本发明涉及含有某些电解质组合物的金属氢化物(mh)电池。
政府支持声明
本发明是由高级研究计划署能源公司在强大的可负担下一代ev存储工程(range)授予的de-ar0000386下的政府支持下进行的。政府对本发明有一定的权利。
背景
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水溶液对许多阳极材料具有腐蚀性。本发明的重点是用于金属氢化物电池的改进的电解质。
概要
公开了一种金属氢化物电池(电池)，其包含至少一个包含活性阳极材料的负极、至少一个包含活性阴极材料的正极、具有所述电极位于其中的壳体和电解质组合物，其中
电解质组合物包含含有一种或多种选自由金属氢氧化物、金属氧化物/氢氧化物和氢氧化铵组成的组的化合物的水溶液，
当用6mkoh水溶液替代电解质组合物时，电池中阳极材料的降解是相同电池中相同阳极材料降解的≤95％，
电解质组合物的电导率为6mkoh水溶液的≥50％，且其中
当电解质组合物包含koh时，组合物还包含一种或多种选自由金属氢氧化物、金属氧化物/氢氧化物和氢氧化铵组成的组的其它化合物。
还公开了一种金属氢化物电池，其包含至少一个包含活性阳极材料的负极、至少一个包含活性阴极材料的正极、具有所述电极位于其中的壳体和电解质组合物，其中
阳极材料包含mg，
电解质组合物包含含有一种或多种选自由金属氢氧化物、金属氧化物/氢氧化物和氢氧化铵组成的组的化合物的水溶液，其中
当电解质组合物包含koh时，组合物还包含一种或多种选自由金属氢氧化物、金属氧化物/氢氧化物和氢氧化铵组成的组的其它化合物。
详细内容
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、具有所述电极位于其中的壳体和与电极接触的电解质组合物。
负极(阳极材料)的活性材料包含能够储存氢的abx型合金，其中x为约0.5至约5。a为氢化物形成元素，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型合金是例如以下类别(简单实例)：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和一种或多种选自由al、si、v、mn、fe、co、cu、nb、ag和pd组成的组的元素；zr、mo和ni；或镧系金属和至少一种选自ni和co的金属。
阳极材料可以包含无序多组分材料，其包含一种或多种选自由v、zr、nb、la、si、ca、sc、mg、ti和y组成的组的主体元素和一种或多种选自由cu、mn、c、fe、ni、al、co、mo、w、ti、li和re组成的组的改性剂元素。主体元素通常为氢化物形成物。例如，主体基质是ti、mg和v中的一种或多种，改性剂包含ni、cu、fe和al中的一种或多种。这种无序材料在美国专利第4,623,597号中有教导。
阳极材料可以包含含有v、ti、zr和ni或者v、ti、zr、ni和cr及一种或多种选自由al、mn、mo、cu、w、fe和co组成的组的改性元素的多组分多相合金。这种多相材料在美国专利第5,096,667号中有教导。
阳极材料可以包含含有(基体合金)acobmncfedsne的无序材料，其中基体合金包含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％。这种合金公开在美国专利第5,536,591号中。
阳极活性材料是例如lani5型合金、改性lani5型合金、tini型合金或改性tini型合金。例如，阳极活性材料包含一种或多种选自由ti、v和zr组成的组的元素和一种或多种选自由ni、cr、co、mn、mo、nb、fe、al、mg、cu、sn、ag、zn和pd组成的组的元素；或者阳极活性材料包含一种或多种选自由sc、y、la、ce、pr、nd、sm和mm组成的组的元素，和一种或多种选自由ni、cr、co、mn、fe、cu、sn、al、si、b、mo、v、nb、ta、zn、zr、ti、hf和w组成的组的元素。这样的合金还可以包含一种或多种选自由al、b、c、si、p、s、bi、in和sb组成的组的玻璃形成元素。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。这种材料公开在美国专利第5,840,440号中。
阳极材料可以包含含有(基体合金)acobfecaldsne的改性ti-v-zr-ni-mn-cr合金，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含ab2型合金，例如包含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％ni、2至6原子％fe和0.1至2原子％al中的一种或多种的改性timn2合金。合金还可以含有高达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。这种合金公开在美国专利第6,536,487号中。
合适的阳极材料可以包含合金，其中a5b19型结构是40原子％或更多的式laar1-a-bmgbnic-d-e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。这些合金例如在美国专利no.7,829,220中有教导。
阳极材料可以包含至少含有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。该材料可以包含合金ln1-xmgxnia-b-calbzc，其中ln是一种或多种稀土元素，z是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。
阳极材料可以包含具有至少包含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。合金可以具有式ln1-xmgxniy-a-balamb，其中ln是一种或多种包含y的稀土，m是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。这种材料公开在美国专利no.8,124,281号中。
阳极材料可以包含式ln1-xmgx(ni1-yty)z的储氢合金，其中ln是镧系元素、ca、sr、sc、y、ti、zr和hf中的一种或多种，t是一种或多种选自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中有教导。
阳极材料可以包含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中教导的。通过将各元素混合，在高频感应炉中在氩气下加热以熔融并冷却以形成锭子来制备合金。
阳极材料可以包含含有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，合金包含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的一种或多种金属，e为0至30原子％。这些材料例如在美国公开no.2013/0277607中有教导。
阳极材料可以包含改性的a2b7型储氢合金。例如axby合金，其中a包含至少一种稀土元素并且还包含mg；b至少包含ni，且x与y的原子比为1:2至1:5，例如1:3至1:4。该合金可以由选自由b、co、cu、fe、cr和mn组成的组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。稀土包含la、ce、nd、pr和mm。稀土与mg的原子比可以为5:1至6:1。b元素还可以包含其中ni与al的原子比可以为30:1至40:1的al。合金的表面可以包含负载在多孔氧化物载体基体中的催化金属区域。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。
阳极材料例如是含有镁(mg)的高容量mh合金，例如含有mg和ni的ab、ab2或a2b型合金。例如，目前的阳极材料是mgni、mgni2或mg2ni。这种含mg和ni的合金可以通过一种或多种选自由稀土元素和过渡金属组成的组的元素来改性。例如，含有mg和ni的阳极材料可以通过一种或多种选自由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组成的组的元素改性。
例如，合适的阳极材料包含mg和ni以及任选的一种或多种选自由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组成的组的元素。
mm是“mischmetal”。mischmetal是稀土元素的混合物。例如，mm是含有la、nd和pr的混合物，例如含有ce、la、nd和pr。
含镁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合金包含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，其可以由选自由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组成的组的一种或多种元素改性。该一种或多种改性元素可以以基于总合金为约0.1至约30原子百分数(原子％)或约0.25至约15原子％或约0.5、约1、约2、约3、约4或约5原子％至约15原子％存在。mg与ni的原子比例如为约1:1。因此，mg和ni一起可以以基于改性合金中的总合金为约70原子％至约99.9原子％存在。mg-ni合金可以是未改性的，其中mg和ni一起以100原子％存在。
合适的阳极材料包含原子比为约1:2至约2:1的mg和ni，其中mg和ni一起以基于总合金为≥70原子％的含量存在。
合适的阳极材料是例如包含≥20原子％mg的合金。
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。合适的阳极材料是例如mg52ni39co6mn3和mg52ni39co3mn6。
合适的高容量阳极材料例如公开在美国专利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。其他方法包含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。活性材料是例如氢氧化镍活性材料，即氢氧化镍或改性氢氧化镍。
阴极材料可以包含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是例如金属、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，改性剂是选自由al、ba、ca、f、k、li、mg、na、sr、bi、co、cr、cu、fe、in、lah3、mn、ru、sb、sn、tih2、tio和zn组成的组的一种或多种组分。这种材料在美国专利第5,348,822号中有教导。
合适的阴极材料可以包含无序的多相氢氧化镍基体，其包含至少一种改性剂，例如3种改性剂，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。合适的阴极材料例如在美国专利第5,637,423号中有教导。
阴极材料可以包含用一种或多种ii族元素改性的氢氧化镍和固溶态的co。这种材料在美国专利第5,366,831号中有教导。
阴极活性材料可包含氢氧化镍和选自由钴、氢氧化钴和氧化钴组成的组的一种或多种组分和碳粉末。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。
阴极活性材料可包含金属氧化物和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。金属氧化物例如是氧化镍和/或氧化锰。这种活性材料在美国专利第5,455,125号中有教导。
阴极材料可以含有氢氧化镍和选自由y、in、sb、ba和be和co和/或ca组成的组的另外的组分。这种材料公开在美国专利第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；然后使该络合物与氢氧化钠反应形成氢氧化镍来制备。该方法可提供包含co、zn和cd中的一种或多种的氢氧化镍。这些材料例如在美国专利第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号中教导的。
阴极材料可以包含氢氧化镍、一氧化碳和元素锌，如美国专利第5,506,070号中教导的。
阴极材料可以包含氢氧化镍、镍粉、第二粉末以及钴、氢氧化钴和氧化钴中的至少一种。第二粉末含有ca、sr、ba、cu、ag和y中的一种或多种。这种材料在美国专利第5,571,636号中有教导。
阴极活性材料可以包含导电材料至少部分地嵌入其中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)。这些材料公开在例如美国专利第6,177,213号中。
阴极材料可以包含含有选自由al、bi、ca、co、cr、cu、fe、in、la、稀土、mg、mn、ru、sb、sn、ti、ba、si、sr和zn组成的组的至少三种改性剂的氢氧化镍颗粒。例如，氢氧化镍颗粒可以含有至少四种改性剂，例如ca、co、mg和zn。这种材料公开在美国专利no.6,228,535中。
正极例如包含氢氧化镍和碳材料如石墨。正极还可以包含聚合物粘合剂。聚合物粘合剂是例如热塑性有机聚合物，例如选自由聚乙烯醇(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、聚乙烯基异丁基醚、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、多环硫醚、聚二甲基硅氧烷、聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯和聚酰胺组成的组。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。
阴极活性材料可以含有氢氧化镍和羟氧化镍，如美国专利第7,396,379号中教导的。
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。钴添加剂可以包含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，阴极活性材料是氢氧化镍或改性氢氧化镍。改性氢氧化镍可以含有一种或多种改性剂，例如co、cd、ag、v、sb、ca、mg、al、bi、cr、cu、fe、in、稀土、mn、ru、sn、ti、ba、si、sr或zn。合适的改性氢氧化镍是(ni,co,zn)(oh)2，例如以球形粉末的形式。在改性的镍氢氧化物中，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，其包含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，其将负极与正极分离。隔片是例如天然或合成纤维的非织造网。天然纤维包含棉花。合成纤维包含聚酰胺、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。
电解质组合物包含含有一种或多种选自由金属氢氧化物、金属氧化物/氢氧化物和氢氧化铵组成的组的化合物的水溶液。
金属氢氧化物和氧化物/氢氧化物含有选自由过渡金属、稀土金属、碱土金属、碱金属、过渡后金属和准金属组成的组的金属。
过渡金属包含ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、zr、hf、w、au、ag和pt。
稀土金属包含sc、y、la和镧系元素。
碱土金属包含be、mg、ca、ba和sr。
碱金属包含na、k、rb、cs和li。
过渡后金属包含al、ga、in、bi、pb和sn。
准金属包含ge、as、sb和te。
实例包含氢氧化钛、氢氧化镍、氢氧化钇、氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化铝和氢氧化锑。
实例还包含氢氧化铍、氢氧化铝、氢氧化钪、氢氧化钒、氢氧化铬、氢氧化铁、氢氧化钴、氢氧化铜、氢氧化锌、氢氧化镓、氢氧化锗、氢氧化砷、氢氧化锆、氢氧化银、氢氧化铟、氢氧化锡、氢氧化金、氢氧化铅和氢氧化铋。
许多存在的金属氢氧化物和金属氧化物/氢氧化物有利地一起应用于强碱如koh或naoh的水溶液中。
如果电解质组合物包含koh，则组合物包含一种或多种选自由金属氢氧化物、金属氧化物/氢氧化物和氢氧化铵组成的组的其它化合物。
金属氧化物-氢氧化物包含alo(oh)、nio(oh)和feo(oh)。
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。
铵离子还包含式r1r2n-+nr3r4r5的
铵离子还包含式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。
烃基是用碳原子与阳离子氮结合的任何烃基基团。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、其可以被一个或多个选自由卤素、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-组成的组的基团取代。烃基也可以被选自由-o-、-s-、-nh-和-n(c1-c4烷基)-组成的组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一至三个选自由氯、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-、氰基和硝基组成的组的基团取代，和/或可以被一至三个选自由-o-、-s-、-nh-和
-n(c1-c4烷基)-组成的组的基团中断。
烃基还包含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原子一起形成杂环。该环例如为5-或6-元环。杂环可以含有另外的杂原子，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
烷基是例如1至25个碳原子、支化或非支化的，且包括甲基、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含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、苯胺、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+)。
一种或多种金属氢氧化物，金属氧化物/氢氧化物或一种或多种氢氧化铵化合物在水溶液中的摩尔浓度总计可以为约1m(摩尔)至约8m、约2m至约7m、约2m至约6m或约3m、约4m或约5m。单个化合物的摩尔浓度可低至约0.25m。
有利地，电解质组合物包含一种或多种选自由naoh、csoh、氢氧化铵和rboh组成的组的化合物。
例如，水溶液可以包含浓度为约3m至约7m，例如约4m、约5m或约6m的naoh。水溶液可以包含naoh和koh两者，各自浓度为约0.5m至约6m，总浓度为约1m至约8m。naoh:koh的合适摩尔比包括约5:1、约4:1、约3:1、约4:2、约3:2、约1:2、约1:3、约1:5、约1:10、约1:11和在中间的比。naoh和koh一起的总浓度有利地为约2m至约7m或约3m至约6m。
水溶液可以包含浓度为约2m至约6m，例如约3m、约4m或约5m的csoh。水溶液可以包含csoh和koh两者，各自浓度为约0.5m至约6m，总浓度为约1m至约8m。csoh：koh的合适摩尔比包括约5:1、约4:1、约3:1、约2:1、约1:1、约3:2、约1:2、约1:3和在中间的比。csoh和koh一起的总浓度有利地为约2m至约7m或约2m至约6m。
水溶液可以包含浓度为约0.3m至约5m，例如约0.6m、约1m、约2m、约3m或约4m的氢氧化铵。水溶液可包含氢氧化铵化合物和koh，其中氢氧化铵的浓度为约0.3m至约3m,koh的浓度为约1m至约6m，总浓度为约1.3m至约8。氢氧化铵:koh的合适摩尔比包括约1:2、约1:3、约1:4、约1:5、约1:6、约1:7、约1:8，和在中间的比。
水溶液可以包含浓度为约2m至约6m，例如约3m、约4m或约5m的rboh。水溶液可以包含rboh和koh两者，其中rboh的浓度为约2m至约6m，koh的浓度为约0.5m至约3m，总浓度为约2.5m至约8m。rboh:koh的合适的摩尔比包括约5:1、约4:1、约3:1、约2:1和约3:2。
在用6mkoh水溶液替代电解质组合物时，电池中阳极材料的降解有利地是相同电池中相同阳极材料的降解的≤90％、≤85％、≤80％、≤75％或≤70％。
电解质组合物的电导率有利地为6mkoh水溶液的≥55％、≥60％、≥65％、≥70％或≥75％。
例如在淹没电池(floodedcell)中的操作条件下通过阳极材料的循环稳定性测量降解。可以如工作实施例中所述制备典型的电池单元。以100ma/g的电流密度对电池充电5小时，并以100ma/g的电流密度放电直到达到0.9v的截止电压，以24ma/g的电流密度放电直到达到0.9v的截止电压，最后以8ma/g的电流密度放电直到达到0.9v的截止电压。对于每个循环，完全放电容量是在100、24和8ma/g下测量的容量之和。
降解在一定数量的循环之后确定，例如在5、6、7、8、9或10个循环之后。降解定义为每个循环的容量损失百分数。
每个周期的容量损失百分数是：
cap高是放电容量的最高值，
cap低是放电容量的最低值，
η高是最大放电容量的循环次数
η低是最低放电容量的循环次数。
当使用具有本发明电解质组合物的淹没电池中阳极材料时每循环的容量损失百分数与使用具有6mkoh电解质的淹没电池中的阳极材料时每循环的容量损失百分数的比乘以100，提供了实施方案和权利要求书的相对降解百分数。
例如，在本电解质组合物中，阳极材料的cap高放电容量在1个循环后测定为400ma/g。在本电解质组合物中操作10个循环后，测定cap低为350ma/g。每个循环的容量损失百分数是(400-350)/(9·400)·100＝1.39％。
当在相同的淹没电池中使用相同的阳极材料时，用6mkoh代替电解质组合物，放电容量在1个循环之后测定为400ma/g，在10个循环之后测定为200ma/g。每个循环的容量损失百分数是(400-200)/(9·400)·100＝5.56％。
在本实施例中，具有本发明电解质组合物的淹没电池中阳极材料的降解是同一淹没电池但以6mkoh作为电解质中相同阳极材料的25％((1.39/5.56)·100)。
容量通过arbininstruments电池测试系统或maccorinstruments电池测试系统进行适当测量。
电导率用任何合适的电导测定器测量，例如ysi型3200电导计或具有由traceablevwrinc.生产的探针的数字电导计。
本文中的所有测量，例如降解、电导率和浓度在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”是指通过典型的测量和处理程序；通过这些程序中的无意错误；通过所用成分的制造、来源或纯度的差异；通过所用方法的差异；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含所述量的等价物。
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、方法或结构可以包含另外的成分、步骤和/或部分，但是只有当附加成分、步骤和/或部分不会实质上改变所要求保护的组成、方法或结构的基本和新特征时。
本文讨论的美国专利、美国公开的专利申请和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，包含至少一个包含活性阳极材料的负极、至少一个包含活性阴极材料的正极、具有所述电极位于其中的壳体和电解质组合物，其中
阳极材料包含mg，例如≥20原子％的mg，
电解质组合物包含含有一种或多种选自由金属氢氧化物、金属氧化物/氢氧化物和氢氧化铵组成的组的化合物的水溶液，其中
当电解质组合物包含koh时，组合物还包含一种或多种选自由金属氢氧化物、金属氧化物/氢氧化物和氢氧化铵组成的组的其它化合物。
e2.根据实施方案1的电池，其中阳极材料包含abx储氢合金，其中x为约0.5至约5，并且其具有≥400mah/g、≥425mah/g、≥450mah/g或≥475mah/g的放电容量。
e3.根据实施方案1或2的电池，其中阳极材料包含原子比为约1:2至约2:1的mg和ni。
e4.根据实施方案3的电池，其中阳极材料还包含一种或多种选自由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组成的组的改性元素。
e5.根据实施方案4的电池，其中一种或多种改性元素以基于总合金为约0.1至约30原子％或约0.25至约15原子％或约0.5、约1、约2、约3、约4或约5原子％至约15原子％存在。
e6.根据实施方案3至5中任一项的电池，其中mg与ni的原子比为约1:1。
e7.根据实施方案1至5中任一项所述的电池，其中所述阳极材料为mg52ni39co6mn3或mg52ni39co3mn6。
e8.根据前述实施方案中任一项的电池，其中所述电解质组合物包含一种或多种氢氧化铵化合物。
e9.根据前述实施方案中任一项的电池，其中所述电解质组合物包含一种或多种金属氢氧化物。
e10.根据前述实施方案中任一项的电池，其中所述电解质组合物包含一种或多种金属氧化物/氢氧化物。
e11.根据前述实施方案中任一项的电池，其中所述电解质组合物包含一种或多种过渡金属氢氧化物。
e12.根据前述实施方案中任一项的电池，其中所述电解质组合物包含一种或多种稀土金属氢氧化物。
e13.根据前述实施方案中任一项的电池，其中所述电解质组合物包含一种或多种碱金属氢氧化物。
e14.根据前述实施方案中任一项的电池，其中所述电解质组合物包含一种或多种碱土金属氢氧化物。
e15.根据前述实施方案中任一项的电池，其中所述电解质组合物包含一种或多种过渡后金属氢氧化物。
e16.根据前述实施方案中任一项的电池，其中所述电解质组合物包含一种或多种准金属氢氧化物。
e17.根据前述实施方案中任一项的电池，其中所述电解质组合物包含一种或多种选自由lioh、naoh、koh、rboh、csoh、be(oh)2、mg(oh)2、ca(oh)2、sr(oh)2、ba(oh)2和氢氧化铵化合物组成的组的化合物。
e18.根据前述实施方案中任一项的电池，其中所述电解质组合物包含一种或多种选自由naoh、rboh、csoh和氢氧化铵化合物组成的组的化合物。
e19.根据前述实施方案中任一项的电池，其中所述电解质组合物包含一种或多种含有选自由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、苯胺、吡啶
e20.根据前述实施方案中任一项的电池，包含至少两种不同的选自由金属氢氧化物、金属氧化物/氢氧化物和氢氧化铵组成的组的化合物。
e21.根据前述实施方案中任一项的电池，其中所述电解质组合物包含浓度为约3m至约7m、或约4m、约5m或约6m的naoh水溶液。
e22.根据前述实施方案中任一项的电池，其中所述电解质组合物包含浓度为约2m至约6m、或约3m、约4m或约5m的csoh水溶液。
e23.根据前述实施方案中任一项的电池，其中所述电解质组合物包含浓度为约2m至约6m、或约3m、约4m或约5m的rboh水溶液。
e24.根据前述实施方案中任一项的电池，其中电解质组合物包含总浓度为约0.3m至约5m、约0.6m、约1m、约2m、约3m或约4m的一种或多种氢氧化铵化合物水溶液。
e25.根据实施方案20的电池，其中所述电解质组合物包含naoh和koh的水溶液，各自浓度为约0.5m至约6m，总组合浓度为约1m至约8m、约2m至约7m或约3m至约6m。
e26.根据实施方案25的电池，其中naoh与koh的摩尔比为约5:1至约1:11。
e27.根据实施方案20的电池，其中所述电解质组合物包含csoh和koh的水溶液，各自浓度为约0.5m至约6m，组合总浓度为约1m至约8m、约2m至约7m或约2m至约6m。
e28.根据实施方案27的电池，其中csoh与koh的摩尔比为约5:1至约1:3。
e29.根据实施方案20的电池，其中电解质组合物包含rboh和koh的水溶液，其中rboh的浓度为约2m至约6m，koh的浓度为约0.5m至约3m，组合总浓度为约2.5m至约8m。
e30.根据实施方案29的电池，其中rboh与koh的摩尔比为约5:1至约3:2。
e31.根据实施方案20的电池，其中电解质组合物包含氢氧化铵化合物和koh的水溶液，其中氢氧化铵的浓度为约0.3m至约3m，koh的浓度为约1m至约6m，组合总浓度为约1.3m至约8m。
e32.根据实施方案31的电池，其中氢氧化铵与koh的摩尔比为约1:2至约1:8。
e33.根据前述实施方案中任一项的电池，其中当用6mkoh水溶液代替电解质组合物时，电池中阳极材料的降解为相同电池中相同阳极材料降解的≤90％、≤85％、≤80％、≤75％或≤70％。
e34.根据前述实施方案中任一项的电池，其中电解质组合物的电导率为6mkoh水溶液的电导率的≥55％、≥60％、≥65％≥70％或≥75％。
e35.一种金属氢化物电池，包含至少一个包含活性阳极材料的负极、至少一个包含活性阴极材料的正极、具有所述电极位于其中的壳体和电解质组合物，其中
电解质组合物包含含有一种或多种选自由金属氢氧化物、金属氧化物/氢氧化物和氢氧化铵组成的组的化合物的水溶液，
当用6mkoh水溶液替代电解质组合物时，电池中阳极材料的降解是相同电池中相同阳极材料降解的≤95％，
电解质组合物的电导率为6mkoh水溶液的≥50％，其中
当电解质组合物包含koh时，组合物还包含一种或多种选自由金属氢氧化物、金属氧化物/氢氧化物和氢氧化铵组成的组的其它化合物。
e36.根据实施方案35的电池，其中阳极材料包含abx储氢合金，其中x为约0.5至约5，并且其具有≥400mah/g、≥425mah/g、≥450mah/g或≥475mah/g的放电容量。
e37.根据实施方案35或36的电池，其中阳极材料包含mg。
e38.根据实施方案35至37中任一项的电池，其中阳极材料包含原子比为约1:2至约2:1的mg和ni。
e39.根据实施方案38的电池，其中阳极材料还包含一种或多种选自由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组成的组的改性元素。
e40.根据实施方案39的电池，其中所述一种或多种改性元素以基于总合金为约0.1至约30原子％或约0.25至约15原子％或约0.5、约1、约2、约3、约4或约5原子％至约15原子％存在。
e41.根据实施方案38至40中任一项的电池，其中mg与ni的原子比为约1:1。
e42.根据实施方案35至40中任一项的电池，其中阳极材料是mg52ni39co6mn3或mg52ni39co3mn6。
e43.根据实施方案35至42中任一项的电池，其中所述电解质组合物包含一种或多种氢氧化铵化合物。
e44.根据实施方案35至43中任一项的电池，其中所述电解质组合物包含一种或多种金属氢氧化物。
e45.根据实施方案35至44中任一项的电池，其中所述电解质组合物包含一种或多种金属氧化物/氢氧化物。
e46.根据实施方案35至45中任一项的电池，其中所述电解质组合物包含一种或多种过渡金属氢氧化物。
e47.根据实施方案35至46中任一项的电池，其中所述电解质组合物包含一种或多种稀土金属氢氧化物。
e48.根据实施方案35至47中任一项的电池，其中所述电解质组合物包含一种或多种碱金属氢氧化物。
e49.根据实施方案35至48中任一项的电池，其中所述电解质组合物包含一种或多种碱土金属氢氧化物。
e50.根据实施方案35至49中任一项的电池，其中电解质组合物包含一种或多种过渡后金属氢氧化物。
e51.根据实施方案35至50中任一项的电池，其中所述电解质组合物包含一种或多种准金属氢氧化物。
e52.根据实施方案35至51中任一项的电池，其中电解质组合物包含一种或多种选自由lioh、naoh、koh、rboh、csoh、be(oh)2、mg(oh)2、ca(oh))2、sr(oh)2、ba(oh)2和氢氧化铵化合物组成的组的化合物。
e53.根据实施方案35至52中任一项的电池，其中所述电解质组合物包含一种或多种选自由naoh、rboh、csoh和氢氧化铵化合物组成的组的化合物。
e54.根据实施方案35至53中任一项的电池，其中所述电解质组合物包含一种或多种含有选自由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、苯胺、吡啶
e55.根据实施方案35至54中任一项的电池，包含至少两种不同的选自由金属氢氧化物、金属氧化物/氢氧化物和氢氧化铵组成的组的化合物。
e56.根据实施方案35至55中任一项的电池，其中所述电解质组合物包含浓度为约3m至约7m、或约4m、约5m或约6m的naoh水溶液。
e57.根据实施方案35至56中任一项的电池，其中所述电解质组合物包含浓度为约2m至约6m、或约3m、约4m或约5m的csoh水溶液。
e58.根据实施方案35至57中任一项的电池，其中所述电解质组合物包含浓度为约2m至约6m、或约3m、约4m或约5m的rboh水溶液。
e59.根据实施方案35至58中任一项的电池，其中所述电解质组合物包含总浓度为约0.3m至约5m、或约0.6m、约1m、约2m、约3m或约4m的氢氧化铵水溶液。
e60.根据实施方案55的电池，其中电解质组合物包含naoh和koh的水溶液，各自浓度为约0.5m至约6m，总组合浓度为约1m至约8m、约2m至约7m或约3m至约6m。
e61.根据实施方案60的电池，其中naoh与koh的摩尔比为约5:1至约1:11。
e62.根据实施方案55的电池，其中所述电解质组合物包含csoh和koh的水溶液，各自浓度为约0.5m至约6m，组合总浓度为约1m至约8m、约2m至约7m或约2m至约6m。
e63.根据实施方案62的电池，其中csoh与koh的摩尔比为约5:1至约1:3。
e64.根据实施方案55的电池，其中电解质组合物包含rboh和koh的水溶液，其中rboh的浓度为约2m至约6m，koh的浓度为约0.5m至约3m，组合总浓度为约2.5m至约8m。
e65.根据实施方案64的电池，其中rboh与koh的摩尔比为约5:1至约3:2。
e66.根据实施方案55的电池，其中电解质组合物包含氢氧化铵化合物和koh的水溶液，其中氢氧化铵的浓度为约0.3m至约3m，koh的浓度为约1m至约6m，组合总浓度为约1.3m至约8m。
e67.根据实施方案66的电池，其中氢氧化铵与koh的摩尔比为约1:2至约1:8。
e68.根据实施方案35至67中任一项所述的电池，其中当用6mkoh水溶液代替电解质组合物时，电池中阳极材料的降解为相同电池中相同阳极材料的降解的≤90％、≤85％、≤80％、≤75％或≤70％。
e69.根据实施方案35至68中任一项的电池，其中电解质组合物的电导率为6mkoh水溶液的电导率的≥55％、≥60％、≥65％≥70％或≥75％。
实施例
浆通过熔纺和机械合金化制备的约70mgmg52ni39co6mn3金属氢化物合金粉末用10吨压机压实到扩展的镍基底上，形成大约0.2mm厚的负极工作电极，没有任何粘合剂。制备一种或多种氢氧化物化合物的水溶液作为电解质。将烧结的ni(oh)2正极的两半(各自面积为1cm2，厚度为1.5mm)通过镍片条连接并用作对电极。
将一块接枝聚丙烯/聚乙烯隔片对折两次，并夹着负极，使得其各侧有两层隔片。接下来，正极的两半夹着包裹的负极。将电极组件放入塑料套筒中，然后将其滑入丙烯酸电池座。将套筒使用移液管充满电解质。吸收5分钟后，将套筒再次充满电解质，使其处于淹没电池的构型。
以100ma/g的电流密度对电池充电5小时，并以100ma/g的电流密度放电直到达到0.9v的截止电压，以24ma/g的电流密度放电直到达到0.9v的截止电压，最后以8ma/g的电流密度放电直到达到0.9v的截止电压。对于每个循环，完全放电容量是在100、24和8ma/g下测量的容量之和。
经过10个循环测定降解。每个循环的容量损失百分数如前所述测定。
结果如下表所示。该表列出了电解质组成，具有以摩尔/l(m)水表示的氢氧化物化合物值。以相对于6mkoh水溶液电解质的百分数记录降解和电导率。需要低降解和高导电性。teaoh是四乙基氢氧化铵。电导率用ysi型3200电导计测量。容量用arbininstruments电池测试系统测量。