート、トリメチルアンモニウム水素スルファート、トリエチルアンモニウム水素スルファート、トリブチルアンモニウム水素スルファート、ジメチルエチルアンモニウム水素スルファート、ジブチルアンモニウムフルオロ水素ホスファート、トリエチルアンモニウムフルオロ水素ホスファート、トリブチルアンモニウムフルオロ水素ホスファート、ヒドロニウム二水素ホスファート、メチルアンモニウム二水素ホスファート、エチルアンモニウム二水素ホスファート、プロピルアンモニウム二水素ホスファート、n−ブチルアンモニウム二水素ホスファート、メトキシエチルアンモニウム二水素ホスファート、ジメチルアンモニウム二水素ホスファート、ジブチルアンモニウム二水素ホスファート、メチルブチルアンモニウム二水素ホスファート、アンモニウムビフルオリド、メチルアンモニウムビフルオリド、エチルアンモニウムビフルオリド、及びジメチルアンモニウムビフルオリドから成る群から選択される、実施形態144に記載の電池。
E149.前記1種以上のイオン性化合物が、トリ−n−ブチルメチルアンモニウムメチルスルファート、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムエチルスルファート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムチオシアナート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムテトラクロロアルミナート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムメチルスルファート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムメタンスルホナート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム水素スルファート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム水素カルボナート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド、1,2,3−トリメチルイミダゾリウムメチルスルファート、1,2,4−トリメチルピラゾリウムメチルスルファート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムチオシアナート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムメタンスルホナート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラクロロアルミナート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム水素スルファート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムエチルスルファート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムニトラート、1−ブチルピリジニウムクロリド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジシアナミド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、1,3−ジメチルイミダゾリウム水素カルボナート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム水素カルボナート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート、1−ブチル−3,5−ジメチルピリジニウムブロミド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムメチルカルボナート、カルボキシメチル−トリブチルホスホニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、N−カルボキシエチル−メチルピロリジニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、N−カルボキシメチル−トリメチルアンモニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、N−カルボキシメチル−メチルピリジニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、ヘキシルトリメチルアンモニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、テトラブチルホスホニウムメタンスルホナート、テトラブチルホスホニウムテトラフルオロボラート、テトラブチルホスホニウムp−トルエンスルホナート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム水素カルボナート、トリエチルメチルアンモニウムメチルカルボナート、トリブチルメチルアンモニウムメチルカルボナート、1−エチル−1−メチルピペリジニウムメチルカルボナート、4−エチル−4−メチルモルホリニウムメチルカルボナート、1−ブチル−1−メチルピロリジニウムメチルカルボナート、トリエチルメチルアンモニウムジブチルホスファート、トリブチルメチルアンモニウムジブチルホスファート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジブチルホスファート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムジブチルホスファート、1−(シアノメチル)−3−メチルイミダゾリウムクロリド、1−(3−シアノプロピル)−3−メチルイミダゾリウムクロリド、1−(3−シアノプロピル)−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1−(3−シアノプロピル)−3−メチルイミダゾリウムジシアナミド、1−(3−シアノプロピル)ピリジニウムクロリド、1−(3−シアノプロピル)ピリジニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1,3−ビス(シアノメチル)イミダゾリウムクロリド、1,3−ビス(シアノメチル)イミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1,3−ビス(3−シアノプロピル)イミダゾリウムクロリド、1,3−ビス(3−シアノプロピル)イミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムブロミド、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムブロミド、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムクロリド、トリブチルメチルホスホニウムジブチルホスファート、トリエチルメチルホスホニウムジブチルホスファート、トリブチルメチルホスホニウムメチルカルボナート、トリブチルメチルホスホニウムメチルスルファート、トリエチルメチルホスホニウムジブチルホスファート、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムビス(2,4,4−トリメチルフェニル)ホスフィナート、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムブロミド、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムクロリド、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムデカノアート、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムジシアナミド、3−(トリフェニルホスホニオ)プロパン−1−スルホナート、及び3−(トリフェニルホスホニオ)プロパン−1−スルホン酸トシラートから成る群から選択される、実施形態144に記載の電池。
E150.前記電解質組成物が、カルボキシラート化合物及びカルボン酸から成る群から選択される1種以上のイオン性化合物を含有する、実施形態144に記載の電池。
E151.前記電解質組成物が、カルボキシラート化合物から成る群から選択される1種以上のイオン性化合物を含有する、実施形態144に記載の電池。
E152.前記1種以上のカルボキシラート化合物が、アルカリ金属カルボン酸塩、アルカリ土類金属カルボン酸塩、及びカルボン酸アンモニウムから成る群から選択される、実施形態151に記載の電池。
E153.前記電解質組成物が、カルボン酸から成る群から選択される1種以上のイオン性化合物を含有する、実施形態144に記載の電池。
E154.前記電解質組成物が、カルボキシラート化合物、及びカルボン酸を含有する、実施形態150に記載の電池。
E155.前記電解質組成物が、少なくとも2種の異なるイオン性化合物を含有する、実施形態144から154までのいずれかに記載の電池。
E156.前記電解質組成物が、2種の異なる塩を含有する、実施形態155に記載の電池。
E157.前記電解質組成物が、2種の異なるイオン性液体を含有する、実施形態155に記載の電池。
E158.前記電解質組成物が、イオン性液体、及び塩を含有する、実施形態155に記載の電池。
E159.前記電解質組成物が、イオン性液体と、プロトン性又は非プロトン性のアンモニウム塩及びアルカリ金属塩から成る群から選択される1種以上の塩とを含有する、実施形態144に記載の電池。
E160.前記電解質組成物が、イオン性液体、及びプロトン酸、プロトン性アンモニウム化合物、又はプロトン性オキソニウム化合物を含有する、実施形態144に記載の電池。
E161.前記電解質組成物が、同一のカチオン又は同一のアニオンを含む2種の異なるイオン性化合物を含有する、実施形態144に記載の電池。
E162.前記電解質組成物が有機溶媒を含有せず、前記電解質組成物の全質量を基準として、≦1000質量ppmの水を含有する、実施形態144に記載の電池。
E163.前記電解質組成物が、溶媒を含有する、実施形態144に記載の電池。
E164.前記溶媒が実質的に水から成る、実施形態163に記載の電池。
E165.前記溶媒が実質的に有機溶媒から成る、実施形態163に記載の電池。
E166.前記溶媒が、水及び有機溶媒を含有する、実施形態163に記載の電池。
E167.前記溶媒が、有機カルボナート、エーテル、グリム、オルトエステル、ポリアルキレングリコール、エステル、ラクトン、グリコール、ホルマート、スルホン、スルホキシド、アミド、アルコール、アミン、ケトン、ニトロ溶媒、及びニトリル溶媒から成る群から選択される1種以上の有機溶媒を含有する、実施形態163に記載の電池。
E168.前記溶媒が、エチレンカルボナート、プロピレンカルボナート、トリメチレンカルボナート、1,2−ブチレンカルボナート、ジメチルカルボナート、ジエチルカルボナート、エチルメチルカルボナート、ビニレンカルボナート、ジフルオロエチレンカルボナート、モノフルオロエチレンカルボナート、ジメトキシメタン、ジエトキシメタン、1,2−ジメトキシエタン、ジグリム、トリグリム、テトラグリム、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、2−メチル−1,3−ジオキソラン、1,4−ジオキサン、ジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジ−n−ブチルエーテル、ジ−t−ブチルエーテル、ジ−イソプロピルエーテル、メチル−t−ブチルエーテル、エチル−t−ブチルエーテル、t−アミル−メチルエーテル、トリメトキシメタン、トリエトキシメタン、1,4−ジメチル−3,5,8−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタン、4−エチル−1−メチル−3,5,8−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタン、ポリエチレングリコール、ジメチルポリエチレングリコール、ジエチルポリエチレングリコール、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、酢酸エチル、2−メトキシエチルアセタート、2−エトキシエチルアセタート、2−ブトキシエチルアセタート、2−(2−ブトキシエトキシ)エチルアセタート、エチレングリコールジアセタート、3−エトキシエチルプロピオナート、メチルブチラート、n−アミルアセタート、プロピレングリコールメチルエーテルアセタート、エチルブチラート、ジエチルマロナート、ジメチルマロナート、二塩基性エステル混合物、エチレングリコール、プロピレングリコール、2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、2−プロポキシエタノール、2−イソプロポキシエタノール、2−ブトキシエタノール、2−フェノキシエタノール、2−ベンジルオキシエタノール、2−(2−メトキシエトキシ)エタノール、2−(2−エトキシエトキシ)エタノール、2−(2−ブトキシエトキシ)エタノール、プロピレングリコールブチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、ペルフルオロ−1,4−ブタンジオール、ペルフルオロ−1,5−ブタンジオール、フッ化されたジエチレングリコールメチルエーテル、フッ化されたトリエチレングリコール、フッ化されたトリエチレングリコールメチルエーテル、及びフッ化されたジエチレングリコールブチルエーテル、メチルホルマート、エチルホルマート、イソブチルホルマート、tert−ブチルホルマート、メチルスルホニルメタン、エチルメチルスルホン、スルホラン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、ヘキサメチルホスホルアミド、N,N’−ジメチル−N,N’−トリメチレン尿素(1,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロ−2(1H)−ピリミジノン)、ベンジルアルコール、エタノール、トリフルオロエタノール(2,2−トリフルオロエタノール)、メタノール、イソプロパノール、t−ブタノール、n−ブタノール、メチルエチルケトン、メチル−イソアミルケトン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジエチレントリアミン、エチレンジアミン、モルホリン、ピペリジン、ピリジン、ニトロベンゼン、ニトロメタン、ニトロエタン、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、及びアジポニトリルから成る群から選択される1種以上の有機溶媒を含有する、実施形態163に記載の電池。
E169.前記電解質組成物が、腐食防止剤、固体電解質界面改善剤、プロトン形成改善剤、自己放電防止剤、気化防止剤、粘度調整剤、カソード保護剤、塩安定剤、導電率改善剤、及び溶媒和剤から成る群から選択される1種以上の添加剤を含有する、実施形態144に記載の電池。
E170.前記電解質組成物が、25℃で≦100cP、≦90cP、≦80cP、≦70cP、≦50cP、≦40cP、≦30cP、≦20cP、≦10cP、又は≦5cPの粘度を示す、実施形態144から169までのいずれかに記載の電池。
E171.約1.2〜約5.0V、約1.3〜約5.0V、約1.4〜約5.0V、又は約1.5〜約5.0Vの公称開放回路電圧を示す、実施形態144から170までのいずれかに記載の電池。
実施例1
プロピレンカルボナート中で1mol/LのHN(Me)3BF4の電解質組成物を、製造する。この電解質組成物を、希土類ニッケル系のAB5水素吸蔵材料を負極として、ペースト化された水酸化ニッケルを正極として、ポリプロピレン/ポリエチレンでグラフトされた不織布をセパレータとして有するセルで用いる。
或いはNH4BF4を、H3PO4、NH4CF3SO3、N26SO4、HN(Me)3Cl、NH42PO4、KH2PO4、又は塩化ピリジニウムで置き換える。
或いは、プロピレンカルボナート(PC)を、エチレンカルボナート(EC)、エチルメチルカルボナート(EMC)、DMF、DMSO、ジメチルカルボナート(DMC)、ジエチルカルボナート(DEC)、1,2−ジメトキシエタン(DME)、酢酸エチル(EA)、又はこれらのブレンド、例えばEC/DMC、EC/DEC、EC/EMC、EC/DMC/DEC、又はEC/DMC/EAで置き換える。
実施例2
実施例1を繰り返すのだが、前記電解質組成物を、きれいなジエチルメチルアンモニウムトリフルオロメタンスルホナート、トリエチルアンモニウムメタンスルホナート、又は2−メチルピリジニウムトリフルオロメタンスルホナートで置き換える。或いは、ジエチルメチルアンモニウムトリフルオロメタンスルホナート、トリエチルアンモニウムメタンスルホナート、又は2−メチルピリジニウムトリフルオロメタンスルホナートの質量:グリムの質量が80:20の混合物を用いる。
実施例3
電解質組成物を、希土類ニッケル系のAB5水素吸蔵材料を負極として、ペースト化された水酸化ニッケルを正極として、ポリプロピレン/ポリエチレンでグラフトされた不織布をセパレータとして有するセルで用いる。この電解質組成物は、きれいな1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジシアナミドである。或いは、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラヒドロフルオロボラートを用いる。或いは、テトラブチルホスホニウムメタンスルホナートの質量:グリムの質量が80:20の混合物を用いる。
実施例4
電解質組成物を、希土類ニッケル系のAB5水素吸蔵材料を負極として、ペースト化された水酸化ニッケルを正極として、ポリプロピレン/ポリエチレンでグラフトされた不織布をセパレータとして有するセルで用いる。この電解質組成物は、トリフルオロエタノール中で30質量%のカリウムエトキシドである。或いは、メタノール中で30質量%のナトリウムメトキシドの混合物、エチレングリコール中で30質量%のカリウムエトキシドの混合物、又はエタノール中で30質量%のカリウムエトキシドの混合物を用いる。
実施例5
電解質組成物を、希土類ニッケル系のAB5水素吸蔵材料を負極として、ペースト化された水酸化ニッケルを正極として、ポリプロピレン/ポリエチレンでグラフトされた不織布をセパレータとして有するセルで用いる。この電解質組成物は、プロピレンカルボナート中で25質量%の水酸化カリウムである。
実施例6
電解質組成物を、希土類ニッケル系のAB5水素吸蔵材料を負極として、ペースト化された水酸化ニッケルを正極として、ポリプロピレン/ポリエチレンでグラフトされた不織布をセパレータとして有するセルで用いる。この電解質組成物は、水とポリエチレングリコール(PEG 600)との混合物(質量比で1:1)中で、25質量%のKOHである。この電解質組成物を、PEG 300中で30質量%のKOH混合物で置き換えて、この実施例を繰り返す。
実施例7
電解質組成物を、希土類ニッケル系のAB5水素吸蔵材料を負極として、ペースト化された水酸化ニッケルを正極として、ポリプロピレン/ポリエチレンでグラフトされた不織布をセパレータとして有するセルで用いる。この電解質組成物は、酢酸中で30質量%の酢酸カリウムである。或いは、この電解質組成物は、グリム中で30質量%のカプリル酸であるか、又はグリム中で30質量%の酢酸カリウムであるか、又は酪酸中で30質量%の酢酸ナトリウムである。
実施例8
プロピレンカルボナート中で1mol/Lのトリエチルアンモニウム2−ニトロベンゾアートの電解質組成物を、製造する。この組成物を、実施例1によるセルで用いる。
実施例9
氷酢酸中で6mol/Lの1−エチル−3−メチルイミダゾリウムアセタートの電解質組成物を、製造する。この組成物を、実施例1によるセルで用いる。
実施例10
ジエチルメチルアンモニウムトリフルオロメタンスルホナート(DEMA TfO、イオン性液体)と、トリメチルアンモニウムクロリド(塩)との電解質混合物を製造する。イオン性液体:塩の混合物は、質量:質量で1:5、1:4、1:3、1:2、1:1、2:1、3:1、4:1、及び5:1の水準で製造する。或いは、塩のテトラエチルアンモニウムブロミド、又はジエチルメチルアンモニウムクロリドを、混合物中で塩として用いる。或いは、ナトリウム塩又はカリウム塩は、塩として、例えばNaCl、又はKClとして用いる。或いは、カルボン酸塩を、塩として用いる。この混合物を、実施例1によるセルで用いる。
実施例11
ジエチルメチルアンモニウムトリフルオロメタンスルホナート(DEMA TfO、イオン性液体)と、エチルアンモニウムニトラートとの電解質混合物を製造する。イオン性液体混合物は、質量:質量で1:5、1:4、1:3、1:2、1:1、2:1、3:1、4:1、及び5:1の水準で製造する。この混合物を、実施例1のようにセルで用いる。或いは、このイオン性液体を、1種以上のトリエチルアンモニウムメタンスルホナート、2−メチルピリジニウムトリフルオロメタンスルホホナート、トリ−n−ブチルメチルアンモニウムメチルスルファート、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムエチルスルファート、又は1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムチオシアナートで置き換える。

Claims (14)

  1. 少なくとも1つの負極、少なくとも1つの陽極、これらの電極がその中に配置されたケーシング、及び電解質組成物を有する、金属水素化物電池であって、
    前記電解質組成物は、プロトン酸、プロトン性アンモニウム化合物、プロトン性オキソニウム化合物、非プロトン性アンモニウム化合物及び非プロトン性オキソニウム化合物から成る群から選択される1種以上のイオン性化合物と、有機溶媒とを含有する
    前記金属水素化物電池。
  2. 前記1種以上のイオン性化合物が、H+、アンモニウム、メチルアンモニウム、エチルアンモニウム、ジメチルアンモニウム、ジエチルアンモニウム、トリメチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム、トリブチルアンモニウム、ジエチルメチルアンモニウム、ヒドロキシエチルアンモニウム、メトキシメチルアンモニウム、ジブチルアンモニウム、メチルブチルアンモニウム、アニリニウム、ピリジニウム、2−メチルピリジニウム、イミダゾリウム、1−メチルイミダゾリウム、1,2−ジメチルイミダゾリウム、イミダゾリニウム、1−エチルイミダゾリウム、1−(4−スルホブチル)−3−メチルイミダゾリウム、1−アリルイミダゾリウム、キノリニウム、イソキノリニウム、ピロリニウム、ピロリニニウム、ピロリジニウム、ヒドラジニウム、ヒドロキシルアンモニウム、H3+、H+O(Et)2、H2EtO+、H2MeO+、H+O(Me)2、プロトン化されたテトラヒドロフラン、プロトン化された2−メチル−テトラヒドロフラン、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラ−n−ブチルアンモニウム、トリ−n−ブチルメチルアンモニウム、n−ブチル−トリエチルアンモニウム、ベンジル−トリメチルアンモニウム、ベンジル−トリエチルアンモニウム、1−メチルピリジニウム、1−ブチル−3,5−ジメチルピリジニウム、1,2,3−トリメチルイミダゾリウム、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、1−アリル−3−メチルイミダゾリウム、1−ヒドロキシエチル−3−メチルイミダゾリウム、トリメチルヒドロキシエチルアンモニウム(コリン)、トリ−(ヒドロキシエチル)メチルアンモニウム、ジメチル−ジ(ポリオキシエチレン)アンモニウム、1−エチル−1−メチルピペリジニウム、4−エチル−4−メチルモルホリニウム、1−(シアノメチル)−3−メチルイミダゾリウム、1−(3−シアノプロピル)ピリジニウム、1,3−ビス(シアノメチル)イミダゾリウム、+O(Me)3+O(Et)3、テトラヒドロフラン−Me+、テトラヒドロフラン−Et+、2−メチルテトラヒドロフラン−Me+、2−メチルテトラヒドロフラン−Et+から成る群から選択されるカチオンを含有する、請求項1に記載の電池。
  3. 前記1種以上のイオン性化合物が、水酸化物イオン、硝酸イオン、過塩素酸イオン、二フッ化水素イオン、アルコキシドイオン、ハロゲン化物イオン、リン酸イオン、ホスフィン酸イオン、ホスホン酸イオン、ホウ酸イオン、カルボン酸イオン、亜硫酸イオン、硫酸イオン、スルホン酸イオン、炭酸イオン、イミドイオン、アルミン酸イオン、シアン酸イオン、メチドイオン、ヒ酸イオン、ケイ酸イオン、及びアンチモン酸イオンから成る群から選択されるアニオンを含有する、請求項1又は2に記載の電池。
  4. 前記1種以上のイオン性化合物が、塩化物イオン、臭化物イオン、H2PO4 -、BF4 -、ジブチルリン酸イオン、HPO3-、硫酸水素イオン、チオシアン酸イオン、二フッ化水素イオン、過塩素酸イオン、ジシアナミドイオン、Al(OC(CF334 -、B(C654 -、[N(SO2CF32-(ビストリフルイミド)、ビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド、トリフルオロメタンスルホン酸イオン(トリフラート)、p−トルエンスルホン酸イオン(トシラート)、メタンスルホン酸イオン(メシラート)、テトラフェニルホウ酸イオン、[B(3,5−(CF32634- 、N(SO2F)2 -、トリス(ペンタフルオロエチル)トリフルオロリン酸イオン、B(C242 -、ジフルオロ(オキサラト)ホウ酸イオン、テトラクロロアルミン酸イオン、テトラフルオロアルミン酸イオン、テトラヨードアルミン酸イオン、テトラブロモアルミン酸イオン、AsF6 -、PF6 -、SbF6 -、及びSiF6 -2から成る群から選択されるアニオンを含有する、請求項1又は2に記載の電池。
  5. 前記電解質組成物が、イオン性液体から成る群から選択される1種以上のイオン性化合物を含有する、請求項1に記載の電池。
  6. 前記電解質組成物が、エチルアンモニウムニトラート、ジエチルメチルアンモニウムトリフルオロメタンスルホナート、トリエチルアンモニウムメタンスルホナート、2−メチルピリジニウムトリフルオロメタンスルホナート、アンモニウムフルオリド、メチルアンモニウムニトラート、ヒドロキシエチルアンモニウムニトラート、ジメチルアンモニウムニトラート、1−メチルイミダゾリウムクロリド、1−メチルイミダゾリウムニトラート、1−エチルイミダゾリウムニトラート、t−ブチルアンモニウムテトラフルオロボラート、ヒドロキシエチルアンモニウムテトラフルオロボラート、メチルブチルアンモニウムテトラフルオロボラート、トリエチルアンモニウムテトラフルオロボラート、イミダゾリウムテトラフルオロボラート、1−メチルイミダゾリウム水素スルファート、1−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、1,2−ジメチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、t−ブチルアンモニウムトリフラート、2−フルオロピリジニウムトリフラート、ヒドロキシエチルアンモニウムトリフラート、1,2−ジメチルイミダゾリウムトリフラート、イミダゾリウムトリフラート、1−メチルイミダゾリウムトリフラート、ヒドロニウムトリフラート、メチルアンモニウムメシラート、エチルアンモニウムメシラート、ブチルアンモニウムメシラート、メトキシエチルアンモニウムメシラート、ジメチルアンモニウムメシラート、ジブチルアンモニウムメシラート、トリエチルアンモニウムメシラート、ジメチルエチルアンモニウムメシラート、ヒドロニウム水素スルファート、アンモニウム水素スルファート、メチルアンモニウム水素スルファート、エチルアンモニウム水素スルファート、プロピルアンモニウム水素スルファート、n−ブチルアンモニウム水素スルファート、t−ブチルアンモニウム水素スルファート、ジメチルアンモニウム水素スルファート、ジエチルアンモニウム水素スルファート、ジ−n−ブチルアンモニウム水素スルファート、メチルブチルアンモニウム水素スルファート、エチルブチルアンモニウム水素スルファート、トリメチルアンモニウム水素スルファート、トリエチルアンモニウム水素スルファート、トリブチルアンモニウム水素スルファート、ジメチルエチルアンモニウム水素スルファート、ジブチルアンモニウムフルオロ水素ホスファート、トリエチルアンモニウムフルオロ水素ホスファート、トリブチルアンモニウムフルオロ水素ホスファート、ヒドロニウム二水素ホスファート、メチルアンモニウム二水素ホスファート、エチルアンモニウム二水素ホスファート、プロピルアンモニウム二水素ホスファート、n−ブチルアンモニウム二水素ホスファート、メトキシエチルアンモニウム二水素ホスファート、ジメチルアンモニウム二水素ホスファート、ジブチルアンモニウム二水素ホスファート、メチルブチルアンモニウム二水素ホスファート、アンモニウムビフルオリド、メチルアンモニウムビフルオリド、エチルアンモニウムビフルオリド、ジメチルアンモニウムビフルオリド、トリ−n−ブチルメチルアンモニウムメチルスルファート、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムエチルスルファート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムチオシアナート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムテトラクロロアルミナート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムメチルスルファート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムメタンスルホナート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム水素スルファート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム水素カルボナート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド、1,2,3−トリメチルイミダゾリウムメチルスルファート、1,2,4−トリメチルピラゾリウムメチルスルファート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムチオシアナート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムメタンスルホナート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラクロロアルミナート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム水素スルファート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムエチルスルファート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムニトラート、1−ブチルピリジニウムクロリド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジシアナミド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、1,3−ジメチルイミダゾリウム水素カルボナート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム水素カルボナート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート、1−ブチル−3,5−ジメチルピリジニウムブロミド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムメチルカルボナート、カルボキシメチル−トリブチルホスホニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、N−カルボキシエチル−メチルピロリジニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、N−カルボキシメチル−トリメチルアンモニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、N−カルボキシメチル−メチルピリジニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、ヘキシルトリメチルアンモニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム水素カルボナート、トリエチルメチルアンモニウムメチルカルボナート、トリブチルメチルアンモニウムメチルカルボナート、1−エチル−1−メチルピペリジニウムメチルカルボナート、4−エチル−4−メチルモルホリニウムメチルカルボナート、1−ブチル−1−メチルピロリジニウムメチルカルボナート、トリエチルメチルアンモニウムジブチルホスファート、トリブチルメチルアンモニウムジブチルホスファート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジブチルホスファート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムジブチルホスファート、1−(シアノメチル)−3−メチルイミダゾリウムクロリド、1−(3−シアノプロピル)−3−メチルイミダゾリウムクロリド、1−(3−シアノプロピル)−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1−(3−シアノプロピル)−3−メチルイミダゾリウムジシアナミド、1−(3−シアノプロピル)ピリジニウムクロリド、1−(3−シアノプロピル)ピリジニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1,3−ビス(シアノメチル)イミダゾリウムクロリド、1,3−ビス(シアノメチル)イミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1,3−ビス(3−シアノプロピル)イミダゾリウムクロリド、1,3−ビス(3−シアノプロピル)イミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムブロミド、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムブロミド、及び1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムクロリドから成る群から選択される1種以上のイオン性化合物を含有する、請求項1に記載の電池。
  7. 前記電解質組成物が、少なくとも2種の異なるイオン性化合物を含有する、請求項1、2、5、又は6に記載の電池。
  8. 前記電解質組成物が、アルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩をさらに含有する、請求項1に記載の電池。
  9. 前記電解質組成物が、イオン性液体及び塩を含有するか、又は2種の異なるイオン性液体を含有する、請求項1、2、5、又は6に記載の電池。
  10. 前記電解質組成物が、前記電解質組成物の全質量を基準として、≦1000質量ppmの水を含有する、請求項1、2、5、又は6に記載の電池。
  11. 前記電解質組成物が、水を含有し、25℃で≦100cPの粘度を示す、請求項1、2、5、又は6に記載の電池。
  12. 前記電解質組成物が、有機カルボナート、エーテル、グリム、オルトエステル、ポリアルキレングリコール、エステル、ラクトン、グリコール、ホルマート、スルホン、スルホキシド、アミド、アルコール、アミン、ケトン、ニトロ溶媒、及びニトリル溶媒から成る群から選択される1種以上の有機溶媒を含有する、請求項1、2、5、又は6に記載の電池。
  13. 前記電解質組成物が、カルボキシラート化合物及びカルボン酸から成る群から選択される1種以上のイオン性化合物を含有する、請求項1に記載の金属水素化物電池。
  14. 約1.5V〜約5.0Vの公称開放回路電圧を示す、請求項1から13までのいずれか1項に記載の金属水素化物電池。
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