电解质和金属氢化物电池制造技术

包含a)离子液体和b)质子酸和/或有机溶剂的电解质组合物适用于电化学电池，例如金属氢化物电池。该电解质组合物可替代目前使用的30重量％KOH水溶液。合适的质子酸包括羧酸、无机酸、磺酸等。合适的有机溶剂包括有机碳酸酯、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、酮、硝基溶剂、腈溶剂及其组合。本电池可实现>1.2V(伏特)和最多大约6V的标称开路电压。该电解质组合物能够扩大电化学窗口，因此允许使用附加阴极活性材料。附加阴极活性材料包括过渡金属和它们的氧化物、氢氧化物和氟化物；例如，Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt和Au和它们的氧化物、氢氧化物、氧化物/氢氧化物和氟化物。

Electrolytes and metal hydride batteries

The electrolyte compositions containing a) ionic liquids and b) and / or organic solvents are suitable for electrochemical cells, such as metal hydride batteries. The electrolyte composition can replace the 30 weight%KOH water solution that is currently used. The suitable proton acids include carboxylic acids, inorganic acids, sulfonic acids, etc. A suitable organic solvent including organic carbonate, glycol ether, ether, ester, two original polyalkylene glycol, esters, lactones, esters, glycol, benzoic acid, sulfoxide, sulfone amide, alcohol, ketone, nitrile, nitro solvent solvent and its combination. The battery can implement the nominal open voltage of > 1.2V (volt) and up to about 6V. The electrolyte composition can expand the electrochemical window, thus allowing the use of an additional cathode active material. Additional cathode active material includes transition metals and their oxides, hydroxides and fluoride; for example, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt and Au and their oxides, hydroxides, oxides / hydroxides and fluoride.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电解质和金属氢化物电池本专利技术涉及含有某些电解质组合物的金属氢化物(MH)电池。在通过优化电极而优化金属氢化物电池的电化学性能和循环寿命中已取得巨大进展。金属氢化物电池的电解质目前是30重量％KOH水溶液。该KOH水性电解质对一些电极材料具有腐蚀性。水性电解质也受到水的氢气和氧气析出潜力限制。本专利技术的焦点是改进的电解质。政府资助声明在AdvancedResearchProjectsAgency-Energy依据DE-AR0000386给予的政府资助下作出本专利技术。政府对本专利技术享有某些权利。专利技术概述公开了包含至少一个负极、至少一个正极、将所述电极置于其中的外壳和电解质组合物的金属氢化物电池组(电池)，其中所述电解质组合物包含a)离子液体和b)质子酸和/或有机溶剂。还公开了包含至少一个负极、至少一个正极、将所述电极置于其中的外壳和电解质组合物的金属氢化物电池组(电池)，其中所述正极包含选自过渡金属、过渡金属氧化物、过渡金属氢氧化物、过渡金属氧化物/氢氧化物和过渡金属氟化物的一种或多种阴极活性材料；其中在所述金属氧化物、金属氢氧化物和金属氧化物/氢氧化物中，可能以所述金属氧化物、金属氢氧化物和金属氧化物/氢氧化物的总金属为基础的例如≤50或≤80或≤85原子％，例如≤90原子％的含量存在镍。还公开了电解质组合物，其包含a)离子液体和b)质子酸和/或有机溶剂。还公开了包含至少一个负极、至少一个正极、将所述电极置于其中的外壳和电解质组合物的金属氢化物电池组(电池)，所述电池表现出>1.2V(伏特)和最多大约6V，例如大约1.2至大约6.0V、大约1.3至大约6.0V、大约1.4至大约6.0V或大约1.5至大约6.0V的标称开路电压。详细公开金属氢化物电池包含至少一个负极、至少一个正极、将所述电极置于其中的外壳和与所述电极接触的电解质组合物。该电解质组合物可用于电化学电池，如金属氢化物电池组(金属氢化物电池)。负极的活性材料(阳极材料)包含能够储氢的ABx型合金，其中x为大约0.5至大约5。该合金是例如ABx型金属氢化物(MH)合金，其中一般而言，A是形成氢化物的元素，且B是弱或不形成氢化物的元素。A通常是具有4或更小价电子的较大金属原子，且B通常是具有5或更大价电子的较小金属原子。该合金能够可逆吸收(充入)和解吸(排放)氢。例如，该MH合金能在环境条件(25℃和1atm)下可逆地电化学吸收和解吸氢。ABx型合金例如属于种类(简单实例)AB(HfNi、TiFe、TiNi、ZrNi)、AB2(ZrMn2、TiFe2、ZrV2、TiMn2)、A2B(Hf2Fe、Mg2Ni、Ti2Ni)、AB3(NdCo3、GdFe3、CeNi3、YFe3)、A2B7(Pr2Ni7、Ce2Co7、Y2Ni7、Th2Fe7)、AB5(LaNi5、CeNi5)和A6B23(Y6Fe23)。金属氢化物合金包括含有Ti、V和Mn的合金(Ti-V-Mn合金)和含有Ti、V和Fe的合金。例如，含有大约31至大约46原子％Ti、大约5至大约33原子％V和大约36至大约53原子％Mn和/或Fe的合金。合适的合金例如教导在美国专利No.4,111,689中。金属氢化物合金包括式ABx的合金，其中A包含大约50至低于100原子％Ti且其余部分是Zr和/或Hf，且B包含大约30至低于100原子％Ni且其余部分是选自Cr、V、Nb、Ta、Mo、Fe、Co、Mn、Cu和稀土元素的一种或多种元素，且x为大约1至大约3。例如在美国专利No.4,160,014中教导了这些合金。金属氢化物合金包括式(TiV2-xNix)1-yMy的合金，其中x为大约0.2至大约1.0且M是Al和/或Zr；式Ti2-xZrxV4-yNiy的合金，其中x为0至大约1.5且y为大约0.6至大约3.5；和式Ti1-xCrxV2-yNiy的合金，其中x为0至大约0.75且y为大约0.2至大约1.0。例如在美国专利No.4,551,400中公开了这些合金。金属氢化物合金例如包含选自Mg、Ti、V、Zr、Nb、La、Si、Ca、Sc和Y的一种或多种元素和选自Cu、Mn、Fe、Ni、Al、Mo、W、Ti、Re和Co的一种或多种元素。例如，MH合金可包含选自Ti、Mg和V的一种或多种元素并包含Ni。有利地，MH合金包含Ti和Ni，例如在大约1:4至大约4:1的原子范围内。有利地，MH合金包含Mg和Ni，例如在大约1:2至大约2:1的原子范围内。例如在美国专利No.4,623,597中公开了合适的合金。MH合金包括式(Ti2-xZrxV4-yNiy)1-zCrz的那些，其中x为0至大约1.5，y为大约0.6至大约3.5，且z≤0.2。例如在美国专利No.4,728,586中教导了这些合金。金属氢化物合金例如包含V、Ti、Zr和Ni(Ti-V-Zr-Ni合金)或V、Ti、Zr、Ni和Cr。例如，MH合金包含Ti、V和Ni和选自Cr、Zr和Al的一种或多种元素。例如，MH合金包括V22Ti16Zr16Ni39Cr7、(V22Ti16Zr16N39Cr7)95Al5、(V22Ti16Zr16N39Cr7)95Mn5、(V22Ti16Zr16N39Cr7)95Mo5、(V22Ti16Zr16N39Cr7)95Cu5、(V22Ti16Zr16N39Cr7)95W5、(V22Ti16Zr16N39Cr7)95Fe5、(V22Ti16Zr16N39Cr7)95Co5、V22Ti16Zr16N32Cr7Co7、V20.6Ti15Zr15N30Cr6.6Co6.6Mn3.6Al2.7和V22Ti16Zr16N27.8Cr7Co5.9Mn3.1Al2.2合金。例如，MH合金包括式(Vy’-yNiyTix’-xZrxCrz)aMb的合金，其中y’为大约3.6至大约4.4，y为大约0.6至大约3.5，x’为大约1.8至大约2.2，x为0至大约1.5，z为0至大约1.44，a为大约70至大约100，b为0至大约30且M是选自Al、Mn、Mo、Cu、W、Fe和Co的一种或多种元素。数值是原子％(at％)。例如在美国专利No.5,096,667中教导了合适的MH合金。MH合金包括式(金属合金)aCobMncFedSne的那些，其中(金属合金)包含大约0.1至大约60at％Ti、大约0.1至大约40at％Zr、0至大约60at％V、大约0.1至大约57at％Ni和0至大约56at％Cr；b为0至大约7.5at％，c为大约13至大约17at％，d为0至大约3.5at％且e为0至大约1.5at％，其中a+b+c+d+e＝100at％。例如在美国专利No.5,536,591中教导了合适的MH合金。金属氢化物合金包括LaNi5型合金、含Ti和Ni的合金和含Mg和Ni的合金。含Ti和Ni的合金可进一步含有Zr、V、Cr、Co、Mn、Al、Fe、Mo、La或Mm(混合稀土)的一种或多种。含Mg和Ni的合金可进一步含有选自Co、Mn、Al、Fe、Cu、Mo、W、Cr、V、Ti、Zr、Sn、Th、Si、Zn、Li、Cd、Na、Pb、La、Mm、Pd、Pt和Ca的一种或多种元素。例如在美国专利No.5,554,456中教导了合本文档来自技高网...

【技术保护点】
金属氢化物电池，其包含至少一个负极、至少一个正极、将所述电极置于其中的外壳和电解质组合物，其中所述电解质组合物包含a)离子液体和b)质子酸和/或有机溶剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.26 US 14/669,5881.金属氢化物电池，其包含至少一个负极、至少一个正极、将所述电极置于其中的外壳和电解质组合物，其中所述电解质组合物包含a)离子液体和b)质子酸和/或有机溶剂。2.根据权利要求1的电池，其中所述电解质组合物包含质子酸，其中离子液体总量与质子酸总量的重量/重量比为大约99.5/0.5至大约0.5/99.5。3.根据权利要求1的电池，其中所述电解质组合物包含有机溶剂，其中离子液体总量与有机溶剂总量的重量/重量比为大约99.5/0.5至大约0.5/99.5。4.根据权利要求1的电池，其中所述电解质组合物包含质子酸和有机溶剂。5.根据权利要求1的电池，其中所述离子液体含有选自式(a)-(h)的阳离子其中各R独立地为H、C1-C16烷基或羟基C1-C16烷基，例如甲基、乙基、羟乙基或丙基且X是CH2、O、S或NR，其中R是H或C1-C16烷基，例如H、甲基、乙基或丙基。6.根据权利要求1的电池，其中所述离子液体含有选自羧酸根类、酰亚胺类阴离子、甲基化物类阴离子、硝酸根、氟化氢根、卤根、硼酸根类、磷酸根类、次膦酸根类、膦酸根类、磺酸根类、硫酸根类、碳酸根类和铝酸根类的阴离子。7.根据权利要求1的电池，其中所述离子液体含有选自F2P(C2F5)4-、F3P(C2F5)3-、F4P(C2F5)2-、F2P(C3F7)4-、F3P(C3F7)3-、F4P(C3F7)2-、F2P(C4F9)4-、F3P(C4F9)3-、F4P(C4F9)2-、全氟烷基羧酸根、全氟烷基磺酸根、双(全氟烷基磺酰基)酰亚胺阴离子、(全氟烷基磺酰基)(全氟烷基羧基)酰亚胺阴离子、三(全氟烷基磺酰基)甲基化物阴离子、三氟乙酸根、三氟甲磺酸根(triflate)、双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺阴离子、三(三氟甲基磺酰基)甲基化物阴离子、四氟硼酸根、螺环-氧代硼酸根和螺环-氧代磷酸根的阴离子。8.根据权利要求1的电池，其中所述离子液体含有式RCOO-的羧酸根阴离子，其中R是氢或烃基。9.根据权利要求1的电池，其中所述离子液体含有选自下列的阴离子：二氰胺阴离子、N(SO2F)2–、双(全氟烷基磺酰基)酰亚胺阴离子、双(五氟乙基磺酰基)酰亚胺阴离子、N(CF3SO2)(CF3(CF2)3SO2)–、(全氟烷基磺酰基)(全氟烷基羧基)酰亚胺阴离子；三(全氟烷基磺酰基)甲基化物阴离子；氟化氢根；氯离子、溴离子、碘离子、氟离子；原硼酸根、四羟基硼酸根、四硼酸根、四苯基硼酸根、[B(3,5-(CF3)2C6H3)4]–、B(C2O4)2–(双(草酸根合)硼酸根)、二氟(草酸根合)硼酸根、二(三氟乙酸根合)草酸根合硼酸根、B(C6F5)4–或BF4–；磷酸二氢根、磷酸氢根、烷基磷酸根、二烷基磷酸根、磷酸根、PF6-、HPO3F-、三草酸根合磷酸根、四氟草酸根合磷酸根、氟(全氟烷基)磷酸根；烷基磺酸根、芳基磺酸根、全氟烷基磺酸根；硫酸氢根、硫酸根、硫代硫酸根、烷基硫酸根；碳酸根、碳酸氢根、烷基碳酸根；Al(OC(CF3)3)4–、二(三氟乙酸根合)草酸根合铝酸根、四氯铝酸根、四氟铝酸根、四碘铝酸根和四溴铝酸根。10.根据权利要求1的电池，其中所述离子液体选自三氟甲磺酸二乙基甲基铵、硝酸乙铵、甲磺酸三乙铵、三氟甲磺酸2-甲基吡啶鎓、氟化铵、硝酸甲铵、硝酸羟乙铵、硝酸乙铵、硝酸二甲铵、硝酸1-甲基咪唑鎓、硝酸1-乙基咪唑鎓、四氟硼酸叔丁基铵、四氟硼酸羟乙铵、四氟硼酸甲基丁基铵、四氟硼酸三乙铵、四氟硼酸咪唑鎓、四氟硼酸1-甲基咪唑鎓、四氟硼酸1,2-二甲基咪唑鎓、三氟甲磺酸叔丁基铵、三氟甲磺酸2-氟吡啶鎓、三氟甲磺酸羟乙铵、三氟甲磺酸1,2-二甲基咪唑鎓、三氟甲磺酸咪唑鎓、硫酸氢1-甲基咪唑鎓、氯化1-甲基咪唑鎓、三氟甲磺酸1-甲基咪唑鎓、水合氢三氟甲磺酸盐、甲磺酸甲铵、甲磺酸乙铵、甲磺酸丁铵、甲磺酸甲氧基乙铵、甲磺酸二甲铵、甲磺酸二丁铵、甲磺酸三乙铵、甲磺酸二甲基乙铵、水合氢硫酸氢盐、硫酸氢铵、硫酸氢甲铵、硫酸氢乙铵、硫酸氢丙铵、硫酸氢正丁基铵、硫酸氢叔丁基铵、硫酸氢二甲铵、硫酸氢二乙铵、硫酸氢二正丁基铵、硫酸氢甲基丁基铵、硫酸氢乙基丁基铵、硫酸氢三甲铵、硫酸氢三乙铵、硫酸氢三丁铵、硫酸氢二甲基乙基铵、氟氢磷酸二丁基铵、氟氢磷酸三乙铵、氟氢磷酸三丁基铵、水合氢磷酸二氢盐、磷酸二氢甲铵、磷酸二氢乙铵、磷酸二氢丙铵、磷酸二氢正丁基铵、磷酸二氢甲氧基乙铵、磷酸二氢二甲基铵、磷酸二氢二丁基铵、磷酸二氢甲基丁基铵、氟化氢铵、氟化氢甲铵、氟化氢乙铵、氟化氢二甲铵、三氟甲磺酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、四氟硼酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚氨1-乙基-3-甲基咪唑鎓、乙酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、三氟甲磺酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、乙酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚氨1-丁基-3-甲基咪唑鎓、甲基硫酸三-正丁基甲基铵、乙基硫酸1-乙基-2,3-二甲基咪唑鎓、硫氰酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、四氯铝酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、甲基硫酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、甲磺酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、碳酸氢1-丁基-3-甲基咪唑鎓、硫酸氢1-丁基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-丁基-3-甲基咪唑鎓、甲基硫酸1,2,3-三甲基咪唑鎓、甲基硫酸三-(羟乙基)甲基铵、甲基硫酸1,2,4-三甲基吡唑鎓、碳酸氢1,3-二甲基咪唑鎓、碳酸氢1-乙基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-乙基-3-甲基咪唑鎓、四氯铝酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、硫氰酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、甲磺酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、硫酸氢1-乙基-3-甲基咪唑鎓、乙基硫酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、硝酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-丁基吡啶鎓、1-乙基-3-甲基咪唑鎓二氰胺、六氟磷酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、溴化1-丁基-3,5-二甲基吡啶鎓、双(五氟乙基磺酰基)亚氨1-乙基-3-甲基咪唑鎓、甲基碳酸1-乙基-2,3-二甲基咪唑鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚氨羧甲基-三丁基鏻、双(三氟甲基磺酰基)亚氨N-羧乙基-甲基吡咯烷鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚氨N-羧甲基-三甲基铵、双(三氟甲基磺酰基)亚氨N-羧甲基-甲基吡啶鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚氨己基三甲基铵、甲磺酸四丁基鏻、甲基碳酸三乙基甲基铵、甲基碳酸1-乙基-1-甲基哌啶鎓、甲基碳酸4-乙基-4-甲基吗啉鎓、甲基碳酸1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓、二丁基磷酸三乙基甲基铵、二丁基磷酸三丁基甲基鏻、二丁基磷酸三乙基甲基鏻、四氟硼酸四丁基鏻、对甲苯磺酸四丁基鏻、甲基碳酸三丁基甲基鏻、碳酸氢1-乙基-3-甲基咪唑鎓、甲基碳酸三丁基甲基铵、二丁基磷酸三丁基甲基铵、二丁基磷酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、二丁基磷酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-(氰甲基)-3-甲基咪唑鎓、氯化1-(3-氰丙基)-3-甲基咪唑鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚氨1-(3-氰丙基)-3-甲基咪唑鎓、1-(3-氰丙基)-3-甲基咪唑鎓二氰胺、氯化1-(3-氰丙基)吡啶鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚氨1-(3-氰丙基)吡啶鎓、氯化1,3-双(氰甲基)咪唑鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚氨1,3-双(氰甲基)咪唑鎓、氯化1,3-双(氰丙基)咪唑鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚氨1,3-双(3-氰丙基)咪唑鎓、六氟磷酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、四氟硼酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、四氟硼酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-乙基-3-甲基咪唑鎓、溴化1-乙基-3-甲基咪唑鎓、溴化1-丁基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-己基-3-甲基咪唑鎓、甲基硫酸三丁基甲基...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·孟，K·扬，D·翁，J·内伊，
申请(专利权)人：巴斯夫公司，
类型：发明
国别省市：美国,US