KR102669211B1

KR102669211B1 - 전해질 및 금속 수소화물 배터리

Info

Publication number: KR102669211B1
Application number: KR1020177026580A
Authority: KR
Inventors: 티에준 멩; 교 영; 디아나 옹; 진 네이
Original assignee: 바스프 코포레이션
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2016-03-22
Publication date: 2024-05-27
Also published as: EP3275039A4; KR20170129765A; CN107615556B; JP2018509743A; CN107615556A; EP3275039A1; US10587012B2; WO2016154162A1; US20160285130A1; JP6751406B2

Abstract

a) 이온성 액체 및 b) 양성자성 산 및/또는 유기 용매를 포함하는 전해질 조성물은 전기화학 전지, 예를 들어 금속 수소화물 배터리에 사용하기에 적합하다. 상기 전해질 조성물은 현재 사용되는 30 중량% 수성 KOH를 대체할 수 있다. 적합한 양성자성 산은 카르복실산, 무기 산, 술폰산 등을 포함한다. 적합한 유기 용매는 유기 카르보네이트, 에테르, 글림, 오르토 에스테르, 폴리알킬렌 글리콜, 에스테르, 락톤, 글리콜, 포르메이트, 술폰, 술폭시드, 아미드, 알콜, 케톤, 니트로 용매, 니트릴 용매 및 그의 조합을 포함한다. 본 배터리는 > 1.2 V (볼트)이며 약 6 V 이하인 공칭 개방-회로 전압을 달성할 수 있다. 전해질 조성물은 전기화학적 윈도우의 확장을 허용하고, 따라서 추가의 캐소드 활성 물질의 사용을 허용한다. 추가의 캐소드 활성 물질은 전이 금속 및 그의 산화물, 수산화물 및 플루오린화물; 예를 들어, 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 및 Au 및 그의 산화물, 수산화물, 산화물/수산화물 및 플루오린화물을 포함한다.

Description

전해질 및 금속 수소화물 배터리

본 발명은 특정 전해질 조성물을 함유하는 금속 수소화물 (MH) 배터리를 목표로 한다.

전극의 최적화를 통해 금속 수소화물 배터리의 전기화학적 성능 및 사이클 수명을 최적화하는 데에 많은 진보가 이루어졌다. 금속 수소화물 배터리의 전해질은 현재 30 중량% 수성 KOH이다. 수성 KOH 전해질은 일부 전극 물질에 대해 부식성이다. 수성 전해질은 또한 물의 수소 및 산소 발생 전위에 의해 제한된다. 본 발명은 개선된 전해질에 중점을 둔다.

정부 지원 성명서

본 발명은 미국 에너지부 산하 기관(Advanced Research Projects Agency-Energy)에 의해 수여된 DE-AR0000386 하에 정부 지원을 받았다. 정부는 본 발명에 특정 권리를 갖는다.

적어도 1개의 음극, 적어도 1개의 양극, 내부에 상기 전극들이 배치된 케이싱 및 전해질 조성물을 포함하는 금속 수소화물 배터리 (전지)가 개시되며, 여기서 전해질 조성물은

a) 이온성 액체 및

b) 양성자성 산 및/또는 유기 용매를 포함한다.

또한 적어도 1개의 음극, 적어도 1개의 양극, 내부에 상기 전극들이 배치된 케이싱 및 전해질 조성물을 포함하는 금속 수소화물 배터리 (전지)가 개시되며, 여기서 양극은 전이 금속, 전이 금속 산화물, 전이 금속 수산화물, 전이 금속 산화물/수산화물 및 전이 금속 플루오린화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 캐소드 활성 물질을 포함하며,

여기서 금속 산화물, 금속 수산화물 및 금속 산화물/수산화물 중에, 니켈은 금속 산화물, 금속 수산화물 및 금속 산화물/수산화물의 총 금속을 기준으로 하여 예를 들어 ≤ 50 또는 ≤ 80 또는 ≤ 85 원자 퍼센트, 예를 들어 ≤ 90 원자 퍼센트의 수준으로 존재할 수 있다.

또한

a) 이온성 액체 및

b) 양성자성 산 및/또는 유기 용매를 포함하는 전해질 조성물이 개시된다.

또한 적어도 1개의 음극, 적어도 1개의 양극, 내부에 상기 전극들이 배치된 케이싱 및 전해질 조성물을 포함하는 금속 수소화물 배터리 (전지)가 개시되며, 배터리는 > 1.2 V (볼트)이며 약 6 V 이하인, 예를 들어 약 1.2 내지 약 6.0 V, 약 1.3 내지 약 6.0 V, 약 1.4 내지 약 6.0 V 또는 약 1.5 내지 약 6.0 V인 공칭 개방-회로 전압을 나타낸다.

금속 수소화물 배터리는 적어도 1개의 음극, 적어도 1개의 양극, 내부에 상기 전극들이 배치된 케이싱 및 전극과 접촉하는 전해질 조성물을 포함한다.

전해질 조성물은 전기화학 전지, 예컨대 금속 수소화물 배터리 (금속 수소화물 전지)에 유용하다. 음극의 활성 물질 (애노드 물질)은 수소를 저장할 수 있는 AB_x 유형 합금을 포함하며, 여기서 x는 약 0.5 내지 약 5이다. 합금은 예를 들어 AB_x 유형 금속 수소화물 (MH) 합금이며, 여기서 일반적으로 A는 수소화물 형성 원소이고, B는 약한 또는 비-수소화물 형성 원소이다. A는 일반적으로 4개 이하의 원자가 전자를 갖는 보다 큰 금속 원자이고, B는 일반적으로 5개 이상의 원자가 전자를 갖는 보다 작은 금속 원자이다. 합금은 수소를 가역적으로 흡착 (충전) 및 탈착 (방전)시킬 수 있다. 예를 들어, MH 합금은 주위 조건 (25℃ 및 1 기압)에서 전기화학적으로 수소를 가역적으로 흡착 및 탈착시킬 수 있다.

AB_x 유형 합금은 예를 들어 다음의 카테고리 (간단한 예를 포함함), 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) 및 A₆B₂₃ (Y₆Fe₂₃)을 갖는다.

금속 수소화물 합금은 Ti, V 및 Mn을 함유하는 합금 (Ti-V-Mn 합금) 및 Ti, V 및 Fe를 함유하는 합금을 포함한다. 예를 들어 약 31 내지 약 46 원자 퍼센트의 Ti, 약 5 내지 약 33 원자 퍼센트의 V 및 약 36 내지 약 53 원자 퍼센트의 Mn 및/또는 Fe를 함유하는 합금이다. 적합한 합금은 예를 들어 미국 특허 번호 4,111,689에 교시되어 있다.

금속 수소화물 합금은 화학식 AB_x의 합금을 포함하며, 여기서 A는 약 50 내지 100 미만의 원자 퍼센트의 Ti를 포함하고 나머지는 Zr 및/또는 Hf이고, B는 약 30 내지 100 미만의 원자 퍼센트의 Ni를 포함하고 나머지는 Cr, V, Nb, Ta, Mo, Fe, Co, Mn, Cu 및 희토류로부터 선택된 1종 이상의 원소이고, x는 약 1 내지 약 3이다. 이들 합금은 예를 들어 미국 특허 번호 4,160,014에 교시되어 있다.

금속 수소화물 합금은 화학식 (TiV₂ _- _xNi_x)_1- _yM_y의 합금 (여기서 x는 약 0.2 내지 약 1.0이고 M은 Al 및/또는 Zr임); 화학식 Ti₂ _- _xZr_xV₄ _- _yNi_y의 합금 (여기서 x는 0 내지 약 1.5이고 y는 약 0.6 내지 약 3.5임); 및 화학식 Ti₁ _- _xCr_xV₂ _- _yNi_y (여기서 x는 0 내지 약 0.75이고 y는 약 0.2 내지 약 1.0임)의 합금을 포함한다. 이들 합금은 예를 들어 미국 특허 번호 4,551,400에 개시된다.

금속 수소화물 합금은 예를 들어 Mg, Ti, V, Zr, Nb, La, Si, Ca, Sc 및 Y로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소 및 Cu, Mn, Fe, Ni, Al, Mo, W, Ti, Re 및 Co로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 포함한다. 예를 들어, MH 합금은 Ti, Mg 및 V로부터 선택된 1종 이상의 원소를 포함할 수 있고, Ni를 포함한다. 유리하게는, MH 합금은 Ti 및 Ni를, 예를 들어 약 1:4 내지 약 4:1의 원자 범위로 포함한다. 유리하게는, MH 합금은 Mg 및 Ni를, 예를 들어 약 1:2 내지 약 2:1의 원자 범위로 포함한다. 적합한 합금은 예를 들어 미국 특허 번호 4,623,597에 개시된다.

MH 합금은 화학식 (Ti₂ _- _xZr_xV₄ _- _yNi_y)_1- _zCr_z의 합금을 포함하며, 여기서 x는 0 내지 약 1.5이고, y는 약 0.6 내지 약 3.5이고 z는 ≤ 0.2이다. 이들 합금은 예를 들어 미국 특허 번호 4,728,586에 교시되어 있다.

금속 수소화물 합금은 예를 들어 V, Ti, Zr 및 Ni (Ti-V-Zr-Ni 합금) 또는 V, Ti, Zr, Ni 및 Cr을 포함한다. 예를 들어, MH 합금은 Ti, V 및 Ni 및 Cr, Zr 및 Al로부터 선택된 1종 이상의 원소를 포함한다. 예를 들어, MH 합금은 V₂₂Ti₁₆Zr₁₆Ni₃₉Cr₇, (V₂₂Ti₁₆Zr₁₆N₃₉Cr₇)₉₅Al₅, (V₂₂Ti₁₆Zr₁₆N₃₉Cr₇)₉₅Mn₅, (V₂₂Ti₁₆Zr₁₆N₃₉Cr₇)₉₅Mo₅, (V₂₂Ti₁₆Zr₁₆N₃₉Cr₇)₉₅Cu₅, (V₂₂Ti₁₆Zr₁₆N₃₉Cr₇)₉₅W₅, (V₂₂Ti₁₆Zr₁₆N₃₉Cr₇)₉₅Fe₅, (V₂₂Ti₁₆Zr₁₆N₃₉Cr₇)₉₅Co₅, V₂₂Ti₁₆Zr₁₆N₃₂Cr₇Co₇, V_20.6Ti₁₅Zr₁₅N₃₀Cr_6.6Co_6.6Mn_3.6Al_2.7 및 V₂₂Ti₁₆Zr₁₆N₂₇ _. ₈Cr₇Co₅ _. ₉Mn₃ _. ₁Al₂ _.2 합금을 포함한다. 예를 들어, MH 합금은 화학식 (V_y _'- _yNi_yTi_x _'- _xZr_xCr_z)_aM_b의 합금을 포함하며, 여기서 y'는 약 3.6 내지 약 4.4이고, y는 약 0.6 내지 약 3.5이고, x'는 약 1.8 내지 약 2.2이고, x는 0 내지 약 1.5이고, z는 0 내지 약 1.44이고, a는 약 70 내지 약 100이고, b는 0 내지 약 30이고 M은 Al, Mn, Mo, Cu, W, Fe 및 Co로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소이다. 값은 원자 퍼센트 (원자%)이다. 적합한 MH 합금은 예를 들어 미국 특허 번호 5,096,667에 교시되어 있다.

MH 합금은 화학식 (금속 합금)_aCo_bMn_cFe_dSn_e의 합금을 포함하며, 여기서 (금속 합금)은 약 0.1 내지 약 60 원자%의 Ti, 약 0.1 내지 약 40 원자%의 Zr, 0 내지 약 60 원자%의 V, 약 0.1 내지 약 57 원자%의 Ni 및 0 내지 약 56 원자%의 Cr을 포함하고; b는 0 내지 약 7.5 원자%이고, c는 약 13 내지 약 17 원자%이고, d는 0 내지 약 3.5 원자%이고 e는 0 내지 약 1.5 원자%이고, 여기서 a+b+c+d+e=100 원자%이다. 적합한 MH 합금은 예를 들어 미국 특허 번호 5,536,591에 교시되어 있다.

금속 수소화물 합금은 LaNi₅ 유형 합금, Ti 및 Ni를 함유하는 합금 및 Mg 및 Ni를 함유하는 합금을 포함한다. Ti 및 Ni 함유 합금은 추가로 Zr, V, Cr, Co, Mn, Al, Fe, Mo, La 또는 Mm (미쉬메탈) 중 1종 이상을 함유할 수 있다. Mg 및 Ni 함유 합금은 추가로 Co, Mn, Al, Fe, Cu, Mo, W, Cr, V, Ti, Zr, Sn, Th, Si, Zn, Li, Cd, Na, Pb, La, Mm, Pd, Pt 및 Ca로부터 선택된 1종 이상의 원소를 함유할 수 있다. 적합한 합금은 예를 들어 미국 특허 번호 5,554,456호에 교시되어 있다.

금속 수소화물 합금은 LaNi₅ 또는 TiNi-기재 합금을 포함한다. 예를 들어, MH 합금은 Ti, V 및 Zr로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 수소화물 형성 원소 및 Ni, Cr, Co, Mn, Mo, Nb, Fe, Al, Mg, Cu, Sn, Ag, Zn 및 Pd로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 포함한다. 예를 들어, MH 합금은 Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm 및 Mm으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 수소화물 형성 원소 및 Ni, Cr, Co, Mn, Fe, Cu, Sn, Al, Si, B, Mo, V, Nb, Ta, Zn, Zr, Ti, Hf 및 W로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 포함한다. MH 합금은 Al, B, C, Si, P, S, Bi, In 및 Sb로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 포함할 수 있다.

MH 합금은 (Mg_xNi₁ _-x)_aM_b 합금을 포함하며, 여기서 M은 Ni, Co, Mn, Al, Fe, Cu, Mo, W, Cr, V, Ti, Zr, Sn, Th, Si, Zn, Li, Cd, Na, Pb, La, Mm, Pd, Pt 및 Ca로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소이고; b는 0 내지 약 30 원자 퍼센트이고, a+b=100 원자 퍼센트이고 x는 약 0.25 내지 약 0.75이다.

MH 합금은 또한 화학식 ZrMo_dNi_e의 합금을 포함하며, 여기서 d는 약 0.1 내지 약 1.2이고 e는 약 1.1 내지 약 2.5이다.

MH 합금은 화학식 ZrMn_wV_xM_yNi_z의 합금을 포함하며, 여기서 M은 Fe 또는 Co이고 w는 약 0.4 내지 약 0.8 원자%이고, x는 약 0.1 내지 약 0.3 원자%이고, y는 0 내지 약 0.2 원자%이고, z는 약 1 내지 약 1.5 원자%이고 w+x+y+z는 약 2 내지 약 2.4 원자%이다.

MH 합금은 화학식 LaNi₅의 합금을 포함하며, 여기서 La 또는 Ni는 약 0.1 내지 약 25 원자 퍼센트로, 란타나이드 이외의, 주기율 Ia, II, III, IV 및 Va 족으로부터 선택된 1종 이상의 금속에 의해 치환된 것이다.

MH 합금은 화학식 TiV₂ _- _xNi_x의 합금을 포함하며, 여기서 x는 약 0.2 내지 약 0.6이다.

MH 합금은 또한 화학식 Ti_aZr_bNi_cCr_dM_x의 합금을 포함하며, 여기서 M은 Al, Si, V, Mn, Fe, Co, Cu, Nb, Ag 및 Pd로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소이고, a는 약 0.1 내지 약 1.4이고, b는 약 0.1 내지 약 1.3이고, c는 약 0.25 내지 약 1.95이고, d는 약 0.1 내지 약 1.4이고, x는 0 내지 약 0.2이고 a+b+c+d= 약 3이다.

MH 합금은 화학식 Ti₁ _- _xZr_xMn₂ _-y- _zCr_yV_z의 합금을 포함하며, 여기서 x는 약 0.05 내지 약 0.4이고, y는 0 내지 약 1.0이고 z는 0 내지 약 0.4이다.

MH 합금은 또한 화학식 LnM₅의 합금을 포함하며, 여기서 Ln은 1종 이상의 란타나이드이고 M은 Ni 및/또는 Co이다.

MH 합금은 예를 들어 약 40 내지 약 75 중량%의 주기율 II, IV 및 V 족으로부터 선택된 1종 이상의 원소 및 Ni, Cu, Ag, Fe 및 Cr-Ni 스틸로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함한다.

MH 합금은 또한 예를 들어 미국 특허 번호 5,840,440에 교시된 바와 같은 주요 텍스쳐 Mm-Ni 시스템을 포함할 수 있다.

금속 수소화물 합금은 예를 들어 V, Ti, Zr, Ni, Cr 및 Mn을 포함한다. 예를 들어, MH 합금은 V, Ti, Zr, Ni, Cr, Mn 및 Al; V, Ti, Zr, Ni, Cr, Mn 및 Sn; V, Ti, Zr, Ni, Cr, Mn 및 Co; V, Ti, Zr, Ni, Cr, Mn, Al, Sn 및 Co를 포함하거나 또는 V, Ti, Zr, Ni, Cr, Mn, Al, Sn, Co 및 Fe를 포함한다. MH 합금은 화학식 (금속 합금)_aCo_bFe_cAl_dSn_e의 합금을 포함하며, 여기서 (금속 합금)은 약 0.1 내지 약 60 원자%의 Ti, 약 0.1 내지 약 40 원자%의 Zr, 0 내지 약 60 원자%의 V, 약 0.1 내지 약 57 원자%의 Ni, 약 5 내지 약 22 원자%의 Mn 및 0 내지 56 원자%의 Cr을 포함하고, b는 약 0.1 내지 약 10 원자%이고, c는 0 내지 약 3.5 원자%이고, d는 약 0.1 내지 10 원자%이고, e는 약 0.1 내지 약 3 원자%이고 a+b+c+d+e=100 원자%이다. 적합한 MH 합금은 예를 들어 미국 특허 번호 6,270,719호에 교시되어 있다.

금속 수소화물 합금은 AB, AB₂, AB₅ 및 A₂B 유형 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 합금을 포함하며, 여기서 A 및 B는 전이 금속, 희토류 또는 그의 조합일 수 있고, 여기서 성분 A는 일반적으로 성분 B보다 수소화물을 형성하는 더 강한 경향성을 갖는다. AB 수소 저장 합금에서, A는 예를 들어 Ti, Zr 및 V로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 포함하고 B는 Ni, V, Cr, Co, Mn, Mo, Nb, Al, Mg, Ag, Zn 및 Pd로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 포함한다. AB 합금은 ZrNi, ZrCo, TiNi, TiCo 및 그의 개질된 형태를 포함한다. A₂B 유형 합금은 Mg₂Ni 및 그의 오브신스키 원칙(Ovshinsky principles)에 따라 개질된 형태를 포함하며, 여기서 Mg 및 Ni 중 하나 또는 둘 다가 전적으로 또는 부분적으로 다중-궤도 개질제로 대체된다. AB₂ 유형 합금은 라베스(Laves) 상 화합물이고, A가 Zr 및 Ti로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 포함하고 B가 Ni, V, Cr, Mn, Co, Mo, Ta 및 Nb로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 포함하는 합금을 포함한다. AB₂ 유형 합금은 오브신스키 원칙에 따라 개질된 합금을 포함한다. AB₅ 금속 수소화물 합금은 A가 란타나이드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 포함하고 B가 1종 이상의 전이 금속을 포함하는 합금을 포함한다. LaNi₅ 및, Ni가 부분적으로 Mn, Co, Al, Cr, Ag, Pd, Rh, Sb, V 및 Pt로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소에 의해 대체되고/되거나 La가 부분적으로 Ce, Pr, Nd, 다른 희토류 및 Mm으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소에 의해 대체된 것인 LaNi₅가 포함된다. 또한 오브신스키 원칙에 따라 개질된 AB₅ 유형 합금이 포함된다. 이러한 합금은 예를 들어 미국 특허 번호 6,830,725에 교시되어 있다.

MH 합금은 TiMn₂ 유형 합금을 포함한다. 예를 들어 금속 수소화물 합금은 Zr, Ti, V, Cr 및 Mn을 포함하며, 여기서 Zr는 약 2 내지 약 5 원자%이고, Ti는 약 26 내지 약 33 원자%이고, V는 약 7 내지 약 13 원자%이고, Cr은 약 8 내지 약 20 원자%이고, Mn은 약 36 내지 약 42 원자%이다. 이들 합금은 추가로 Ni, Fe 및 Al, 예를 들어 약 1 내지 약 6 원자%의 Ni, 약 2 내지 약 6 원자%의 Fe 및 약 0.1 내지 약 2 원자%의 Al로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 포함할 수 있다. 이들 합금은 또한 약 1 원자% 이하의 Mm을 함유할 수 있다. 적합한 합금은 Zr_3.63Ti_29.8V_8.82Cr_9.85Mn_39.5Ni_2.0Fe_5.0Al_1.0Mm_0.4; Zr₃ _. ₆Ti₂₉ _.0V_8. ₉Cr₁₀ _. ₁Mn₄₀ _. ₁Ni₂ _. ₀Fe₅ _. ₁Al₁ _.2; Zr_3.6Ti_28.3V_8.8Cr_10.0Mn_40.7Ni_1.9Fe_5.1Al_1.6 및 Zr₁Ti₃₃V₁₂ _. ₅₄Cr₁₅Mn₃₆Fe₂ _. ₂₅Al₀ _.21을 포함한다. 적합한 합금은 예를 들어 미국 특허 번호 6,536,487에 교시되어 있다.

금속 수소화물 합금은 40 원자% 이상의 화학식 La_aR₁ _-a- _bMg_bNi_c _-d-e의 A₅B₁₉ 유형 구조를 포함할 수 있으며, 여기서 0 ≤ a ≤ 0.5 원자%, 0.1 ≤ b ≤ 0.2 원자%, 3.7 ≤ c ≤ 3.9 원자%, 0.1 ≤ d ≤ 0.3 및 0 ≤ d ≤ 0.2이다. 적합한 합금은 예를 들어 미국 특허 번호 7,829,220에 교시되어 있다.

본 발명의 MH 합금은 적어도 Ni 및 희토류를 함유하는 수소-흡착 합금 입자의 형태로 있을 수 있다. 입자는 표면 층 및 내부를 가질 수 있으며 여기서 표면 층은 내부의 니켈 함량보다 많은 니켈 함량을 갖고, 약 10 nm 내지 약 50 nm의 크기를 갖는 니켈 입자는 표면 층에 존재한다. 금속 수소화물 합금은 화학식 Ln₁ _- _xMg_xNi_a _-b-cAl_bZ_c일 수 있으며, 여기서 Ln은 1종 이상의 희토류 원소이고, Z는 Zr, V, Bn, Ta, Cr, Mo, Mn, Fe, Co, Ga, Zn, Sn, In, Cu, Si, P 및 B 중 1종 이상이고, 0.05 ≤ x ≤ 0.3 원자%, 2.8 ≤ a ≤ 3.9 원자%, 0.05 ≤ b ≤ 0.25 원자% 및 0.01 ≤ c ≤ 0.25이다. 적합한 합금은 예를 들어 미국 특허 번호 8,053,114에 교시되어 있다.

본 발명의 MH 합금은 적어도 A₂B₇ 유형 구조 및 A₅B₁₉ 유형 구조를 함유하는 다중 상을 갖는 결정질 구조 및 벌크의 니켈 함량보다 많은 니켈 함량을 갖는 표면 층을 포함할 수 있다. 금속 수소화물 합금은 화학식 Ln₁ _- _xMg_xNi_y _-a- _bAl_aM_b의 합금을 포함하며, 여기서 Ln은 Y를 포함하는 1종 이상의 희토류이고, M은 Co, Mn 및 Zn 중 1종 이상이고, 여기서 0.1 ≤ x ≤ 0.2 원자%, 3.5 ≤ y ≤ 3.9 원자%, 0.1 ≤ a ≤ 0.3 원자% 및 0 ≤ b ≤ 0.2이다. 적합한 합금은 예를 들어 미국 특허 번호 8,124,281에 개시된다.

금속 수소화물 합금은 화학식 Ln₁ _- _xMg_x(Ni_1-yT_y)_z일 수 있으며, 여기서 Ln은 란타나이드 원소, Ca, Sr, Sc, Y, Ti, Zr 및 Hf로부터 선택된 1종 이상의 원소이고, T는 V, Nb, Ta, Cr, Mo, Mn, Fe, Co, Al, Ga, Zn, Sn, In, Cu, Si, P 및 B로부터 선택된 1종 이상의 원소이고, 여기서 0 < x ≤ 1 원자%, 0 ≤ y ≤ 0.5 원자% 및 2.5 ≤ z ≤ 4.5 원자%이다. 적합한 합금은 예를 들어 미국 특허 번호 8,257,862에 교시되어 있다.

본 발명의 MH 합금은 미국 특허 번호 8,409,753에 교시되어 있는 바와 같은 La, Nd, Mg, Ni 및 Al; La, Nd, Mg, Ni, Al 및 Co; La, Pr, Nd, Mg, Ni 및 Al 또는 La, Ce, Pr, Nd, Ni, Al, Co 및 Mn을 포함할 수 있다.

금속 수소화물 합금은 화학식 Ti_AZr_B _- _XY_XV_CNi_DM_E일 수 있으며, 여기서 A, B, C 및 D는 각각 0 초과 50 이하의 원자%이고, X는 0 초과 4 이하의 원자%이고, M은 Co, Cr, Sn, Al 및 Mn으로부터 선택된 1종 이상의 금속이고 E는 0 내지 30 원자%이다. 적합한 합금은 예를 들어 미국 공개 번호 2013/0277607에 교시되어 있다.

본 발명의 MH 합금은 A₂B₇ 유형 수소 저장 합금을 포함한다. 예를 들어, MH 합금은 A_xB_y 합금일 수 있으며, 여기서 A는 적어도 1종의 희토류 원소를 포함하고, 또한 Mg를 포함하고; B는 적어도 Ni를 포함하고 원자비 x 대 y가 약 1:2 내지 약 1:5, 예를 들어 약 1:3 내지 약 1:4이다. MH 합금은 추가로 B, Co, Cu, Fe, Cr 및 Mn으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 포함할 수 있다. Ni 대 추가의 성분의 원자비는 약 50:1 내지 약 200:1일 수 있다. 희토류는 La, Ce, Nd, Pr 및 Mm을 포함한다. 희토류 대 Mg의 원자비는 약 5:1 내지 약 6:1일 수 있다. B 원소는 추가로 Ni 대 Al의 원자비가 약 30:1 내지 약 40:1일 수 있는 Al을 포함할 수 있다.

금속 수소화물 합금은 AB_x 고용량 수소 저장 합금을 포함하며, 여기서 x는 약 0.5 내지 약 5이고, 이는 ≥ 400 mAh/g, ≥ 425 mAh/g, ≥ 450 mAh/g 또는 ≥ 475 mAh/g의 방전 용량을 갖는다.

금속 수소화물 합금은 마그네슘 (Mg)을 함유하는 고용량 MH 합금, 예를 들어 Mg 및 Ni를 함유하는 AB, AB₂ 또는 A₂B 유형 합금을 포함한다. 예를 들어, MH 합금은 MgNi, MgNi₂ 및 Mg₂Ni를 포함한다. 이러한 Mg 및 Ni 함유 합금은 추가로 희토류 원소 및 전이 금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 포함할 수 있다. 예를 들어, Mg 및 Ni를 함유하는 합금은 추가로 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 및 Ca로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 포함할 수 있다.

예를 들어, MH 합금은 Mg 및 Ni 및 임의로 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 및 Ca로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 포함한다.

Mm은 "미쉬메탈"이다. 미쉬메탈은 희토류 원소의 혼합물이다. 예를 들어, Mm은 La, Nd 및 Pr을 함유하는, 예를 들어 Ce, La, Nd 및 Pr을 함유하는 혼합물이다.

예를 들어, MH 합금은 MgNi, Mg₀ _. ₈Ti₀ _. ₂Ni, Mg₀ _. ₇Ti₀ _. ₃Ni, Mg₀ _. ₉Ti₀ _. ₁Ni, Mg_0.8Zr_0.2Ni, Mg₀ _. ₇Ti₀ _. ₂₂₅La₀ _. ₀₇₅Ni, Mg₀ _. ₈Al₀ _. ₂Ni, Mg₀ _. ₉Ti₀ _. ₁Ni, Mg₀ _. ₉Ti₀ _. ₁NiAl₀ _.05, Mg₀ _. ₀₈Pd₀ _. ₂Ni, Mg_0.09Ti_0.1NiAl_0.05, 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, Mg_2.1Cr_0.1Ni, Mg₂ _. ₀Nb₀ _. ₁Ni, Mg₂ _. ₀Ti₀ _. ₁Ni, Mg₂.₀V_0. ₁Ni, Mg₁ _. ₃Al₀ _. ₇Ni, Mg₁ _. ₅Ti₀ _. ₅Ni, Mg_1.5Ti_0.3Zr_0.1Al_0.1Ni, Mg₁ _. ₇₅Al₀ _. ₂₅Ni 및 (MgAl)₂Ni, Mg₁ _. ₇₀Al₀ _. ₃Ni를 포함한다.

예를 들어, MH 합금은 Mg와 Ni의 합금을 원자비 약 1:2 내지 약 2:1로 포함하며, 추가로 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 및 Ca로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 포함한다. 추가의 원소 또는 원소들은 총 합금을 기준으로 하여, 약 0.1 내지 약 30 원자 퍼센트 (원자%) 또는 약 0.25 내지 약 15 원자% 또는 약 0.5, 약 1, 약 2, 약 3, 약 4 또는 약 5 원자% 내지 약 15 원자%로 존재할 수 있다. Mg 대 Ni의 원자비는 예를 들어 약 1:1이다. 따라서, Mg 및 Ni는 총 합금을 기준으로 하여, 함께 약 70 원자% 내지 약 99.9 원자%로 존재할 수 있다. Mg-Ni MH 합금은 Mg 및 Ni가 함께 100 원자%로 존재하는 추가의 원소를 함유하지 않을 수 있다.

금속 수소화물 합금은 총 합금을 기준으로 하여, Mg 및 Ni가 함께 ≥ 70 원자%의 수준으로 존재하는 경우에 Mg 및 Ni를 약 1:2 내지 약 2:1의 원자비로 포함할 수 있다.

금속 수소화물 합금은 ≥ 20 원자%의 Mg을 포함할 수 있다.

금속 수소화물 합금은 Mg 및 Ni를 약 1:2 내지 약 2:1의 원자비로 포함할 수 있고 추가로 Co 및/또는 Mn을 포함한다. 본 발명의 합금은 Mg₅₂Ni₃₉Co₆Mn₃ 및 Mg₅₂Ni₃₉Co₃Mn₆을 포함한다.

금속 수소화물 합금은 ≥ 90 중량%의 Mg 및 1종 이상의 추가의 원소를 함유할 수 있다. 1종 이상의 추가의 원소는 Ni, Mm, Al, Y 및 Si로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 이들 합금은 예를 들어 약 0.5 내지 약 2.5 중량%의 Ni 및 약 1.0 내지 약 4.0 중량%의 Mm을 함유할 수 있다. 이들 합금은 또한 약 3 내지 약 7 중량%의 Al 및/또는 약 0.1 내지 약 1.5 중량%의 Y 및/또는 약 0.3 내지 약 1.5 중량%의 Si를 함유할 수 있다.

적합한 고용량 MH 합금은 예를 들어 미국 특허 번호 5,506,069, 5,616,432 및 6,193,929에 개시된다.

본 발명의 MH 합금은 예를 들어 적어도 6 중량%의 수소를 저장하고/하거나 300℃에서 5분 이하에 수소의 전체 저장 용량의 적어도 80%를 흡착할 수 있거나; 또는 적어도 6.5 중량%의 수소를 저장하고/하거나 300℃에서 2분 이하에 수소의 전체 저장 용량의 80%를 흡착할 수 있거나; 또는 적어도 6.9 중량%의 수소를 저장할 수 있고/있거나 300℃에서 1.5분 이하에 수소의 전체 저장 용량의 80%를 흡착할 수 있을 수 있다.

금속 수소화물 합금은 화학식 Ti_aZr_b _- _xY_xV_cNi_dM_e의 합금을 포함하며, 여기서 a, b, c 및 d는 각각 0 초과 50 이하의 원자%이고, x는 0 초과 4 이하의 원자%이고, M은 Co, Cr, Sn, Al 및 Mn으로부터 선택된 1종 이상의 금속이고 e는 0 내지 약 30 원자%이다. 이들 합금은 예를 들어 미국 공개 번호 2013/0277607에 개시된다.

양극의 활성 물질 (캐소드 물질)은 충전/방전 반응에 참여한다. 활성 물질은 예를 들어 수산화니켈 활성 물질, 즉 수산화니켈 또는 개질된 수산화니켈이다.

캐소드 물질은 적어도 1종의 개질제를 갖는 다중상 무질서 수산화니켈 물질을 포함할 수 있다. 적어도 1종의 개질제는 예를 들어 금속, 금속성 산화물, 금속성 산화물 합금, 금속 수소화물 및/또는 금속 수소화물 합금이다. 예를 들어, 개질제는 Al, Ba, Ca, F, K, Li, Mg, Na, Sr, Bi, Co, Cr, Cu, Fe, In, LaH₃, Mn, Ru, Sb, Sn, TiH₂, TiO, 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 성분이다. 이러한 물질은 미국 특허 번호 5,348,822에 교시되어 있다.

적합한 캐소드 물질은 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 및 Pb로부터 선택된 적어도 1종의 개질제, 예를 들어 3종의 개질제를 포함하는 무질서 다중상 수산화니켈 매트릭스를 포함할 수 있다. 적합한 캐소드 물질은 예를 들어 미국 특허 번호 5,637,423에 교시되어 있다.

캐소드 물질은 고용체 상태로 1종 이상의 II족 원소 및 Co로 개질된 수산화니켈을 포함할 수 있다. 이러한 물질은 미국 특허 번호 5,366,831에 교시되어 있다.

캐소드 활성 물질은 수산화니켈 및, 코발트, 수산화코발트 및 산화코발트 및 탄소 분말로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 성분을 포함할 수 있다. 캐소드 물질은 추가로 Ca, Sr, Ba, Cu, Ag 또는 Y의 화합물, 예를 들어 Ca(OH)₂, CaO, CaF₂, CaS, CaSO₄, CaSi₂O₅, CaC₂O₄, CaWO₄, SrCO₃, Sr(OH)₂, BaO, Cu₂O, Ag₂O, Y₂(CO₃)₃ 또는 Y₂O₃을 포함할 수 있다. 적합한 캐소드 물질은 예를 들어 미국 특허 번호 5,451,475에 교시되어 있다.

캐소드 활성 물질은 금속 산화물 및, Co, Ca, Ag, Mn, Zn, V, Sb, Cd, Y, Sr, Ba 및 Ca, Sr, Ba, Sb, Y 또는 Zn의 산화물 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 금속 산화물은 예를 들어 산화니켈 및 또는 산화망가니즈이다. 이러한 활성 물질은 미국 특허 번호 5,455,125호에 교시되어 있다.

캐소드 물질은 수산화니켈 및, Y, In, Sb, Ba 및 Be로 이루어진 군으로부터 선택된 추가의 성분, 및 Co 및/또는 Ca를 함유할 수 있다. 이러한 물질은 미국 특허 번호 5,466,543에 개시된다.

캐소드 물질은 황산니켈과 수산화암모늄을 반응시켜 니켈 암모늄 착물을 형성하고; 이어서 착물을 수산화나트륨과 반응시켜 수산화니켈을 형성하는 것에 의해 제조될 수 있다. 방법은 Co, Zn 및 Cd 중 1종 이상을 포함하는 수산화니켈을 제공할 수 있다. 이들 물질은 미국 특허 번호 5,498,403에 교시되어 있다.

캐소드 활성 물질은 미국 특허 번호 5,489,314에 교시된 바와 같은 수산화니켈 및 옥시수산화코발트를 포함할 수 있다.

캐소드 물질은 미국 특허 번호 5,506,070에 교시된 바와 같은 수산화니켈, 일산화코발트 및 원소 아연을 포함할 수 있다.

캐소드 물질은 수산화니켈, 니켈 분말, 제2 분말, 및 코발트, 수산화코발트 및 산화코발트 중 적어도 1종을 포함할 수 있다. 제2 분말은 Ca, Sr, Ba, Cu, Ag 및 Y 중 1종 이상을 함유한다. 이러한 물질은 미국 특허 번호 5,571,636에 교시되어 있다.

캐소드 활성 물질은 그 안에 적어도 부분적으로 포매된 전도성 물질을 갖는 수산화니켈 또는 수산화망가니즈의 입자를 포함할 수 있다. 전도성 물질은 예를 들어 니켈, 니켈 합금, 구리, 구리 합금; 금속 산화물, 질화물, 탄화물, 규화물 또는 붕소화물; 또는 탄소 (흑연)일 수 있다. 이들 물질은 미국 특허 번호 6,177,213에 개시된다.

캐소드 물질은 Al, Bi, Ca, Co, Cr, Cu, Fe, In, La, 희토류, Mg, Mn, Ru, Sb, Sn, Ti, Ba, Si, Sr 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 3종의 개질제를 함유하는 수산화니켈 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 수산화니켈 입자는 적어도 4종의 개질제, 예를 들어 Ca, Co, Mg 및 Zn을 함유할 수 있다. 이러한 물질은 미국 특허 번호 6,228,535에 개시된다.

활성 캐소드 물질은 예를 들어 수산화니켈 및 탄소 물질, 예컨대 흑연을 포함한다. 활성 물질은 또한 중합체성 결합제를 포함할 수 있다. 중합체성 결합제는 예를 들어 열가소성 유기 중합체이며, 예를 들어 폴리비닐 알콜 (PVA), 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 폴리부틸렌 옥시드, 메틸 셀룰로스, 카르복시메틸 셀룰로스, 히드록시에틸 셀룰로스, 히드록시프로필 셀룰로스, 히드록시프로필메틸 셀룰로스, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이소부틸렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 플루오린화 에틸렌 프로필렌 (FEP), 퍼플루오로알콕시 (PFA), 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐 이소부틸에테르, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메타크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트, 알릴 아세테이트, 폴리스티렌, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리옥시메틸렌, 폴리옥시에틸렌, 폴리시클릭 티오에테르, 폴리디메틸실록산, 폴리에스테르, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카르보네이트 및 폴리아미드로 이루어진 군으로부터 선택된다. 상기의 블렌드 및 공중합체가 또한 적합하다. 중합체성 결합제는 또한 엘라스토머 또는 고무, 예컨대 스티렌-부타디엔 공중합체, 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체, 스티렌-이소프렌 블록 공중합체, 스티렌-이소프렌-스티렌 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌-스티렌-부타디엔 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체 또는 스티렌-아크릴로니트릴-부타디엔-메틸 아크릴레이트 공중합체일 수 있다. 적합한 활성 물질은 예를 들어 미국 특허 번호 6,617,072에 교시되어 있다.

캐소드 활성 물질은 미국 특허 번호 7,396,379에 교시된 바와 같은 수산화니켈 및 옥시수산화니켈을 함유할 수 있다.

일반적으로, 캐소드 활성 물질 입자는 소결 또는 페이스트 전극으로 형성된다. 페이스트 전극은 물질을 다양한 첨가제 및/또는 결합제와 혼합하고 페이스트를 전도성 지지체에 적용함으로써 제조될 수 있다. 바람직하게는, 1종 이상의 코발트 첨가제를 페이스트 전극에 첨가한다. 코발트 첨가제는 전도성을 증진시키고 활용을 개선하고 양극의 전기 저항을 감소시키기 위해 Co 및/또는 CoO를 포함할 수 있다.

일반적으로, 캐소드 활성 물질은 수산화니켈 또는 개질된 수산화니켈이다. 개질된 수산화니켈은 1종 이상의 개질제, 예컨대 Co, Cd, Ag, V, Sb, Ca, Mg, Al, Bi, Cr, Cu, Fe, In, 희토류, Mn, Ru, Sn, Ti, Ba, Si, Sr 또는 Zn을 함유할 수 있다. 적합한 개질된 수산화니켈은 (Ni,Co,Zn)(OH)₂, 예를 들어 구형 분말 형태이다. 개질된 수산화니켈에서, 니켈은 일반적으로 금속을 기준으로 하여 ≥ 80의 원자 퍼센트의 수준, 예를 들어 ≥ 90의 원자 퍼센트로 존재한다.

예를 들어, MH 배터리는 수소를 가역적으로 저장할 수 있는 AB_x 유형 합금을 포함하는 적어도 1개의 음극을 포함하고 수산화니켈 또는 개질된 수산화니켈 활성 물질을 포함하는 적어도 1개의 양극을 포함한다.

양극으로부터 음극을 분리하는 분리기가 존재할 수 있다. 분리기는 예를 들어 천연 또는 합성 섬유의 부직 웨브이다. 천연 섬유는 면직물을 포함한다. 합성 섬유는 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리프로필렌 (PP), 폴리에틸렌 (PE), PP/PE 공중합체, 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 폴리비닐클로라이드 및 유리를 포함한다.

이온성 액체는 ≤ 100℃의 융점을 나타내는 이온성 화합물이다.

이온성 액체의 양이온은 암모늄 및 포스포늄 이온을 포함한다.

예를 들어, 이온성 액체는 화학식 (a)-(h)로 이루어진 군으로부터 선택된 양이온을 함유할 수 있다.

여기서

각각의 R은 독립적으로 수소, C₁-C₁₆알킬 또는 히드록시C₁-C₁₆알킬, 예를 들어 메틸, 에틸, 히드록시에틸 또는 프로필이고

X는 CH₂, O, S 또는 NR이고, 여기서 R은 수소 또는 C₁-C₁₆알킬, 예를 들어 수소, 메틸, 에틸 또는 프로필이다.

암모늄 이온의 예는 양성자성 이온, 예컨대 NH₄ ⁺ (암모늄), 메틸암모늄, 에틸암모늄, 디메틸암모늄, 디에틸암모늄, 트리메틸암모늄 (NMe₃H⁺), 트리에틸암모늄, 트리부틸암모늄, 디에틸메틸암모늄, 히드록시에틸암모늄, 메톡시메틸암모늄, 디부틸암모늄, 메틸부틸암모늄, 아닐리늄, 피리디늄, 2-메틸피리디늄, 이미다졸륨, 1-메틸이미다졸륨, 1,2-디메틸이미다졸륨, 이미다졸리늄, 1-에틸이미다졸륨, 1-(4-술포부틸)-3-메틸이미다졸륨, 1-알릴이미다졸륨, 퀴놀리늄, 이소퀴놀리늄, 피롤리늄, 피롤리니늄 및 피롤리디늄을 포함한다.

암모늄 이온의 예는 또한 비양성자성 이온, 예컨대 1-부틸-1-메틸피롤리디늄, 테트라메틸암모늄, 테트라에틸암모늄, 테트라-n-부틸암모늄, n-부틸-트리-에틸암모늄, 벤질-트리-메틸암모늄, 트리-n-부틸메틸암모늄, 벤질-트리-에틸암모늄, 1-메틸피리디늄, 1-부틸-3,5-디메틸피리디늄, 1,2,4-트리메틸피라졸륨, 트리메틸히드록시에틸암모늄 (콜린), 트리-(히드록시에틸)메틸암모늄, 디메틸-디(폴리옥시에틸렌)암모늄, 1,2,3-트리메틸이미다졸륨, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨, 1-에틸-2,3-디메틸이미다졸륨, 1-알릴-3-메틸이미다졸륨, 1-히드록시에틸-3-메틸이미다졸륨, 1,3-디메틸이미다졸륨, 1-에틸-1-메틸피페리디늄, 4-에틸-4-메틸모르폴리늄, 1-(시아노메틸)-3-메틸이미다졸륨, 1-(3-시아노프로필)피리디늄, 1,3-비스(시아노메틸)이미다졸륨, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨 및 1-에틸-3-메틸이미다졸륨을 포함한다.

피롤리늄은 피롤의 암모늄이고, 피롤리니늄은 피롤린의 암모늄이고 피롤리디늄은 피롤리딘의 암모늄이다. 피롤린은 1-, 2- 또는 3-피롤린일 수 있고, 따라서 1-, 2- 또는 3-피롤린의 암모늄 양이온이 포함된다.

포스포늄 이온의 예는 메틸트리페닐포스포늄, 테트라페닐포스포늄, 테트라부틸포스포늄, 트리부틸메틸포스포늄, 트리에틸메틸포스포늄, 트리헥실테트라데실포스포늄, 트리페닐프로필포스포늄 및 테트라키스(히드록시메틸)포스포늄을 포함한다.

예를 들어, 이온성 액체의 적합한 양이온은 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄 및 트리헥실(테트라데실)포스포늄을 포함한다.

이온성 액체의 음이온은 카르복실레이트, 이미드, 메티드, 니트레이트, 비플루오라이드, 할라이드, 보레이트, 포스페이트, 포스피네이트, 포스포네이트, 술포네이트, 술페이트, 카르보네이트 및 알루미네이트를 포함한다.

이온성 액체는

[F_zB(C_mF_2m+1)₄ _-z]^-,

[F_yP(C_mF_2m+1)₆ _-y]^-,

[(C_mF_2m+1)₂P(O)O]^-,

[C_mF_2m ₊ ₁P(O)O₂] ^2-,

[O-C(O)-C_mF_2m ₊₁]^-,

[O-S(O)₂-C_mF_2m ₊₁]^-,

[N(C(O)-C_mF_2m ₊ ₁)₂]^-,

[N(S(O)₂-C_mF_2m+1)₂]^-,

[N(C(O)-C_mF_2m+1)(S(O)₂-C_mF_2m+1)]^-,

[N(C(O)-C_mF_2m+1)(C(O)F)]^-,

[N(S(O)₂-C_mF_2m+1)(S(O)₂F)]^-,

[N(S(O)₂F)₂]^-,

[C(C(O)-C_mF_2m ₊ ₁)₃]^-,

[C(S(O)₂-C_mF_2m+1)₃]^-,

로 이루어진 군으로부터 선택된 음이온을 함유할 수 있으며,

여기서

y는 1 내지 6의 정수이고,

m은 1 내지 8의 정수, 예를 들어 1 내지 4이고,

z는 1 내지 4의 정수이고,

X는 B 또는 Al이고

Rw, Rx, Ry 및 Rz는 독립적으로 할로겐, C₁-C₂₀알킬, 부분적으로 또는 완전히 플루오린화된 C₁-C₂₀알킬, C₁-C₂₀알콕시, 부분적으로 또는 완전히 플루오린화된 C₁-C₂₀알콕시, C₁-C₂₀알킬-COO 또는 부분적으로 또는 완전히 플루오린화된 C₁-C₂₀알킬-COO이고

O⌒O는 독립적으로 1,2- 또는 1,3-디올, 1,2- 또는 1,3-디카르복실산의 -OH 기 또는 1,2- 또는 1,3-히드록시카르복실산으로부터 유도된 두자리 기이고

여기서 임의의 1개의 CF₂ 기는 O, S(O)₂, NR 또는 CH₂에 의해 대체될 수 있다.

이온성 액체의 음이온은 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 ^-, 퍼플루오로알킬카르복실레이트, 퍼플루오로알킬술포네이트, 비스(퍼플루오로알킬술포닐)이미드, (퍼플루오로알킬술포닐)(퍼플루오로알킬카르복실)이미드, 트리스(퍼플루오로알킬술포닐)메티드, 트리플루오로아세테이트, 트리플루오로메탄술포네이트 (트리플레이트), 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 트리스(트리플루오로메틸술포닐)메티드, 테트라플루오로보레이트, 스피로-옥소 보레이트 및 스피로-옥소 포스페이트, 예를 들어 비스옥살레이토보레이트 (BOB), 디플루오로옥살레이토보레이트 (dFOB), 디(트리플루오로아세테이토)옥살레이토보레이트 (d(Ac)OB), 트리스옥살레이토포스페이트, 테트라플루오로옥살레이토포스페이트 및 디(트리플루오로아세테이토)옥살레이토알루미네이트를 포함할 수 있다.

카르복실레이트 음이온은 화학식 RCOO^-을 갖는 것을 포함하며, 여기서 R은 수소 또는 히드로카르빌이고 포르메이트, 아세테이트 (에타노에이트), 프로파노에이트, n-부타노에이트, i-부타노에이트, n-펜타노에이트, i-펜타노에이트, 옥타노에이트, 데카노에이트, 벤조에이트, 살리실레이트, 티오살리실레이트, 2-, 3- 또는 4-니트로벤조에이트; 시트레이트, 옥살레이트, 타르트레이트, 글리콜레이트, 글루코네이트, 말레이트, 만델레이트, 니트릴로트리아세트산의 카르복실레이트, N-(2-히드록시에틸)-에틸렌디아민트리아세트산의 카르복실레이트, 에틸렌디아민테트라아세트산의 카르복실레이트, 디에틸렌트리아민펜타아세트산의 카르복실레이트 및 할로알킬카르복실레이트, 예컨대 플루오로아세테이트, 디플루오로아세테이트, 트리플루오로아세테이트, 클로로아세테이트, 디클로로아세테이트 및 트리클로로아세테이트를 포함한다.

이미드 음이온은 디시안아미드, N(SO₂F)₂ ^- ((비스플루오로술포닐)이미드), 비스(퍼플루오로알킬술포닐)이미드, 예컨대 [N(SO₂CF₃)₂]^- (비스트리플이미드), 비스(펜타플루오로에틸술포닐)이미드 및 N(CF₃SO₂)(CF₃(CF₂)₃SO₂)^-및 (퍼플루오로알킬술포닐)(퍼플루오로알킬카르복실)이미드를 포함한다.

메티드는 트리스(퍼플루오로알킬술포닐)메티드, 예컨대 트리스(트리플루오로메틸술포닐)메티드, C(CF₃SO₂)₃ ^-을 포함한다.

비플루오라이드는 HF₂ ^-이다.

할라이드는 클로라이드, 브로마이드, 아이오다이드 또는 플루오라이드이다.

보레이트는 오르토보레이트, 테트라히드록시보레이트, 테트라보레이트, 테트라페닐보레이트, [B(3,5-(CF₃)₂C₆H₃)₄]^- (BARF), B(C₂O₄)₂ ^- (비스(옥살레이토)보레이트) (BOB), 디플루오로(옥살레이토)보레이트 (dFOB), 디(트리플루오로아세테이토)옥살레이토보레이트 (D(Ac)OB), B(C₆F₅)₄ ^- 및 BF₄ ^- (테트라플루오로보레이트)를 포함한다.

포스페이트는 디히드로겐 포스페이트, 히드로겐 포스페이트, 알킬 포스페이트, 디알킬 포스페이트, 포스페이트, PF₆ ^- (헥사플루오로포스페이트), HPO₃F^- (플루오로히드로겐 포스페이트), 트리스옥살레이토포스페이트 (TOP), 테트라플루오로옥살레이토포스페이트 (TFOP) 및 플루오로(퍼플루오로알킬)포스페이트, 예컨대 F₂P(C₂F₅)₄ ^-, F₃P(C₂F₅)₃ ^- (트리스(펜타플루오로에틸)트리플루오로포스페이트 또는 FAP), F₄P(C₂F₅)₂ ^-, F₂P(C₃F₇)₄ ^-, F₃P(C₃F₇)₃ ^-, F₄P(C₃F₇)₂ ^-, F₂P(C₄F₉)₄ ^-, F₃P(C₄F₉)₃ ^- 및 F₄P(C₄F₉)₂ ^-를 포함한다.

술포네이트는 알킬, 아릴술포네이트 및 퍼플루오로알킬술포네이트, 예를 들어 트리플루오로메탄술포네이트 (트리플레이트), p-톨루엔술포네이트 (토실레이트) 또는 메탄술포네이트 (메실레이트)를 포함한다.

술페이트는 히드로겐술페이트, 술페이트, 티오술페이트 및 알킬술페이트, 예컨대 메틸술페이트 및 에틸술페이트를 포함한다.

카르보네이트 음이온은 예를 들어 카르보네이트, 히드로겐카르보네이트 또는 알킬카르보네이트, 예컨대 메틸카르보네이트, 에틸카르보네이트 또는 부틸카르보네이트이다.

알루미네이트는 Al(OC(CF₃)₃)₄ ^-, 디(트리플루오로아세테이토)옥살레이토알루미네이트 (d(Ac)OAl), 테트라클로로알루미네이트, 테트라플루오로알루미네이트, 테트라아이오도알루미네이트 및 테트라브로모알루미네이트를 포함한다.

이온성 액체는 양성자성 화합물, 예컨대 디에틸메틸암모늄 트리플루오로메탄술포네이트 (DEMA TfO), 에틸암모늄 니트레이트, 트리에틸암모늄 메탄술포네이트, 2-메틸피리디늄 트리플루오로메탄술포네이트, 암모늄 플루오라이드, 메틸암모늄 니트레이트, 히드록시에틸암모늄 니트레이트, 에틸암모늄 니트레이트, 디메틸암모늄 니트레이트, 1-메틸이미다졸륨 니트레이트, 1-에틸이미다졸륨 니트레이트, t-부틸암모늄 테트라플루오로보레이트, 히드록시에틸암모늄 테트라플루오로보레이트, 메틸부틸암모늄 테트라플루오로보레이트, 트리에틸암모늄 테트라플루오로보레이트, 이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, 1-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, 1,2-디메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, t-부틸암모늄 트리플레이트, 2-플루오로피리디늄 트리플레이트, 히드록시에틸암모늄 트리플레이트, 1,2-디메틸이미다졸륨 트리플레이트, 이미다졸륨 트리플레이트, 1-메틸이미다졸륨 히드로겐술페이트, 1-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-메틸이미다졸륨 트리플레이트, 히드로늄 트리플레이트, 메틸암모늄 메실레이트, 에틸암모늄 메실레이트, 부틸암모늄 메실레이트, 메톡시에틸암모늄 메실레이트, 디메틸암모늄 메실레이트, 디부틸암모늄 메실레이트, 트리에틸암모늄 메실레이트, 디메틸에틸암모늄 메실레이트, 히드로늄 히드로겐술페이트, 암모늄 히드로겐술페이트, 메틸암모늄 히드로겐술페이트, 에틸암모늄 히드로겐술페이트, 프로필암모늄 히드로겐술페이트, n-부틸암모늄 히드로겐술페이트, t-부틸암모늄 히드로겐술페이트, 디메틸암모늄 히드로겐술페이트, 디에틸암모늄 히드로겐술페이트, 디-n-부틸암모늄 히드로겐술페이트, 메틸부틸암모늄 히드로겐술페이트, 에틸부틸암모늄 히드로겐술페이트, 트리메틸암모늄 히드로겐술페이트, 트리에틸암모늄 히드로겐술페이트, 트리부틸암모늄 히드로겐술페이트, 디메틸에틸암모늄 히드로겐술페이트, 디부틸암모늄 플루오로히드로겐 포스페이트, 트리에틸암모늄 플루오로히드로겐 포스페이트, 트리부틸암모늄 플루오로히드로겐 포스페이트, 히드로늄 디히드로겐 포스페이트, 메틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 에틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 프로필암모늄 디히드로겐 포스페이트, n-부틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 메톡시에틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 디메틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 디부틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 메틸부틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 암모늄 비플루오라이드, 메틸암모늄 비플루오라이드, 에틸암모늄 비플루오라이드 또는 디메틸암모늄 비플루오라이드를 포함한다.

이온성 액체는 비양성자성 화합물, 예컨대 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 트리플루오로메탄술포네이트 (EMIM TfO), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트 (EMIM BF₄), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드 (EMIM TFSI), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트 (EMIM Ac), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 트리플루오로메탄술포네이트 (BMIM TfO), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트 (BMIM Ac), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드 (BMIM TFSI), 트리-n-부틸메틸암모늄 메틸술페이트, 1-에틸-2,3-디메틸이미다졸륨 에틸술페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 티오시아네이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라클로로알루미네이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 메틸술페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 메탄술포네이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 히드로겐카르보네이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 히드로겐술페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1,2,3-트리메틸이미다졸륨 메틸술페이트, 트리스-(히드록시에틸)메틸암모늄 메틸술페이트, 1,2,4-트리메틸피라졸륨 메틸술페이트, 1,3-디메틸이미다졸륨 히드로겐카르보네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 히드로겐카르보네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라클로로알루미네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 티오시아네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 메탄술포네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 히드로겐술페이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 에틸술페이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 니트레이트, 1-부틸피리디늄 클로라이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 디시안아미드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트, 1-부틸-3,5-디메틸피리디늄 브로마이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 비스(펜타플루오로에틸술포닐)이미드, 1-에틸-2,3-디메틸이미다졸륨 메틸카르보네이트, 카르복시메틸-트리부틸포스포늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, N-카르복시에틸-메틸피롤리디늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, N-카르복시메틸-트리메틸암모늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, N-카르복시메틸-메틸피리디늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 헥실트리메틸암모늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 테트라부틸포스포늄 메탄술포네이트, 트리에틸메틸암모늄 메틸카르보네이트, 1-에틸-1-메틸피페리디늄 메틸카르보네이트, 4-에틸-4-메틸모르폴리늄 메틸카르보네이트, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄 메틸카르보네이트, 트리에틸메틸암모늄 디부틸포스페이트, 트리부틸메틸포스포늄 디부틸포스페이트, 트리에틸메틸포스포늄 디부틸포스페이트, 테트라부틸포스포늄 테트라플루오로보레이트, 테트라부틸포스포늄 p-톨루엔술포네이트, 트리부틸메틸포스포늄 메틸카르보네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 히드로겐카르보네이트, 트리부틸메틸암모늄 메틸카르보네이트, 트리부틸메틸암모늄 디부틸포스페이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 디부틸포스페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 디부틸포스페이트, 1-(시아노메틸)-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-(3-시아노프로필)-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-(3-시아노프로필)-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 1-(3-시아노프로필)-3-메틸이미다졸륨 디시안아미드, 1-(3-시아노프로필)피리디늄 클로라이드, 1-(3-시아노프로필)피리디늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 1,3-비스(시아노메틸)이미다졸륨 클로라이드, 1,3-비스(시아노메틸)이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 1,3-비스(시아노프로필)이미다졸륨 클로라이드, 1,3-비스(3-시아노프로필)이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 브로마이드, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 브로마이드, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 트리부틸메틸포스포늄 메틸술페이트, 트리에틸메틸포스포늄 디부틸포스페이트, 트리헥실테트라데실포스포늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 트리헥실테트라데실포스포늄 비스(2,4,4-트리메틸페닐)포스피네이트, 트리헥실테트라데실포스포늄 브로마이드, 트리헥실테트라데실포스포늄 클로라이드, 트리헥실테트라데실포스포늄 데카노에이트, 트리헥실테트라데실포스포늄 디시안아미드, 3-(트리페닐포스포니오)프로판-1-술포네이트 또는 3-(트리페닐포스포니오)프로판-1-술폰산 토실레이트를 포함한다.

히드로카르빌은 예를 들어 알킬, 알케닐, 시클로알킬, 시클로알케닐, 아릴 또는 아르알킬이고, 이들 각각은 할로겐, 히드록시, C₁-C₄알콕시, 티오, C₁-C₄알킬티오, 아미노, C₁-C₄알킬아미노, 디-C₁-C₄알킬아미노, 니트로, 시아노, -COOH 및 -COO^-로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 이상의 기에 의해 치환될 수 있다. 히드로카르빌은 또한 -O-, -S-, -NH- 및 -N(C₁-C₄알킬)-로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 이상의 기에 의해 개재될 수 있다. 히드로카르빌은 상기 기 중 1개 이상에 의해 치환될 수 있을 뿐만 아니라 상기 기 중 1개 이상에 의해 개재될 수 있다. 예를 들어 알킬, 알케닐, 시클로알킬, 시클로알케닐, 아릴 또는 아르알킬은 클로로, 히드록시, 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 티오, 메틸티오, 메틸아미노, 에틸아미노, 프로필아미노, 부틸아미노, 디메틸아미노, 디에틸아미노, 디프로필아미노, 디부틸아미노, -COOH, -COO^-, 시아노 및 니트로로 이루어진 군으로부터 선택된 1 내지 3개의 기에 의해 치환될 수 있고/있거나 -O-, -S-, -NH- 및 -N(C₁-C₄알킬)-로 이루어진 군으로부터 선택된 1 내지 3개의 기에 의해 개재될 수 있다.

알킬은 예를 들어 1 내지 25개의 탄소 원자이고, 분지형 또는 비분지형이고 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, n-부틸, sec-부틸, 이소부틸, tert-부틸, 2-에틸부틸, n-펜틸, 이소펜틸, 1-메틸펜틸, 1,3-디메틸부틸, n-헥실, 1-메틸헥실, n-헵틸, 이소헵틸, 1,1,3,3-테트라메틸부틸, 1-메틸헵틸, 3-메틸헵틸, n-옥틸, 2-에틸헥실, 1,1,3-트리메틸헥실, 1,1,3,3-테트라메틸펜틸, 노닐, 데실, 운데실, 1-메틸운데실, 도데실, 1,1,3,3,5,5-헥사메틸헥실, 트리데실, 테트라데실, 펜타데실, 헥사데실, 헵타데실, 옥타데실, 이코실 및 도코실을 포함한다.

부분적으로 또는 완전히 플루오린화되는 것은 알킬의 1개, 1개 초과, 또는 모든 수소가 플루오로로 대체되는 것을 의미한다. 퍼플루오로알킬은 알킬의 모든 수소가 플루오로로 대체되는 것 (완전히 플루오린화됨)을 의미한다.

알케닐은 알킬의 불포화 버전, 예를 들어 알릴이다.

시클로알킬은 시클로펜틸, 메틸시클로펜틸, 디메틸시클로펜틸, 시클로헥실, 메틸시클로헥실, 디메틸시클로헥실, 트리메틸시클로헥실, tert-부틸시클로헥실, 시클로헵틸 또는 시클로옥틸을 포함한다.

시클로알케닐은 시클로알킬의 불포화 버전이다.

아릴은 페닐, o-, m- 또는 p-메틸페닐, 2,3-디메틸페닐, 2,4-디메틸페닐, 2,5-디메틸페닐, 2,6-디메틸페닐, 3,4-디메틸페닐, 3,5-디메틸페닐, 2-메틸-6-에틸페닐, 4-tert-부틸페닐, 2-에틸페닐 또는 2,6-디에틸페닐을 포함한다.

아르알킬은 벤질, α-메틸벤질, α,α-디메틸벤질 및 2-페닐에틸을 포함한다.

할로겐은 Cl, Br, I 또는 F이다.

적합한 이온성 액체는 또한 예를 들어 미국 공개 번호 2011/0045359 및 2014/0193707에 기재된다.

브뢴스테드 산으로도 불리는 양성자성 산은 예를 들어 약 5 이하의 pKa를 갖는다.

양성자성 산은 무기 산, 예컨대 염산, 질산, 인산, 황산, 붕산, 플루오린화수소산, 브로민화수소산, 아이오딘화수소산, 과염소산 및 과아이오딘산을 포함한다.

양성자성 산은 또한 비술페이트, 예컨대 중황산나트륨, 중황산칼륨 및 중황산암모늄을 포함한다.

양성자성 산은 또한 HAsF₆, HBF₄, H(OEt₂)BF₄, HPF₆, H[N(SO₂CF₃)₂] 또는 H[N(SO₂CF₂CF₃)₂]를 포함한다.

양성자성 산은 유기 산을 포함한다. 유기 산은 화학식 RCOOH의 카르복실산을 포함하며, 여기서 R은 수소 또는 히드로카르빌이다.

카르복실산은 포름산, 아세트산, 플루오로아세트산, 디플루오로아세트산, 트리플루오로아세트산, 클로로아세트산, 디클로로아세트산, 트리클로로아세트산, 프로판산, 부티르산, 3-메틸부탄산, 발레르산, 헥산산, 헵탄산, 카프릴산, 노난산, 벤조산, 살리실산, 2-, 3- 또는 4-니트로벤조산; 시트르산, 옥살산, 타르타르산, 글리콜산, 글루콘산, 말산, 만델산, 니트릴로트리아세트산, N-(2-히드록시에틸)-에틸렌디아민트리아세트산, 에틸렌디아민테트라아세트산 및 디에틸렌아민펜타아세트산을 포함한다.

유기 산은 또한 화학식 RSO₃H의 술폰산 (여기서 R은 알킬 또는 아릴 또는 1 내지 3개의 할로겐으로 치환된 알킬 또는 아릴임), 예컨대 p-톨루엔술폰산, 페닐술폰산, 메탄술폰산 및 트리플루오로메탄술폰산을 포함한다.

양성자성 산은 또한 고 비-배위 이온, 예컨대 브룩하트(Brookhart)의 산 (BARF 산), [H(OEt₂)₂][B[3,5-(CF₃)₂C₆H₃]₄]의 옥소늄 이온일 수 있다. 다른 예는 [H(OEt₂)₂][B(C₆F₅)₄] (옥소늄 산) 및 [H(OEt₂)₂][Al(OC(CF₃)₃)₄]를 포함한다. 이러한 경우에 양이온은 양성자화 디에틸 에테르 (디에틸 에테르 옥소늄)이다. 대안적으로, 양이온은 다른 양성자화 에테르, 예를 들어 양성자화 테트라히드로푸란 (THF)일 수 있다.

적합한 유기 용매는 예를 들어 유기 카르보네이트, 에테르, 글림, 오르토 에스테르, 폴리알킬렌 글리콜, 에스테르, 락톤, 글리콜, 포르메이트, 술폰, 술폭시드, 아미드, 알콜, 케톤, 니트로 용매, 니트릴 용매 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.

유기 카르보네이트는 시클릭 또는 비시클릭이고 에틸렌 카르보네이트 (EC), 프로필렌 카르보네이트 (PC), 트리메틸렌 카르보네이트, 1,2-부틸렌 카르보네이트 (BC), 디메틸 카르보네이트 (DMC), 디에틸 카르보네이트 (DEC), 에틸메틸 카르보네이트 (EMC), 비닐렌 카르보네이트, 디플루오로에틸렌 카르보네이트 및 모노플루오로에틸렌 카르보네이트를 포함한다.

에테르 및 글림은 디메톡시메탄 (DMM), 디에톡시메탄, 1,2-디메톡시에탄 (DME 또는 에틸렌글리콜 디메틸에테르 또는 글림), 디글림, 트리글림, 테트라글림, 에틸렌글리콜 디에틸에테르 (DEE), 에틸렌글리콜 디부틸에테르, 디에틸렌글리콜 디에틸에테르, 테트라히드로푸란 (THF), 2-메틸테트라히드로푸란 (2-MeTHF), 1,3-디옥산, 1,3-디옥솔란 (DIOX), 4-메틸-1,3-디옥솔란 (4-MeDIOX), 2-메틸-1,3-디옥솔란 (2-MeDIOX), 1,4-디옥산, 디메틸에테르, 에틸메틸에테르, 디에틸에테르, 디-n-부틸에테르, 디-t-부틸에테르, 디-이소프로필에테르, 메틸-t-부틸에테르, 에틸-t-부틸에테르 및 t-아밀-메틸에테르를 포함한다.

오르토 에스테르는 트리메톡시메탄, 트리에톡시메탄, 1,4-디메틸-3,5,8-트리옥사비시클로[2.2.2]옥탄 및 4-에틸-1-메틸-3,5,8-트리옥사비시클로[2.2.2]옥탄을 포함한다.

폴리알킬렌 글리콜은 C₁-C₄알킬렌 글리콜의 단독- 또는 코올리고머 또는 단독- 또는 공중합체이다. 예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜 (PEG) 또는 모노메틸, 디메틸 또는 디에틸 (말단-캡핑된) 폴리에틸렌 글리콜이다. 폴리알킬렌 글리콜의 중량 평균 분자량 (Mw)은 예를 들어 약 200 내지 약 1200 g/mol, 약 200 내지 약 1000 g/mol, 약 200 내지 약 900 g/mol, 약 200 내지 약 700 g/mol 또는 약 200 내지 약 500 g/mol이다. 4개 단량체 및 그 초과의 올리고머, 예를 들어 테트라에틸렌 글리콜, 플루오린화 테트라에틸렌 글리콜 및 테트라프로필렌 글리콜이 포함된다. 예를 들어 PEG 200, PEG 300, PEG 400, PEG 500, PEG 600, PEG 700, PEG 800, PEG 900 또는 PEG 1000이다.

에스테르 및 락톤은 γ-부티로락톤 (GBL), γ-발레로락톤, δ-발레로락톤, 에틸 아세테이트 (EA), 2-메톡시에틸 아세테이트, 2-에톡시에틸 아세테이트, 2-부톡시에틸 아세테이트, 2-(2-부톡시에톡시)에틸 아세테이트 (디에틸렌 글리콜 부틸 에테르 아세테이트, DBA), 에틸렌 글리콜 디아세테이트 (EGDA), 3-에톡시 에틸 프로피오네이트 (EEP), 메틸 부티레이트 (MB), n-아밀 아세테이트 (NAAC), 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트 (PMA), 에틸 부티레이트 (EB), 디에틸 말로네이트, 디메틸 말로네이트 및 이염기성 에스테르 혼합물 (DBE)을 포함한다.

이염기성 에스테르 혼합물은 예를 들어 아디프산, 글루타르산 및 숙신산의 메틸 에스테르를 포함한다.

글리콜은 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 2-프로폭시에탄올, 2-이소프로폭시에탄올, 2-부톡시에탄올 (에틸렌 글리콜 부틸 에테르, EB), 2-페녹시에탄올, 2-벤질옥시에탄올, 2-(2-메톡시에톡시)에탄올, 2-(2-에톡시에톡시)에탄올, 2-(2-부톡시에톡시)에탄올 (디에틸렌 글리콜 부틸 에테르, DB), 프로필렌 글리콜 부틸 에테르 (PB), 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 (PM), 트리에틸렌 글리콜 (TEG), 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르 (DPM), 디에틸렌 글리콜 메틸 에테르, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 퍼플루오로-1,4-부탄디올, 퍼플루오로-1,5-부탄디올, 플루오린화 디에틸렌 글리콜 메틸 에테르, 플루오린화 트리에틸렌 글리콜, 플루오린화 트리에틸렌 글리콜 메틸 에테르 및 플루오린화 디에틸렌 글리콜 부틸 에테르를 포함한다.

포르메이트는 메틸 포르메이트, 에틸 포르메이트, 이소부틸 포르메이트 및 tert-부틸 포르메이트를 포함한다.

술폰 및 술폭시드는 메틸술포닐메탄 (MSM 또는 디메틸술폰), 에틸메틸술폰, 술포란 및 디메틸술폭시드 (DMSO)를 포함한다.

아미드는 디메틸포름아미드 (DMF), 디메틸아세트아미드 (DMA), N-메틸피롤리돈 (NMP), 2-피롤리돈, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논 (DMI), 헥사메틸포스포르아미드 (HMPA) 및 N,N'-디메틸-N,N'-트리메틸렌우레아 (1,3-디메틸-3,4,5,6-테트라히드로-2(1H)-피리미디논 (DMPU))를 포함한다.

알콜은 예를 들어 벤질알콜 (BA), 에탄올, 트리플루오로에탄올 (2,2,2-트리플루오로에탄올), 메탄올, 이소프로판올, t-부탄올 및 n-부탄올을 포함한다.

케톤은 예를 들어 메틸에틸케톤 (MEK) 및 메틸-이소아밀케톤 (MIAK)을 포함한다.

니트로 용매는 니트로벤젠, 니트로메탄 및 니트로에탄을 포함한다.

니트릴 용매는 아세토니트릴, 프로피오니트릴, 부티로니트릴 및 아디포니트릴을 포함한다.

유리하게는, 용매의 혼합물, 예를 들어 유기 카르보네이트의 혼합물 또는 1종 이상의 유기 카르보네이트 및 1종 이상의 에테르 또는 글림의 혼합물이 사용된다.

다른 유기 용매, 예를 들어 톨루엔, 헥산, 헵탄 등을 포함하여 통상의 비극성 유기 용매가 사용될 수 있다.

유리하게는, 본 전해질 조성물은

a) 이온성 액체 및

b) 양성자성 산 및 유기 용매를 포함한다.

본 전해질 조성물은 유리하게는 무수, 즉 물을 거의 또는 전혀 함유하지 않는다. 전해질 조성물은 전형적으로 전해질 조성물의 총 중량을 기준으로 하여, ≤ 10 ppm의 물, 예를 들어 ≤ 9, ≤ 8, ≤ 7, ≤ 6, ≤ 5 또는 ≤ 4 ppm의 물을 함유한다.

양성자성 산에 대한 이온성 액체의 중량/중량비는 예를 들어 약 99.5/0.5 내지 약 0.5/99.5, 약 99/1 내지 약 1/99, 약 95/5 내지 약 5/95, 약 90/10 내지 약 10/90, 약 80/20 내지 약 20/80, 약 70/30 내지 약 30/70 또는 약 60/40 내지 약 40/60이다.

유기 용매에 대한 이온성 액체의 중량/중량비는 예를 들어 약 99.5/0.5 내지 약 0.5/99.5, 약 99/1 내지 약 1/99, 약 95/5 내지 약 5/95, 약 90/10 내지 약 10/90, 약 80/20 내지 약 20/80, 약 70/30 내지 약 30/70 또는 약 60/40 내지 약 40/60이다.

첨가제는 본 발명의 전해질 조성물에 혼입될 수 있다.

첨가제는 예를 들어 부식 억제제, 고체 전해질 계면 (SEI) 개선제, 양성자 방출 개선제, 자가-방전 억제제, 가스발생 방지제, 점도 조절제, 캐소드 보호제, 염 안정화제, 전도성 개선제 및 용매화제로 이루어진 군으로부터 선택된다.

부식 억제제는 예를 들어 플루오린화 오일, 주석산나트륨, 시트르산나트륨 또는 폴리아크릴산이다.

고체 전해질 계면 개선제는 예를 들어 금속 수소화물의 표면을 플루오린화하도록 의도된 플루오라이드 공급원이다. 플루오라이드 공급원은 예를 들어 HF 또는 KF이다. SEI 개선제는 또한 희토류, 예컨대 Y의 산화물 또는 수산화물을 포함하며, 이는 음극 상에 두꺼운 산화물의 형성을 억제한다. SEI 개선제는 또한 금속 포르핀을 포함하며, 이는 합금 표면의 산화를 감소시키는 역할을 한다. 예를 들어 Ni 또는 Fe 포르핀이다. SEI 개선제는 또한 비닐렌 카르보네이트, 비닐에틸렌 카르보네이트, 메틸렌 에틸렌 카르보네이트 및 플루오로-에틸렌 카르보네이트를 포함할 수 있다.

자가-방전 억제제는 계면활성제, 예컨대 폴리글리콜, 폴리글리콜 알킬 에테르, 폴리글리콜 알킬 포스페이트 에스테르 및 폴리소르베이트를 포함한다. 폴리에틸렌 글리콜 (PEG), 폴리프로필렌 글리콜, 폴리소르베이트 20, 폴리소르베이트 40 및 폴리소르베이트 80이 포함된다. 유리하게는, PEG 600과 폴리소르베이트 20의 혼합물이 함께 사용되거나 또는 PEG 600과 ZnO의 혼합물이 함께 사용된다.

가스발생 방지 첨가제는 포스페이트 에스테르-기재 계면활성제, 프로판 술톤 및 플루오로프로판 술톤을 포함한다.

점도 조절제는 예를 들어 DMSO를 포함한다.

첨가제는, 예를 들어 전해질 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 약 0.1 중량% 내지 약 15 중량%의 수준으로 사용된다.

본 전해질 조성물은 물의 수소 및 산소 발생 전위에 의해 제한되지 않을 것이다. 따라서, 개시된 금속 수소화물 배터리는 > 1.2 V (볼트)인 공칭 개방-회로 전압을 나타낼 수 있다. 본 MH 배터리는 약 6 V 이하인 공칭 개방-회로 전압을 공급할 수 있다. 예를 들어, 본 MH 배터리는 약 1.2 내지 약 6.0 V, 약 1.3 내지 약 6.0 V, 약 1.4 내지 약 6.0 V 또는 약 1.5 내지 약 6.0 V인 공칭 개방-회로 전압을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 본 MH 배터리는 약 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, 5.0, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8, 5.9 또는 약 6.0 V인 공칭 개방-회로 전압을 나타낼 수 있다.

전기화학적 윈도우가 물의 전기화학적 윈도우를 넘어서 확대되면, 추가의 캐소드 활성 물질이 가능하다. 추가의 캐소드 활성 물질은 전이 금속 및 그의 산화물, 수산화물 및 플루오린화물을 포함한다. 예를 들어, 추가의 캐소드 활성 물질은 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 및 Au 및 그의 산화물, 수산화물, 산화물/수산화물 및 플루오린화물을 포함한다.

금속 산화물, 금속 수산화물 및 금속 산화물/수산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 추가의 캐소드 활성 물질에서, 니켈은 금속 산화물, 금속 수산화물 및 금속 산화물/수산화물의 총 금속을 기준으로 하여 ≤ 5, ≤ 10, ≤ 15, ≤ 20, ≤ 25, ≤ 30, ≤ 35, ≤ 40, ≤ 45, ≤ 50, ≤ 55, ≤ 60, ≤ 65, ≤ 70, ≤ 75, ≤ 80 또는 ≤ 85 원자 퍼센트 수준, 예를 들어 ≤ 90 원자 퍼센트의 수준으로 존재할 수 있다.

전해질 조성물 그 자체가 본 발명의 추가의 대상이다.

본원에서 논의된 미국 특허, 미국 공개 특허 출원 및 미국 특허 출원은 본원에 참조로 포함된다.

단수 용어는 본원에서 하나 또는 하나 초과 (즉, 적어도 하나)의 물품의 문법적 대상을 지칭하는 것으로 사용된다. 예로서, "이온성 액체"는 하나의 이온성 액체 또는 하나 초과의 이온성 액체를 의미한다.

본원에 제시된 임의의 범위는 포함의 의미이다.

본 명세서 전반에서 사용되는 용어 "실질적으로" 및 "약"은 작은 변동을 기재 및 설명하기 위해 사용된다. 예를 들어, 이들은 ±5% 이하, 예컨대 ±2% 이하, ±1% 이하, ±0.5% 이하, ±0.2% 이하, ±0.1% 이하 또는 ±0.05% 이하를 지칭할 수 있다. 명백하게 나타나 있든 또는 나타나 있지 않든 간에, 본원에서의 모든 수 값은 용어 "약"에 의해 수식된다. 용어 "약"에 의해 수식된 값은 물론 특정 값을 포함한다. 예를 들어, "약 5.0"은 5.0을 포함해야 한다.

이하는 본 발명의 일부 실시양태이다.

E1. 적어도 1개의 음극, 적어도 1개의 양극, 내부에 상기 전극들이 배치된 케이싱 및 전해질 조성물을 포함하는 금속 수소화물 배터리 (전지)이며, 여기서 전해질 조성물은

a) 이온성 액체 및

b) 양성자성 산 및/또는 유기 용매를 포함한다.

E2. 전해질 조성물이 양성자성 산을 포함하는 것인 실시양태 1에 따른 배터리.

E3. 전해질 조성물이 유기 용매를 포함하는 것인 실시양태 1 또는 2에 따른 배터리.

E4. 이온성 액체가 암모늄 또는 포스포늄 양이온을 함유하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E5. 이온성 액체가 화학식 (a)-(h)로 이루어진 군으로부터 선택된 양이온을 함유하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리이며,

여기서

E6. 이온성 액체가 NH₄ ⁺ (암모늄), 메틸암모늄, 에틸암모늄, 디메틸암모늄, 디에틸암모늄, 트리메틸암모늄 (NMe₃H⁺), 트리에틸암모늄, 트리부틸암모늄, 디에틸메틸암모늄, 히드록시에틸암모늄, 메톡시메틸암모늄, 디부틸암모늄, 메틸부틸암모늄, 아닐리늄, 피리디늄, 2-메틸피리디늄, 이미다졸륨, 1-메틸이미다졸륨, 1,2-디메틸이미다졸륨, 이미다졸리늄, 1-에틸이미다졸륨, 1-(4-술포부틸)-3-메틸이미다졸륨, 1-알릴이미다졸륨, 퀴놀리늄, 이소퀴놀리늄, 피롤리늄, 피롤리니늄 또는 피롤리디늄;

1-부틸-1-메틸피롤리디늄, 테트라메틸암모늄, 테트라에틸암모늄, 테트라-n-부틸암모늄, n-부틸-트리-에틸암모늄, 벤질-트리-메틸암모늄, 트리-n-부틸메틸암모늄, 벤질-트리-에틸암모늄, 1-메틸피리디늄, 1-부틸-3,5-디메틸피리디늄, 1,2,4-트리메틸피라졸륨, 트리메틸히드록시에틸암모늄 (콜린), 트리-(히드록시에틸)메틸암모늄, 디메틸-디(폴리옥시에틸렌)암모늄, 1,2,3-트리메틸이미다졸륨, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨, 1-에틸-2,3-디메틸이미다졸륨, 1-알릴-3-메틸이미다졸륨, 1-히드록시에틸-3-메틸이미다졸륨, 1,3-디메틸이미다졸륨, 1-에틸-1-메틸피페리디늄, 4-에틸-4-메틸모르폴리늄, 1-(시아노메틸)-3-메틸이미다졸륨, 1-(3-시아노프로필)피리디늄, 1,3-비스(시아노메틸)이미다졸륨, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨 또는 1-에틸-3-메틸이미다졸륨; 및

메틸트리페닐포스포늄, 테트라페닐포스포늄, 테트라부틸포스포늄, 트리부틸메틸포스포늄, 트리에틸메틸포스포늄, 트리헥실테트라데실포스포늄, 트리페닐프로필포스포늄 또는 테트라키스(히드록시메틸)포스포늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 양이온 (예를 들어, 양이온은 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄 또는 트리헥실(테트라데실)포스포늄임)을 함유하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E7. 이온성 액체가 카르복실레이트, 이미드, 메티드, 니트레이트, 비플루오라이드, 할라이드, 보레이트, 포스페이트, 포스피네이트, 포스포네이트, 술포네이트, 술페이트, 카르보네이트 및 알루미네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 음이온을 함유하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E8. 이온성 액체가

[F_zB(C_mF_2m+1)₄ _-z]^-,

[F_yP(C_mF_2m+1)₆ _-y]^-,

[(C_mF_2m+1)₂P(O)O]^-,

[C_mF_2m ₊ ₁P(O)O₂] ^2-,

[O-C(O)-C_mF_2m ₊₁]^-,

[O-S(O)₂-C_mF_2m ₊₁]^-,

[N(C(O)-C_mF_2m ₊ ₁)₂]^-,

[N(S(O)₂-C_mF_2m+1)₂]^-,

[N(C(O)-C_mF_2m+1)(S(O)₂-C_mF_2m+1)]^-,

[N(C(O)-C_mF_2m+1)(C(O)F)]^-,

[N(S(O)₂-C_mF_2m+1)(S(O)₂F)]^-,

[N(S(O)₂F)₂]^-,

[C(C(O)-C_mF_2m ₊ ₁)₃]^-,

[C(S(O)₂-C_mF_2m+1)₃]^-,

로 이루어진 군으로부터 선택된 음이온을 함유하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리이며,

여기서

y는 1 내지 6의 정수이고,

m은 1 내지 8의 정수, 예를 들어 1 내지 4이고,

z는 1 내지 4의 정수이고,

X는 B 또는 Al이고

E9. 이온성 액체가 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 ^-, 퍼플루오로알킬카르복실레이트, 퍼플루오로알킬술포네이트, 비스(퍼플루오로알킬술포닐)이미드, (퍼플루오로알킬술포닐)(퍼플루오로알킬카르복실)이미드, 트리스(퍼플루오로알킬술포닐)메티드, 트리플루오로아세테이트, 트리플루오로메탄술포네이트 (트리플레이트), 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 트리스(트리플루오로메틸술포닐)메티드, 테트라플루오로보레이트 또는 스피로-옥소 보레이트 또는 스피로-옥소 포스페이트, 예를 들어 비스옥살레이토보레이트 (BOB), 디플루오로옥살레이토보레이트 (dFOB), 디(트리플루오로아세테이토)옥살레이토보레이트 (d(Ac)OB), 트리스옥살레이토포스페이트, 테트라플루오로옥살레이토포스페이트 및 디(트리플루오로아세테이토)옥살레이토알루미네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 음이온을 함유하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E10. 이온성 액체가 화학식 RCOO^-의 카르복실레이트 음이온을 함유하는 것인 실시양태 7에 따른 배터리이며, 여기서 R은 수소 또는 히드로카르빌; 예컨대 포르메이트, 아세테이트 (에타노에이트), 아크릴레이트, 프로파노에이트, n-부타노에이트, i-부타노에이트, n-펜타노에이트, i-펜타노에이트, 옥타노에이트, 데카노에이트, 벤조에이트, 살리실레이트, 티오살리실레이트, 2-, 3- 또는 4-니트로벤조에이트; 시트레이트, 옥살레이트, 타르트레이트, 글리콜레이트, 글루코네이트, 말레이트, 만델레이트, 니트릴로트리아세트산의 카르복실레이트, N-(2-히드록시에틸)-에틸렌디아민트리아세트산의 카르복실레이트, 에틸렌디아민테트라아세트산의 카르복실레이트, 디에틸렌트리아민펜타아세트산의 카르복실레이트 또는 할로알킬카르복실레이트, 예컨대 플루오로아세테이트, 디플루오로아세테이트, 트리플루오로아세테이트, 클로로아세테이트, 디클로로아세테이트 또는 트리클로로아세테이트이다.

E11. 이온성 액체가 이미드 음이온, 예컨대 디시안아미드, N(SO₂F)₂ ^- ((비스플루오로술포닐)이미드), 비스(퍼플루오로알킬술포닐)이미드, 예컨대 [N(SO₂CF₃)₂]^- (비스트리플이미드), 비스(펜타플루오로에틸술포닐)이미드 또는 N(CF₃SO₂)(CF₃(CF₂)₃SO₂)^-또는 (퍼플루오로알킬술포닐)(퍼플루오로알킬카르복실)이미드; 또는

메티드, 예컨대 트리스(퍼플루오로알킬술포닐)메티드, 예를 들어 트리스(트리플루오로메틸술포닐)메티드, C(CF₃SO₂)₃ ^-; 또는

비플루오라이드 (HF₂ ^-); 또는

클로라이드, 브로마이드, 아이오다이드 또는 플루오라이드; 또는

보레이트, 예컨대 오르토보레이트, 테트라히드록시보레이트, 테트라보레이트, 테트라페닐보레이트, [B(3,5-(CF₃)₂C₆H₃)₄]^- (BARF), B(C₂O₄)₂ ^- (비스(옥살레이토)보레이트) (BOB), 디플루오로(옥살레이토)보레이트 (dFOB), 디(트리플루오로아세테이토)옥살레이토보레이트 (D(Ac)OB), B(C₆F₅)₄ ^- 또는 BF₄ ^- (테트라플루오로보레이트); 또는

포스페이트, 예컨대 디히드로겐 포스페이트, 히드로겐 포스페이트, 알킬 포스페이트, 디알킬 포스페이트, 포스페이트, PF₆ ^- (헥사플루오로포스페이트), HPO₃F^- (플루오로히드로겐 포스페이트), 트리스옥살레이토포스페이트 (TOP), 테트라플루오로옥살레이토포스페이트 (TFOP) 또는 플루오로(퍼플루오로알킬)포스페이트, 예컨대 F₂P(C₂F₅)₄ ^-, F₃P(C₂F₅)₃ ^- (트리스(펜타플루오로에틸)트리플루오로포스페이트 또는 FAP), F₄P(C₂F₅)₂ ^-, F₂P(C₃F₇)₄ ^-, F₃P(C₃F₇)₃ ^-, F₄P(C₃F₇)₂ ^-, F₂P(C₄F₉)₄ ^-, F₃P(C₄F₉)₃ ^- 또는 F₄P(C₄F₉)₂ ^-; 또는

술포네이트, 예컨대 알킬술포네이트, 아릴술포네이트 또는 퍼플루오로알킬술포네이트, 예를 들어 트리플루오로메탄술포네이트 (트리플레이트), p-톨루엔술포네이트 (토실레이트) 또는 메탄술포네이트 (메실레이트); 또는

술페이트, 예컨대 히드로겐술페이트, 술페이트, 티오술페이트 또는 알킬술페이트, 예컨대 메틸술페이트 또는 에틸술페이트; 또는

카르보네이트 음이온, 예컨대 카르보네이트, 히드로겐카르보네이트 또는 알킬카르보네이트, 예컨대 메틸카르보네이트, 에틸카르보네이트 또는 부틸카르보네이트; 또는

알루미네이트, 예컨대 Al(OC(CF₃)₃)₄ ^-, 디(트리플루오로아세테이토)옥살레이토알루미네이트 (d(Ac)OAl), 테트라클로로알루미네이트, 테트라플루오로알루미네이트, 테트라아이오도알루미네이트 또는 테트라브로모알루미네이트를 함유하는 것인 실시양태 7에 따른 배터리.

E12. 이온성 액체가 디에틸메틸암모늄 트리플루오로메탄술포네이트 (DEMA TfO), 에틸암모늄 니트레이트, 트리에틸암모늄 메탄술포네이트, 2-메틸피리디늄 트리플루오로메탄술포네이트, 암모늄 플루오라이드, 메틸암모늄 니트레이트, 히드록시에틸암모늄 니트레이트, 에틸암모늄 니트레이트, 디메틸암모늄 니트레이트, 1-메틸이미다졸륨 니트레이트, 1-에틸이미다졸륨 니트레이트, t-부틸암모늄 테트라플루오로보레이트, 히드록시에틸암모늄 테트라플루오로보레이트, 메틸부틸암모늄 테트라플루오로보레이트, 트리에틸암모늄 테트라플루오로보레이트, 이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, 1-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, 1,2-디메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, t-부틸암모늄 트리플레이트, 2-플루오로피리디늄 트리플레이트, 히드록시에틸암모늄 트리플레이트, 1,2-디메틸이미다졸륨 트리플레이트, 이미다졸륨 트리플레이트, 1-메틸이미다졸륨 히드로겐술페이트, 1-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-메틸이미다졸륨 트리플레이트, 히드로늄 트리플레이트, 메틸암모늄 메실레이트, 에틸암모늄 메실레이트, 부틸암모늄 메실레이트, 메톡시에틸암모늄 메실레이트, 디메틸암모늄 메실레이트, 디부틸암모늄 메실레이트, 트리에틸암모늄 메실레이트, 디메틸에틸암모늄 메실레이트, 히드로늄 히드로겐술페이트, 암모늄 히드로겐술페이트, 메틸암모늄 히드로겐술페이트, 에틸암모늄 히드로겐술페이트, 프로필암모늄 히드로겐술페이트, n-부틸암모늄 히드로겐술페이트, t-부틸암모늄 히드로겐술페이트, 디메틸암모늄 히드로겐술페이트, 디에틸암모늄 히드로겐술페이트, 디-n-부틸암모늄 히드로겐술페이트, 메틸부틸암모늄 히드로겐술페이트, 에틸부틸암모늄 히드로겐술페이트, 트리메틸암모늄 히드로겐술페이트, 트리에틸암모늄 히드로겐술페이트, 트리부틸암모늄 히드로겐술페이트, 디메틸에틸암모늄 히드로겐술페이트, 디부틸암모늄 플루오로히드로겐 포스페이트, 트리에틸암모늄 플루오로히드로겐 포스페이트, 트리부틸암모늄 플루오로히드로겐 포스페이트, 히드로늄 디히드로겐 포스페이트, 메틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 에틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 프로필암모늄 디히드로겐 포스페이트, n-부틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 메톡시에틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 디메틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 디부틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 메틸부틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 암모늄 비플루오라이드, 메틸암모늄 비플루오라이드, 에틸암모늄 비플루오라이드 또는 디메틸암모늄 비플루오라이드로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 실시양태 1-3 중 임의의 한 실시양태에 따른 배터리.

E13. 이온성 액체가 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 트리플루오로메탄술포네이트 (EMIM TfO), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트 (EMIM BF₄), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드 (EMIM TFSI), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트 (EMIM Ac), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 트리플루오로메탄술포네이트 (BMIM TfO), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트 (BMIM Ac), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드 (BMIM TFSI), 트리-n-부틸메틸암모늄 메틸술페이트, 1-에틸-2,3-디메틸이미다졸륨 에틸술페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 티오시아네이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라클로로알루미네이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 메틸술페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 메탄술포네이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 히드로겐카르보네이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 히드로겐술페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1,2,3-트리메틸이미다졸륨 메틸술페이트, 트리스-(히드록시에틸)메틸암모늄 메틸술페이트, 1,2,4-트리메틸피라졸륨 메틸술페이트, 1,3-디메틸이미다졸륨 히드로겐카르보네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 히드로겐카르보네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라클로로알루미네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 티오시아네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 메탄술포네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 히드로겐술페이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 에틸술페이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 니트레이트, 1-부틸피리디늄 클로라이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 디시안아미드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트, 1-부틸-3,5-디메틸피리디늄 브로마이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 비스(펜타플루오로에틸술포닐)이미드, 1-에틸-2,3-디메틸이미다졸륨 메틸카르보네이트, 카르복시메틸-트리부틸포스포늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, N-카르복시에틸-메틸피롤리디늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, N-카르복시메틸-트리메틸암모늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, N-카르복시메틸-메틸피리디늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 헥실트리메틸암모늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 테트라부틸포스포늄 메탄술포네이트, 트리에틸메틸암모늄 메틸카르보네이트, 1-에틸-1-메틸피페리디늄 메틸카르보네이트, 4-에틸-4-메틸모르폴리늄 메틸카르보네이트, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄 메틸카르보네이트, 트리에틸메틸암모늄 디부틸포스페이트, 트리부틸메틸포스포늄 디부틸포스페이트, 트리에틸메틸포스포늄 디부틸포스페이트, 테트라부틸포스포늄 테트라플루오로보레이트, 테트라부틸포스포늄 p-톨루엔술포네이트, 트리부틸메틸포스포늄 메틸카르보네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 히드로겐카르보네이트, 트리부틸메틸암모늄 메틸카르보네이트, 트리부틸메틸암모늄 디부틸포스페이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 디부틸포스페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 디부틸포스페이트, 1-(시아노메틸)-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-(3-시아노프로필)-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-(3-시아노프로필)-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 1-(3-시아노프로필)-3-메틸이미다졸륨 디시안아미드, 1-(3-시아노프로필)피리디늄 클로라이드, 1-(3-시아노프로필)피리디늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 1,3-비스(시아노메틸)이미다졸륨 클로라이드, 1,3-비스(시아노메틸)이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 1,3-비스(시아노프로필)이미다졸륨 클로라이드, 1,3-비스(3-시아노프로필)이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 브로마이드, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 브로마이드, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 트리부틸메틸포스포늄 메틸술페이트, 트리에틸메틸포스포늄 디부틸포스페이트, 트리헥실테트라데실포스포늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 트리헥실테트라데실포스포늄 비스(2,4,4-트리메틸페닐)포스피네이트, 트리헥실테트라데실포스포늄 브로마이드, 트리헥실테트라데실포스포늄 클로라이드, 트리헥실테트라데실포스포늄 데카노에이트, 트리헥실테트라데실포스포늄 디시안아미드, 3-(트리페닐포스포니오)프로판-1-술포네이트 및 3-(트리페닐포스포니오)프로판-1-술폰산 토실레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 실시양태 1-3 중 임의의 한 실시양태에 따른 배터리.

E14. 전해질 조성물이 양성자성 산, 예컨대 염산, 질산, 인산, 황산, 붕산, 플루오린화수소산, 브로민화수소산, 아이오딘화수소산, 과염소산 또는 과아이오딘산; 또는

비술페이트, 예컨대 중황산나트륨, 중황산칼륨 또는 중황산암모늄; 또는

HAsF₆, HBF₄, H(OEt₂)BF₄, HPF₆, H[N(SO₂CF₃)₂] 또는 H[N(SO₂CF₂CF₃)₂]를 포함하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E15. 전해질 조성물이 유기 양성자성 산, 예컨대 화학식 RCOOH의 카르복실산을 포함하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리이며, 여기서 R은 수소 또는 히드로카르빌, 예를 들어 포름산, 아세트산, 플루오로아세트산, 디플루오로아세트산, 트리플루오로아세트산, 클로로아세트산, 디클로로아세트산, 트리클로로아세트산, 프로판산, 부티르산, 3-메틸부탄산, 발레르산, 헥산산, 헵탄산, 카프릴산, 노난산, 벤조산, 살리실산, 2-, 3- 또는 4-니트로벤조산; 시트르산, 옥살산, 타르타르산, 글리콜산, 글루콘산, 말산, 만델산, 니트릴로트리아세트산, N-(2-히드록시에틸)-에틸렌디아민트리아세트산, 에틸렌디아민테트라아세트산 또는 디에틸렌아민펜타아세트산이다.

E16. 전해질 조성물이 화학식 RSO₃H의 양성자성 술폰산 (여기서 R은 알킬 또는 아릴 또는 1 내지 3개의 할로겐에 의해 치환된 알킬 또는 아릴임), 예컨대 p-톨루엔술폰산, 페닐술폰산, 메탄술폰산 또는 트리플루오로메탄술폰산을 포함하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E17. 전해질 조성물이 고 비-배위 이온, 예컨대 브룩하트의 산 (BARF 산), [H(OEt₂)₂][B[3,5-(CF₃)₂C₆H₃]₄], [H(OEt₂)₂][B(C₆F₅)₄] (옥소늄 산) 또는 [H(OEt₂)₂][Al(OC(CF₃)₃)₄]와 연관된 옥소늄 이온인 양성자성 산을 포함하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E18. 전해질 조성물이 유기 용매, 예를 들어 유기 카르보네이트, 에테르, 글림, 오르토 에스테르, 폴리알킬렌 글리콜, 에스테르, 락톤, 글리콜, 포르메이트, 술폰, 술폭시드, 아미드, 알콜, 케톤, 니트로 용매, 니트릴 용매 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 유기 용매를 포함하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E19. 전해질 조성물이 유기 용매, 예컨대 유기 카르보네이트, 예를 들어 시클릭 또는 비-시클릭 유기 카르보네이트, 예컨대 에틸렌 카르보네이트 (EC), 프로필렌 카르보네이트 (PC), 트리메틸렌 카르보네이트, 1,2-부틸렌 카르보네이트 (BC), 디메틸 카르보네이트 (DMC), 디에틸 카르보네이트 (DEC), 에틸메틸 카르보네이트 (EMC), 비닐렌 카르보네이트, 디플루오로에틸렌 카르보네이트 또는 모노플루오로에틸렌 카르보네이트; 또는

에테르 및 글림, 예컨대 디메톡시메탄 (DMM), 디에톡시메탄, 1,2-디메톡시에탄 (DME 또는 에틸렌글리콜 디메틸에테르 또는 글림), 디글림, 트리글림, 테트라글림, 에틸렌글리콜 디에틸에테르 (DEE), 에틸렌글리콜 디부틸에테르, 디에틸렌글리콜 디에틸에테르, 테트라히드로푸란 (THF), 2-메틸테트라히드로푸란 (2-MeTHF), 1,3-디옥산, 1,3-디옥솔란 (DIOX), 4-메틸-1,3-디옥솔란 (4-MeDIOX), 2-메틸-1,3-디옥솔란 (2-MeDIOX), 1,4-디옥산, 디메틸에테르, 에틸메틸에테르, 디에틸에테르, 디-n-부틸에테르, 디-t-부틸에테르, 디-이소프로필에테르, 메틸-t-부틸에테르, 에틸-t-부틸에테르 또는 t-아밀-메틸에테르; 또는

오르토 에스테르, 예컨대 트리메톡시메탄, 트리에톡시메탄, 1,4-디메틸-3,5,8-트리옥사비시클로[2.2.2]옥탄 또는 4-에틸-1-메틸-3,5,8-트리옥사비시클로[2.2.2]옥탄; 또는

폴리알킬렌 글리콜, 즉 C₁-C₄알킬렌 글리콜의 단독 또는 코올리고머 또는 단독 또는 공중합체, 예컨대 폴리에틸렌 글리콜 (PEG) 또는 모노메틸, 디메틸 또는 디에틸 (말단-캡핑된) 폴리에틸렌 글리콜 (중량 평균 분자량 (Mw)은 예를 들어 약 200 내지 약 1200 g/mol, 약 200 내지 약 1000 g/mol, 약 200 내지 약 900 g/mol, 약 200 내지 약 700 g/mol 또는 약 200 내지 약 500 g/mol임), 예를 들어 4개 이상의 단량체의 올리고머, 예를 들어 테트라에틸렌 글리콜, 플루오린화 테트라에틸렌 글리콜 또는 테트라프로필렌 글리콜, 예를 들어 PEG 200, PEG 300, PEG 400, PEG 500, PEG 600, PEG 700, PEG 800, PEG 900 또는 PEG 1000; 또는

에스테르 또는 락톤, 예컨대 γ-부티로락톤 (GBL), γ-발레로락톤, δ-발레로락톤, 에틸 아세테이트 (EA), 2-메톡시에틸 아세테이트, 2-에톡시에틸 아세테이트, 2-부톡시에틸 아세테이트, 2-(2-부톡시에톡시)에틸 아세테이트 (디에틸렌 글리콜 부틸 에테르 아세테이트, DBA), 에틸렌 글리콜 디아세테이트 (EGDA), 3-에톡시 에틸 프로피오네이트 (EEP), 메틸 부티레이트 (MB), n-아밀 아세테이트 (NAAC), 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트 (PMA), 에틸 부티레이트 (EB), 디에틸 말로네이트 또는 디메틸 말로네이트; 또는

이염기성 에스테르 혼합물, 예컨대 아디프산, 글루타르산 또는 숙신산의 메틸 에스테르; 또는

글리콜, 예컨대 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 2-프로폭시에탄올, 2-이소프로폭시에탄올, 2-부톡시에탄올 (에틸렌 글리콜 부틸 에테르, EB), 2-페녹시에탄올, 2-벤질옥시에탄올, 2-(2-메톡시에톡시)에탄올, 2-(2-에톡시에톡시)에탄올, 2-(2-부톡시에톡시)에탄올 (디에틸렌 글리콜 부틸 에테르, DB), 프로필렌 글리콜 부틸 에테르 (PB), 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 (PM), 트리에틸렌 글리콜 (TEG), 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르 (DPM), 디에틸렌 글리콜 메틸 에테르, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 퍼플루오로-1,4-부탄디올, 퍼플루오로-1,5-부탄디올, 플루오린화 디에틸렌 글리콜 메틸 에테르, 플루오린화 트리에틸렌 글리콜, 플루오린화 트리에틸렌 글리콜 메틸 에테르 또는 플루오린화 디에틸렌 글리콜 부틸 에테르; 또는

포르메이트, 예컨대 메틸 포르메이트, 에틸 포르메이트, 이소부틸 포르메이트 또는 tert-부틸 포르메이트; 또는

술폰 또는 술폭시드, 예컨대 메틸술포닐메탄 (MSM 또는 디메틸술폰), 에틸메틸술폰, 술폴란 또는 디메틸술폭시드 (DMSO); 또는

아미드, 예컨대 디메틸포름아미드 (DMF), 디메틸아세트아미드 (DMA), N-메틸피롤리돈 (NMP), 2-피롤리돈, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논 (DMI), 헥사메틸포스포르아미드 (HMPA) 또는 N,N'-디메틸-N,N'-트리메틸렌우레아 (1,3-디메틸-3,4,5,6-테트라히드로-2(1H)-피리미디논 (DMPU)); 또는

알콜, 예컨대 벤질알콜 (BA), 에탄올, 트리플루오로에탄올 (2,2,2-트리플루오로에탄올), 메탄올, 이소프로판올, t-부탄올 또는 n-부탄올; 또는

케톤, 예컨대 메틸에틸케톤 (MEK) 또는 메틸-이소아밀케톤 (MIAK); 또는

니트로 용매, 예컨대 니트로벤젠, 니트로메탄 또는 니트로에탄; 또는

니트릴 용매, 예컨대 아세토니트릴, 프로피오니트릴, 부티로니트릴 또는 아디포니트릴을 포함하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E20. 전해질 조성물이, 전해질 조성물의 총 중량을 기준으로 하여, ≤ 10 ppm의 물 또는 ≤ 9, ≤ 8, ≤ 7, ≤ 6, ≤ 5 또는 ≤ 4 ppm의 물을 함유하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E21. 전해질 조성물이 양성자성 산을 포함하고 총 이온성 액체에 대한 총 양성자성 산의 중량/중량비가 예를 들어 약 99.5/0.5 내지 약 0.5/99.5, 약 99/1 내지 약 1/99, 약 95/5 내지 약 5/95, 약 90/10 내지 약 10/90, 약 80/20 내지 약 20/80, 약 70/30 내지 약 30/70 또는 약 60/40 내지 약 40/60인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E22. 전해질 조성물이 유기 용매를 포함하고 총 이온성 액체에 대한 총 유기 용매의 중량/중량비가 예를 들어 약 99.5/0.5 내지 약 0.5/99.5, 약 99/1 내지 약 1/99, 약 95/5 내지 약 5/95, 약 90/10 내지 약 10/90, 약 80/20 내지 약 20/80, 약 70/30 내지 약 30/70 또는 약 60/40 내지 약 40/60인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E23. 전해질 조성물이 1종 이상의 첨가제, 예를 들어 부식 억제제, 고체 전해질 계면 (SEI) 개선제, 양성자 방출 개선제, 자가-방전 억제제, 가스발생 방지제, 점도 조절제, 캐소드 보호제, 염 안정화제, 전도성 개선제 및 용매화제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 함유하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E24. 전해질 조성물이 플루오린화 오일, 주석산나트륨, 시트르산나트륨 또는 폴리아크릴산;

HF 또는 KF, 희토류, 예컨대 Y의 산화물 또는 수산화물, 금속 포르핀, 예를 들어 Ni 또는 Fe 포르핀, 비닐렌 카르보네이트, 비닐에틸렌 카르보네이트, 메틸렌 에틸렌 카르보네이트 또는 플루오로-에틸렌 카르보네이트;

폴리글리콜, 폴리글리콜 알킬 에테르, 폴리글리콜 알킬 포스페이트 에스테르 또는 폴리소르베이트, 예컨대 폴리에틸렌 글리콜 (PEG), 폴리프로필렌 글리콜, 폴리소르베이트 20, 폴리소르베이트 40 또는 폴리소르베이트 80 또는 PEG 600과 폴리소르베이트 20의 혼합물 또는 PEG 600과 ZnO의 혼합물;

포스페이트 에스테르-기재 계면활성제, 프로판 술톤 또는 플루오로프로판 술톤; 및 DMSO로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 함유 (예를 들어 전해질 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 약 0.1 중량% 내지 약 15 중량%의 수준으로)하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E25. > 1.2 V이며 약 6 V 이하 또는 약 1.2 내지 약 6.0 V, 약 1.3 내지 약 6.0 V, 약 1.4 내지 약 6.0 V 또는 약 1.5 내지 약 6.0 V 또는 약 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, 5.0, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8, 5.9 또는 약 6.0 V인 공칭 개방-회로 전압을 나타내는 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 금속 수소화물 배터리.

E26. 양극이 전이 금속, 전이 금속 산화물, 전이 금속 수산화물, 전이 금속 산화물/수산화물 및 전이 금속 플루오린화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 캐소드 활성 물질을 포함하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E27. 양극이 전이 금속, 전이 금속 산화물, 전이 금속 수산화물, 전이 금속 산화물/수산화물 및 전이 금속 플루오린화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 캐소드 활성 물질을 포함하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리이며,

여기서 금속 산화물, 금속 수산화물 및 금속 산화물/수산화물에서, 니켈은 금속 산화물, 금속 수산화물 및 금속 산화물/수산화물의 총 금속을 기준으로 하여 ≤ 5, ≤ 10, ≤ 15, ≤ 20, ≤ 25, ≤ 30, ≤ 35, ≤ 40, ≤ 45, ≤ 50, ≤ 55, ≤ 60, ≤ 65, ≤ 70, ≤ 75, ≤ 80 또는 ≤ 85 원자 퍼센트, 예를 들어 ≤ 90 원자 퍼센트의 수준으로 존재한다.

E28. 양극이 전이 금속, 전이 금속 산화물, 전이 금속 수산화물, 전이 금속 산화물/수산화물 및 전이 금속 플루오린화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 캐소드 활성 물질; 예를 들어, 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 또는 Au;

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 또는 Au의 산화물;

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 또는 Au의 수산화물;

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 또는 Au의 산화물/수산화물 및

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 또는 Au의 플루오린화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 캐소드 활성 물질을 포함하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

다음은 본 발명의 추가의 실시양태이다.

E1. 적어도 1개의 음극, 적어도 1개의 양극, 내부에 상기 전극들이 배치된 케이싱 및 전해질 조성물을 포함하는 금속 수소화물 배터리 (전지)이며, 여기서 양극은 전이 금속, 전이 금속 산화물, 전이 금속 수산화물, 전이 금속 산화물/수산화물 및 전이 금속 플루오린화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 캐소드 활성 물질을 포함하며,

여기서 금속 산화물, 금속 수산화물 및 금속 산화물/수산화물에서, 니켈은 일반적으로 금속 산화물, 금속 수산화물 및 금속 산화물/수산화물의 총 금속을 기준으로 하여 ≤ 5, ≤ 10, ≤ 15, ≤ 20, ≤ 25, ≤ 30, ≤ 35, ≤ 40, ≤ 45, ≤ 50, ≤ 55, ≤ 60, ≤ 65, ≤ 70, ≤ 75, ≤ 80 또는 ≤ 85 원자 퍼센트, 예를 들어 ≤ 90 원자 퍼센트의 수준으로 존재한다.

E2. 캐소드 활성 물질이 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 또는 Au;

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 또는 Au의 플루오린화물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 실시양태 1에 따른 배터리.

E3. 전해질 조성물이 이온성 액체를 포함하는 것인 실시양태 1 또는 2에 따른 배터리.

E4. 전해질 조성물이 양성자성 산을 포함하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E5. 전해질 조성물이 유기 용매를 포함하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E6. 전해질 조성물이 암모늄 또는 포스포늄 양이온을 함유하는 이온성 액체를 포함하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E7. 전해질 조성물이 화학식 (a)-(h)로 이루어진 군으로부터 선택된 양이온을 함유하는 이온성 액체를 포함하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리이며,

여기서

E8. 전해질 조성물이 NH₄ ⁺ (암모늄), 메틸암모늄, 에틸암모늄, 디메틸암모늄, 디에틸암모늄, 트리메틸암모늄 (NMe₃H⁺), 트리에틸암모늄, 트리부틸암모늄, 디에틸메틸암모늄, 히드록시에틸암모늄, 메톡시메틸암모늄, 디부틸암모늄, 메틸부틸암모늄, 아닐리늄, 피리디늄, 2-메틸피리디늄, 이미다졸륨, 1-메틸이미다졸륨, 1,2-디메틸이미다졸륨, 이미다졸리늄, 1-에틸이미다졸륨, 1-(4-술포부틸)-3-메틸이미다졸륨, 1-알릴이미다졸륨, 퀴놀리늄, 이소퀴놀리늄, 피롤리늄, 피롤리니늄 또는 피롤리디늄;

메틸트리페닐포스포늄, 테트라페닐포스포늄, 테트라부틸포스포늄, 트리부틸메틸포스포늄, 트리에틸메틸포스포늄, 트리헥실테트라데실포스포늄, 트리페닐프로필포스포늄 또는 테트라키스(히드록시메틸)포스포늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 양이온 (예를 들어, 양이온은 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄 또는 트리헥실(테트라데실)포스포늄임)으로 이루어진 군으로부터 선택된 양이온을 함유하는 이온성 액체를 포함하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E9. 전해질 조성물이 카르복실레이트, 이미드, 메티드, 니트레이트, 비플루오라이드, 할라이드, 보레이트, 포스페이트, 포스피네이트, 포스포네이트, 술포네이트, 술페이트, 카르보네이트 및 알루미네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 음이온을 함유하는 이온성 액체를 포함하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E10. 전해질 조성물이

[F_zB(C_mF_2m+1)₄ _-z]^-,

[F_yP(C_mF_2m+1)₆ _-y]^-,

[(C_mF_2m+1)₂P(O)O]^-,

[C_mF_2m ₊ ₁P(O)O₂] ^2-,

[O-C(O)-C_mF_2m ₊₁]^-,

[O-S(O)₂-C_mF_2m ₊₁]^-,

[N(C(O)-C_mF_2m ₊ ₁)₂]^-,

[N(S(O)₂-C_mF_2m+1)₂]^-,

[N(C(O)-C_mF_2m+1)(S(O)₂-C_mF_2m+1)]^-,

[N(C(O)-C_mF_2m+1)(C(O)F)]^-,

[N(S(O)₂-C_mF_2m+1)(S(O)₂F)]^-,

[N(S(O)₂F)₂]^-,

[C(C(O)-C_mF_2m ₊ ₁)₃]^-,

[C(S(O)₂-C_mF_2m+1)₃]^-,

로 이루어진 군으로부터 선택된 음이온을 함유하는 이온성 액체를 포함하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리이며,

여기서

y는 1 내지 6의 정수이고,

m은 1 내지 8의 정수, 예를 들어 1 내지 4이고,

z는 1 내지 4의 정수이고,

X는 B 또는 Al이고

E11. 전해질 조성물이 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 ^-, 퍼플루오로알킬카르복실레이트, 퍼플루오로알킬술포네이트, 비스(퍼플루오로알킬술포닐)이미드, (퍼플루오로알킬술포닐)(퍼플루오로알킬카르복실)이미드, 트리스(퍼플루오로알킬술포닐)메티드, 트리플루오로아세테이트, 트리플루오로메탄술포네이트 (트리플레이트), 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 트리스(트리플루오로메틸술포닐)메티드, 테트라플루오로보레이트 또는 스피로-옥소 보레이트 또는 스피로-옥소 포스페이트, 예를 들어 비스옥살레이토보레이트 (BOB), 디플루오로옥살레이토보레이트 (dFOB), 디(트리플루오로아세테이토)옥살레이토보레이트 (d(Ac)OB), 트리스옥살레이토포스페이트, 테트라플루오로옥살레이토포스페이트 및 디(트리플루오로아세테이토)옥살레이토알루미네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 음이온을 함유하는 이온성 액체를 포함하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E12. 전해질 조성물이 화학식 RCOO^-의 카르복실레이트 음이온을 함유하는 이온성 액체를 포함하는 것인 실시양태 9에 따른 배터리이며, 여기서 R은 수소 또는 히드로카르빌; 예컨대 포르메이트, 아세테이트 (에타노에이트), 아크릴레이트, 프로파노에이트, n-부타노에이트, i-부타노에이트, n-펜타노에이트, i-펜타노에이트, 옥타노에이트, 데카노에이트, 벤조에이트, 살리실레이트, 티오살리실레이트, 2-, 3- 또는 4-니트로벤조에이트; 시트레이트, 옥살레이트, 타르트레이트, 글리콜레이트, 글루코네이트, 말레이트, 만델레이트, 니트릴로트리아세트산의 카르복실레이트, N-(2-히드록시에틸)-에틸렌디아민트리아세트산의 카르복실레이트, 에틸렌디아민테트라아세트산의 카르복실레이트, 디에틸렌트리아민펜타아세트산의 카르복실레이트 또는 할로알킬카르복실레이트, 예컨대 플루오로아세테이트, 디플루오로아세테이트, 트리플루오로아세테이트, 클로로아세테이트, 디클로로아세테이트 또는 트리클로로아세테이트이다.

E13. 전해질 조성물이 이미드 음이온, 예컨대 디시안아미드, N(SO₂F)₂ ^- ((비스플루오로술포닐)이미드), 비스(퍼플루오로알킬술포닐)이미드, 예컨대 [N(SO₂CF₃)₂]^- (비스트리플이미드), 비스(펜타플루오로에틸술포닐)이미드 또는 N(CF₃SO₂)(CF₃(CF₂)₃SO₂)^- 또는 (퍼플루오로알킬술포닐)(퍼플루오로알킬카르복실)이미드; 또는

메티드, 예컨대 트리스(퍼플루오로알킬술포닐)메티드, 예컨대 트리스(트리플루오로메틸술포닐)메티드, C(CF₃SO₂)₃ ^-; 또는

비플루오라이드 (HF₂ ^-); 또는

알루미네이트, 예컨대 Al(OC(CF₃)₃)₄ ^-, 디(트리플루오로아세테이토)옥살레이토알루미네이트 (d(Ac)OAl), 테트라클로로알루미네이트, 테트라플루오로알루미네이트, 테트라아이오도알루미네이트 또는 테트라브로모알루미네이트를 함유하는 이온성 액체를 포함하는 것인 실시양태 9에 따른 배터리.

E14. 전해질 조성물이 디에틸메틸암모늄 트리플루오로메탄술포네이트 (DEMA TfO), 에틸암모늄 니트레이트, 트리에틸암모늄 메탄술포네이트, 2-메틸피리디늄 트리플루오로메탄술포네이트, 암모늄 플루오라이드, 메틸암모늄 니트레이트, 히드록시에틸암모늄 니트레이트, 에틸암모늄 니트레이트, 디메틸암모늄 니트레이트, 1-메틸이미다졸륨 니트레이트, 1-에틸이미다졸륨 니트레이트, t-부틸암모늄 테트라플루오로보레이트, 히드록시에틸암모늄 테트라플루오로보레이트, 메틸부틸암모늄 테트라플루오로보레이트, 트리에틸암모늄 테트라플루오로보레이트, 이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, 1-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, 1,2-디메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, t-부틸암모늄 트리플레이트, 2-플루오로피리디늄 트리플레이트, 히드록시에틸암모늄 트리플레이트, 1,2-디메틸이미다졸륨 트리플레이트, 이미다졸륨 트리플레이트, 1-메틸이미다졸륨 히드로겐술페이트, 1-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-메틸이미다졸륨 트리플레이트, 히드로늄 트리플레이트, 메틸암모늄 메실레이트, 에틸암모늄 메실레이트, 부틸암모늄 메실레이트, 메톡시에틸암모늄 메실레이트, 디메틸암모늄 메실레이트, 디부틸암모늄 메실레이트, 트리에틸암모늄 메실레이트, 디메틸에틸암모늄 메실레이트, 히드로늄 히드로겐술페이트, 암모늄 히드로겐술페이트, 메틸암모늄 히드로겐술페이트, 에틸암모늄 히드로겐술페이트, 프로필암모늄 히드로겐술페이트, n-부틸암모늄 히드로겐술페이트, t-부틸암모늄 히드로겐술페이트, 디메틸암모늄 히드로겐술페이트, 디에틸암모늄 히드로겐술페이트, 디-n-부틸암모늄 히드로겐술페이트, 메틸부틸암모늄 히드로겐술페이트, 에틸부틸암모늄 히드로겐술페이트, 트리메틸암모늄 히드로겐술페이트, 트리에틸암모늄 히드로겐술페이트, 트리부틸암모늄 히드로겐술페이트, 디메틸에틸암모늄 히드로겐술페이트, 디부틸암모늄 플루오로히드로겐 포스페이트, 트리에틸암모늄 플루오로히드로겐 포스페이트, 트리부틸암모늄 플루오로히드로겐 포스페이트, 히드로늄 디히드로겐 포스페이트, 메틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 에틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 프로필암모늄 디히드로겐 포스페이트, n-부틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 메톡시에틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 디메틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 디부틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 메틸부틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 암모늄 비플루오라이드, 메틸암모늄 비플루오라이드, 에틸암모늄 비플루오라이드 및 디메틸암모늄 비플루오라이드로 이루어진 군으로부터 선택된 이온성 액체를 포함하는 것인 실시양태 1-5 중 임의의 한 실시양태에 따른 배터리.

E15. 전해질 조성물이 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 트리플루오로메탄술포네이트 (EMIM TfO), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트 (EMIM BF₄), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드 (EMIM TFSI), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트 (EMIM Ac), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 트리플루오로메탄술포네이트 (BMIM TfO), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트 (BMIM Ac), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드 (BMIM TFSI), 트리-n-부틸메틸암모늄 메틸술페이트, 1-에틸-2,3-디메틸이미다졸륨 에틸술페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 티오시아네이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라클로로알루미네이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 메틸술페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 메탄술포네이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 히드로겐카르보네이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 히드로겐술페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1,2,3-트리메틸이미다졸륨 메틸술페이트, 트리스-(히드록시에틸)메틸암모늄 메틸술페이트, 1,2,4-트리메틸피라졸륨 메틸술페이트, 1,3-디메틸이미다졸륨 히드로겐카르보네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 히드로겐카르보네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라클로로알루미네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 티오시아네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 메탄술포네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 히드로겐술페이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 에틸술페이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 니트레이트, 1-부틸피리디늄 클로라이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 디시안아미드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트, 1-부틸-3,5-디메틸피리디늄 브로마이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 비스(펜타플루오로에틸술포닐)이미드, 1-에틸-2,3-디메틸이미다졸륨 메틸카르보네이트, 카르복시메틸-트리부틸포스포늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, N-카르복시에틸-메틸피롤리디늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, N-카르복시메틸-트리메틸암모늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, N-카르복시메틸-메틸피리디늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 헥실트리메틸암모늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 테트라부틸포스포늄 메탄술포네이트, 트리에틸메틸암모늄 메틸카르보네이트, 1-에틸-1-메틸피페리디늄 메틸카르보네이트, 4-에틸-4-메틸모르폴리늄 메틸카르보네이트, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄 메틸카르보네이트, 트리에틸메틸암모늄 디부틸포스페이트, 트리부틸메틸포스포늄 디부틸포스페이트, 트리에틸메틸포스포늄 디부틸포스페이트, 테트라부틸포스포늄 테트라플루오로보레이트, 테트라부틸포스포늄 p-톨루엔술포네이트, 트리부틸메틸포스포늄 메틸카르보네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 히드로겐카르보네이트, 트리부틸메틸암모늄 메틸카르보네이트, 트리부틸메틸암모늄 디부틸포스페이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 디부틸포스페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 디부틸포스페이트, 1-(시아노메틸)-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-(3-시아노프로필)-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-(3-시아노프로필)-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 1-(3-시아노프로필)-3-메틸이미다졸륨 디시안아미드, 1-(3-시아노프로필)피리디늄 클로라이드, 1-(3-시아노프로필)피리디늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 1,3-비스(시아노메틸)이미다졸륨 클로라이드, 1,3-비스(시아노메틸)이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 1,3-비스(시아노프로필)이미다졸륨 클로라이드, 1,3-비스(3-시아노프로필)이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 브로마이드, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 브로마이드, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 트리부틸메틸포스포늄 메틸술페이트, 트리에틸메틸포스포늄 디부틸포스페이트, 트리헥실테트라데실포스포늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 트리헥실테트라데실포스포늄 비스(2,4,4-트리메틸페닐)포스피네이트, 트리헥실테트라데실포스포늄 브로마이드, 트리헥실테트라데실포스포늄 클로라이드, 트리헥실테트라데실포스포늄 데카노에이트, 트리헥실테트라데실포스포늄 디시안아미드, 3-(트리페닐포스포니오)프로판-1-술포네이트 및 3-(트리페닐포스포니오)프로판-1-술폰산 토실레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 이온성 액체를 포함하는 것인 실시양태 1-5 중 임의의 한 실시양태에 따른 배터리.

E16. 전해질 조성물이 양성자성 산, 예컨대 염산, 질산, 인산, 황산, 붕산, 플루오린화수소산, 브로민화수소산, 아이오딘화수소산, 과염소산 또는 과아이오딘산; 또는

E17. 전해질 조성물이 화학식 RCOOH의 카르복실산 양성자성 산을 포함하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리이며, 여기서 R은 수소 또는 히드로카르빌이다.

E18. 전해질 조성물이 화학식 RSO₃H의 양성자성 술폰산 (여기서 R은 알킬 또는 아릴 또는 1 내지 3개의 할로겐에 의해 치환된 알킬 또는 아릴임), 예컨대 p-톨루엔술폰산, 페닐술폰산, 메탄술폰산 또는 트리플루오로메탄술폰산을 포함하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E19. 전해질 조성물이 고 비-배위 이온, 예컨대 브룩하트의 산 (BARF 산), [H(OEt₂)₂][B[3,5-(CF₃)₂C₆H₃]₄], [H(OEt₂)₂][B(C₆F₅)₄] (옥소늄 산) 또는 [H(OEt₂)₂][Al(OC(CF₃)₃)₄]와 연관된 옥소늄 이온인 양성자성 산을 포함하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E20. 전해질 조성물이 유기 용매, 예를 들어 유기 카르보네이트, 에테르, 글림, 오르토 에스테르, 폴리알킬렌 글리콜, 에스테르, 락톤, 글리콜, 포르메이트, 술폰, 술폭시드, 아미드, 알콜, 케톤, 니트로 용매, 니트릴 용매 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 유기 용매를 포함하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E21. 전해질 조성물이 유기 용매, 예컨대 유기 카르보네이트, 예를 들어 시클릭 또는 비-시클릭 유기 카르보네이트, 예컨대 에틸렌 카르보네이트 (EC), 프로필렌 카르보네이트 (PC), 트리메틸렌 카르보네이트, 1,2-부틸렌 카르보네이트 (BC), 디메틸 카르보네이트 (DMC), 디에틸 카르보네이트 (DEC), 에틸메틸 카르보네이트 (EMC), 비닐렌 카르보네이트, 디플루오로에틸렌 카르보네이트 또는 모노플루오로에틸렌 카르보네이트; 또는

알콜, 예컨대 벤질알콜 (BA), 에탄올, 트리플루오로에탄올 (2,2,2-트리플루오로에탄올), 메탄올, 이소프로판올, t-부탄올 및 n-부탄올; 또는

E22. 전해질 조성물이, 전해질 조성물의 총 중량을 기준으로 하여, ≤ 10 ppm의 물 또는 ≤ 9, ≤ 8, ≤ 7, ≤ 6, ≤ 5 또는 ≤ 4 ppm의 물을 함유하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E23. 전해질 조성물이 이온성 액체 및 양성자성 산을 포함하고 총 이온성 액체에 대한 총 양성자성 산의 중량/중량비가 예를 들어 약 99.5/0.5 내지 약 0.5/99.5, 약 99/1 내지 약 1/99, 약 95/5 내지 약 5/95, 약 90/10 내지 약 10/90, 약 80/20 내지 약 20/80, 약 70/30 내지 약 30/70 또는 약 60/40 내지 약 40/60인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E24. 전해질 조성물이 이온성 액체 및 유기 용매를 포함하고 총 이온성 액체에 대한 총 유기 용매의 중량/중량비가 예를 들어 약 99.5/0.5 내지 약 0.5/99.5, 약 99/1 내지 약 1/99, 약 95/5 내지 약 5/95, 약 90/10 내지 약 10/90, 약 80/20 내지 약 20/80, 약 70/30 내지 약 30/70 또는 약 60/40 내지 약 40/60인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E25. 전해질 조성물이 1종 이상의 첨가제, 예를 들어 부식 억제제, 고체 전해질 계면 (SEI) 개선제, 양성자 방출 개선제, 자가-방전 억제제, 가스발생 방지제, 점도 조절제, 캐소드 보호제, 염 안정화제, 전도성 개선제 및 용매화제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 함유하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E26. 전해질 조성물이 플루오린화 오일, 주석산나트륨, 시트르산나트륨 또는 폴리아크릴산;

E27. > 1.2 V이며 약 6 V 이하 또는 약 1.2 내지 약 6.0 V, 약 1.3 내지 약 6.0 V, 약 1.4 내지 약 6.0 V 또는 약 1.5 내지 약 6.0 V 또는 약 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, 5.0, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8, 5.9 또는 약 6.0 V인 공칭 개방-회로 전압을 나타내는 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

하기는 본 발명의 보다 많은 실시양태이다.

E1. a) 이온성 액체 및

b) 양성자성 산 및/또는 유기 용매를 포함하는 전해질 조성물.

E2. 양성자성 산을 포함하는 실시양태 1에 따른 전해질 조성물.

E3. 유기 용매를 포함하는 실시양태 1 또는 2에 따른 전해질 조성물.

E4. 이온성 액체가 암모늄 또는 포스포늄 양이온을 함유하는 것인 실시양태 1-3 중 임의의 한 실시양태에 따른 전해질 조성물.

E5. 이온성 액체가 화학식 (a)-(h)로 이루어진 군으로부터 선택된 양이온을 함유하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 전해질 조성물이며,

여기서

메틸트리페닐포스포늄, 테트라페닐포스포늄, 테트라부틸포스포늄, 트리부틸메틸포스포늄, 트리에틸메틸포스포늄, 트리헥실테트라데실포스포늄, 트리페닐프로필포스포늄 또는 테트라키스(히드록시메틸)포스포늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 양이온 (예를 들어, 양이온은 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄 또는 트리헥실(테트라데실)포스포늄임)을 함유하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 전해질 조성물.

E7. 이온성 액체가 카르복실레이트, 이미드, 메티드, 니트레이트, 비플루오라이드, 할라이드, 보레이트, 포스페이트, 포스피네이트, 포스포네이트, 술포네이트, 술페이트, 카르보네이트 및 알루미네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 음이온을 함유하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 전해질 조성물.

E8. 이온성 액체가

[F_zB(C_mF_2m+1)₄ _-z]^-,

[F_yP(C_mF_2m+1)₆ _-y]^-,

[(C_mF_2m+1)₂P(O)O]^-,

[C_mF_2m ₊ ₁P(O)O₂] ^2-,

[O-C(O)-C_mF_2m ₊₁]^-,

[O-S(O)₂-C_mF_2m ₊₁]^-,

[N(C(O)-C_mF_2m ₊ ₁)₂]^-,

[N(S(O)₂-C_mF_2m+1)₂]^-,

[N(C(O)-C_mF_2m+1)(S(O)₂-C_mF_2m+1)]^-,

[N(C(O)-C_mF_2m+1)(C(O)F)]^-,

[N(S(O)₂-C_mF_2m+1)(S(O)₂F)]^-,

[N(S(O)₂F)₂]^-,

[C(C(O)-C_mF_2m ₊ ₁)₃]^-,

[C(S(O)₂-C_mF_2m+1)₃]^-,

로 이루어진 군으로부터 선택된 음이온을 함유하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 전해질 조성물이며,

여기서

y는 1 내지 6의 정수이고,

m은 1 내지 8의 정수, 예를 들어 1 내지 4이고,

z는 1 내지 4의 정수이고,

X는 B 또는 Al이고

E9. 이온성 액체가 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 ^-, 퍼플루오로알킬카르복실레이트, 퍼플루오로알킬술포네이트, 비스(퍼플루오로알킬술포닐)이미드, (퍼플루오로알킬술포닐)(퍼플루오로알킬카르복실)이미드, 트리스(퍼플루오로알킬술포닐)메티드, 트리플루오로아세테이트, 트리플루오로메탄술포네이트 (트리플레이트), 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 트리스(트리플루오로메틸술포닐)메티드, 테트라플루오로보레이트 또는 스피로-옥소 보레이트 또는 스피로-옥소 포스페이트, 예를 들어 비스옥살레이토보레이트 (BOB), 디플루오로옥살레이토보레이트 (dFOB), 디(트리플루오로아세테이토)옥살레이토보레이트 (d(Ac)OB), 트리스옥살레이토포스페이트, 테트라플루오로옥살레이토포스페이트 및 디(트리플루오로아세테이토)옥살레이토알루미네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 음이온을 함유하는 것인 실시양태 7에 따른 전해질 조성물.

E10. 이온성 액체가 화학식 RCOO^-의 카르복실레이트 음이온을 함유하는 것인 실시양태 7에 따른 전해질 조성물이며, 여기서 R은 수소 또는 히드로카르빌; 예컨대 포르메이트, 아세테이트 (에타노에이트), 아크릴레이트, 프로파노에이트, n-부타노에이트, i-부타노에이트, n-펜타노에이트, i-펜타노에이트, 옥타노에이트, 데카노에이트, 벤조에이트, 살리실레이트, 티오살리실레이트, 2-, 3- 또는 4-니트로벤조에이트; 시트레이트, 옥살레이트, 타르트레이트, 글리콜레이트, 글루코네이트, 말레이트, 만델레이트, 니트릴로트리아세트산의 카르복실레이트, N-(2-히드록시에틸)-에틸렌디아민트리아세트산의 카르복실레이트, 에틸렌디아민테트라아세트산의 카르복실레이트, 디에틸렌트리아민펜타아세트산의 카르복실레이트 또는 할로알킬카르복실레이트, 예컨대 플루오로아세테이트, 디플루오로아세테이트, 트리플루오로아세테이트, 클로로아세테이트, 디클로로아세테이트 또는 트리클로로아세테이트이다.

E11. 이온성 액체가 이미드 음이온, 예컨대 디시안아미드, N(SO₂F)₂ ^- ((비스플루오로술포닐)이미드), 비스(퍼플루오로알킬술포닐)이미드, 예컨대 [N(SO₂CF₃)₂]^- (비스트리플이미드), 비스(펜타플루오로에틸술포닐)이미드 또는 N(CF₃SO₂)(CF₃(CF₂)₃SO₂)^- 또는 (퍼플루오로알킬술포닐)(퍼플루오로알킬카르복실)이미드; 또는

비플루오라이드 (HF₂ ^-); 또는

알루미네이트, 예컨대 Al(OC(CF₃)₃)₄ ^-, 디(트리플루오로아세테이토)옥살레이토알루미네이트 (d(Ac)OAl), 테트라클로로알루미네이트, 테트라플루오로알루미네이트, 테트라아이오도알루미네이트 또는 테트라브로모알루미네이트를 함유하는 것인 실시양태 7에 따른 전해질 조성물.

E12. 이온성 액체가 디에틸메틸암모늄 트리플루오로메탄술포네이트 (DEMA TfO), 에틸암모늄 니트레이트, 트리에틸암모늄 메탄술포네이트, 2-메틸피리디늄 트리플루오로메탄술포네이트, 암모늄 플루오라이드, 메틸암모늄 니트레이트, 히드록시에틸암모늄 니트레이트, 에틸암모늄 니트레이트, 디메틸암모늄 니트레이트, 1-메틸이미다졸륨 니트레이트, 1-에틸이미다졸륨 니트레이트, t-부틸암모늄 테트라플루오로보레이트, 히드록시에틸암모늄 테트라플루오로보레이트, 메틸부틸암모늄 테트라플루오로보레이트, 트리에틸암모늄 테트라플루오로보레이트, 이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, 1-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, 1,2-디메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, t-부틸암모늄 트리플레이트, 2-플루오로피리디늄 트리플레이트, 히드록시에틸암모늄 트리플레이트, 1,2-디메틸이미다졸륨 트리플레이트, 이미다졸륨 트리플레이트, 1-메틸이미다졸륨 히드로겐술페이트, 1-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-메틸이미다졸륨 트리플레이트, 히드로늄 트리플레이트, 메틸암모늄 메실레이트, 에틸암모늄 메실레이트, 부틸암모늄 메실레이트, 메톡시에틸암모늄 메실레이트, 디메틸암모늄 메실레이트, 디부틸암모늄 메실레이트, 트리에틸암모늄 메실레이트, 디메틸에틸암모늄 메실레이트, 히드로늄 히드로겐술페이트, 암모늄 히드로겐술페이트, 메틸암모늄 히드로겐술페이트, 에틸암모늄 히드로겐술페이트, 프로필암모늄 히드로겐술페이트, n-부틸암모늄 히드로겐술페이트, t-부틸암모늄 히드로겐술페이트, 디메틸암모늄 히드로겐술페이트, 디에틸암모늄 히드로겐술페이트, 디-n-부틸암모늄 히드로겐술페이트, 메틸부틸암모늄 히드로겐술페이트, 에틸부틸암모늄 히드로겐술페이트, 트리메틸암모늄 히드로겐술페이트, 트리에틸암모늄 히드로겐술페이트, 트리부틸암모늄 히드로겐술페이트, 디메틸에틸암모늄 히드로겐술페이트, 디부틸암모늄 플루오로히드로겐 포스페이트, 트리에틸암모늄 플루오로히드로겐 포스페이트, 트리부틸암모늄 플루오로히드로겐 포스페이트, 히드로늄 디히드로겐 포스페이트, 메틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 에틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 프로필암모늄 디히드로겐 포스페이트, n-부틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 메톡시에틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 디메틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 디부틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 메틸부틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 암모늄 비플루오라이드, 메틸암모늄 비플루오라이드, 에틸암모늄 비플루오라이드 및 디메틸암모늄 비플루오라이드로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 실시양태 1-3 중 임의의 한 실시양태에 따른 전해질 조성물.

E13. 이온성 액체가 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 트리플루오로메탄술포네이트 (EMIM TfO), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트 (EMIM BF₄), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드 (EMIM TFSI), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트 (EMIM Ac), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 트리플루오로메탄술포네이트 (BMIM TfO), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트 (BMIM Ac), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드 (BMIM TFSI), 트리-n-부틸메틸암모늄 메틸술페이트, 1-에틸-2,3-디메틸이미다졸륨 에틸술페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 티오시아네이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라클로로알루미네이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 메틸술페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 메탄술포네이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 히드로겐카르보네이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 히드로겐술페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1,2,3-트리메틸이미다졸륨 메틸술페이트, 트리스-(히드록시에틸)메틸암모늄 메틸술페이트, 1,2,4-트리메틸피라졸륨 메틸술페이트, 1,3-디메틸이미다졸륨 히드로겐카르보네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 히드로겐카르보네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라클로로알루미네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 티오시아네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 메탄술포네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 히드로겐술페이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 에틸술페이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 니트레이트, 1-부틸피리디늄 클로라이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 디시안아미드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트, 1-부틸-3,5-디메틸피리디늄 브로마이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 비스(펜타플루오로에틸술포닐)이미드, 1-에틸-2,3-디메틸이미다졸륨 메틸카르보네이트, 카르복시메틸-트리부틸포스포늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, N-카르복시에틸-메틸피롤리디늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, N-카르복시메틸-트리메틸암모늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, N-카르복시메틸-메틸피리디늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 헥실트리메틸암모늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 테트라부틸포스포늄 메탄술포네이트, 트리에틸메틸암모늄 메틸카르보네이트, 1-에틸-1-메틸피페리디늄 메틸카르보네이트, 4-에틸-4-메틸모르폴리늄 메틸카르보네이트, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄 메틸카르보네이트, 트리에틸메틸암모늄 디부틸포스페이트, 트리부틸메틸포스포늄 디부틸포스페이트, 트리에틸메틸포스포늄 디부틸포스페이트, 테트라부틸포스포늄 테트라플루오로보레이트, 테트라부틸포스포늄 p-톨루엔술포네이트, 트리부틸메틸포스포늄 메틸카르보네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 히드로겐카르보네이트, 트리부틸메틸암모늄 메틸카르보네이트, 트리부틸메틸암모늄 디부틸포스페이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 디부틸포스페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 디부틸포스페이트, 1-(시아노메틸)-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-(3-시아노프로필)-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-(3-시아노프로필)-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 1-(3-시아노프로필)-3-메틸이미다졸륨 디시안아미드, 1-(3-시아노프로필)피리디늄 클로라이드, 1-(3-시아노프로필)피리디늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 1,3-비스(시아노메틸)이미다졸륨 클로라이드, 1,3-비스(시아노메틸)이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 1,3-비스(시아노프로필)이미다졸륨 클로라이드, 1,3-비스(3-시아노프로필)이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 브로마이드, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 브로마이드, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 트리부틸메틸포스포늄 메틸술페이트, 트리에틸메틸포스포늄 디부틸포스페이트, 트리헥실테트라데실포스포늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 트리헥실테트라데실포스포늄 비스(2,4,4-트리메틸페닐)포스피네이트, 트리헥실테트라데실포스포늄 브로마이드, 트리헥실테트라데실포스포늄 클로라이드, 트리헥실테트라데실포스포늄 데카노에이트, 트리헥실테트라데실포스포늄 디시안아미드, 3-(트리페닐포스포니오)프로판-1-술포네이트 및 3-(트리페닐포스포니오)프로판-1-술폰산 토실레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 실시양태 1-3 중 임의의 한 실시양태에 따른 전해질 조성물.

HAsF₆, HBF₄, H(OEt₂)BF₄, HPF₆, H[N(SO₂CF₃)₂] 또는 H[N(SO₂CF₂CF₃)₂]를 포함하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 전해질 조성물.

E15. 화학식 RCOOH의 카르복실산 양성자성 산을 포함하는 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 전해질 조성물이며, 여기서 R은 수소 또는 히드로카르빌이다.

E16. 화학식 RSO₃H의 양성자성 술폰산 (여기서 R은 알킬 또는 아릴 또는 1 내지 3개의 할로겐에 의해 치환된 알킬 또는 아릴임), 예컨대 p-톨루엔술폰산, 페닐술폰산, 메탄술폰산 또는 트리플루오로메탄술폰산을 포함하는 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 전해질 조성물.

E17. 고 비-배위 이온, 예컨대 브룩하트의 산 (BARF 산), [H(OEt₂)₂][B[3,5-(CF₃)₂C₆H₃]₄], [H(OEt₂)₂][B(C₆F₅)₄] (옥소늄 산) 또는 [H(OEt₂)₂][Al(OC(CF₃)₃)₄]와 연관된 옥소늄 이온인 양성자성 산을 포함하는 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 전해질 조성물.

E18. 유기 용매, 예를 들어 유기 카르보네이트, 에테르, 글림, 오르토 에스테르, 폴리알킬렌 글리콜, 에스테르, 락톤, 글리콜, 포르메이트, 술폰, 술폭시드, 아미드, 알콜, 케톤, 니트로 용매, 니트릴 용매 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 유기 용매를 포함하는 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 전해질 조성물.

E19. 유기 용매, 예컨대 유기 카르보네이트, 예를 들어 시클릭 또는 비-시클릭 유기 카르보네이트, 예컨대 에틸렌 카르보네이트 (EC), 프로필렌 카르보네이트 (PC), 트리메틸렌 카르보네이트, 1,2-부틸렌 카르보네이트 (BC), 디메틸 카르보네이트 (DMC), 디에틸 카르보네이트 (DEC), 에틸메틸 카르보네이트 (EMC), 비닐렌 카르보네이트, 디플루오로에틸렌 카르보네이트 또는 모노플루오로에틸렌 카르보네이트; 또는

니트릴 용매, 예컨대 아세토니트릴, 프로피오니트릴, 부티로니트릴 또는 아디포니트릴을 포함하는 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 전해질 조성물.

E20. 전해질 조성물의 총 중량을 기준으로 하여, ≤ 10 ppm의 물 또는 ≤ 9, ≤ 8, ≤ 7, ≤ 6, ≤ 5 또는 ≤ 4 ppm의 물을 함유하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 전해질 조성물.

E21. 양성자성 산을 포함하고 총 이온성 액체에 대한 총 양성자성 산의 중량/중량비가 예를 들어 약 99.5/0.5 내지 약 0.5/99.5, 약 99/1 내지 약 1/99, 약 95/5 내지 약 5/95, 약 90/10 내지 약 10/90, 약 80/20 내지 약 20/80, 약 70/30 내지 약 30/70 또는 약 60/40 내지 약 40/60인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 전해질 조성물.

E22. 유기 용매를 포함하고 총 이온성 액체에 대한 총 유기 용매의 중량/중량비가 예를 들어 약 99.5/0.5 내지 약 0.5/99.5, 약 99/1 내지 약 1/99, 약 95/5 내지 약 5/95, 약 90/10 내지 약 10/90, 약 80/20 내지 약 20/80, 약 70/30 내지 약 30/70 또는 약 60/40 내지 약 40/60인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 전해질 조성물.

E23. 1종 이상의 첨가제, 예를 들어 부식 억제제, 고체 전해질 계면 (SEI) 개선제, 양성자 방출 개선제, 자가-방전 억제제, 가스발생 방지제, 점도 조절제, 캐소드 보호제, 염 안정화제, 전도성 개선제 및 용매화제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 함유하는 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 전해질 조성물.

E24. 플루오린화 오일, 주석산나트륨, 시트르산나트륨 또는 폴리아크릴산;

포스페이트 에스테르-기재 계면활성제, 프로판 술톤 또는 플루오로프로판 술톤; 및 DMSO로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 함유 (예를 들어 전해질 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 약 0.1 중량% 내지 약 15 중량%의 수준으로)하는 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 전해질 조성물.

하기는 본 발명의 추가의 실시양태이다.

E1. 적어도 1개의 음극, 적어도 1개의 양극, 내부에 상기 전극들이 배치된 케이싱 및 전해질 조성물을 포함하는 금속 수소화물 배터리 (전지)이며, > 1.2 V 이며 약 6 V 또는 약 1.2 내지 약 6.0 V, 약 1.3 내지 약 6.0 V, 약 1.4 내지 약 6.0 V 또는 약 1.5 내지 약 6.0 V 또는 약 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, 5.0, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8, 5.9 또는 약 6.0 V인 공칭 개방-회로 전압을 나타내는 금속 수소화물 배터리.

E2. 전해질 조성물이 이온성 액체 (예를 들어 이온성 액체가 암모늄 또는 포스포늄 양이온을 함유함)를 포함하는 것인 실시양태 1에 따른 배터리.

E3. 전해질 조성물이 양성자성 산을 포함하는 것인 실시양태 1 또는 2에 따른 배터리.

E4. 전해질 조성물이 유기 용매를 포함하는 것인 실시양태 1 내지 3 중 임의의 한 실시양태에 따른 배터리.

E5. 전해질 조성물이 화학식 (a)-(h)로 이루어진 군으로부터 선택된 양이온을 함유하는 이온성 액체를 포함하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리이며,

여기서

E6. 전해질 조성물이 NH₄ ⁺ (암모늄), 메틸암모늄, 에틸암모늄, 디메틸암모늄, 디에틸암모늄, 트리메틸암모늄 (NMe₃H⁺), 트리에틸암모늄, 트리부틸암모늄, 디에틸메틸암모늄, 히드록시에틸암모늄, 메톡시메틸암모늄, 디부틸암모늄, 메틸부틸암모늄, 아닐리늄, 피리디늄, 2-메틸피리디늄, 이미다졸륨, 1-메틸이미다졸륨, 1,2-디메틸이미다졸륨, 이미다졸리늄, 1-에틸이미다졸륨, 1-(4-술포부틸)-3-메틸이미다졸륨, 1-알릴이미다졸륨, 퀴놀리늄, 이소퀴놀리늄, 피롤리늄, 피롤리니늄 또는 피롤리디늄;

메틸트리페닐포스포늄, 테트라페닐포스포늄, 테트라부틸포스포늄, 트리부틸메틸포스포늄, 트리에틸메틸포스포늄, 트리헥실테트라데실포스포늄, 트리페닐프로필포스포늄 또는 테트라키스(히드록시메틸)포스포늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 양이온 (예를 들어, 양이온은 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄 또는 트리헥실(테트라데실)포스포늄임)을 함유하는 이온성 액체를 포함하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E7. 전해질 조성물이 카르복실레이트, 이미드, 메티드, 니트레이트, 비플루오라이드, 할라이드, 보레이트, 포스페이트, 포스피네이트, 포스포네이트, 술포네이트, 술페이트, 카르보네이트 및 알루미네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 음이온을 함유하는 이온성 액체를 포함하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E8. 이온성 액체가

[F_zB(C_mF_2m+1)_4-z]^-,

[F_yP(C_mF_2m+1)_6-y]^-,

[(C_mF_2m+1)₂P(O)O]^-,

[C_mF_2m+1P(O)O₂] ^2-,

[O-C(O)-C_mF_2m+1]^-,

[O-S(O)₂-C_mF_2m+1]^-,

[N(C(O)-C_mF_2m+1)₂]^-,

[N(S(O)₂-C_mF_2m+1)₂]^-,

[N(C(O)-C_mF_2m+1)(S(O)₂-C_mF_2m+1)]^-,

[N(C(O)-C_mF_2m+1)(C(O)F)]^-,

[N(S(O)₂-C_mF_2m+1)(S(O)₂F)]^-,

[N(S(O)₂F)₂]^-,

[C(C(O)-C_mF_2m+1)₃]^-,

[C(S(O)₂-C_mF_2m+1)₃]^-,

로 이루어진 군으로부터 선택된 음이온을 함유하는 것인 실시양태 7에 따른 배터리이며,

여기서

y는 1 내지 6의 정수이고,

m은 1 내지 8의 정수, 예를 들어 1 내지 4이고,

z는 1 내지 4의 정수이고,

X는 B 또는 Al이고

E9. 음이온이 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 ^-, 퍼플루오로알킬카르복실레이트, 퍼플루오로알킬술포네이트, 비스(퍼플루오로알킬술포닐)이미드, (퍼플루오로알킬술포닐)(퍼플루오로알킬카르복실)이미드, 트리스(퍼플루오로알킬술포닐)메티드, 트리플루오로아세테이트, 트리플루오로메탄술포네이트 (트리플레이트), 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 트리스(트리플루오로메틸술포닐)메티드, 테트라플루오로보레이트, 또는 스피로-옥소 보레이트 또는 스피로-옥소 포스페이트, 예를 들어 비스옥살레이토보레이트 (BOB), 디플루오로옥살레이토보레이트 (dFOB), 디(트리플루오로아세테이토)옥살레이토보레이트 (d(Ac)OB), 트리스옥살레이토포스페이트, 테트라플루오로옥살레이토포스페이트 또는 디(트리플루오로아세테이토)옥살레이토알루미네이트인 실시양태 7에 따른 배터리.

비플루오라이드 (HF₂ ^-); 또는

E12. 전해질 조성물이 디에틸메틸암모늄 트리플루오로메탄술포네이트 (DEMA TfO), 에틸암모늄 니트레이트, 트리에틸암모늄 메탄술포네이트, 2-메틸피리디늄 트리플루오로메탄술포네이트, 암모늄 플루오라이드, 메틸암모늄 니트레이트, 히드록시에틸암모늄 니트레이트, 에틸암모늄 니트레이트, 디메틸암모늄 니트레이트, 1-메틸이미다졸륨 니트레이트, 1-에틸이미다졸륨 니트레이트, t-부틸암모늄 테트라플루오로보레이트, 히드록시에틸암모늄 테트라플루오로보레이트, 메틸부틸암모늄 테트라플루오로보레이트, 트리에틸암모늄 테트라플루오로보레이트, 이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, 1-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, 1,2-디메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, t-부틸암모늄 트리플레이트, 2-플루오로피리디늄 트리플레이트, 히드록시에틸암모늄 트리플레이트, 1,2-디메틸이미다졸륨 트리플레이트, 이미다졸륨 트리플레이트, 1-메틸이미다졸륨 히드로겐술페이트, 1-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-메틸이미다졸륨 트리플레이트, 히드로늄 트리플레이트, 메틸암모늄 메실레이트, 에틸암모늄 메실레이트, 부틸암모늄 메실레이트, 메톡시에틸암모늄 메실레이트, 디메틸암모늄 메실레이트, 디부틸암모늄 메실레이트, 트리에틸암모늄 메실레이트, 디메틸에틸암모늄 메실레이트, 히드로늄 히드로겐술페이트, 암모늄 히드로겐술페이트, 메틸암모늄 히드로겐술페이트, 에틸암모늄 히드로겐술페이트, 프로필암모늄 히드로겐술페이트, n-부틸암모늄 히드로겐술페이트, t-부틸암모늄 히드로겐술페이트, 디메틸암모늄 히드로겐술페이트, 디에틸암모늄 히드로겐술페이트, 디-n-부틸암모늄 히드로겐술페이트, 메틸부틸암모늄 히드로겐술페이트, 에틸부틸암모늄 히드로겐술페이트, 트리메틸암모늄 히드로겐술페이트, 트리에틸암모늄 히드로겐술페이트, 트리부틸암모늄 히드로겐술페이트, 디메틸에틸암모늄 히드로겐술페이트, 디부틸암모늄 플루오로히드로겐 포스페이트, 트리에틸암모늄 플루오로히드로겐 포스페이트, 트리부틸암모늄 플루오로히드로겐 포스페이트, 히드로늄 디히드로겐 포스페이트, 메틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 에틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 프로필암모늄 디히드로겐 포스페이트, n-부틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 메톡시에틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 디메틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 디부틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 메틸부틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 암모늄 비플루오라이드, 메틸암모늄 비플루오라이드, 에틸암모늄 비플루오라이드 및 디메틸암모늄 비플루오라이드로 이루어진 군으로부터 선택된 이온성 액체를 포함하는 것인 실시양태 1 내지 4 중 임의의 한 실시양태에 따른 배터리.

E13. 전해질 조성물이 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 트리플루오로메탄술포네이트 (EMIM TfO), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트 (EMIM BF₄), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드 (EMIM TFSI), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트 (EMIM Ac), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 트리플루오로메탄술포네이트 (BMIM TfO), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트 (BMIM Ac), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드 (BMIM TFSI), 트리-n-부틸메틸암모늄 메틸술페이트, 1-에틸-2,3-디메틸이미다졸륨 에틸술페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 티오시아네이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라클로로알루미네이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 메틸술페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 메탄술포네이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 히드로겐카르보네이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 히드로겐술페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1,2,3-트리메틸이미다졸륨 메틸술페이트, 트리스-(히드록시에틸)메틸암모늄 메틸술페이트, 1,2,4-트리메틸피라졸륨 메틸술페이트, 1,3-디메틸이미다졸륨 히드로겐카르보네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 히드로겐카르보네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라클로로알루미네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 티오시아네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 메탄술포네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 히드로겐술페이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 에틸술페이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 니트레이트, 1-부틸피리디늄 클로라이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 디시안아미드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트, 1-부틸-3,5-디메틸피리디늄 브로마이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 비스(펜타플루오로에틸술포닐)이미드, 1-에틸-2,3-디메틸이미다졸륨 메틸카르보네이트, 카르복시메틸-트리부틸포스포늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, N-카르복시에틸-메틸피롤리디늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, N-카르복시메틸-트리메틸암모늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, N-카르복시메틸-메틸피리디늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 헥실트리메틸암모늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 테트라부틸포스포늄 메탄술포네이트, 트리에틸메틸암모늄 메틸카르보네이트, 1-에틸-1-메틸피페리디늄 메틸카르보네이트, 4-에틸-4-메틸모르폴리늄 메틸카르보네이트, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄 메틸카르보네이트, 트리에틸메틸암모늄 디부틸포스페이트, 트리부틸메틸포스포늄 디부틸포스페이트, 트리에틸메틸포스포늄 디부틸포스페이트, 테트라부틸포스포늄 테트라플루오로보레이트, 테트라부틸포스포늄 p-톨루엔술포네이트, 트리부틸메틸포스포늄 메틸카르보네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 히드로겐카르보네이트, 트리부틸메틸암모늄 메틸카르보네이트, 트리부틸메틸암모늄 디부틸포스페이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 디부틸포스페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 디부틸포스페이트, 1-(시아노메틸)-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-(3-시아노프로필)-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-(3-시아노프로필)-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 1-(3-시아노프로필)-3-메틸이미다졸륨 디시안아미드, 1-(3-시아노프로필)피리디늄 클로라이드, 1-(3-시아노프로필)피리디늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 1,3-비스(시아노메틸)이미다졸륨 클로라이드, 1,3-비스(시아노메틸)이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 1,3-비스(시아노프로필)이미다졸륨 클로라이드, 1,3-비스(3-시아노프로필)이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 브로마이드, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 브로마이드, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 트리부틸메틸포스포늄 메틸술페이트, 트리에틸메틸포스포늄 디부틸포스페이트, 트리헥실테트라데실포스포늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 트리헥실테트라데실포스포늄 비스(2,4,4-트리메틸페닐)포스피네이트, 트리헥실테트라데실포스포늄 브로마이드, 트리헥실테트라데실포스포늄 클로라이드, 트리헥실테트라데실포스포늄 데카노에이트, 트리헥실테트라데실포스포늄 디시안아미드, 3-(트리페닐포스포니오)프로판-1-술포네이트 및 3-(트리페닐포스포니오)프로판-1-술폰산 토실레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 이온성 액체를 포함하는 것인 실시양태 1 내지 4 중 임의의 한 실시양태에 따른 배터리.

HAsF₆, HBF₄, H(OEt₂)BF₄, HPF₆, ,H[N(SO₂CF₃)₂] 또는 H[N(SO₂CF₂CF₃)₂]를 포함하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E15. 전해질 조성물이 화학식 RCOOH의 유기 양성자성 산, 예컨대 카르복실산을 포함하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리이며, 여기서 R은 수소 또는 히드로카르빌, 예를 들어 포름산, 아세트산, 플루오로아세트산, 디플루오로아세트산, 트리플루오로아세트산, 클로로아세트산, 디클로로아세트산, 트리클로로아세트산, 프로판산, 부티르산, 3-메틸부탄산, 발레르산, 헥산산, 헵탄산, 카프릴산, 노난산, 벤조산, 살리실산, 2-, 3- 또는 4-니트로벤조산; 시트르산, 옥살산, 타르타르산, 글리콜산, 글루콘산, 말산, 만델산, 니트릴로트리아세트산, N-(2-히드록시에틸)-에틸렌디아민트리아세트산, 에틸렌디아민테트라아세트산 또는 디에틸렌아민펜타아세트산이다.

E21. 전해질 조성물이 이온성 액체 및 양성자성 산을 포함하고 여기서 총 이온성 액체에 대한 총 양성자성 산의 중량/중량비가 예를 들어 약 99.5/0.5 내지 약 0.5/99.5, 약 99/1 내지 약 1/99, 약 95/5 내지 약 5/95, 약 90/10 내지 약 10/90, 약 80/20 내지 약 20/80, 약 70/30 내지 약 30/70 또는 약 60/40 내지 약 40/60인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E22. 전해질 조성물이 이온성 액체 및 유기 용매를 포함하고, 여기서 총 이온성 액체에 대한 총 유기 용매의 중량/중량비가 예를 들어 약 99.5/0.5 내지 약 0.5/99.5, 약 99/1 내지 약 1/99, 약 95/5 내지 약 5/95, 약 90/10 내지 약 10/90, 약 80/20 내지 약 20/80, 약 70/30 내지 약 30/70 또는 약 60/40 내지 약 40/60인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E23. 전해질 조성물이 1종 이상의 첨가제, 예를 들어 부식 억제제, 고체 전해질 계면 (SEI) 개선제, 양성자 방출 개선제, 자가-방전 억제제, 가스발생 방지제, 점도 조절제, 캐소드 보호제, 염 안정화제, 전도성 개선제 및 용매화제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 함유하는 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E25. 양극이 전이 금속, 전이 금속 산화물, 전이 금속 수산화물, 전이 금속 산화물/수산화물 및 전이 금속 플루오린화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 캐소드 활성 물질을 포함하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리.

E26. 양극이 전이 금속, 전이 금속 산화물, 전이 금속 수산화물, 전이 금속 산화물/수산화물 및 전이 금속 플루오린화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 캐소드 활성 물질을 포함하는 것인 상기 실시양태 중 어느 한 실시양태에 따른 배터리이며,

E27. 양극이 전이 금속, 전이 금속 산화물, 전이 금속 수산화물, 전이 금속 산화물/수산화물 및 전이 금속 플루오린화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 캐소드 활성 물질; 예를 들어, 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 또는 Au;

실시예

하기 실시예에서 달리 명시되지 않는 한, 모든 측정은 25℃ 및 1 기압의 주위 조건에서 수행하였다.

실시예 1 이온성 액체 및 아세트산을 포함하는 전해질 조성물

전해질 조성물은 이온성 액체와 아세트산 (AA)을 혼합함으로써 제조하였다. 아세트산 농도는 이온성 액체 중 mol/L (M)로 기록하였다. 조성물 각각의 전도성을 측정하고 25℃에의 mS/cm로 기록하였다. 결과는 하기와 같았다.

DEMA TfO: 디에틸메틸암모늄 트리플루오로메탄술포네이트

EMIM TFSI: 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드

EMIM TfO: 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 트리플루오로메탄술포네이트

BMIM TFSI: 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드

BMIM Ac: 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트

BMIM TfO: 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 트리플루오로메탄술포네이트

이온성 액체 내 아세트산의 존재는 증가된 전도성으로 이어지는 것으로 보였다.

전해질 조성물을 스웨즈락(SWAGELOK) 전지 조립에 사용하였다. 보다 작은 애노드를 사용하였고 따라서 용량이 제한되었다. 비용량은 애노드 활성 물질의 중량을 기준으로 하여 계산하였다. 애노드는 AB₅ 희토류/니켈-기재 금속 수소화물 활성 물질을 함유하였다. 캐소드는 Ni(OH)₂ 활성 물질을 함유하고 분리기는 통상적인 부직물이었다.

순수한 이온성 액체는 불량한 전지 성능을 나타내었다. 이온성 액체 및 1 M 아세트산을 포함하는 전해질 조성물은 개선된 전지 성능을 제시하였다. BMIM Ac를 함유하는 조성물은 특히 충전/방전 과전위 및 사이클 안정성의 관점에서 매우 우수한 성능을 제시하였다.

실시예 2 이온성 액체 및 용매를 포함하는 전해질 조성물

1-에틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트 (EMIM Ac)와 메탄올의 1:1 부피 혼합물을 제조하고 전지에서 실시예 1에서와 같이 전해질로서 시험하였다. 400 mAh/g의 충전 용량에 대해 78 mAh/g의 방전 용량이 얻어졌다.

실시예 3 이온성 액체 및 양성자성 산을 포함하는 전해질 조성물

EMIM TFSI, EMIM TfO 및 DEMA TfO 내 1 M H₃PO₄의 전해질 조성물을 제조하였다. 전해질을 전지에서 실시예 1에서와 같이 시험하였다. 전지는 우수한 충전/방전 특성을 나타내었다. 상기 실시예는 인산을 시트르산, 아크릴산, 메탄술폰산 및 옥살산 각각으로 대체하여 반복하였다.

실시예 4 EMIM Ac 내 2 M 아세트산을 함유하는 전해질 조성물

충전/방전 시험을 전지에서 실시예 1에서와 같이 2 M 아세트산/EMIM Ac 전해질 조성물을 사용하여 수행하였다. NiMH 전지를 40 mAh/g으로 충전시키고, 0.7 V의 컷오프(cutoff) 전압까지 방전시켰다. 전지를 활성화하기 위해 여러 사이클이 요구되었다. 처음 20 사이클에 걸쳐 충전 전압 강하 및 비용량이 극적으로 증가하였다. 쿨롱 효율은 23 사이클에서 70%에 도달하였다. 전지는 50 사이클 후에 약간 저하되기 시작하고; 147 사이클 후에 쿨롱 효율이 58%로 떨어졌다. AB₅ 애노드는 전지가 400 mAh/g의 용량으로 충전될 때 178 mAh/g의 비용량을 나타내었다.

실시예 5 순환 전압전류법

순환 전압전류법을 활성화 후에 가변 스캔 속도에서 2M 아세트산/EMIM Ac 전해질 및 30 중량 퍼센트 (중량%) 수성 KOH 전해질에서 AB₅ 애노드에 대하여 수행하였다. 전극 전위를 KOH에 대해 Hg/HgO 기준 0 V에서 -1.2 V까지, 2 M 아세트산/EMIM Ac 전해질에 대해 상업적 무누수 기준 전극 기준 0 V에서 -1.6 V까지 스캐닝하였다.

500 mV/s의 스캔 속도로, 30 중량% KOH에 대한 수소 흡착 피크는 약 -1.1 V에서 관찰되었다. 아세트산/EMIM Ac 전해질에 대해, 수소 흡착 피크는 -0.95 V에서 관찰되었고 추가 피크는 -1.55 V에서 관찰되었다. 본 아세트산/EMIM Ac 전해질에 대해 여분의 0.6 V 전압 윈도우가 있었다.

실시예 6 이온성 액체 및 용매를 포함하는 전해질 조성물

EMIM Ac 및 프로필렌 카르보네이트 (PC)의 용액을 제조하고 전도성을 시험하였다. EMIM Ac 수준은 EMIM Ac/PC 혼합물을 기준으로 하여 부피 %로 기록하였다. 조성물 각각의 전도성을 측정하고 25℃에서 mS/cm로 기록하였다. 결과는 하기와 같았다.

이온성 액체와 PC의 1:1 부피 혼합물은 고도로 전도성인 것으로 보였다.

실시예 7 이온성 액체/용매/양성자성 산을 함유하는 삼원 전해질 조성물

아세트산과 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트 (EMIM Ac)의 혼합물을 제조하고 전도성을 시험하였다. 달성된 최고 전도성은 1:1 중량 혼합물에 대해 약 10.8 mS/cm이었다.

전해질 조성물은 EMIM Ac와 프로필렌 카르보네이트 (PC)의 1:1 부피 혼합물을 아세트산과 혼합함으로써 제조하였다. 아세트산 농도는 총 혼합물을 기준으로 한 중량%이었다. 전도성을 측정하고, 하기에 기록하였다.

전해질 조성물은 메탄술폰산과 EMIM Ac/PC의 1:1 부피 혼합물을 혼합함으로써 제조하였다. 메탄술폰산 농도는 총 혼합물을 기준으로 한 중량%이었다. 전도성을 측정하고, 하기에 기록하였다.

전해질 조성물을 아크릴산과 EMIM Ac/PC의 1:1 부피 혼합물을 혼합함으로써 제조하였다. 아크릴산 농도는 총 혼합물을 기준으로 한 중량%이다. 전도성을 측정하고, 하기에 기록하였다.

이온성 액체, 용매 및 양성자성 산을 함유하는 삼원 전해질 조성물이 탁월한 전도성을 나타내는 것으로 보였다.

EMIM Ac/PC의 1:1 부피 혼합물 내 15.91 중량% 아세트산의 전해질 조성물을 전지에서 실시예 1에서와 같이 시험하였다. 제1 사이클에서, 삼원 전해질은 EMIM Ac 내 2M 아세트산에 대해 감소된 충전/방전 과전위를 나타내었다. 삼원 시스템은 충전 전압에서 0.33 V 강하 및 증가된 방전 전압 정체기를 나타내었다. 삼원 시스템은 또한 2원 시스템의 21.2% (6.16/29 mAh/g)에 대해 증가된 쿨롱 효율인 32.9% (13.14/40 mAh/g)을 가졌다.

실시예 8 이온성 액체/양성자성 산 및/또는 용매를 함유하는 전해질 조성물

메탄올을 에틸렌 카르보네이트 (EC), 프로필렌 카르보네이트 (PC), 1,2-디메톡시에탄 (DME), 디메틸 술폭시드 (DMSO), N,N-디메틸포름아미드 (DMF), N, N-디메틸아세트아미드 (DMA) 및 아세토니트릴 (AN)로 각각 대체하면서 실시예 2를 반복하였다.

PC를 EC, 메탄올, DME, DMSO, DMF, DMA 및 아세토니트릴로 각각 대체하면서 실시예 6 및 7을 반복하였다.

Claims

적어도 1개의 음극, 적어도 1개의 양극, 내부에 상기 전극들이 배치된 케이싱 및 전해질 조성물을 포함하며, 전해질 조성물이 a) 이온성 액체 및 b) 붕산, 플루오린화수소산, 브로민화수소산, 아이오딘화수소산, 과염소산, 과아이오딘산; 중황산나트륨, 중황산칼륨, 중황산암모늄; HAsF₆, HBF₄, H(OEt₂)BF₄ 및 HPF₆로 이루어진 군으로부터 선택된 양성자성 산, 또는 화학식 RSO₃H의 술폰산 (여기서 R은 알킬 또는 아릴 또는 1 내지 3개의 할로겐에 의해 치환된 알킬 또는 아릴임); [H(OEt₂)₂][B[3,5-(CF₃)₂C₆H₃]₄], [H(OEt₂)₂][B(C₆F₅)₄] 및 [H(OEt₂)₂][Al(OC(CF₃)₃)₄]로 이루어진 군으로부터 선택된 양성자성 산을 포함하는 것인 금속 수소화물 배터리.
제1항에 있어서, 총 양성자성 산에 대한 총 이온성 액체의 중량비가 약 99.5/0.5 내지 약 0.5/99.5인 금속 수소화물 배터리.
제1항에 있어서, 전해질 조성물이 유기 용매를 추가로 포함하며, 여기서 총 유기 용매에 대한 총 이온성 액체의 중량비가 약 99.5/0.5 내지 약 0.5/99.5인 금속 수소화물 배터리.
제1항에 있어서, 전해질 조성물이 유기 용매를 추가로 포함하는 것인 금속 수소화물 배터리.
제1항에 있어서, 이온성 액체가 화학식 (a)-(h)로 이루어진 군으로부터 선택된 양이온을 함유하는 것이며,

여기서
각각의 R은 독립적으로 수소, C₁-C₁₆알킬 또는 히드록시C₁-C₁₆알킬, 메틸, 에틸, 히드록시에틸 또는 프로필이고
X는 CH₂, O, S 또는 NR이고, 여기서 R은 수소 또는 C₁-C₁₆알킬인 금속 수소화물 배터리.
제1항에 있어서, 이온성 액체가 카르복실레이트, 이미드, 메티드, 니트레이트, 비플루오라이드, 할라이드, 보레이트, 포스페이트, 포스피네이트, 포스포네이트, 술포네이트, 술페이트, 카르보네이트 및 알루미네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 음이온을 함유하는 것인 금속 수소화물 배터리.
제1항에 있어서, 이온성 액체가 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 ^-, 퍼플루오로알킬카르복실레이트, 퍼플루오로알킬술포네이트, 비스(퍼플루오로알킬술포닐)이미드, (퍼플루오로알킬술포닐)(퍼플루오로알킬카르복실)이미드, 트리스(퍼플루오로알킬술포닐)메티드, 트리플루오로아세테이트, 트리플루오로메탄술포네이트 (트리플레이트), 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 트리스(트리플루오로메틸술포닐)메티드, 테트라플루오로보레이트, 스피로-옥소 보레이트 및 스피로-옥소 포스페이트로 이루어진 군으로부터 선택된 음이온을 함유하는 것인 금속 수소화물 배터리.
제1항에 있어서, 이온성 액체가 화학식 RCOO^-의 카르복실레이트 음이온을 함유하며, 여기서 R이 수소 또는 히드로카르빌인 금속 수소화물 배터리.
제1항에 있어서, 이온성 액체가 디시안아미드, N(SO₂F)₂ ^-, 비스(퍼플루오로알킬술포닐)이미드, 비스(펜타플루오로에틸술포닐)이미드, N(CF₃SO₂)(CF₃(CF₂)₃SO₂)^-, (퍼플루오로알킬술포닐)(퍼플루오로알킬카르복실)이미드;
트리스(퍼플루오로알킬술포닐)메티드; 비플루오라이드; 클로라이드, 브로마이드, 아이오다이드, 플루오라이드;
오르토보레이트, 테트라히드록시보레이트, 테트라보레이트, 테트라페닐보레이트, [B(3,5-(CF₃)₂C₆H₃)₄]^-, B(C₂O₄)₂ ^-(비스(옥살레이토)보레이트), 디플루오로(옥살레이토)보레이트, 디(트리플루오로아세테이토)옥살레이토보레이트, B(C₆F₅)₄ ^-, BF₄ ^-;
디히드로겐 포스페이트, 히드로겐 포스페이트, 알킬 포스페이트, 디알킬 포스페이트, 포스페이트, PF₆ ^-, HPO₃F^-, 트리스옥살레이토포스페이트, 테트라플루오로옥살레이토포스페이트, 플루오로(퍼플루오로알킬)포스페이트; 알킬술포네이트, 아릴술포네이트, 퍼플루오로알킬술포네이트;
히드로겐술페이트, 술페이트, 티오술페이트, 알킬술페이트; 카르보네이트, 히드로겐카르보네이트, 알킬카르보네이트; Al(OC(CF₃)₃)₄ ^-, 디(트리플루오로아세테이토)옥살레이토알루미네이트, 테트라클로로알루미네이트, 테트라플루오로알루미네이트, 테트라아이오도알루미네이트 및 테트라브로모알루미네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 음이온을 함유하는 것인 금속 수소화물 배터리.
제1항에 있어서, 이온성 액체가 디에틸메틸암모늄 트리플루오로메탄술포네이트, 에틸암모늄 니트레이트, 트리에틸암모늄 메탄술포네이트, 2-메틸피리디늄 트리플루오로메탄술포네이트, 암모늄 플루오라이드, 메틸암모늄 니트레이트, 히드록시에틸암모늄 니트레이트, 에틸암모늄 니트레이트, 디메틸암모늄 니트레이트, 1-메틸이미다졸륨 니트레이트, 1-에틸이미다졸륨 니트레이트, t-부틸암모늄 테트라플루오로보레이트, 히드록시에틸암모늄 테트라플루오로보레이트, 메틸부틸암모늄 테트라플루오로보레이트, 트리에틸암모늄 테트라플루오로보레이트, 이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, 1-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, 1,2-디메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, t-부틸암모늄 트리플레이트, 2-플루오로피리디늄 트리플레이트, 히드록시에틸암모늄 트리플레이트, 1,2-디메틸이미다졸륨 트리플레이트, 이미다졸륨 트리플레이트, 1-메틸이미다졸륨 히드로겐술페이트, 1-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-메틸이미다졸륨 트리플레이트, 히드로늄 트리플레이트, 메틸암모늄 메실레이트, 에틸암모늄 메실레이트, 부틸암모늄 메실레이트, 메톡시에틸암모늄 메실레이트, 디메틸암모늄 메실레이트, 디부틸암모늄 메실레이트, 트리에틸암모늄 메실레이트, 디메틸에틸암모늄 메실레이트, 히드로늄 히드로겐술페이트, 암모늄 히드로겐술페이트, 메틸암모늄 히드로겐술페이트, 에틸암모늄 히드로겐술페이트, 프로필암모늄 히드로겐술페이트, n-부틸암모늄 히드로겐술페이트, t-부틸암모늄 히드로겐술페이트, 디메틸암모늄 히드로겐술페이트, 디에틸암모늄 히드로겐술페이트, 디-n-부틸암모늄 히드로겐술페이트, 메틸부틸암모늄 히드로겐술페이트, 에틸부틸암모늄 히드로겐술페이트, 트리메틸암모늄 히드로겐술페이트, 트리에틸암모늄 히드로겐술페이트, 트리부틸암모늄 히드로겐술페이트, 디메틸에틸암모늄 히드로겐술페이트, 디부틸암모늄 플루오로히드로겐 포스페이트, 트리에틸암모늄 플루오로히드로겐 포스페이트, 트리부틸암모늄 플루오로히드로겐 포스페이트, 히드로늄 디히드로겐 포스페이트, 메틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 에틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 프로필암모늄 디히드로겐 포스페이트, n-부틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 메톡시에틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 디메틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 디부틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 메틸부틸암모늄 디히드로겐 포스페이트, 암모늄 비플루오라이드, 메틸암모늄 비플루오라이드, 에틸암모늄 비플루오라이드, 디메틸암모늄 비플루오라이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 트리플루오로메탄술포네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 트리플루오로메탄술포네이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 트리-n-부틸메틸암모늄 메틸술페이트, 1-에틸-2,3-디메틸이미다졸륨 에틸술페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 티오시아네이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라클로로알루미네이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 메틸술페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 메탄술포네이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 히드로겐카르보네이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 히드로겐술페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1,2,3-트리메틸이미다졸륨 메틸술페이트, 트리스-(히드록시에틸)메틸암모늄 메틸술페이트, 1,2,4-트리메틸피라졸륨 메틸술페이트, 1,3-디메틸이미다졸륨 히드로겐카르보네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 히드로겐카르보네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라클로로알루미네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 티오시아네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 메탄술포네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 히드로겐술페이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 에틸술페이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 니트레이트, 1-부틸피리디늄 클로라이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 디시안아미드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트, 1-부틸-3,5-디메틸피리디늄 브로마이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 비스(펜타플루오로에틸술포닐)이미드, 1-에틸-2,3-디메틸이미다졸륨 메틸카르보네이트, 카르복시메틸-트리부틸포스포늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, N-카르복시에틸-메틸피롤리디늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, N-카르복시메틸-트리메틸암모늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, N-카르복시메틸-메틸피리디늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 헥실트리메틸암모늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 테트라부틸포스포늄 메탄술포네이트, 트리에틸메틸암모늄 메틸카르보네이트, 1-에틸-1-메틸피페리디늄 메틸카르보네이트, 4-에틸-4-메틸모르폴리늄 메틸카르보네이트, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄 메틸카르보네이트, 트리에틸메틸암모늄 디부틸포스페이트, 트리부틸메틸포스포늄 디부틸포스페이트, 트리에틸메틸포스포늄 디부틸포스페이트, 테트라부틸포스포늄 테트라플루오로보레이트, 테트라부틸포스포늄 p-톨루엔술포네이트, 트리부틸메틸포스포늄 메틸카르보네이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 히드로겐카르보네이트, 트리부틸메틸암모늄 메틸카르보네이트, 트리부틸메틸암모늄 디부틸포스페이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 디부틸포스페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 디부틸포스페이트, 1-(시아노메틸)-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-(3-시아노프로필)-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-(3-시아노프로필)-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 1-(3-시아노프로필)-3-메틸이미다졸륨 디시안아미드, 1-(3-시아노프로필)피리디늄 클로라이드, 1-(3-시아노프로필)피리디늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 1,3-비스(시아노메틸)이미다졸륨 클로라이드, 1,3-비스(시아노메틸)이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 1,3-비스(시아노프로필)이미다졸륨 클로라이드, 1,3-비스(3-시아노프로필)이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 브로마이드, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 브로마이드, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨 클로라이드, 트리부틸메틸포스포늄 메틸술페이트, 트리에틸메틸포스포늄 디부틸포스페이트, 트리헥실테트라데실포스포늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 트리헥실테트라데실포스포늄 비스(2,4,4-트리메틸페닐)포스피네이트, 트리헥실테트라데실포스포늄 브로마이드, 트리헥실테트라데실포스포늄 클로라이드, 트리헥실테트라데실포스포늄 데카노에이트, 트리헥실테트라데실포스포늄 디시안아미드, 3-(트리페닐포스포니오)프로판-1-술포네이트 및 3-(트리페닐포스포니오)프로판-1-술폰산 토실레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 금속 수소화물 배터리.
제1항에 있어서, 전해질 조성물이 염산, 질산, 인산, 황산, 붕산, 플루오린화수소산, 브로민화수소산, 아이오딘화수소산, 과염소산, 과아이오딘산; 중황산나트륨, 중황산칼륨, 중황산암모늄; HAsF₆, HBF₄, H(OEt₂)BF₄, HPF₆, H[N(SO₂CF₃)₂] 및 H[N(SO₂CF₂CF₃)₂]로 이루어진 군으로부터 선택된 양성자성 산을 포함하는 것인 금속 수소화물 배터리.
제1항에 있어서, 전해질 조성물이 화학식 RCOOH의 카르복실산 (여기서 R은 수소 또는 히드로카르빌임); 화학식 RSO₃H의 술폰산 (여기서 R은 알킬 또는 아릴 또는 1 내지 3개의 할로겐에 의해 치환된 알킬 또는 아릴임); [H(OEt₂)₂][B[3,5-(CF₃)₂C₆H₃]₄], [H(OEt₂)₂][B(C₆F₅)₄] 및 [H(OEt₂)₂][Al(OC(CF₃)₃)₄]로 이루어진 군으로부터 선택된 양성자성 산을 포함하는 것인 금속 수소화물 배터리.
제1항에 있어서, 전해질 조성물이 유기 카르보네이트, 에테르, 글림, 오르토 에스테르, 폴리알킬렌 글리콜, 에스테르, 락톤, 글리콜, 포르메이트, 술폰, 술폭시드, 아미드, 알콜, 케톤, 니트로 용매, 니트릴 용매 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 유기 용매를 추가로 포함하는 것인 금속 수소화물 배터리.
제1항에 있어서, 전해질 조성물이 에틸렌 카르보네이트, 프로필렌 카르보네이트, 트리메틸렌 카르보네이트, 1,2-부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 에틸메틸 카르보네이트, 비닐렌 카르보네이트, 디플루오로에틸렌 카르보네이트, 모노플루오로에틸렌 카르보네이트; 디메톡시메탄, 디에톡시메탄, 1,2-디메톡시에탄, 디글림, 트리글림, 테트라글림, 에틸렌글리콜 디에틸에테르, 에틸렌글리콜 디부틸에테르, 디에틸렌글리콜 디에틸에테르, 테트라히드로푸란, 2-메틸테트라히드로푸란, 1,3-디옥산, 1,3-디옥솔란, 4-메틸-1,3-디옥솔란, 2-메틸-1,3-디옥솔란, 1,4-디옥산, 디메틸에테르, 에틸메틸에테르, 디에틸에테르, 디-n-부틸에테르, 디-t-부틸에테르, 디-이소프로필에테르, 메틸-t-부틸에테르, 에틸-t-부틸에테르, t-아밀-메틸에테르; 트리메톡시메탄, 트리에톡시메탄, 1,4-디메틸-3,5,8-트리옥사비시클로[2.2.2]옥탄, 4-에틸-1-메틸-3,5,8-트리옥사비시클로[2.2.2]옥탄;
약 200 내지 약 1200 g/mol의 중량 평균 분자량을 갖는 폴리에틸렌 글리콜 또는 모노메틸, 디메틸 또는 디에틸 폴리에틸렌 글리콜; γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, δ-발레로락톤, 에틸 아세테이트, 2-메톡시에틸 아세테이트, 2-에톡시에틸 아세테이트, 2-부톡시에틸 아세테이트, 2-(2-부톡시에톡시)에틸 아세테이트, 에틸렌 글리콜 디아세테이트, 3-에톡시 에틸 프로피오네이트, 메틸 부티레이트, n-아밀 아세테이트, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트, 에틸 부티레이트, 디에틸 말로네이트, 디메틸 말로네이트; 아디프산, 글루타르산 및 숙신산의 메틸 에스테르;
에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 2-프로폭시에탄올, 2-이소프로폭시에탄올, 2-부톡시에탄올, 2-페녹시에탄올, 2-벤질옥시에탄올, 2-(2-메톡시에톡시)에탄올, 2-(2-에톡시에톡시)에탄올, 2-(2-부톡시에톡시)에탄올, 프로필렌 글리콜 부틸 에테르, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 메틸 에테르, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 퍼플루오로-1,4-부탄디올, 퍼플루오로-1,5-부탄디올, 플루오린화 디에틸렌 글리콜 메틸 에테르, 플루오린화 트리에틸렌 글리콜, 플루오린화 트리에틸렌 글리콜 메틸 에테르 또는 플루오린화 디에틸렌 글리콜 부틸 에테르; 메틸 포르메이트, 에틸 포르메이트, 이소부틸 포르메이트, tert-부틸 포르메이트;
메틸술포닐메탄, 에틸메틸술폰, 술폴란, 디메틸술폭시드;
디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈 (NMP), 2-피롤리돈, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 헥사메틸포스포르아미드, N,N'-디메틸-N,N'-트리메틸렌우레아;
벤질알콜, 에탄올, 트리플루오로에탄올, 메탄올, 이소프로판올, t-부탄올, n-부탄올;
메틸에틸케톤, 메틸-이소아밀케톤; 니트로벤젠, 니트로메탄, 니트로에탄;
아세토니트릴, 프로피오니트릴, 부티로니트릴 및 아디포니트릴로 이루어진 군으로부터 선택된 유기 용매를 추가로 포함하는 것인 금속 수소화물 배터리.
제1항에 있어서, 전해질 조성물이 전해질 조성물의 총 중량을 기준으로 하여, 10 중량 ppm 이하의 물을 함유하는 것인 금속 수소화물 배터리.
제1항에 있어서, 전해질 조성물이 부식 억제제, 고체 전해질 계면 개선제, 양성자 방출 개선제, 자가-방전 억제제, 가스발생 방지제, 점도 조절제, 캐소드 보호제, 염 안정화제, 전도성 개선제 및 용매화제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 함유하는 것인 금속 수소화물 배터리.
제1항에 있어서, 1.2 V 초과이며 약 6 V 이하인 공칭 개방-회로 전압을 나타내는 금속 수소화물 배터리.
제1항에 있어서, 양극이 전이 금속, 전이 금속 산화물, 전이 금속 수산화물, 전이 금속 산화물/수산화물 및 전이 금속 플루오린화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 캐소드 활성 물질을 포함하며;
여기서 금속 산화물, 금속 수산화물 및 금속 산화물/수산화물 중에, 니켈이 금속 산화물, 금속 수산화물 및 금속 산화물/수산화물의 총 금속을 기준으로 하여 80 원자 퍼센트 이하의 수준으로 존재하는 것인 금속 수소화물 배터리.
제18항에 있어서, 캐소드 활성 물질이
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 또는 Au;
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 또는 Au의 산화물;
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 또는 Au의 수산화물;
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 또는 Au의 산화물/수산화물 및
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 또는 Au의 플루오린화물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 금속 수소화물 배터리.
a) 이온성 액체 및
b) 붕산, 플루오린화수소산, 브로민화수소산, 아이오딘화수소산, 과염소산, 과아이오딘산; 중황산나트륨, 중황산칼륨, 중황산암모늄; HAsF₆, HBF₄, H(OEt₂)BF₄ 및 HPF₆로 이루어진 군으로부터 선택된 양성자성 산, 또는 화학식 RSO₃H의 술폰산 (여기서 R은 알킬 또는 아릴 또는 1 내지 3개의 할로겐에 의해 치환된 알킬 또는 아릴임); [H(OEt₂)₂][B[3,5-(CF₃)₂C₆H₃]₄], [H(OEt₂)₂][B(C₆F₅)₄] 및 [H(OEt₂)₂][Al(OC(CF₃)₃)₄]로 이루어진 군으로부터 선택된 양성자성 산
을 포함하는 전해질 조성물.
적어도 1개의 음극, 적어도 1개의 양극, 내부에 상기 전극들이 배치된 케이싱 및 전해질 조성물을 포함하며, 여기서 양극은 전이 금속, 전이 금속 산화물, 전이 금속 수산화물, 전이 금속 산화물/수산화물 및 전이 금속 플루오린화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 캐소드 활성 물질을 포함하며;
여기서 금속 산화물, 금속 수산화물 및 금속 산화물/수산화물 중에, 니켈이 금속 산화물, 금속 수산화물 및 금속 산화물/수산화물의 총 금속을 기준으로 하여 80 원자 퍼센트 이하의 수준으로 존재하며,
여기서 상기 전해질 조성물은 a) 이온성 액체 및 b) 붕산, 플루오린화수소산, 브로민화수소산, 아이오딘화수소산, 과염소산, 과아이오딘산; 중황산나트륨, 중황산칼륨, 중황산암모늄; HAsF₆, HBF₄, H(OEt₂)BF₄ 및 HPF₆로 이루어진 군으로부터 선택된 양성자성 산, 또는 화학식 RSO₃H의 술폰산 (여기서 R은 알킬 또는 아릴 또는 1 내지 3개의 할로겐에 의해 치환된 알킬 또는 아릴임); [H(OEt₂)₂][B[3,5-(CF₃)₂C₆H₃]₄], [H(OEt₂)₂][B(C₆F₅)₄] 및 [H(OEt₂)₂][Al(OC(CF₃)₃)₄]로 이루어진 군으로부터 선택된 양성자성 산을 포함하는 것인 금속 수소화물 배터리.
제21항에 있어서, 캐소드 활성 물질이
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 또는 Au;
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 또는 Au의 산화물;
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 또는 Au의 수산화물;
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 또는 Au의 산화물/수산화물 및
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 또는 Au의 플루오린화물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 금속 수소화물 배터리.
제21항에 있어서, 전해질 조성물이 유기 용매를 추가로 포함하는 것인 금속 수소화물 배터리.
제21항에 있어서, 1.2 V (볼트) 초과이며 약 6 V 이하인 공칭 개방-회로 전압을 나타내는 금속 수소화물 배터리.