CN106165183A - 暴露于流体静压的电化学电池 - Google Patents

暴露于流体静压的电化学电池 Download PDF

Info

Publication number
CN106165183A
CN106165183A CN201580019540.7A CN201580019540A CN106165183A CN 106165183 A CN106165183 A CN 106165183A CN 201580019540 A CN201580019540 A CN 201580019540A CN 106165183 A CN106165183 A CN 106165183A
Authority
CN
China
Prior art keywords
battery pack
pressure
negative electrode
electrochemical cell
assembly
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201580019540.7A
Other languages
English (en)
Inventor
J·库利施
M·萨弗特森佩雷
K·莱特纳
H·施奈德
T·维斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
Publication of CN106165183A publication Critical patent/CN106165183A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0468—Compression means for stacks of electrodes and separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0568—Liquid materials characterised by the solutes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0569—Liquid materials characterised by the solvents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/364—Composites as mixtures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/60—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of organic compounds
    • H01M4/602—Polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/131—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by physical properties, e.g. gas permeability, size or heat resistance
    • H01M50/136—Flexibility or foldability
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/233—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
    • H01M50/24—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions adapted for protecting batteries from their environment, e.g. from corrosion
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0068—Battery or charger load switching, e.g. concurrent charging and load supply
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028—Positive electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025—Organic electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/117—Inorganic material
    • H01M50/119—Metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/121—Organic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/124—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)

Abstract

本发明涉及一种电池组，包括作为第一组分(A)的压力容器(A)和位于压力容器(A)内部的作为第二组分(B)的至少一种包括至少一个包含至少一种电活性含硫材料的阴极的电化学电池(B)，其中压力容器(A)可以填充或者填充压力介质(C)以在所述压力容器内部产生的压力2‑200巴。本发明进一步涉及一种操作电化学电池(B)的方法，其中使电化学电池(B)暴露于2‑200巴的流体静压。

Description

暴露于流体静压的电化学电池
本发明涉及一种电池组，包括作为第一组分(A)的压力容器(A)和位于压力容器(A)内部的作为第二组分(B)的至少一种包括至少一个包含至少一种电活性含硫材料的阴极的电化学电池(B)，其中压力容器(A)可以填充或者填充压力介质(C)以在所述压力容器内部产生的压力2-200巴。
本发明进一步涉及一种操作电化学电池(B)的方法，其中使电化学电池(B)暴露于2-200巴的流体静压。
蓄电池组、蓄电池或“可再充电电池组”仅仅是电能在产生之后可以存储且在要求时可以使用的一些实施方案。由于显著更好的功率密度，近来已经由水基蓄电池组转向开发那些其中通过锂离子完成电池中的电荷传输的电池组。
然而，具有碳阳极和基于金属氧化物的阴极的常规锂离子蓄电池的比能有限。锂硫电池就比能而言打开了新的范围。理想的是在锂硫电池中，硫(S8)在硫阴极经由多硫化物离子被还原成S2-(即Li2S)，后者在电池充电时被再氧化形成硫-硫键。
遗憾的是，可再充电锂硫电池在技术上仍不成熟。与市售锂离子电池组相比，所研究的锂硫电池显示出更强的容量衰减，通常随后出现突然电池故障。对于这些观察结果，讨论了几种甚至可能互相促进的故障机理。
文献中讨论了下列理论、工作假设和解释：
在锂硫电池中，阳极的金属锂在每次充电和放电中被移去和涂覆。这些电池的主要故障机理是金属锂阳极与电解质反应，导致电池变干并且因此导致电化学体系的快速容量衰减和致命故障。同时，在锂表面上发生循环的锂树枝状生长。这导致高表面积锂，从而提高了锂的反应性，使得电解质甚至更快地反应和被消耗。此外，来自锂与电解质反应的一些消耗产品是气体(乙烯、乙炔、亚硝气、氮气、氢气…)。气体的产生导致电流分布的局部不均匀，从而影响电池的长期稳定性。
在锂硫电池中的标准阴极由碳、元素硫和粘合剂构成。在放电时，元素硫被还原成溶于电解质中的多硫化物。该方法影响阴极的机械稳定性，因为硫作为固体存在于其中的空腔现在填充了电解质而不是导致阴极部分崩塌的硫。
因此，锂的树枝状生长、阴极的机械稳定性以及来自电解质与锂的反应的气态产物是锂硫电池故障的主要原因且必须要解决。
锂的树枝状生长当前通过施加垂直于电极平面的单向压力解决。单向压力的施加降低了锂的树枝状生长，导致更均匀的锂表面且因此降低了电解质与金属锂的反应并改善了电池的性能。然而，通过施加单向压力，损害了阴极的机械稳定性，因为所提到的结构体崩塌更突出。
一个问题是可溶于溶剂/电解质中且可能迁移至阳极的多硫化物，例如Li2S4和Li2S6的溶解性。结果可能包括活性材料(电容)的损失。多硫化物离子由阴极迁移至阳极可能最终导致受影响电池的自放电。多硫化物离子的该不希望的迁移也称为“梭动”/“多硫化物梭动”—一种也用于本发明上下文中的术语。
US 6,007,935描述了一种可再充电发电机，其由碱金属或可延展碱金属合金的阳极、至少一种就碱金属阳离子而言可传导且用作隔片的聚合物电解质以及至少一个对碱金属阳离子可逆的阴极及其集电器构成，其中阳极、电解质、阴极和集电器的组合维持在足以确保隔片将阳极片限制在适当位置以在溶解/涂覆的连续循环过程中维持锂-电解质界面的完整性的机械应变之下。
US 2010035128描述了施加力以提高电化学电池的性能。当施加具有垂直于电化学电池的阳极的活性表面的分量的各向异性力时，观察到在充电过程中锂金属在阳极上的均匀沉积，这导致锂金属的光滑表面。
US 2010159306提出了一种具有至少一种电化学电池的器件，其特征在于容纳该至少一种电池的一定体积，该体积能够经受压力介质的压力，以使至少一种电池经受外部压力。
US 8,178,228描述了能够改善输出功率的全固态电池组。该全固态电池组包括缠绕的固体电解质/电极组件和容纳固体电解质/电极组件的外壳，其中加压流体填充于外壳的内周面和固体电解质/电极组件之间。
文献中所述锂硫电池和包含锂硫电池的电池组仍然具有上述缺点。
因此，本发明的目的是要提供包括电化学电池，尤其是锂硫电池的电池组，其在一种或多种性能上优于现有技术中已知的锂硫电池组，尤其是就电化学电池的能量密度通过降低电解质的量而增加、循环寿命提高以及通过改善的循环稳定性和容量衰减降低反映的库伦效率增加而言。提到的所需性能通常也对改善锂硫电池组的经济可行性具有决定性贡献，这除了锂硫电池组的所需工业性能特征方面外也对用户至关重要。
该目的由一种如下的电池组实现，其包括：
(A)压力容器(A)，以及
(B)位于压力容器(A)内部的至少一种电化学电池(B)，包括：
(B1)组件(B1)，包括：
(B1-a)至少一个包含至少一种电活性含硫材料的阴极(B1-a)，
(B1-b)至少一个阳极(B1-b)，
(B1-c)至少一个隔片(B1-c)，以及
(B1-d)至少一种电解质组合物(B1-d)，包含：
(B1-d1)至少一种溶剂(B1-d1)，以及
(B1-d2)至少一种碱金属盐(B1-d2)，以及
(B2)任选地，容纳组件(B1)的外壳(B2)，
其中压力容器(A)可以填充或者填充压力介质(C)以在所述压力容器内部产生2-200巴，优选2-100巴，更优选3-40巴的压力，优选其中压力容器(A)填充压力介质(C)且所述压力容器内部的压力为2-200巴，优选2-100巴，更优选3-40巴。
在本发明上下文中，其中在放电过程中出现净负电荷的电极称为阳极且在放电过程中出现净正电荷的电极称为阴极。
本发明电池组包括作为第一组分(A)的压力容器(A)—下文也称为容器(A)，以及作为第二组分(B)的在所述容器(A)内部的至少一种电化学电池(B)，尤其是可再充电电化学电池(B)—下文也称为电池(B)，后者包括至少一个包含至少一种电活性含硫材料的阴极(B1-a)，其中容器(A)可以填充或者填充，优选填充压力介质(C)—下文也称为介质(C)，以在所述压力容器内部产生2-200巴的压力。
压力容器(A)本身对本领域熟练技术人员是已知的。压力容器通常定义为设计成在显著不同于环境压力的压力下容纳气体或液体的密闭容器。优选的形状、构造材料和合适的设计对本领域相应熟练技术人员是已知的。在本发明的情况下，容器(A)以使得它至少耐受2-200巴的内部压力的方式构造。优选容器(A)至多耐受比施加的内部压力，即2-200巴，优选2-100巴，更优选3-40巴高至少50％，优选至少100％的压力。
在本发明上下文中，所述压力容器(A)内部的压力也称为内部压力。尽管容器(A)外部的压力取决于天气和海拔高度通常为0.5-1.06巴范围内的大气压力，所述压力容器(A)内部的压力高于大气压力，优选2-200巴，优选2-100巴，更优选3-40巴。
容器(A)包括或至少包含开孔以能够将电池(B)引入容器(A)中并最终取出电池(B)以维护或再循环。所述开孔可以通过压力容器闭合而可逆地密闭或者该开孔在插入电池(B)之后例如通过将装配盖焊接于该容器而不可逆地密闭。
除了插入电池(B)的开孔外，容器(A)包括，优选包括入口和出口，压力介质(C)可以通过入口和出口填充到所述压力容器(A)中或排出。容器(A)的入口和出口可以通过两个不同的开孔实现或者可以优选在装备有合适阀或钩(cook)的各外壳中通过单一开孔实现。或者该入口和出口可以在引入压力介质(C)之后不可逆地密封。
在本发明的一个实施方案中，本发明电池组的特征在于压力容器(A)包括，优选包括入口和出口，压力介质(C)可以通过入口和出口填充到所述压力容器(A)中或排出。
容器(A)进一步具有电连接件以能够将电池(B)与电力负荷或所述容器(A)外部的测量仪器连接。
在本发明的一个实施方案中，本发明电池组的特征在于压力容器(A)具有电连接件。
将压力介质(C)填充到容器(A)中以产生内部压力。介质(C)原则上可以选自宽范围的化合物，只要介质(C)能够流动。介质(C)优选在处理介质(C)或操作本发明电池组的温度下为气态或液态化合物。因为介质(C)围绕电池(B)以及还有电缆连接件且因为必须避免短路，因此介质(C)更优选为气态或液态不导电化合物，优选选自有机或无机溶剂，电解质组合物，优选电解质组合物(B1-d)，气体和气体混合物。
在本发明的一个实施方案中，本发明电池组的特征在于压力介质(C)为气态或液态不导电化合物，优选选自有机或无机溶剂，电解质组合物，优选电解质组合物(B1-d)，气体和气体混合物。
合适不导电液体的实例除了电解质组合物(B1-d)外还有矿物油、硅基油、氟代烃、植物油、多氯联苯类、酯、甘油或二醇类。
合适不导电气体的实例是惰性气体，如He、Ne、Ar、Kr或Xe，反应性气体，如N2O、NO2、O2、H2、SO2、N2、SF6或CO2，或沸点低于20℃的氟代烃，如四氟甲烷、二氟甲烷、六氟乙烷、1,1,1,2-四氟乙烷、氟乙烷或八氟丙烷。
在电池(B)根本不包括外壳(B2)或电池(B)确实包括不密封地容纳组件(B1)的外壳(B2)的情况下，介质(C)直接接触电解质组合物(B1-d)。此时，介质(C)优选选自电解质组合物(B1-d)、几乎不与电解质组合物(B1-d)溶混的液体、气体和气体混合物，尤其是气体和气体混合物。
若还将电解质组合物(B1-d)用作介质(C)，则源自电池(B)的制备和源自将介质(C)引入容器(A)中的所有电解质组合物(B1-d)的总质量优选等于填充所有已经放入容器(A)中的组件(B1)的所有孔隙或未占用空间所必需的所有电解质组合物(B1-d)的质量。
为了提供具有高能量密度的电化学电池(B)，组件(B1)优选以使得它填充电池(B)的体积的80-100％，更优选90-100％，尤其是95-100％的方式排列。在组件(B1)容纳在外壳(B2)中的情况下，电化学电池(B)的高能量密度优选通过用外壳(B2)紧紧围绕组件(B1)实现。在不存在外壳(B2)的情况下，组件(B1)优选被容器(A)紧紧围绕。
具有高能量密度的电化学电池的典型排列例如是软包电池，其中组件(B1)被密封的柔性箔型(聚合物层压体)外壳紧紧围绕。所谓的软包电池通常设计成棱镜形状。具有高能量密度的电化学电池的另一典型排列是圆柱形电池，其中将一卷组件(B1)安装于容器(A)中，例如安装于坚硬的金属外壳如钢制耐压罐或改装气瓶中。
在本发明的一个实施方案中，本发明电池组的特征在于压力容器(A)和/或外壳(B2)紧紧围绕组件(B1)。
紧紧围绕组件(B1)的额外效果是产生各向异性压缩，后者具有垂直于组件(B1)的固体组分的分量，这导致在电池(B)的充电过程中更光滑的锂金属沉积。
在本发明的一个实施方案中，本发明电池组的特征在于电池(B)包括组件(B1)的外壳(B2)。
外壳(B2)可以由多种材料制造。优选外壳(B2)由柔性材料如层压箔，例如金属化聚合物箔制造。外壳(B2)可以紧密地密封组件(B1)而隔离介质(C)，或者外壳(B2)包括至少一个允许介质(C)进入组件(B1)中的开孔。优选密封外壳(B2)以防止介质(C)与组件(B1)的各组分的任何接触。
在本发明的一个实施方案中，本发明电池组的特征在于外壳(B2)由柔性材料制造。
在本发明的另一实施方案中，本发明电池组的特征在于密封外壳(B2)，尤其是为了防止压力介质(C)和组件(B1)的任何组分之间的任何材料交换。
在本发明的优选实施方案中，本发明电池组的特征在于电池(B)包括容纳组件(B1)并紧紧围绕组件(B1)的外壳(B2)，其中外壳(B2)由柔性材料制造并密封。
尤其为可再充电电化学电池(B)的电化学电池(B)包括组件(B1)，后者包含作为第一组分(B1-a)的至少一个包含至少一种电活性含硫材料的阴极(B1-a)，作为第二组分(B1-b)的至少一个阳极(B1-b)，作为第三组分(B1-c)的至少一个隔片(B1-c)，以及作为第四组分(B1-d)的至少一种包含至少一种溶剂(B1-d1)和至少一种碱金属盐(B1-d2)的电解质组合物(B1-d)。
组件(B1)包括至少一个包含至少一种电活性含硫材料的阴极(B1-a)。在本发明上下文中，该包含至少一种电活性含硫材料的阴极(B1-a)也简称阴极(B1-a)。
电活性含硫材料例如为共价化合物如元素硫，由元素硫和至少一种聚合物生产的复合体，由元素硫和至少一种碳材料生产的复合体或包含多硫化物桥的聚合物或离子性化合物如硫化物或多硫化物的盐。
元素硫本身是已知的。
可以用作电极材料的成分的由元素硫和至少一种聚合物生产的复合体同样对本领域熟练技术人员是已知的。Adv.Funct.Mater.2003，13，第487页及随后各页例如描述了硫和聚丙烯腈的反应产物，其由聚丙烯腈消除氢气并同时形成硫化氢而得到。
由元素硫和至少一种碳材料生产的复合体例如描述于US 2011/318654或US2012/298926中。
包含二价二-或多硫化物桥的聚合物，例如聚乙烯四硫化物同样原则上为本领域熟练技术人员已知。J.Electrochem.Soc.，1991，138，1896-1901和US 5,162,175描述了纯硫被包含二硫化物桥的聚合物置换。其中将聚有机二硫化物在可再充电电池中与聚合物电解质一起用作固态氧化还原聚合电极的材料。
硫化物或多硫化物的盐是包含至少一个Li-S基团的离子化合物的实例，如Li2S、多硫化锂(Li2S2-8)或锂代硫醇(锂硫醇盐)。
优选的电活性含硫材料为元素硫。
在本发明的一个实施方案中，本发明电池组的特征在于阴极(B1-a)的电活性含硫材料为元素硫。
在本发明可再充电电化学电池的充电方法过程中，阴极(B1-a)通常包含不同电活性含硫材料的混合物，因为形成越来越多的S-S键。
阴极(B1-a)可以包含一种或其他成分。例如，阴极(B1-a)可以包含导电多晶型的碳，例如选自石墨、碳黑、碳纳米管、石墨烯或上述物质中至少两种的混合物。合适的导电多晶型碳描述于WO 2012/168851第4页第30行至第6页第22行。
在本发明的一个实施方案中，本发明可再充电电化学电池的特征在于阴极(a)含有基于导电碳的材料。
此外，阴极(B1-a)可以包含一种或多种粘合剂，例如一种或多种有机聚合物。合适的粘合剂描述于WO 2012/168851第6页第40行至第7页第30行。
特别适合阴极(B1-a)的粘合剂尤其是聚乙烯醇、聚氧化乙烯、羧甲基纤维素(CMC)和卤代(共)聚合物，例如聚氯乙烯或聚偏二氯乙烯，尤其是氟代(共)聚合物，如聚氟乙烯和尤其是聚偏二氟乙烯，锂代Nafion和聚四氟乙烯，导电聚合物如聚噻吩。
在本发明的一个实施方案中，本发明电池的阴极(B1-a)包含基于所有电活性含硫材料、所有呈导电多晶型的碳和所有粘合剂之和的总质量为10-90重量％，优选50-70重量％的硫，这通过元素分析测定。
在本发明的一个实施方案中，本发明电池的阴极(B1-a)包含基于所有电活性含硫材料、所有呈导电多晶型的碳和所有粘合剂之和的总质量为0.1-60重量％，优选1-45重量％的呈导电多晶型的碳。该碳同样可以例如通过元素分析测定，此时元素分析的评价必须考虑碳也存在于代表粘合剂的有机聚合物以及可能的话其他来源中这一事实。
在本发明的一个实施方案中，本发明电池的阴极(B1-a)包含基于所有电活性含硫材料、所有呈导电多晶型的碳和所有粘合剂之和的总质量为0.1-20重量％，优选1-15重量％，更优选3-10重量％的粘合剂。
此外，阴极(B1-a)可以具有本身为常规的其他成分，例如集电器，后者可以构造成金属线、金属网格、金属筛网、膨胀金属、金属板、金属箔或复写纸/碳布形式。合适的金属箔尤其是铝箔。
在本发明的一个实施方案中，阴极(B1-a)具有25-200μm，优选30-100μm的厚度，基于没有集电器的厚度。
组件(B1)除了阴极(B1-a)外进一步包括至少一个阳极(B1-b)。优选阳极(B1-b)包含至少一种碱金属如锂或钠或者至少一种碱土金属如镁，更优选至少一种碱金属，尤其是锂。
阳极(B1-b)的碱金属可以以纯碱金属相的形式、与其他金属或准金属一起的合金形式、插层化合物形式或包含至少一种碱金属和至少一种过渡金属的离子性化合物形式存在。
阳极(B1-b)可以选自基于各种活性材料的阳极。合适的活性材料是金属锂，含碳材料如石墨、石墨烯、木炭、膨胀石墨，尤其是石墨，此外还有钛酸锂(Li4Ti5O12)，包含In、Tl、Sb、Sn或Si，尤其是Sn或Si的阳极，例如氧化锡(SnO2)或纳米结晶硅，以及包含金属锂的阳极。
在本发明的一个实施方案中，本发明电池组的特征在于阳极(B1-b)选自石墨阳极，钛酸锂阳极，包含In、Tl、Sb、Sn或Si的阳极以及包含金属锂的阳极。
在本发明的一个实施方案中，本发明电池组的特征在于阳极(B1-b)包含锂，尤其是金属锂。
阳极(B1-b)可以进一步包括集电器。合适的集电器例如为金属线、金属网格、金属网以及优选金属箔，如铜箔。
阳极(B1-b)可以进一步包含粘合剂。合适的粘合剂可以选自有机(共)聚合物。合适的有机(共)聚合物可以是卤代的或不含卤素的。实例是聚氧化乙烯(PEO)、纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-丁二烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVdF-HFP)、偏二氟乙烯-四氟乙烯共聚物、全氟烷基乙烯基醚共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯-一氯三氟乙烯共聚物、乙烯-氯氟乙烯共聚物、任选至少部分被碱金属盐或氨中和的乙烯-丙烯酸共聚物、任选至少部分被碱金属盐或氨中和的乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸酯共聚物、聚砜、聚酰亚胺和聚异丁烯。
合适的粘合剂尤其是聚乙烯醇和卤代(共)聚合物，例如聚氯乙烯或聚偏二氯乙烯，尤其是氟代(共)聚合物如聚氟乙烯以及尤其是聚偏二氟乙烯和聚四氟乙烯。
粘合剂的平均分子量Mw可以在宽限度内选择，合适的实例是20,000-1,000,000g/mol。
在本发明的一个实施方案中，阳极(B1-b)可以具有15-200μm，优选30-100μm的厚度，没有集电器时测定。
组件(B1)除了阴极(B1-a)和阳极(B1-b)外进一步包括至少一个隔片(B1-c)。
在本发明的一个实施方案中，本发明电化学电池包括一个或多个电极借此相互机械分隔的隔片(B1-c)。合适的隔片(B1-c)是聚合物薄膜，尤其是多孔聚合物薄膜，其对金属锂以及对硫化锂和多硫化锂呈非反应性。特别适合隔片(B1-c)的材料是聚烯烃，尤其是多孔聚乙烯薄膜和多孔聚丙烯薄膜。
聚烯烃隔片(B1-c)，尤其是聚乙烯或聚丙烯隔片(B1-c)可以具有35-45％的孔隙率。合适的孔径例如为30-500nm。
在本发明的另一实施方案中，选取的隔片可以是由填充有无机颗粒的PET非织造物构成的隔片。该类隔片可以具有40-55％的孔隙率。合适的孔径例如为80-750nm。
组件(B1)除了阴极(B1-a)、阳极(B1-b)和隔片(B1-c)外进一步包括至少一种电解质组合物(B1-d)，后者包含：
(B1-d1)至少一种溶剂(B1-d1)，以及
(B1-d2)至少一种碱金属盐(B1-d2)。
该至少一种电解质组合物(B1-d)通常为单一均相混合物，优选为溶液，其可以通过将两种或更多种不同的电解质组合物，例如(B1-d’)和(B1-d”)一起混合而得到。
对于适合电解质组合物(B1-d)，尤其是用于锂基可再充电电池组的非水液体电解质的溶剂和其他添加剂，参考相关现有技术，例如Chem.Rev.2004，104，4303-4417，尤其是第4307页上的表1、第4308页上的表2和第4379页上的表12。
溶剂(B1-d1)可以选自宽范围的溶剂，尤其选自容易溶解碱金属盐(B1-d2)的溶剂。溶解碱金属盐(B1-d2)的溶剂或溶剂体系例如为离子液体、极性溶剂或与极性添加剂如冠醚，例如18-冠-6或穴状配体组合的非极性溶剂组合。极性溶剂的实例是极性质子溶剂或偶极非质子溶剂。
极性质子溶剂的实例是水，醇类如甲醇、乙醇或异丙醇，碳酸如乙酸，氨、伯胺或仲胺。极性质子溶剂仅可用于包括包含碱金属的阳极的电化学电池中，若要通过合适隔片严格排除阳极和极性质子溶剂之间的任何接触的话。
偶极非质子溶剂的实例为有机碳酸酯，酯，醚，砜如DMSO，磺酰胺，酰胺如DMF或DMAc，腈如乙腈，内酰胺如NMP，内酯，线性或环状全烷基化脲衍生物如TMU或DMPU，氟代醚，氟代氨基甲酸酯，氟代碳酸酯或氟代酯。
可能的溶剂(B1-d2)可以在40℃下为液体或固体且优选在40℃下为液体。
在本发明的一个实施方案中，本发明电池组的特征在于溶剂(B1-d2)为偶极非质子溶剂。
溶剂(B1-d2)优选在40℃下为液体且选自聚合物、环状或非环状醚、非环状或环状缩醛、非环状或环状砜、非环状或环状磺酰胺以及环状或非环状有机碳酸酯，优选环状或非环状醚和非环状或环状缩醛。
在本发明的一个实施方案中，本发明电池组的特征在于溶剂(B1-d1)在40℃下为液体且选自聚合物、环状或非环状醚、非环状或环状缩醛、非环状或环状砜、非环状或环状磺酰胺以及环状或非环状有机碳酸酯，优选环状或非环状醚和非环状或环状缩醛。
合适聚合物的实例尤其是聚亚烷基二醇，优选聚-C1-C4亚烷基二醇以及尤其是聚乙二醇。聚乙二醇可以以共聚形式包含至多20mol％一种或多种C1-C4亚烷基二醇。聚亚烷基二醇优选为甲基-或乙基双重封端的聚亚烷基二醇。
合适聚亚烷基二醇以及尤其是合适聚乙二醇的分子量Mw可以为至少400g/mol。
合适聚亚烷基二醇以及尤其是合适聚乙二醇的分子量Mw可以为至多5000000g/mol，优选至多2000000g/mol。
合适非环状醚的实例例如为二异丙醚、二正丁醚、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷，优选1,2-二甲氧基乙烷。
合适环状醚的实例是四氢呋喃和1,4-二烷。
合适非环状缩醛的实例例如为二甲氧基甲烷、二乙氧基甲烷、1,1-二甲氧基乙烷和1,1-二乙氧基乙烷.
合适环状缩醛的实例为1,3-二烷以及尤其是1,3-二氧戊环。
合适非环状有机碳酸酯的实例为碳酸二甲酯、碳酸乙基·甲基酯和碳酸二乙酯。
合适环状有机碳酸酯的实例为通式(X)和(XI)的化合物：
其中R1、R2和R3可以相同或不同且各自选自氢和C1-C4烷基，例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基和叔丁基，其中R2和R3优选不同时为叔丁基。
在特别优选的实施方案中，R1为甲基且R2和R3各自为氢，或者R1、R2和R3各自为氢。
另一优选的环状有机碳酸酯是式(XII)的碳酸亚乙烯酯：
优选使用无水状态的溶剂，即水含量为1ppm至0.1重量％，这例如可以通过KarlFischer滴定测定。
用作导电盐的可能碱金属盐(B1-d2)必须可溶于溶剂(B1-d2)中。优选的碱金属盐(B1-d2)是锂盐或钠盐，尤其是锂盐。
在本发明的一个实施方案中，本发明电池组的特征在于碱金属盐(B1-d2)为锂盐或钠盐，优选锂盐。
合适的碱金属盐尤其是锂盐。合适锂盐的实例是LiPF6、LiBF4、LiB(C2O4)2、LiI、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiC(CnF2n+1SO2)3、亚氨基锂如LiN(CnF2n+1SO2)2，其中n为1-20的整数，LiN(SO2F)2、Li2SiF6、LiSbF6、LiAlCl4以及通式(CnF2n+1SO2)mXLi的盐，其中m定义如下：
当X选自氧和硫时，m＝1；
当X选自氮和磷时，m＝2；且
当X选自碳和硅时，m＝3。
优选的碱金属盐选自LiC(CF3SO2)3、LiN(CF3SO2)2、LiPF6、LiBF4、LiB(C2O4)2、LiI、LiNO3、LiClO4，特别优选LiPF6和LiN(CF3SO2)2。
在本发明的一个实施方案中，导电盐在电解质组合物(B1-d)中的浓度为0.01-7M，优选0.3-1.5M。
在本发明的一个实施方案中，组件(B1)可以含有添加剂如润湿剂、腐蚀抑制剂或保护剂如保护任何电极的试剂或保护盐的试剂。
本发明电池组可以在宽的温度范围内，优选在-70℃至250℃的温度范围内，更优选在-30℃至150℃的温度范围内操作。
组件(b1)的电解质组合物(B1-d)或电解质组合物(B1-d)的混合物优选在-70℃至250℃的温度下，更优选在-30℃至150℃的温度下为液体。这意味着电解质组合物(B1-d)或电解质组合物(B1-d)的混合物的熔点优选不高于-70℃，更优选不高于-30℃且电解质组合物(B1-d)或电解质组合物(B1-d)的混合物的沸点优选高于250℃，更优选高于150℃。
阴极(B1-a)中所含硫的总质量与组件(B1)的电解质组合物(B1-d)的总质量的质量比可以在宽范围内变化。阴极(B1-a)中所含硫的总质量可以通过元素分析测定。优选阴极(B1-a)中所含硫的总质量与组件(B1)的电解质组合物(B1-d)的总质量的质量比0.05-1，更优选0.1-0.7，尤其是0.33-0.5。
在本发明的一个实施方案中，本发明电池组的特征在于阴极(B1-a)中所含硫的总质量与组件(B1)的电解质组合物(B1-d)的总质量的质量比为0.05-1，优选0.1-0.7，尤其是0.33-0.5。
在本发明的一个实施方案中，本发明电池组的特征在于外壳(B2)密封且由紧紧围绕组件(B1)的柔性材料制成，阴极(B1-a)的电活性含硫材料为元素硫，阳极(B1-b)包含锂，阴极(B1-a)中所含硫的总质量与组件(B1)的电解质组合物(B1-d)的总质量的质量比为0.05-1，优选0.1-07，尤其是0.33-0.5，以及压力容器(A)填充压力介质(C)且所述压力容器内部的压力为2-20巴。
在本发明的另一实施方案中，本发明电池组的特征在于一卷组件(B1)安装于圆柱形容器(A)中，后者紧紧围绕组件(B1)，阴极(B1-a)的电活性含硫材料为元素硫，阳极(B1-b)包含锂，阴极(B1-a)中所含硫的总质量与组件(B1)的电解质组合物(B1-d)的总质量的质量比为0.05-1，优选0.1-07，尤其是0.33-0.5，以及容器(A)内部的压力为2-20巴。
本发明电池组，尤其是可再充电锂硫电池组，具有有利的性能。它们显示出良好的容量、每个循环的容量衰减速率低、库仑效率高并且在循环延长时循环稳定性良好。
本发明电池组可以用于制造或操作汽车、计算机、掌上电脑、移动电话、手表、摄像录像机、数码相机、温度计、计算器、笔记本电脑BIOS、通信设备或遥控车锁，以及固定应用如发电厂的储能装置。本发明的另一方面是一种通过使用至少一种本发明电池组制造或操作汽车、计算机、掌上电脑、移动电话、手表、摄像录像机、数码相机、温度计、计算器、笔记本电脑BIOS、通信设备、遥控车锁，以及固定应用如发电厂的储能装置的方法。
本发明进一步提供了一种包括至少一种如上所述的本发明电池组的装置。优选移动装置如交通工具，例如汽车，自行车，飞机，或水上交通工具如船或艇。移动装置的其他实例为便携式的那些，例如计算机，尤其是笔记本电脑、电话机或电动工具，例如建筑领域的电动工具，尤其是钻头、电池组供电的组合钻头或电池组供电的敲钉器。
本发明进一步提供了一种操作电化学电池(B)的方法，该电化学电池(B)包括：
(B1)组件(B1)，包括：
(B1-a)至少一个包含至少一种电活性含硫材料的阴极(B1-a)，
(B1-b)至少一个阳极(B1-b)，优选至少在阳极(B1-b)上包含至少一种碱金属或碱土金属，更优选包含至少一种碱金属，尤其是锂，
(B1-c)至少一个隔片(B1-c)，以及
(B1-d)至少一种电解质组合物(B1-d)，包含：
(B1-d1)至少一种溶剂(B1-d1)，以及
(B1-d2)至少一种碱金属盐(B1-d2)，以及
(B2)任选地，容纳组件(B1)的外壳(B2)，
其中电化学电池(B)暴露于2-200巴，优选2-100巴，尤其是3-40巴的流体静压。
对于阴极(B1-a)和其中存在的除电活性含硫材料外的成分，即呈导电多晶型的碳和任何粘合剂，对于阳极(B1-b)和其中存在的成分，即锂吸收材料和任何粘合剂，对于隔片(B1-c)以及对于电解质组合物(B1-d)的组分，即溶剂(B1-d1)和碱金属盐(B1-d2)，以及电解质组合物(B1-d)本身的优选实施方案与上面就本发明电池组所述的那些相同。
在上述电化学电池(B)的操作过程中，2-200巴，优选2-100巴，尤其是3-40巴的流体静压作用于所述电池(B)。该操作包括对所述电池(B)充电和放电的操作步骤。所施加的流体静压原则上可以在不同操作步骤过程中变化。优选在两个连续的操作步骤，即充电步骤和放电步骤或者反之亦然的过程中将流体静压保持基本恒定。在本发明上下文中，术语“基本恒定的流体静压”是指流体静压的变化基于相应两个操作步骤过程中的平均流体静压不超过10％，优选不超过5％，其中将在一定温度下测量的压力值重新计算为在标准温度(273.15K)下的相应压力值。
在本发明的一个实施方案中，本发明操作电化学电池(B)的方法的特征在于操作包括对电化学电池(B)充电和放电。
在本发明的一个实施方案中，本发明操作电化学电池(B)的方法的特征在于作用于电池(B)流体静压在充电和放电的两个连续操作步骤过程中基本保持恒定。
将电池(B)暴露于所需流体静压的方式和方法已经如上所述。
本发明操作电化学电池(B)的方法对于在阴极(B1-a)中所含硫的总质量和组件(B1)的电解质组合物(B1-d)的总质量之间呈现一定质量比的电化学电池(B)特别有利。尽管使用大量电解质降低了组件(B1)的能量密度，但由于必须保留阳极和阴极之间的离子迁移率，电解质总量的降低通常是有限的。本发明操作电化学电池(B)的方法与暴露于大气压力的相应电池相比允许相对于硫的总量降低电解质总量，同时保持具有更高能量密度的电池的循环寿命和库伦效率。
在本发明的一个实施方案中，本发明操作电化学电池(B)的方法的特征在于阴极(B1-a)中所含硫的总质量与组件(B1)的电解质组合物(B1-d)的总质量的质量比为0.05-1，优选0.1-0.7，尤其是0.33-0.5。
本发明由下列实施例说明，但这些实施例不限制本发明。
以％表示的数值各自基于重量％，除非另有明确说明。
I.阴极制备
为了制备阴极淤浆，混合2.98g硫(Alfa Aesar，99.5％)、0.98g碳黑(XE2，BET 1056m2/g，Orion Engineered Carbons)、0.98g碳黑(XC72，BET 230m2/g，Cabot Corporation)、4.09g聚乙烯醇溶液(6重量％水溶液，425，Sekisui)，并随后加入水和异丙醇而形成淤浆。使用刮刀技术将所得混合物涂敷于涂有底漆的铝箔上(根据US2010/0291442A1的实施例1)并在40℃下真空干燥16小时。最终电极的硫负载量为2.0g硫/cm2。最终干阴极的标准组成是约55％硫、40％碳和5％粘合剂。
II.电解质和电池组装
所用电解质为44重量％1,3-二氧戊环、44重量％1,2-二甲氧基乙烷、8重量％二(氟磺酰基)亚氨基锂、4重量％硝酸锂的混合物，在其顶上加入另外1重量％硝酸胍盐。软包型电池的电池组装通过堆叠阴极、聚烯烃隔片(Celgard 2325)和锂箔(50μm，RockwoodLithium)而在干燥室中进行。在将该组件转移到软包袋中之后向电池填充电解质并立即真空密封。由活性物质(硫)与电解质的所需比例计算电解质的量。
III.电化学测试
放电/充电测量使用MACCOR(Tulsa，Oklahoma)，Astrol(Oberrohrdorf，瑞士)或Basytec(Asselfingen，德国)电池组循环仪在对于Li/Li+为1.7-2.5V的电势范围内进行，初始放电速率为C/50以及随后对于充电的速率为C/8且对于放电的速率为C/5。C速率基于硫质量负载计算。
对于在单向压力下的循环试验，将测试电池放入调节至施加10kg/cm2垂直于电极表面的单向压力的压力试验台架中。具有单向压力和没有压力的试验均在气候室中于25℃下进行。
对于在流体静压下的循环试验，将测试电池放入装备有连接件以提供与阳极和阴极的电接触以及电池组循环仪的耐压罐中，在将电池放入耐压罐中并与电化学测试设备连接之后，将该耐压罐置于使用惰性气体(Ar，N2)的所需压力之下。
表1：电解质/硫比例和压力对放电容量和循环寿命的效果
当不施加压力或施加单向压力(垂直于电极表面)时，电解质/硫比例为7:1和3:1的电池对于最初50个循环显示出至多1000mAh/g的稳定放电容量，然而能量密度由于过量电解质而更低。对于随后的循环观察到放电容量的衰减提高，这在第150个循环之前导致电池故障。通过将电解质/电解质比例提高到20:1，衰减速率降低，这导致在低得多的总放电容量和低得多的能量密度下循环寿命延长，甚至当施加单向压力时也如此。当以流体静态方式施加压力时，可以得到高得多的放电容量和长得多的循环寿命，甚至在电解质/硫比例低至7:1时也如此。因此，与更低电解质量(7:1)组合的引入流体静压与单向压力相反的是导致更长循环寿命，这类似于电解质/硫比例为20:1但容量高得多。

Claims (15)

1.一种电池组，其包括：
(A)压力容器(A)，以及
(B)位于压力容器(A)内部的至少一种电化学电池(B)，包括：
(B1)组件(B1)，包括：
(B1-a)至少一个包含至少一种电活性含硫材料的阴极(B1-a)，
(B1-b)至少一个阳极(B1-b)，
(B1-c)至少一个隔片(B1-c)，以及
(B1-d)至少一种电解质组合物(B1-d)，包含：
(B1-d1)至少一种溶剂(B1-d1)，以及
(B1-d2)至少一种碱金属盐(B1-d2)，以及
(B2)任选地，容纳组件(B1)的外壳(B2)，
其中压力容器(A)可以填充或者填充压力介质(C)以在所述压力容器内部产生2-200巴的压力。
2.根据权利要求1的电池组，其中压力容器(A)包括入口和出口，压力介质(C)可以通过入口和出口填充到所述压力容器(A)中或排出。
3.根据权利要求1或2的电池组，其中压力介质(C)为气态或液态不导电化合物。
4.根据权利要求1-3中任一项的电池组，其中压力容器(A)和/或外壳(B2)紧紧围绕组件(B1)。
5.根据权利要求1-4中任一项的电池组，其中外壳(B2)由柔性材料制造。
6.根据权利要求1-5中任一项的电池组，其中将外壳(B2)密封。
7.根据权利要求1-6中任一项的电池组，其中阴极(B1-a)的电活性含硫材料为元素硫。
8.根据权利要求1-7中任一项的电池组，其中阳极(B1-b)包含锂。
9.根据权利要求1-8中任一项的电池组，其中所述溶剂(B1-d1)在40℃下为液体且选自聚合物、环状或非环状醚、非环状或环状缩醛、非环状或环状砜、非环状或环状磺酰胺和环状或非环状有机碳酸酯。
10.根据权利要求1-9中任一项的电池组，其中碱金属盐(B1-d2)为锂盐。
11.根据权利要求1-10中任一项的电池组，其中阴极(B1-a)中所含硫的总质量与组件(B1)的电解质组合物(B1-d)的总质量的质量比为0.05-1。
12.一种包括至少一种根据权利要求1-11中任一项的电池组的器件。
13.操作电化学电池(B)的方法，所述电化学电池(B)包括：
(B1)组件(B1)，包括：
(B1-a)至少一个包含至少一种电活性含硫材料的阴极(B1-a)，
(B1-b)至少一个阳极(B1-b)，
(B1-c)至少一个隔片(B1-c)，以及
(B1-d)至少一种电解质组合物(B1-d)，包含：
(B1-d1)至少一种溶剂(B1-d1)，以及
(B1-d2)至少一种碱金属盐(B1-d2)，以及
(B2)任选地，容纳组件(B1)的外壳(B2)，
其中电化学电池(B)暴露于2-200巴的流体静压。
14.根据权利要求13的方法，其中所述操作包括电化学电池(B)的充电和放电。
15.根据权利要求13或14的方法，其中阴极(B1-a)中所含硫的总质量与组件(B1)的电解质组合物(B1-d)的总质量的质量比为0.05-1。
CN201580019540.7A 2014-04-16 2015-04-02 暴露于流体静压的电化学电池 Pending CN106165183A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201461980074P 2014-04-16 2014-04-16
US61/980,074 2014-04-16
PCT/EP2015/057312 WO2015158557A1 (en) 2014-04-16 2015-04-02 Electrochemical cells exposed to hydrostatic pressure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106165183A true CN106165183A (zh) 2016-11-23

Family

ID=52988019

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580019540.7A Pending CN106165183A (zh) 2014-04-16 2015-04-02 暴露于流体静压的电化学电池

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20170047586A1 (zh)
EP (1) EP3132485A1 (zh)
JP (1) JP2017515271A (zh)
KR (1) KR20160143829A (zh)
CN (1) CN106165183A (zh)
WO (1) WO2015158557A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102270973B1 (ko) 2013-05-02 2021-07-01 바스프 에스이 폴리아릴에테르설폰 공중합체
KR102050836B1 (ko) * 2015-12-08 2019-12-03 주식회사 엘지화학 리튬이차전지용 전해질 및 이를 포함하는 리튬이차전지
US10903519B2 (en) * 2017-03-27 2021-01-26 Global Graphene Group, Inc. Lithium secondary battery containing non-flammable electrolyte and manufacturing method
US11283068B2 (en) * 2019-12-20 2022-03-22 Enevate Corporation Electrochemically active materials and methods of preparing the same
DE102018201632A1 (de) * 2018-02-02 2019-08-08 Volkswagen Aktiengesellschaft Batteriemodul mit mindestens einer Zelle
WO2020200392A1 (en) * 2019-04-01 2020-10-08 Custom Cells Itzehoe Gmbh Rechargeable lithium ion battery for wide temperature range and high temperatures
DE102021211678A1 (de) 2021-10-15 2023-04-20 Volkswagen Aktiengesellschaft Batteriesystem und Kraftfahrzeug

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1335652A (zh) * 2000-07-25 2002-02-13 三星Sdi株式会社 用于锂硫电池的电解液以及包括这种电解液的锂硫电池
JP2008098096A (ja) * 2006-10-16 2008-04-24 Sony Corp 二次電池
JP2008103284A (ja) * 2006-10-20 2008-05-01 Idemitsu Kosan Co Ltd 全固体電池
JP2012119153A (ja) * 2010-11-30 2012-06-21 Toyota Motor Corp 電池の製造方法
CN202423481U (zh) * 2011-12-28 2012-09-05 上海空间电源研究所 全密封自动激活式锂硫电池组

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5162175A (en) 1989-10-13 1992-11-10 Visco Steven J Cell for making secondary batteries
CA2191019C (fr) 1996-11-22 2001-01-16 Michel Gauthier Anode de lithium rechargeable pour accumulateur a electrolyte polymere
DE102007002444A1 (de) 2007-01-17 2008-07-24 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung mit wenigstens einer elektrochemischen Zelle und Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung mit wenigstens einer elektrochemischen Zelle
EP2212949B1 (en) 2007-10-26 2016-12-07 Sion Power Corporation Primer for battery electrode
WO2010016881A1 (en) 2008-08-05 2010-02-11 Sion Power Corporation Application of force in electrochemical cells
US8178228B2 (en) 2009-02-19 2012-05-15 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Solid-state battery
US9083045B2 (en) 2010-05-28 2015-07-14 Basf Se Composite materials, production thereof and use thereof in electrical cells
JP5809348B2 (ja) * 2011-04-05 2015-11-10 ブラックライト パワー インコーポレーティド Ｈ２ｏベース電気化学的水素−触媒パワーシステム
US9099223B2 (en) 2011-05-27 2015-08-04 Basf Se Composite materials, production thereof and use thereof in electrical cells
WO2012168851A1 (de) 2011-06-08 2012-12-13 Basf Se Elektrodenmaterialien für elektrische zellen
WO2013123131A1 (en) * 2012-02-14 2013-08-22 Sion Power Corporation Electrode structure for electrochemical cell
AU2013300150A1 (en) * 2012-05-21 2014-12-04 Blacklight Power, Inc. CIHT power system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1335652A (zh) * 2000-07-25 2002-02-13 三星Sdi株式会社 用于锂硫电池的电解液以及包括这种电解液的锂硫电池
JP2008098096A (ja) * 2006-10-16 2008-04-24 Sony Corp 二次電池
JP2008103284A (ja) * 2006-10-20 2008-05-01 Idemitsu Kosan Co Ltd 全固体電池
JP2012119153A (ja) * 2010-11-30 2012-06-21 Toyota Motor Corp 電池の製造方法
CN202423481U (zh) * 2011-12-28 2012-09-05 上海空间电源研究所 全密封自动激活式锂硫电池组

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017515271A (ja) 2017-06-08
EP3132485A1 (en) 2017-02-22
US20170047586A1 (en) 2017-02-16
KR20160143829A (ko) 2016-12-14
WO2015158557A1 (en) 2015-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106165183A (zh) 暴露于流体静压的电化学电池
JP5461883B2 (ja) 二次電池用非水電解液及び非水電解液二次電池
CN113273000A (zh) 可充电电池单元
JP5544748B2 (ja) 電気化学ディバイス用電解質、これを用いる電解液および非水電解液電池
KR101309931B1 (ko) 비수전해액 및 리튬 이차전지
CN101587971A (zh) 锂离子二次电池用电解液及包括该电解液的锂离子二次电池
JP2011222193A (ja) 非水電解液電池用電解液及びこれを用いる非水電解液電池
JP4711639B2 (ja) 非水電解液およびそれを用いたリチウム二次電池
KR20200035094A (ko) 전지용 비수 전해액 및 리튬 이차 전지
JP2016066481A (ja) 電池用非水電解液、及びリチウム二次電池
CN107887645A (zh) 一种锂离子电池非水电解液和锂离子电池
CN104979587A (zh) 长寿命二次电池用非水性电解液及包含其的二次电池
JP7090079B2 (ja) 電解液、電気化学デバイス、二次電池及びモジュール
JP4811070B2 (ja) 非水電解液電池用電解質、電解液及び非水電解液電池
KR20150081084A (ko) 리튬 이차전지용 전해액 및 이를 구비하는 리튬 이차전지
JP5080101B2 (ja) 非水電解質及び該非水電解質を含む非水電解質二次電池
US20240021889A1 (en) Composition
CN103765664A (zh) 非水电解质及非水电解质二次电池
US20240234814A1 (en) Composition
Ali et al. Recent Developments in Electrolyte Materials for Rechargeable Batteries
US20230361346A1 (en) Composition
JP2023055107A (ja) 金属リチウム二次電池用電解液
TW202124353A (zh) 組合物
CA3215973A1 (en) Composition
JP2023127391A (ja) 金属亜鉛二次電池用電解液

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20161123