BR112016016820B1 - Solução de eletrólito não aquosa e bateria secundária de lítio compreendendo a mesma - Google Patents
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Abstract
SOLUÇÃO DE ELETRÓLITO NÃO AQUOSA E BATERIA SECUNDÁRIA DE LÍTIO COMPREENDENDO A MESMA. A presente invenção se refere a uma bateria secundária de lítio compreendendo uma solução de eletrólito não aquosa compreendendo bis (fluorossulfonil)imida de lítio (LiFSI) e um composto fosfazeno como aditivos, um eletrodo positivo compreendendo um óxido com base em lítio-manganês-níquel-cobalto como um material ativo eletrodo positivo, um eletrodo negativo e um separador. De acordo com uma solução de eletrólito não aquosa para uma bateria secundária de lítio da presente invenção, uma camada rígida de SEI pode ser formada em um eletrodo negativo durante a carga inicial da bateria secundária de lítio compreendendo a mesma, as propriedades de saída da bateria secundária de lítio podem ser melhoradas, e as propriedades de saída após armazenamento em altas temperaturas e as propriedades de capacidade podem ser aumentadas.
Description
O presente pedido reivindica prioridade e os beneficios do Pedido de Patente Coreano N° 10-2014-0128882 depositado no Escritório Coreano de Propriedade Intelectual em 26 de setembro de 2014 e do Pedido de Patente Coreano N° 10-2015- 0135259 depositado no Escritório Coreano de Propriedade Intelectual em 24 de setembro de 2015, todo o conteúdo do qual está incorporado no presente documento por referência. Campo Técnico
A presente invenção se refere a uma bateria secundária de litio compreendendo uma solução de eletrólito não aquosa compreendendo bis (fluorossulfonil) imida de litio (LiFSI) e um composto fosfazeno aditivo, um eletrodo positivo contendo um óxido com base em litio-manganês-niquel-cobalto como um material ativo eletrodo positivo, um eletrodo negativo e um separador.
De acordo com o aumento do desenvolvimento técnico e da demanda de dispositivos móveis, a demanda de baterias secundárias como uma fonte de energia tem sido rapidamente aumentada. Entre as baterias secundárias, baterias secundárias de litio tendo alta densidade de energia e voltagem estão comercialmente disponíveis e são amplamente usadas.
Como um material ativo eletrodo positivo de uma bateria secundária de litio, um óxido de litio metálico é usado, e como um material ativo eletrodo negativo, um metal de litio, uma liga de litio, carbono cristalino ou amorfo ou um compósito de carbono é usado. 0 material ativo é revestido em um coletor de corrente em uma espessura e comprimento adequados, ou o próprio material ativo é revestido como uma forma de filme e então é envolvido ou é empilhado com um separador que é um material isolante, para formar um grupo eletrodo. Depois disso, o grupo eletrodo é inserido em uma lata ou um recipiente similar a este, e uma solução de eletrólito é injetada nele para fabricar uma bateria secundária.
Em uma bateria secundária de litio, ions de litio repetem a intercalação e desintercalação a partir de um óxido de litio metálico de um eletrodo positivo para um eletrodo de carbono para conduzir carga e descarga. Neste caso, o litio é fortemente reativo e reage com o eletrodo de carbono para produzir Li2CO3, LiO, LiOH, etc. para formar uma camada revestida na superfície de um eletrodo negativo. Esta camada revestida é chamada interface de eletrólito sólida (SEI). A camada SEI formada no inicio da carga pode evitar a reação dos ions de litio com o eletrodo negativo de carbono ou outros materiais durante carga e descarga. Além disso, a camada SEI desempenha o papel de um túnel de ion e só passa os ions de litio. 0 túnel de ion pode induzir a solvatação dos ions de litio, e solventes orgânicos de uma solução de eletrólito tendo alto peso molecular elevado pode induzir cointercalação no eletrodo negativo de carbono, desse modo evitando a quebra da estrutura do eletrodo negativo de carbono.
Portanto, para melhorar as propriedades de ciclo a uma temperatura alta e a saida a uma temperatura baixa de uma bateria secundária de litio, uma camada rigida SEI é necessária para ser formada no eletrodo negativo da bateria secundária de litio. Uma vez que a camada SEI é formada durante uma carga inicial, a camada SEI evita a reação dos ions de litio com o eletrodo negativo ou outros materiais durante repetida carga e descarga enquanto usa a bateria mais tarde e desempenha o papel do túnel de ion para passar só os ions de litio entre uma solução de eletrólito e o eletrodo negativo.
A melhoria das propriedades de saida a uma temperatura baixa não é esperada para uma solução de eletrólito comum não compreendendo um aditivo de eletrólito ou uma solução de eletrólito compreendendo um aditivo de eletrólito com propriedades inferiores devido à formação de uma camada SEI não uniforme. Além disso, mesmo quando um aditivo de eletrólito é incluido, No caso quando a quantidade requerida disso não é controlada, a superficie do eletrodo positivo pode ser decomposta durante realização de uma reação a uma temperatura alta devido ao aditivo de eletrólito, ou uma reação de oxidação da solução de eletrólito pode ser realizada, assim aumentando a capacidade irreversível e deteriorando as propriedades de saida de uma bateria secundária.
Um aspecto da presente invenção fornece uma solução de eletrólito não aquosa para uma bateria secundária de litio, que pode melhorar as propriedades de saida e pode aumentar as propriedades de vida útil, e uma bateria secundária de litio compreendendo a mesma.
De acordo com um aspecto da presente invenção, é fornecida uma bateria secundária de litio compreendendo uma solução de eletrólito não aquosa compreendendo bis(fluorossulfonil)imida de litio (LiFSI) e um composto fosfazeno como aditivos, um eletrodo positivo compreendendo um óxido com base em litio-manganês-niquel-cobalto como um material ativo eletrodo positivo, um eletrodo negativo e um separador.
A solução de eletrólito não aquosa pode ainda compreender um sal de litio, e uma razão de mistura do sal de litio e da bis(fluorossulfonil)imida de litio por razão molar pode ser de 1:0,01 a 1:1. A concentração da bis(fluorossulfonil)imida de litio na solução de eletrólito não aquosa pode ser de 0,01 mol/L a 2 mol/L.
O óxido com base em litio-manganês-niquel-cobalto pode ser representado pela seguinte Fórmula 1. [Fórmula 1] Lii+X (NiaCobMnc) 02
Na Fórmula acima, as condições de 0, 55^ a^ 0,65, 0,18^b^0,22, 0,18^c^0,22, -0,2^x^0,2 e x+a+b + c=l pode ser satisfeitas.
De acordo com a solução de eletrólito não aquosa para uma bateria secundária de litio, uma camada rigida SEI pode ser formada em um eletrodo negativo durante a realização da carga inicial da bateria secundária de litio compreendendo a mesma, as propriedades retardantes de chama podem ser transmitidas em ambiente de alta temperatura, e a decomposição da superficie de um eletrodo positivo e a reação de oxidação de uma solução de eletrólito pode ser evitada, melhorando assim as propriedades de saida e as propriedades de vida útil após armazenamento em altas temperaturas da bateria secundária de litio.
A seguir no presente documento, a presente invenção será descrita em mais detalhe para auxiliar a compreensão da presente invenção. Será entendido que os termos ou palavras usados na especificação e reivindicações não deverão ser interpretados como tendo um significado que está definido nos dicionários, mas devem ser interpretados como tendo um significado que é consistente com seus significados no contexto da presente invenção, com base no principio que o conceito dos termos pode ser apropriadamente definido pelos inventores para a melhor explicação da invenção.
A solução de eletrólito não aquosa de acordo com uma modalidade da presente invenção compreende bis(fluorossulfonil)imida de litio (LiFSI).
A bis(fluorossulfonil)imida de litio é adicionada na solução de eletrólito não aquosa como um sal de litio para formar uma camada SEI rigida e fina em um eletrodo negativo e para melhorar propriedades de saida a uma temperatura baixa. Além disso, a decomposição da superficie de um eletrodo positivo, que pode ser possivelmente gerada durante a realização da operação de ciclo a alta temperatura, pode ser contida, e a reação de oxidação da solução de eletrólito pode ser evitada. Além disso, uma vez que a camada revestida da SEI formada no eletrodo negativo tenha uma espessura fina, o movimento de ions de litio no eletrodo negativo pode ser realizado suavemente, e a saida de uma bateria secundária pode ser melhorada.
De acordo com uma modalidade da presente invenção, a concentração da bis(fluorossulfonil)imida de litio na solução de eletrólito não aquosa é de preferência de 0,01 mol/L a 2 mol/L e mais preferivelmente de 0,01 mol/L a 1 mol/L. No caso em que a concentração da bis(fluorossulfonil)imida de litio é menor que 0,1 mol/L, os efeitos de melhoria da sa^da a uma temperatura baixa e as propriedades de ciclo a alta temperatura podem ser insignificantes, e no caso em que a concentração da bis(fluorossulfonil)imida de litio excede 2 mol/L, reações secundárias na solução de eletrólito durante a carga e descarga da bateria podem ocorrer excessivamente, o fenômeno de dilatação pode ser gerado, e a corrosão de um eletrodo positivo ou um coletor de eletrodo negativo formado usando um metal na solução de eletrólito pode ser induzida .
Para evitar a reação secundária acima descrita, um sal de litio pode ser ainda incluido na solução de eletrólito não aquosa da presente invenção. O sal de litio pode compreender sais de litio comumente usados neste campo. Por exemplo, um ou uma mistura de pelo menos dois selecionados a partir do grupo consistindo em LiPF6, LiAsFg, LÍCF3SO3, LiBFg, LiSbF6, LiN (C2F5SO2) 2, LÍAIO4, LÍAICI4, LÍSO3CF3 e LÍCIO4 podem ser usados.
A razão de mistura do sal de litio e da bis(fluorossulfonil)imida de litio é de preferência de 1:0,01 a 1 pela razão molar. No caso em que a razão de mistura do sal de litio e da bis (fluorossulfonil)imida de litio é maior que o limite superior, a reação secundária na solução de eletrólito durante a carga e descarga da bateria pode ser realizada excessivamente, e o fenômeno de dilatação pode ser gerado. No caso em que a razão molar é menor que o limite inferior, a melhoria produzida das propriedades de saida da bateria secundária pode ser deteriorada. Particularmente, no caso em que a razão de mistura do sal de litio e da bis (fluorossulfonil)imida de litio pela razão molar ser menor que 1:0,01, uma reação irreversível pode ser muito realizada durante o processo de formação de um camada revestida da SEI em uma bateria de ion litio e o processo de intercalação de ions de litio solvatados por um solvente à base de carbonato entre eletrodos negativos, e os efeitos de melhoria da saida a uma temperatura baixa e as propriedades de ciclo e as propriedades de capacidade após armazenamento em altas temperaturas da bateria secundária podem se tornar insignificantes devido à esfoliação da camada da superfície do eletrodo negativo (por exemplo, a camada da superfície do carbono) e a decomposição de uma solução de eletrólito. Quando a razão de mistura do sal de litio e da bis (fluorossulfonil)imida de litio pela razão molar excede 1:1, uma quantidade excessiva de bis(fluorossulfonil)imida de litio pode ser incluida em uma solução de eletrólito, e um coletor de eletrodo pode ser corroido durante a realização de carga e descarga e a estabilidade da bateria secundária pode ser deteriorada.
O material ativo eletrodo positivo do óxido com base em litio-manganês-niquel-cobalto pode compreender um óxido representado pela seguinte Fórmula 1. [Fórmula 1] Lii+x (NiaCobMnc) O2
Na Fórmula acima, as condições de 0, 55^ a^ 0,65, 0,18<b<0,22, 0,18<c^0,22, -0,2<x<0,2 e x+a+b+c =1 são satisfeitas.
Usando o material ativo eletrodo positivo do óxido com base em litio-manganês-niquel-cobalto no eletrodo positivo, um efeito sinergistico pode ser alcançado através da combinação com o bis(fluorossulfonil)imida de litio. Quando a quantidade de Ni no material ativo eletrodo positivo do óxido com base em litio-manganês-niquel-cobalto aumenta, uma mistura de cátions pelo qual o sitio de ions Li+1 e o sitio de ions Ni+2 ions são trocados na estrutura de lamelas do material ativo eletrodo positivo durante carga e descarga pode ser gerada, e a estrutura dos mesmos pode ser quebrada. Deste modo, a reação secundária do material ativo eletrodo positivo com o eletrólito pode ser realizado, ou o fenômeno de eluição de um metal de transição pode ser exibido. A mistura de cátions é realizada porque o tamanho do ion Li+1 e o tamanho do ion Ni+2 são similares. Através da reação secundária, o eletrólito na bateria secundária pode ser esgotado, e a estrutura do material ativo eletrodo positivo pode ser quebrada, assim facilmente deteriorando o desempenho da bateria.
Portanto, um eletrólito em que a bis (fluorossulfonil)imida de litio é aplicada é usado no material ativo eletrodo positivo de Fórmula 1 de acordo com uma modalidade da presente invenção para formar uma camada na superficie do eletrodo positivo usando um componente induzido de bis (fluorossulfonil)imida de litio de modo a conter o fenômeno de mistura de cátions dos ions Li+1 e dos ions Ni" enquanto se obtém a faixa para assegurar a quantidade de um metal de transição niquel suficiente para assegurar a capacidade do material ativo eletrodo positivo. De acordo com o material ativo eletrodo positivo compreendendo o óxido de acordo com a Fórmula 1 acima da presente invenção, a reação secundária com o eletrólito e o fenômeno de eluição de metal podem ser efetivamente contidos usando o eletrólito em que o bis (fluorossulfonil)imida de litio é aplicado.
Em particular, no caso em que a razão do metal de transição Ni no óxido representado pela Fórmula 1 acima excede 0,65, uma quantidade excessiva de Ni é incluida no material ativo eletrodo positivo, e o fenômeno de mistura de cátions dos ions Li+1 e dos ions Ni+2 pode mão ser contido mesmo pela camada formada usando o bis(fluorossulfonil)imida de litio na superficie do eletrodo.
Além disso, no caso em que uma quantidade excessiva do metal de transição Ni seja incluida no material ativo eletrodo positivo, o número de oxidação do Ni pode ser mudado. Quando o metal de transição niquel tendo um orbital d faz uma ligação de coordenação, uma estrutura de octaedro regular pode ser formada, entretanto em um ambiente compreendendo alta temperatura, etc., a ordem do nivel de energia do metal de transição niquel pode ser mudada ou o número de oxidação do mesmo pode ser mudado (reação de desproporcionamento) pela aplicação de energia externa para formar uma estrutura de octaedro torcida. Deste modo, a estrutura de cristal do material ativo eletrodo positivo compreendendo o metal de transição niquel pode ser deformada, e a probabilidade de a eluição do metal niquel no material ativo eletrodo positivo pode ser aumentada.
Como um resultado, os inventores da presente invenção confirmaram que a alta saida, a estabilidade a alta temperatura e a boa eficiência de propriedades de capacidade podem ser asseguradas através da combinação do material ativo eletrodo positivo compreendendo o óxido de acordo com a Fórmula 1 acima com um sal de bis(fluorossulfonil)imida de litio.
Além disso, um composto fosfazeno pode ser incluido como um aditivo de eletrólito de acordo com uma modalidade da presente invenção. Particularmente, pelo menos um selecionado a partir do grupo consistindo nos compostos representados pelas seguintes Fórmulas 2 e 3 pode estar ilustrado.[Fórmula 2]
[Fórmula 3] 
Em uma bateria secundária de litio, o oxigênio liberado de um eletrodo positivo em ambiente de alta temperatura pode promover a reação de decomposição exotérmica de um solvente eletrólito e induzir a expansão de uma bateria, assim chamado, fenômeno de dilatação, para deteriorar rapidamente a vida útil e a eficiência da carga e descarga da bateria. Em alguns casos, a bateria pode ser explodida e a estabilidade da mesma pode ser amplamente deteriorada. Uma vez que o composto fosfazeno adicionado no eletrólito é um composto retardante de chama, a geração de um gás devido à decomposição do eletrólito a alta temperatura através a reação do eletrólito com a superficie do eletrodo negativo e do eletrodo positivo na bateria pode ser contida, e a geração de oxigênio no eletrodo positivo pode ser contida, melhorando assim as propriedades de vida útil de uma bateria secundária de litio. Deste modo, as propriedades de saida a alta temperatura e as propriedades de vida útil da bateria secundária compreendendo o composto fosfazeno de acordo com uma modalidade da presente invenção podem ser efetivamente aumentadas.
Neste caso, a quantidade do composto fosfazeno não pode ser limitada, só se o suficiente atingir os efeitos da presente invenção compreendendo a melhoria das propriedades de saida a alta temperatura e as propriedades de vida útil da bateria. Por exemplo, a quantidade do composto fosfazeno pode ser de 0,1 a 15 % p/p e de preferência pode ser de 3.0 a 10 % p/p com base na quantidade total do eletrólito. No caso em que a quantidade do composto fosfazeno é menor que 0,1 % p/p, o efeito do retardante de chama pode ser insuficientemente obtido. No caso em que a quantidade do composto fosfazeno excede 15 % p/p, o aumento do grau dos efeitos pode ser limitado, entretanto a capacidade irreversível pode ser aumentada ou a resistência do eletrodo negativo pode ser aumentada. Particularmente, a quantidade do composto fosfazeno pode ser controlada pela quantidade adicionada da bis (fluorossulfonil)imida de litio, assim como para impedir eficazmente a geração de reação secundária possivelmente realizada de acordo com a adição de uma grande quantidade da bis(fluorossulfonil)imida de litio.
Além disso, um solvente orgânico não aquoso que pode ser incluído na solução de eletrólito não aquosa não é limitado, só se a decomposição do mesmo devido a reação de oxidação, etc. durante a carga e descarga de uma bateria possa ser minimizada e propriedades alvo podem ser exibidas com o aditivo. Por exemplo, um solvente à base de nitrila, um solvente de carbonato cíclico, um solvente de carbonato linear, um éster solvente, um éter solvente ou uma cetona solvente, etc. pode ser usado. Estes solventes podem ser usados sozinhos ou como uma combinação de dois ou mais.
Nos solventes orgânicos, um solvente orgânico à base de carbonato pode ser prontamente usado. O solvente de carbonato cíclico pode ser um selecionado a partir do grupo consistindo em carbonato de etileno (EC), carbonato de propileno (PC) e carbonato de butileno (BC), ou uma mistura de pelo menos dois dos mesmos. 0 solvente de carbonato linear pode ser um selecionado a partir do grupo consistindo em carbonato de dimetila (DMC), carbonato de dietila (DEC), carbonato de dipropila (DPC), carbonato de etil metila (EMC), carbonato de metil propila (MPC) e carbonato de etil propila (EPC), ou uma mistura de pelo menos dois dos mesmos.
O solvente à base de nitrila pode ser pelo menos um selecionado a partir do grupo consistindo em acetonitrila, propionitrila, butironitrila, valeronitrila, caprilonitrila, heptanonitrila, ciclopentano carbonitrila, ciclohexano carbonitrila, 2-fluorobenzonitrila, 4-fluorobenzonitrila, difluorobenzonitrila, trifluorobenzonitrila,fenilacetonitrila, 2-fluorofenil acetonitrila e 4-fluorofenil acetonitrila. 0 solvente não aquoso de acordo com uma modalidade da presente invenção pode ser a acetonitrila.
Enquanto isso, a bateria secundária de litio de acordo com uma modalidade da presente invenção pode compreender um eletrodo positivo, um eletrodo negativo, um separador disposto entre o eletrodo positivo e o eletrodo negativo e a solução de eletrólito não aquosa. 0 eletrodo positivo e o eletrodo negativo pode compreender o material ativo eletrodo positivo e o material ativo eletrodo negativo, respectivamente, de acordo com uma modalidade da presente invenção.
Enquanto isso, o material ativo eletrodo negativo pode compreender carbono amorfo e carbono cristaloide e pode usar carbono, tais como carbono não grafitado, carbono grafitado, etc; um óxido de complexo de metal, tais como LixFe2O3 (O^x^l), LixWO2 (O^x^l), SnxMei-xMe'y02 (Me: Mn, Fe, Pb e Ge; Me': Al, B, P, Si, elementos no grupo 1, grupo 2 e grupo 3 da tabela periódica, e halogênio; 0<x^l; l<y^3; l^z^8), etc.; um metal de litio; uma liga de litio; uma liga à base de silício; uma liga à base de estanho; um óxido tais como SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3Ch, Sb2O3, Sb2Oí, Sb2O3, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5, etc.; um polimero condutor tal como poliacetileno; e um material à base de Li-Co-Ni.
Além disso, o separador pode ser um filme de polimero poroso, por exemplo, um filme de polimero poroso fabricado usando um polímero à base de poliolefina tais como um homopollmero de etileno, um homopolímero de propileno, um etileno/butano, um copolimero de etileno/hexeno e um copolímero de erileno/metacrilato sozinho, ou um filme empilhado de pelo menos dois dos mesmos. Além de, um tecido poroso não tecido comumente, por exemplo, um tecido não tecido formado usando uma fibra de vidro tendo um alto ponto de fusão, uma fibra de polietilenotereftalato, etc. pode ser usado sem limitação.
A bateria secundária deve ter vários tipos tais como um tipo cilíndrico, um tipo prismático, um tipo bolsa, etc. de acordo com o objetivo de execução, e a presente invenção não é limitada à configuração conhecida do estado da técnica. A bateria secundária de litio de acordo com uma modalidade da presente invenção pode ser a bateria secundária tipo bolsa.
A seguir no presente documento, a presente invenção será explicada em mais detalhe se referindo aos exemplos e exemplos experimentais, entretanto a presente invenção não é limitada aos exemplos e exemplos experimentais a seguir.
Ema solução de eletrólito não aquosa foi preparada adicionando um solvente orgânico não aquoso tendo uma razão de componente de carbonato de etileno (EC):carbonato de etll metila (EMC) = 3:7 (em volume), 0,9 mol/L de Li PF6 e 0,1 mol/L de bis (fluorossulfonil) imida de litio como sais de litio com base na quantidade total da solução de eletrólito não aquosa, e 3 % p/p de um comoosto fosfazeno de Fórmula 3 como um aditivo com base na quantidade total da solução de eletrólito não aquosa.
Fabricação de bateria secundária de litio 92 % p/p de Li (Ni0( eCo0) 2Mn3/2) O2 como um material ativo eletrodo positivo, 4 % p/p de negro de carbono como um material condutor, e 4 % p/p de fluoreto de polivinilideno (PVdF) como um ligante foram adicionados em um solvente N- metil-2-pirrolidona (NMP) para produzir uma pasta de mistura de eletrodo positivo. A pasta de mistura de eletrodo positivo foi revestida em um coletor eletrodo positivo, um filme fino de alumínio (Al) tendo uma espessura de 20 μm, seco e prensada com rolo para formar um eletrodo positivo.
Além disso, um pó de carbono como um material ativo eletrodo negativo, PVdF como um ligante, negro de carbono como um agente condutor foram usados em razões de quantidade de 96 % p/p, 3 % p/p e 1 % p/p, respectivamente, e foram adicionados em um solvente NMP para preparar uma pasta de mistura de eletrodo negativo. A pasta de mistura de eletrodo negativo foi revestida em um coletor de eletrodo negativo, um filme fino de cobre (Cu) tendo uma espessura de 10 μm, seco e prensada com rolo para formar um eletrodo negativo.
Uma bateria do tipo polímero foi fabricada usando o eletrodo positivo e o eletrodo negativo deste modo fabricados junto com um separador com três camadas de polipropileno/polietileno/polipropileno (PP/PE/PP), e a solução de eletrólito não aquosa preparada acima foi injetada nela para completar uma bateria secundária de litio. Exemplo 2
Uma solução de eletrólito não aquosa e uma bateria secundária de litio foram obtidas realizando o mesmo procedimento descrito no Exemplo 1 exceto por usar 0,7 mol/L de LiPF6 e 0,3 mol/L de bis (fluorossulfonil) imida de litio como sais de litio com base na quantidade total da solução de eletrólito não aquosa.
Uma solução de eletrólito não aquosa e uma bateria secundária de litio foram obtidas realizando o mesmo procedimento descrito no Exemplo 1 exceto por usar 0,6 mol/L de LiPF6 e 0,4 mol/L de bis (fluorossulfonil) imida de litio como sais de litio com base na quantidade total da solução de eletrólito não aquosa.
Uma solução de eletrólito não aquosa e uma bateria secundária de litio foram obtidas realizando o mesmo procedimento descrito no Exemplo 1 exceto por usar 0,5 mol/L de LiPFe e 0,5 mol/L de bis (fluorossulfonil) imida de litio como sais de litio com base na quantidade total da solução de eletrólito não aquosa. Exemplo 5
Uma solução de eletrólito não aquosa e uma bateria secundária de litio foram obtidas realizando o mesmo procedimento descrito no Exemplo 1 exceto por usar um composto fosfazeno de Fórmula 2, em vez do composto fosfazeno de Fórmula 3. Exemplo 6
Uma solução de eletrólito não aquosa e uma bateria secundária de litio foram obtidas realizando o mesmo procedimento descrito nc Exemplo 1 exceto por usar o sequinte composto fosfazeno de Fórmula 4, em vez do composto fosfazeno de Fórmula 3. [Fórmula 4]
Uma solução de eletrólito não aquosa e uma bateria secundária de litio foram obtidas realizando o mesmo procedimento descrito no Exemplo 1 exceto por usar 0,4 mol/L de LiPFe θ 0,6 mol/L de bis (fluorossulfoni1)imida de litio como sais de litio com base na quantidade total da solução de eletrólito não aquosa.
Uma solução de eletrólito não aquosa e uma bateria secundária de litio foram obtidas realizando o mesmo procedimento descrito no Exemplo 2 exceto por não adicionar um aditivo.
Uma solução de eletrólito não aquosa e uma bateria secundária de litio foram obtidas realizando o mesmo procedimento descrito no Exemplo 2 exceto por usar Li (Ni0, 5COQ, 3Mn0,2) Cb como o material ativo eletrodo positivo.
Usando a diferença de potencial gerada quando se carrega e descarrega as baterias secundárias fabricadas nos Exemplos 1 a 6 e Exemplos Comparativos 1 a 3 a -30 °C com 0,5 C por 10 segundos, a saida das mesmas foi calculada. Neste caso, a saida do Exemplo Comparativo 1 foi 3,4 W. A saida dos Exemplos 1 a 6 e Exemples Comparativos 2 e 3 foi calculada pela porcentagem com base naquela do Exemplo 1, e os resultados são ilustrados na Tabela 1 a seguir. O teste foi realizado no estado de carga (SOC) de 50 %. Propriedades de saida à temperatura ambiente
Usando a diferença de potencial gerada quando se carreqa e descarrega as oaterias secundárias fabricadas nos Exemplos 1 a 6 e Exemplos Comparativos 1 a 3 a 23 °C com 0,5 C por 10 segundos, a saida das mesmas foi calculada. Neste caso, a saida do Exemplo Comparativo 1 foi 37,1 W. A saida dos Exemplos 1 a 6 e Exemplos Comparativos 2 e 3 foi calculada pela porcentagem com base naquela do Exemplo 1, e os resultados são ilustrados na Tabela 1 a seguir. O teste foi realizado no SOC de 50 %.
As baterias secundárias fabricadas nos Exemplos 1 a 6 e Exemplos Comparativos 1 a 3 foram armazenadas a 60 °C por 20 semanas, e a saida das mesmas foi calculada usando a diferença de potencial gerada quando carga e descarga a 23 °C com 5 C por 10 segundos. Neste caso, a saida do Exemplo Comparativo 1 foi 35,9 W. A saida dos Exemplos 1 a 6 e Exemplos Comparativos 2 e 3 foi calculada pela porcentagem com base naquela do Exemplo 1, e os resultados são ilustrados na Tabela 1 a seguir. 0 teste foi realizado no SOC de 50 %.[Tabela 1]
Como mostrado na Tabela 1, as baterias secundarias dos Exemplos 1 a 6 exibiram melhcr saida a uma temperatura baixa ou temperatura ambiente por ate cerca de 5 % quando comparado àquelas das baterias secundárias dos Exemplos Comparativos 1 a 3. Particularmente, uma vez que as baterias secundárias dos Exemplos 1 a 6 usam o composto fosfazeno como um aditivo, a estabilidade a alta temperatura pode ser aumentada, e as propriedades de saida após armazenamento em altas temperaturas podem ser melhores por até 14 % ou acima quando comparado àquelas das baterias secundárias dos Exemplos Comparativos 1 a 3.
As baterias secundárias fabricadas nos Exemplos 1 a 6 e Exemplos Comparativos 1 a 3 foram carregadas em condições de corrente continua (CC)/voltagem constante (CV) a 23 °C para 4,2 V/38 mA com 1 C e descarregada em condições de CC para 2,5 V com 3 C, e a capacidade de descarga da mesma foi medida. Este experimento foi repetidamente realizado dc Io ao 1000° ciclo. A capacidade de descarga no 1000° ciclo foi calculada pela porcentagem com base na capacidade nc Io ciclo (capacidade no 1000° ciclo /capacidade no 1° ciclo *100(%)), e os dados deste modo obtidos estão ilustrados na Tabela 2 a seguir. Propriedades de vida útil a alta temperatura
As baterias secundárias fabricadas nos Exemplos 1 a 6 e Exemplos Comparativos 1 a 3 foram carregadas em conoições de corrente continua (CC)/voltagem constante (CV) a 45 °C para 4,2 V/38 mA com 1 C e descarregadas em condições de CC para 2,5 V ccm 3 C, e a capacidade de descarga da mesma foi medida. Este experimento foi repetidamente realizado do Io ao 1000° ciclo. A capacidade de descarga no 1000° ciclo fci calculada pela porcentagem com base na capacidade no Io ciclo (capacidade no 1000° ciclo /capacidade no Io ciclo *100 (%)), e os dados deste modo obtidos estão ilustrados na Tabela 2 a seguir.[Tabela 2]
Come mostrado na Tabela 2, seria confirmado que as propriedades de vida útil a temperatura ambiente da baterias secundárias de litio dos Exemplos 1 a 6 são melhores que aqueles das baterias secundárias de litio dos Exemplos Comparativos 1 a 3, e seria confirmado que as propriedades de vida útil a alta temperatura da baterias secundárias de litio dos Exemplos 1 a 5 são melhores que aqueles das baterias secundárias de litio dos Exemplos Comparativos 1 a 3. As propriedades de vida útil a alta temperatura e as propriedades de vida útil a temperatura ambiente da bateria secundária de litio do Exemplo Comparativo 3 usando Li (Nio,sCoo,3Mn0,2) 02 como o material ativo eletrodo positivo encontram-se acentuadamente baixo. Enquanto isso, as propriedades de vida útil a alta temperatura da bateria secundária de litio do Exemplo 6 foram inferiores àquelas da bateria secundária de litio dos Exemplos 1 a 5.
Claims (8)
1. Bateria secundária de lítio caracterizada pelo fato de compreender: uma solução de eletrólito não aquosa consistindo em bis(fluorossulfonil)imida de lítio (LiFSI) e um composto fosfazeno como aditivos; um sal de lítio; em que uma razão de mistura do sal de lítio e o bis(fluorossulfonil)imida de lítio por razão molar é de 1:0,01 a 1:1; e em que o composto fosfazeno é pelo menos um selecionado dentre os compostos representados pelas seguintes fórmulas 2 e 3: [Fórmula 2]
[Fórmula 3]
um eletrodo positivo compreendendo um óxido com base em lítio-manganês-níquel-cobalto como um material ativo eletrodo positivo representado pela Fórmula 1; [Fórmula 1] Li1+x(NiaCobMnc)O2 na Fórmula acima, 0,55<a<0,65, 0,18<b<0,22, 0,18<c<0,22, -0,2<x<0,2 e x+a+b+c=1; um eletrodo negativo; e um separador.
2. Bateria secundária de lítio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que uma concentração da bis(fluorossulfonil)imida de lítio na solução de eletrólito não aquosa é de 0,01 mol/L a 2 mol/L.
3. Bateria secundária de lítio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o sal de lítio é um ou uma mistura de pelo menos dois selecionados a partir do grupo consistindo em LiPF6, LiAsF6, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiBF4, LiSbF6, LiN(C2F5SO2)2, LiAlO4, LiAlCl4, LiSO3CF3 e LiClO4.
4. Bateria secundária de lítio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o solvente orgânico não aquoso compreende um solvente à base de nitrila, um solvente de carbonato linear, um solvente de carbonato cíclico, um éster solvente, um éter solvente, uma cetona solvente ou uma combinação dos mesmos.
5. Bateria secundária de lítio, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que o solvente de carbonato cíclico é um ou uma mistura de pelo menos dois selecionados a partir de carbonato de etileno (EC), carbonato de propileno (PC) e carbonato de butileno (BC), e o solvente de carbonato linear é um ou uma mistura de pelo menos dois selecionados a partir do grupo consistindo em carbonato de dimetila (DMC), carbonato de dietila (DEC), carbonato de dipropila (DPC), etil metil carbonato (EMC), metil propil carbonato (MPC) e etil propil carbonato (EPC).
6. Bateria secundária de lítio, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que o solvente à base de nitrila é pelo menos um selecionado a partir do grupo consistindo em acetonitrila, propionitrila, butironitrila, valeronitrila, caprilonitrila, heptanonitrila, ciclopentano carbonitrila, ciclohexano carbonitrila, 2-fluorobenzonitrila, 4-fluorobenzonitrila, difluorobenzonitrila, trifluorobenzonitrila, fenilacetonitrila, 2-fluorofenil acetonitrila e 4-fluorofenil acetonitrila.
7. Bateria secundária de lítio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que uma quantidade do aditivo do composto fosfazeno é 0,1-15 % p/p com base na quantidade total da solução de eletrólito não aquosa.
8. Bateria secundária de lítio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a bateria secundária é uma bateria secundária de lítio tipo bolsa.
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