BRPI0715358A2 - bateria - Google Patents
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Abstract
BATERIA. A presente invenção refere-se a uma bateria que inclui um ânodo tendo metal alcalino como material ativo, um cátodo tendo, por exempio, dissulfeto de ferro como material ativo, e um eletrólito contendo um sulfolano e 1 ,3-dioxolano.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "BATERIA". Campo Técnico
A presente invenção refere-se a baterias, bem como a compo- nentes e métodos relacionados.
Antecedentes Da Invenção
As baterias, ou células eletroquímicas, são fontes de energia elétrica de uso comum. Uma bateria contém um eletrodo negativo, tipica- mente chamado ânodo e um eletrodo positivo, tipicamente denominado cá- todo. O ânodo contém um material ativo que pode ser oxidado; o cátodo contém ou consome um material ativo que pode ser reduzido. O material ativo do ânodo é capaz de reduzir o material ativo do cátodo.
Quando uma bateria é usada como fonte de energia elétrica em um dispositivo, é feito contato elétrico com o ânodo e o cátodo, permitin- do que elétrons fluam através do dito dispositivo, e que ocorram as respecti- vas reações de oxidação e redução para a produção de energia elétrica. Um eletrólito em contato com o ânodo e o cátodo contém íons que fluem através do separador entre os eletrodos, para manter o equilíbrio de cargas na bate- ria, durante a descarga.
Um tipo de bateria inclui um metal alcalino como o material ati- vo do ânodo e dissulfeto de ferro como o material ativo do cátodo. Sumário
A invenção refere-se a baterias que têm (1) um ânodo incluindo um metal alcalino, (2) um cátodo incluindo um material ativo do cátodo sele- cionado do grupo consistindo em polissulfetos de metal de transição, como dissulfeto de ferro, tendo a fórmula M1a M2b Sn, em que M1 e M2 são metais de transição, a+b é pelo menos 1 e η é pelo menos 2 χ (a+b), e (3) um ele- trólito incluindo sulfolano e 1,3-dioxolano. Na fórmula do polissulfeto de me- tal de transição, M1 e M2 podem ser metais de transição iguais ou diferen- tes. Quando M1 e M2 são o mesmo metal de transição, b é zero. As baterias geralmente apresentam boas características de segurança, emissão de gás limitada e boas propriedades de alta descarga de corrente. O eletrólito inclui, de preferência, de 1% a 30%, em volume, do sulfolano e de 35% a 99%, em volume, do 1,3-dioxolano.
De preferência, o eletrólito é substancialmente isento de sol- ventes à base de carbonato. O termo substancialmente isento significa que o eletrólito inclui menos que 0,5%, em peso, de solventes à base de carbona- to.
As modalidades da bateria podem incluir um ou mais dos re- cursos apresentados a seguir. O eletrólito inclui de 2% a 25%, em volume, do sulfolano e pelo menos 70%, em volume, do 1,3-dioxolano. O eletrólito inclui menos que 10%, em volume (por exemplo, menos que 5%, menos que 2% ou menos que 1%, em volume), de um solvente diferente do sulfolano e do 1,3-dioxolano. O eletrólito tem uma viscosidade de 0,0002 Pa.s (0,2 cP) a 0,0025 Pa.s (2,5 cP). O eletrólito inclui, também, acetato de vinila (por exemplo de 0,5% a 20%, em volume, de acetato de vinila). O metal alcalino é lítio, e pode ser lítio metálico puro ou lítio metálico em liga com outro metal, como alumínio. O eletrólito inclui um sal de lítio como bis(trifluorometanos- sulfonil)imida e/ou iodeto de lítio.
Em outro aspecto, a invenção refere-se a baterias que têm (1) um ânodo incluindo um metal alcalino, (2) um cátodo incluindo um material ativo do cátodo selecionado do grupo consistindo em polissulfetos de metal de transição, como dissulfeto de ferro, tendo a fórmula M1a M2b Sn, em que M1 e M2 são metais de transição, a+b é pelo menos 1 e η é pelo menos 2 χ (a+b), e (3) um eletrólito incluindo um sulfolano e um monômero redutor de viscosidade, de preferência acetato de vinila.
Outros aspectos da invenção referem-se a métodos para uso e produção das baterias acima descritas.
Para uso na presente invenção, o termo "um sulfolano" abran- ge a molécula sulfolano bem como metil, etil e dimetil sulfolano.
Outros recursos e vantagens ficarão evidentes a partir da des- crição detalhada, dos desenhos e das reivindicações. Descrição dos Desenhos
A figura 1 é uma vista em corte de uma modalidade de uma cé- lula eletroquímica não-aquosa. Descrição Detalhada
Com referência à Figura 1, uma célula eletroquímica primária inclui um ânodo 12 em contato elétrico com um condutor negativo 14, um cátodo 16 em contato elétrico com um fio condutor positivo 18, um separador 20 e um eletrólito. O ânodo 12, o cátodo 16, o separador 20 e o eletrólito estão contidos no interior de uma carcaça 22. O eletrólito inclui um sulfolano e um 1,3-dioxolano como solventes, e um sal de lítio que é ao menos parci- almente dissolvido no sistema solvente. A célula eletroquímica 10 inclui, ain- da, uma tampa 24 e uma vedação isolante anular 26, bem como uma válvula de segurança 28.
O cátodo 16 inclui um coletor de corrente do cátodo e um mate- rial de cátodo que é revestido sobre ao menos um lado do dito coletor de corrente do cátodo. O material de cátodo inclui o(s) material(is) ativo(s) do cátodo e pode, também, incluir um ou mais materiais condutores (por exem- pio, auxiliares de condutividade, agentes de controle de carga) e/ou um ou mais aglutinantes.
O material ativo do cátodo pode incluir um ou mais polissulfetos de metal de transição tendo a fórmula M1a M2b Sn, em que M1 e M2 são me- tais de transição, a+b é pelo menos 1 e η é pelo menos 2 χ (a+b). Em algu- mas modalidades, η é 2. Em outras modalidades, η é maior que 2,5 ou 3,0. Exemplos de metais de transição incluem cobalto, cobre, níquel e ferro. E- xemplos de polissulfetos de metal de transição incluem FeS2, C0S2, NiS2, MoS2, Co2S9, Co2S7, Ni2S7 e Fe2S7, Mo2S3 e NiCoS7. Os polissulfetos de metal de transição são descritos com mais detalhes, por exemplo, nas paten- tes U.S. n° 4.481.267 de Bowden et al. e U.S. n° 4.891.283 de Bowden et al. O material de cátodo inclui, por exemplo, pelo menos cerca de 85%, em pe- so, e/ou até cerca de 92%, em peso, de material ativo do cátodo.
Os materiais condutores podem acentuar a condutividade ele- trônica do cátodo 16 no interior da célula eletroquímica 10. Exemplos de ma- teriais condutores incluem auxiliares de condutividade e agentes de controle de carga. Exemplos específicos de materiais condutores incluem negro-de- fumo, negro-de-fumo grafitizado, negro de acetileno e grafite. O material de cátodo inclui, por exemplo, pelo menos cerca de 3%, em peso, e até cerca de 8%, em peso, de um ou mais materiais condutores.
Os aglutinantes podem ajudar a manter a homogeneidade do material de cátodo e podem acentuar a estabilidade do cátodo. Exemplos de aglutinantes incluem copolímeros lineares di e tribloco. Exemplos adicionais de aglutinantes incluem polímeros tribloco lineares reticulados com resina de melamina, copolímeros de etileno-propileno, terpolímeros de etileno- propileno-dieno, termoplásticos fluorados tribloco, polímeros fluorados, bor- racha de nitrila hidrogenada, copolímeros de fluoroetileno-éter vinílico, poliu- retanos termoplásticos, olefinas termoplásticas, copolímeros de bloco de es- tireno-etileno-butileno-estireno e homopolímeros de fluoreto de polivinilideno. O material de cátodo inclui, por exemplo, pelo menos cerca de 1%, em peso, e/ou até cerca de 5%, em peso, de um ou mais aglutinantes.
O coletor de corrente do cátodo pode ser formado, por exem- pio, por um ou mais metais e/ou ligas metálicas. Exemplos de metais inclu- em titânio, níquel e alumínio. Exemplos de ligas metálicas incluem ligas de alumínio (por exemplo 1N30 e 1230) e aço inoxidável. O coletor de corrente geralmente pode estar sob a forma de uma grade ou lâmina metálica. A lâ- mina metálica pode ter, por exemplo, uma espessura de até cerca de 35 mí- crons e/ou ao menos cerca de 20 mícrons.
O cátodo 16 pode ser formado combinando-se primeiro um ou mais materiais ativos do cátodo, materiais condutores e aglutinantes com um ou mais solventes, para formar uma pasta fluida (por exemplo, mediante a dispersão dos materiais ativos do cátodo, materiais condutores e/ou agluti- nantes nos solventes, usando-se um misturador planetário duplo) e, então, aplicando-se a pasta fluida como revestimento sobre o coletor de corrente, por exemplo mediante revestimento de matriz por extensão ou revestimento por cilindro. O coletor de corrente revestido é, então, seco e calandrado para obter-se a espessura e a porosidade desejadas. O ânodo 12 inclui um ou mais metais alcalinos (por exemplo, Ii-
tio, sódio, potássio) como o material ativo do ânodo. O metal alcalino pode ser o metal puro ou uma liga do metal. O lítio é o metal preferencial; o lítio pode estar em liga, por exemplo, com um metal alcalino-terroso ou alumínio. A liga de lítio pode conter, por exemplo, pelo menos cerca de 50 ppm e até cerca de 5.000 ppm (por exemplo, pelo menos cerca de 500 ppm e até cerca de 2.000 ppm) de alumínio ou outro metal em liga. O lítio, ou a liga de lítio, pode ser incorporado à bateria sob a forma de uma lâmina metálica.
Alternativamente, o ânodo 12 pode incluir um material particu- Iado como compostos de inserção de lítio, por exemplo LiC6, Li4Ti5Oi2 ou LiTiS2 como o material ativo do ânodo. Nessas modalidades, o ânodo 12 pode incluir um ou mais aglutinantes. Exemplos de aglutinantes incluem po- lietileno, polipropileno, borracha de estireno-butadieno e fluoreto de polivinili- deno (PVDF). A composição do ânodo inclui, por exemplo, pelo menos cerca de 2% em peso e até cerca de 5%, em peso, de aglutinante. Para formar o ânodo, o material ativo do ânodo e um ou mais aglutinantes podem ser mis- turados para formar uma pasta que pode ser aplicada a um substrato. Após a secagem, o substrato pode, opcionalmente, ser removido antes de o âno- do ser incorporado à carcaça.
O ânodo inclui, por exemplo, pelo menos cerca de 90% e até cerca de 100%, em peso, de material ativo do ânodo.
O eletrólito está, de preferência, sob a forma de líquido. O ele- trólito tem uma viscosidade de, por exemplo, pelo menos cerca de 0,0002 Pa.s (0,2 cP) (por exemplo pelo menos cerca de 0,0005 Pa.s (0,5 cP)) e até cerca de 0,0025 Pa.s (2,5 cP) (por exemplo até cerca de 0,002 Pa.s (2 cP) ou até cerca de 0,0015 Pa.s (1,5 cP)). Para uso na presente invenção, a vis- cosidade é medida como viscosidade cinemática, mediante o uso de um tu- bo de viscosímetro calibrado Ubbelohde (Cannon Instrument Company1 mo- delo C558) a 22°C.
O eletrólito inclui, como solventes, um sulfolano e 1,2- dimetoxietano. O eletrólito pode, opcionalmente, incluir outros solventes co- mo tetraidrofurano e/ou dimetoxietano. O eletrólito inclui, por exemplo, pelo menos cerca de 1%, em volume (por exemplo pelo menos cerca de 5%, pelo menos cerca de 10% ou pelo menos 15%, em volume) e/ou, por exemplo, até cerca de 30%, em volume (por exemplo até cerca de 25% ou até cerca de 20%, em volume) do sulfolano. O eletrólito inclui, por exemplo, pelo me- nos cerca de 35%, em volume (por exemplo pelo menos 50%, pelo menos cerca de 75% ou pelo menos cerca de 80%, em volume) e/ou até cerca de 99%, em volume (por exemplo até cerca de 95%, até cerca de 90% ou até cerca de 85%, em volume) do 1,3-dioxolano. Geralmente, é incluída uma quantidade suficiente de 1,3-dioxolano para reduzir a viscosidade do eletróli- to até o alvo desejado.
O eletrólito pode, também, incluir acetato de vinila e/ou outro monômero redutor de viscosidade, ou outro componente. O eletrólito inclui, por exemplo, pelo menos cerca de 0,5%, em volume (por exemplo pelo me- nos cerca de 2,5% ou pelo menos cerca de 5%, em volume) e/ou até cerca de 30%, em volume (por exemplo até cerca de 20%, até cerca de 15% ou até cerca de 10%, em volume) de acetato de vinila e/ou de outros monôme- ros redutores de viscosidade. O eletrólito pode incluir um ou mais sais. Os sais de lítio prefe-
renciais incluem bis(trifluorometanossulfonil)imida de lítio (LiTFSI), trifluoro- metanossulfonato de lítio (LiTFS) e iodeto de lítio (Lil). Outros exemplos de sais de lítio incluem hexafluorofosfato de lítio (LiPF6), bis(oxa!ato)borato de lítio (LiB(C2O4)2) e bis(perfluoroetil)sulfonimida de lítio (LiN(SO2C2F5)2). E- xemplos de outros sais são descritos na patente U.S. n° 5.595.841 de Suzuki et al„ e na publicação de pedido de patente U.S. n° 2005/0202320 A1 de Totir et al. O eletrólito inclui, por exemplo, pelo menos cerca de 0,1 M (por exemplo pelo menos cerca de 0,5 M ou pelo menos cerca de 0,7 M) e/ou até cerca de 2 M (por exemplo até cerca de 1,5 M ou até cerca de 1,0 M) dos sais de lítio.
O eletrólito pode incluir outros sais aditivos, por exemplo, inibi- dores de corrosão como perclorato de lítio (LiCIO4) e nitrato de lítio (LiNO3). O eletrólito pode, também, incluir piridina, por exemplo de cerca de 0,05% a 1%, em peso, de piridina. O condutor positivo 18 pode incluir aço inoxidável, alumínio,
uma liga de alumínio, níquel, titânio ou aço. O condutor positivo 18 pode ter formato anular, e pode estar disposto coaxialmente ao cilindro de uma célula cilíndrica. O condutor positivo 18 pode, também, incluir extensões radiais na direção do cátodo 16 que podem engatar o coletor de corrente. Uma exten- são pode ser redonda (por exemplo, circular ou oval), retangular, triangular ou de outro formato. O condutor positivo 18 pode incluir extensões tendo formatos diferentes. O condutor positivo 18 e o coletor de corrente estão em contato elétrico. O contato elétrico entre o condutor positivo 18 e o coletor de corrente pode ser obtido mediante contato mecânico. Em algumas modali- dades, o condutor positivo 18 e o coletor de corrente podem ser soldados um ao outro.
O separador 20 pode ser formado a partir de qualquer dos ma- teriais separadores padrão utilizados em células eletroquímicas. Por exem- plo, o separador 20 pode ser formado de polipropileno (por exemplo, poli- propileno não-tecido ou polipropileno microporoso), polietileno e/ou uma po- lissulfona. Os separadores são descritos, por exemplo, na patente U.S. n° 5.176.968 de Blasi et al. O separador pode também, por exemplo, ser um camada de compósito polimérico poroso isolante (por exemplo borracha de poliestireno e sílica finamente dividida).
O invólucro 22 pode ser feito, por exemplo, de um ou mais me- tais (por exemplo, alumínio, ligas de alumínio, níquel, aço niquelado ou aço inoxidável) e/ou plásticos (por exemplo, cloreto de polivinila, polipropileno, polissulfona, ABS ou uma poliamida).
A tampa 24 pode ser feita, por exemplo, de alumínio, níquel, ti- tânio ou aço.
Embora a célula eletroquímica 10 na Figura 1 seja uma célula primária, em algumas modalidades uma célula secundária pode ter um cáto- do que inclui o material ativo acima descrito. As células eletroquímicas pri- márias destinam-se a serem descarregadas (por exemplo, até a exaustão) apenas uma vez e, então, descartadas. As células primárias não se desti- nam a ser recarregadas. As células primárias são descritas, por exemplo, em Handbook of Batteries1 de David Linden (McGraw-Hill, 2a Edição, 1995). As células eletroquímicas secundárias podem ser recarregadas muitas ve- zes, por exemplo mais de cinqüenta vezes, mais de cem vezes, ou mais. Em alguns casos, células secundárias podem incluir separadores relativamente robustos, como aquelas tendo várias camadas e/ou que são relativamente espessas. As células secundárias também podem ser projetadas de modo a acomodar alterações, como expansão, que podem ocorrer nas células. As células secundárias são descritas, por exemplo, em "Alkaline Storage Batte- ries" de Falk & Salkind, John Wiley & Sons, Inc. 1969 e na patente U.S. n° 345.124 DeVirIoy etal.
Para a montagem da célula, o separador 20 pode ser recortado em pedaços de tamanhos similares aos do ânodo 12 e do cátodo 16, e colo- cado entre estes. O ânodo 12, o cátodo 16 e o separador 20 são, então, co- locados no interior da carcaça 22 que é, então, preenchida com a solução eletrolítica e lacrada. Uma extremidade da carcaça 22 é fechada por uma tampa 24 e uma vedação isolante anular 26 que pode proporcionar uma ve- dação impermeável a gases e fluidos. O condutor positivo 18 conecta o cá- todo 16 à tampa 24. A válvula de segurança 28 está disposta no lado interno da tampa 24, sendo configurada para diminuir a pressão no interior da célula eletroquímica 10 quando a dita pressão exceder um valor predeterminado. Os métodos para montagem de uma célula eletroquímica são descritos, por exemplo, nas patentes U.S. n° 4.279.972, de Moses, U.S. n° 4.401.735 de Moses et al., e U.S. n° 4.526.846 de Kearney et al.
Outras configurações de célula eletroquímica também podem ser usadas inclusive, por exemplo, a configuração de célula do tipo botão ou moeda, a configuração de célula prismática, a configuração de célula laminar rígida e a configuração de célula do tipo bolsa, envelope ou saco flexível. Além disso, uma célula eletroquímica pode ter qualquer dentre várias dife- rentes tensões (por exemplo 1,5 V, 3,0 V ou 4,0 V). Células eletroquímicas com outras configurações são descritas, por exemplo, em U.S.S N. 10/675.512 de Berkowitz et al., na publicação de pedido de patente U.S. 2005/0112467 A1, e na publicação de pedido de patente U.S. 2005/0202320 A1 de Totir et al.
Os exemplos a seguir têm finalidade ilustrativa e não têm efeito
limitador. Exemplo 1
Um eletrólito foi preparado a partir de uma solução de estoque feita de sulfolano não-substituído, disponível junto à Aldrich com grau de re- agente (100 ml) e dioxolano, disponível junto à Ferro Corp. (400 ml), com 0,5 gramas de piridina (Aldrich). O sulfolano usado na solução de estoque é pré- tratado de um dia para outro, por exemplo com KMnO4 sólido para oxidar impurezas e, após o tratamento, o sulfolano é destilado a vácuo para remo- ver as impurezas, o potássio e o manganês, resultando em sulfolano branco como água.
Em uma caixa-luva preenchida com argônio, cerca de 300 ml
da solução de estoque foram adicionados a um frasco volumétrico de 500 ml_. A esse frasco, foram adicionados 114,8 gramas de LiTFSI (3M), sob agitação e em pequenas porções. O restante da solução de estoque foi, en- tão, adicionado.
Exemplo 2
A preparação do Exemplo 2 foi idêntica àquela do Exemplo 1, exceto pelo fato de que 71,75 gramas de LiTFSI e 33,5 gramas de Lil (Aesar) anidro foram usados como sais de lítio. Exemplo 3
Um eletrólito foi preparado a partir de uma solução de estoque
feita de sulfolano não-substituído (purificado como no Exemplo 1) (50 ml) e dioxolano, disponível junto à Ferro Corp. (450 ml), com 0,5 gramas de piridi- na (Aldrich). Em uma caixa-luva preenchida com argônio, cerca de 300 ml da solução de estoque foram adicionados a um frasco volumétrico de 500 mL.
A esse frasco, foram adicionados 114,8 gramas de LiTFSI (3M), sob agita- ção e em pequenas porções. O restante da solução de estoque foi, então, adicionado. Exemplo 4
A preparação do Exemplo 4 foi idêntica àquela do Exemplo 3,
exceto pelo fato de que 71,75 gramas de LiTFSI e 33,5 gramas de Lil (Ae- sar) anidro foram usados como sais de lítio. Exemplo 5
Um eletrólito foi preparado a partir de uma solução de estoque feita de sulfolano (purificado como no Exemplo 1) (25 ml) e dioxolano, dispo- nível junto à Ferro Corp. (475 ml), com 0,5 gramas de piridina (Aldrich). Em uma caixa-luva com argônio, cerca de 300 ml da solução de estoque foram adicionados a um frasco volumétrico de 500 mL. A esse frasco foram adicio- nados 71,75 gramas de LiTFSI e 33,5 gramas de Lil anidro (Aesar). O res- tante da solução de estoque foi, então, adicionado. Exemplo 6
Um eletrólito foi preparado a partir de uma solução de estoque
feita de sulfolano não-substituído (purificado como no Exemplo 1) (100 ml) e dioxolano, disponível junto à Ferro Corp. (375 ml), com 0,5 gramas de piridi- na (Aldrich) e 25 ml de acetato de vinila (Aldrich). Em uma caixa-luva preen- chida com argônio, cerca de 300 ml da solução de estoque foram adiciona- dos a um frasco volumétrico de 500 mL. A esse frasco foram adicionados 71,75 gramas de LiTFSI e 33,5 gramas de Lil anidro (Aesar). O restante da solução de estoque foi, então, adicionado. Exemplo 7
Células de tamanho AA enroladas foram preparadas mediante o uso de um ânodo de lâmina metálica de lítio com 0,152 mm de espessura, 39 mm de largura e cerca de 310 mm de comprimento, tendo um peso apro- ximado de 1,0 grama (disponível junto à FMC Corp Lithco Div.) e um cátodo consistindo em FeS2 a 89,2 %, finamente dividido (ChemetaII) e aderido a um papel alumínio (AIIfoiIs) com pequenas quantidades de carvão (1% Super P MMM Carbon), 7% de grafite (KS-6 Timcal Graphite) e 3% de aglutinante à base de poliestireno (Kraton) com um peso típico de cerca de 6,7 gramas e uma espessura de 0,185 mm. O separador usado foi Celgard 2500 (Hoe- chst-Celanese).
Os eletrólitos dos Exemplos de 1 a 6 foram incorporados às cé- lulas AA. De 1,9 a 2,2 gramas de eletrólito foram colocados em cada célula. As células foram, então, franzidas e pré-descarregadas, e a tensão em cir- cuito aberto e a tensão de carga foram determinadas. As células foram, então, descarregadas em um teste de câme- ra digital acelerado, consistindo na aplicação de uma drenagem de 1.500 mW durante 2 segundos, seguida de uma drenagem de 650 mW durante 28 segundos, repetindo-se essa seqüência até a célula falhar. O desempenho foi medido pelo número de pulsos até que a tensão de carga de 1.500 mW atingisse 1,05 V. Os resultados são mostrados na Tabela 1.
Tabela 1
Formulação Pulsos de câmera digital Média Exemplo 1 619 628 601 612 586 597 607 Exemplo 2 585 549 595 561 556 579 571 Exemplo 3 584 620 609 611 603 626 609 Exemplo 4 588 582 613 590 596 589 593 Exemplo 5 587 597 607 545 593 597 588 Exemplo 6 610 576 579 560 601 683 600
As células AA com os eletrólitos dos Exemplos 1 e de 3 a 6 fo-
ram artificialmente envelhecidas mediante o armazenamento em um forno a 60°C durante 20 dias. As células foram então removidas do forno, deixadas resfriar até a temperatura ambiente de um dia para outro e novamente sub- metidas ao teste de câmera digital acelerado, com os resultados mostrados abaixo.
Tabela 2
Formulação Pulsos de câmera digital Média Exemplo 1 568 632 605 590 614 635 607 Exemplo 2 611 586 555 575 587 592 584 Exemplo 3 577 597 559 545 572 566 569 Exemplo 4 395 452 518 507 469 Exemplo 5 535 569 595 565 562 544 561
Exemplos de 8 a 12
Os eletrólitos adicionais foram preparados conforme mostrado acima, mediante o uso de uma mistura de sulfolano não-substituído a 20 v/o e dioxolano a 80 v/o com 0,15%, em peso, de piridina, conforme descrito na Tabela 3. Tabela 3
Nome Molaridade de TFSI Molaridade de Lil Exemplo 8 M 0J3 Exemplo 9 ÇL3 OZ Exemplo 10 0,2 M Exemplo 11 OA O1I Exemplo 12 0 M
Exemplo 13
Conforme descrito acima, as células AA foram preparadas e preenchidas com 1,8 a 2,2 gramas dos eletrólitos dos Exemplos de 8 a 12, e descarregadas mediante o uso do teste de câmera digital acelerado. Os re- sultados são mostrados na Tabela 4.
Tabela 4
Formulação Pulsos de câmera digital Média Exemplo 8 589 549 566 559 591 529 564 Exemplo 9 551 522 564 567 535 548 Exemplo 10 472 490 509 497 534 510 502 Exemplo 11 522 412 524 529 508 483 496 Exemplo 12 451 376 459 469 467 406 438
As células AA adicionais preenchidas com os eletrólitos dos
Exemplos de 8 a 12 foram preparadas e armazenadas durante 20 dias em um forno a 60°C, deixadas resfriar e, então, descarregadas no teste de câ- mera digital acelerado acima descrito. Os resultados são mostrados na Ta- bela 5.
Tabela 5
Formulação Pulsos de câmera digital Média Eletrólito 8 387 580 495 532 — 499 Eletrólito 9 505 538 535 514 ___ 523 Eletrólito 10 473 485 527 ___ — — 495 Eletrólito 11 482 458 487 477 493 — 479 Eletrólito 12 385 360 399 361 374 — 376
Os resultados de descarga, tanto para células sem uso prévio como para aquelas submetidas a envelhecimento acelerado, mostram que as células de Li/FeS2 com os eletrólitos são eficientes para fazer funcionar uma câmera digital. Outras Modalidades
Embora certas modalidades tenham sido descritas, outras mo-
dalidades são possíveis. Por exemplo, a modalidade acima descrita usa um eletrólito que inclui acetato de vinila, um sulfolano e 1,3-dioxolano. Outras modalidades não incluem o 1,3-dioxolano ou incluem, por exemplo, menos que cerca de 70%, em volume (por exemplo, menos que cerca de 60%, me- nos que cerca de 50%, menos que cerca de 40% ou menos que cerca de 30%, em volume), mas incluem sulfolano e um monômero que reduz a vis- cosidade do sulfolano. As quantidades de sulfolano e de monômero podem ser, por exemplo, aquelas anteriormente discutidas. O eletrólito pode ser u- sado, por exemplo, em baterias incluindo qualquer dos componentes ou in- gredientes anteriormente discutidos.
Todas as referências mencionadas neste documento, como pedidos de patente, publicações e patentes, estão aqui incorporados na ín- tegra a título de referência.
Outras modalidades estão nas reivindicações.
Claims (25)
1. Bateria, caracterizada pelo fato de que compreende uma carcaça, a qual contém: (a) um ânodo compreendendo um metal alcalino; (b) um cátodo compreendendo um material ativo do cátodo, se- lecionado do grupo consistindo em polissulfetos de metal de transição tendo a fórmula M1a M2b Sn, em que M1 e M2 são metais de transição, a+b é pelo menos 1, e η é pelo menos 2 χ (a+b); e (c) um eletrólito compreendendo de 1% a 30%, em volume, de um sulfolano e de 35% a 99%, em volume, de 1,3-dioxolano. sendo que o eletrólito não inclui 1,2,-dimetoxietano, lítio bis(trifluorometanossulfonil)imida, iodeto de alumínio ou alumínio tri(sec- butóxido).
2. Bateria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o eletrólito inclui de 5% a 20%, em volume, do sulfolano e pelo menos 75%, em volume, do 1,3-dioxolano.
3. Bateria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o eletrólito inclui menos que 25%, em volume, do sulfolano.
4. Bateria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o eletrólito é substancialmente isento de ésteres de carbonato.
5. Bateria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o eletrólito inclui menos que 10%, em volume, de um solvente diferente do sulfolano e do 1,3-dioxolano.
6. Bateria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o eletrólito inclui menos que 2%, em volume, de um solvente di- ferente do sulfolano e do 1,3-dioxolano.
7. Bateria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o eletrólito tem uma viscosidade de 0,0002 Pa.s (0,2 cP) a 0,0025 Pa.s (2,5 cP).
8. Bateria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o eletrólito tem uma viscosidade de 0,0005 Pa.s (0,5 cP) a 0,0015 Pa.s (1,5 cP).
9. Bateria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o eletrólito compreende, ainda, acetato de vinila.
10. Bateria de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que o eletrólito inclui de 0,5% a 20%, em peso, de acetato de vinila.
11. Bateria de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o eletrólito inclui menos que 10%, em volume, do acetato de vinila.
12. Bateria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o metal alcalino é lítio.
13. Bateria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o lítio está em liga com alumínio.
14. Bateria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o lítio metálico não está em liga com outro metal.
15. Bateria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o material ativo do cátodo é dissulfeto de ferro.
16. Bateria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o metal alcalino é lítio, o material ativo do cátodo é dissulfeto de ferro, e o eletrólito inclui de 5% a 20%, em volume, do sulfolano e pelo me- nos 70%, em volume, do 1,3-dioxolano.
17. Bateria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o sulfolano é sulfolano não-substituído.
18. Bateria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o eletrólito compreende, ainda, um sal de lítio.
19. Bateria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o eletrólito inclui, ainda, iodeto de lítio.
20. Bateria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o sulfolano é sulfolano não-substituído, e o eletrólito inclui de 15% a 25%, em volume, do sulfolano não-substituído e de 75% a 85%, em volume, do 1,3-dioxolano.
21. Bateria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de compreender, ainda, piridina.
22. Bateria de acordo com a reivindicação 21, caracterizada pelo fato de compreender cerca de 0,1 M, em peso, de piridina.
23. Bateria, caracterizada pelo fato de que compreende uma carcaça, a qual contém: (a) um ânodo compreendendo um metal alcalino; (b) um cátodo compreendendo um material ativo do cátodo, se- lecionado do grupo consistindo em polissulfetos de metal de transição tendo a fórmula M1a M2b Sn, em que M1 e M2 são metais de transição, a+b é pelo menos 1, e η é pelo menos 2 χ (a+b); e (c) um eletrólito compreendendo um sulfolano e um monômero redutor de viscosidade, sendo que o eletrólito não inclui 1,2,-dimetoxietano, lítio bis(trifluorometanossulfonil)imida, iodeto de alumínio ou alumínio tri(sec- butóxido).
24. Bateria de acordo com a reivindicação 23, caracterizada pelo fato de que o monômero é acetato de vinila.
25. Bateria de acordo com a reivindicação 23, caracterizada pelo fato de que o material ativo do cátodo é dissulfeto de ferro.
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