DE102006055770A1 - Electrolyte with lithium bis(oxalato)borate, dissolved in solvent from carbonate or ester and at least an additive, useful e.g. in electro-chemical cells, preferably in lithium cells, lithium ion cells and lithium ion polymer cells - Google Patents

Electrolyte with lithium bis(oxalato)borate, dissolved in solvent from carbonate or ester and at least an additive, useful e.g. in electro-chemical cells, preferably in lithium cells, lithium ion cells and lithium ion polymer cells Download PDF

Info

Publication number
DE102006055770A1
DE102006055770A1 DE102006055770A DE102006055770A DE102006055770A1 DE 102006055770 A1 DE102006055770 A1 DE 102006055770A1 DE 102006055770 A DE102006055770 A DE 102006055770A DE 102006055770 A DE102006055770 A DE 102006055770A DE 102006055770 A1 DE102006055770 A1 DE 102006055770A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
carbonate
solvent
electrolyte
lithium
cells
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.)
Withdrawn
Application number
DE102006055770A
Other languages
German (de)
Inventor
Heiner Jakob Gores
Michael Multerer
Hans-Georg Schweiger
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.)
Individual
Original Assignee
Individual
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 Individual filed Critical Individual
Priority to DE102006055770A priority Critical patent/DE102006055770A1/en
Publication of DE102006055770A1 publication Critical patent/DE102006055770A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators 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
    • H01M10/0566Liquid materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators 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
    • H01M10/0566Liquid materials
    • H01M10/0568Liquid materials characterised by the solutes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators 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
    • H01M10/0566Liquid materials
    • H01M10/0569Liquid materials characterised by the solvents
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025Organic electrolyte
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Electrolyte with lithium bis(oxalato)borate, dissolved in a solvent from at least a carbonate or ester and at least an additive.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Elektrolyte zur Verwendung in elektrochemischen Zellen, insbesondere Lithiumzellen, Lithiumionenzellen und Lithiumionenpolymerzellen aber auch Superkondensatoren. Es wurde gefunden, dass einige Additive in Elektrolyten mit Lithiumbis(oxalato)borat als Leitsalz gegenüber der Lösung ohne Additiv erhebliche Verbesserungen der Zyklisierbarkeit von Lithium-Ionen-Zellen erbringen, während andere Additive zu erheblichen Verschlechterungen führen.The The present invention relates to electrolytes for use in electrochemical Cells, especially lithium cells, lithium ion cells and lithium ion polymer cells but also supercapacitors. It was found that some additives in electrolytes with lithium bis (oxalato) borate as conductive salt compared to the solution without Additively bring about significant improvements in the cyclability of lithium-ion cells, while other additives cause significant deterioration.

Stand der Technik und Problemwas standing the technique and problem

Für das elektrochemische Verhalten einer Lithiumzelle, Lithiumionenzellen der Lithiumionenpolymerzellen ist die Wahl des Elektrolyten von entscheidender Bedeutung. Man unterscheidet flüssige Elektrolyte, Polymerelektrolyte und Gelelektrolyte.For the electrochemical Behavior of a lithium cell, lithium ion cells of lithium ion polymer cells the choice of the electrolyte is crucial. you distinguishes liquid Electrolytes, polymer electrolytes and gel electrolytes.

Ein flüssiger Elektrolyt besteht aus wenigstens einem Leitsalz, das in einem oder mehreren flüssigen Lösungsmitteln gelöst ist. Da der flüssige Elektrolyt die Elektroden nicht trennen kann, ist der Einsatz eines Separators zwingend notwendig. Dazu wird meist eine poröse Folie aus Polyolefinen, wie Polyproplyen oder Polyethylen verwendet. Als Leitsalze kommen anorganische Lithiumsalze wie zum Beispiel Lithiumhexafluorophospat, Lithiumterafluorborat, Lithiumperchlorat, Lithiumhexafluoroarsenat, aber auch organische Lithiumsalze wie Lithiumtetraalkylborate, Lithiumtetraarylborate Lithiumtrifluormethylsulfonat zum Einsatz. Die Offenlegungsschrift EP 0 698 301 zeigt Spiroborate wie zum Beispiel Lithiumbis(bezodiolato)borat und Lithium(salicylato)borat. Als Lösungsmittel werden zum Beispiel lineare und zyklische Ether oder organische Karbonate verwendet. Von einem Polymerelektrolyten spricht man, wenn das Leitsalz in einem oder mehreren Polymeren gelöst vorliegt. Hierzu werden beispielsweise Polyether wie Poly(ethylenoxid), Vinylester und Phosphazine verwendet. Von einem Gelelktrolyten spricht man, wenn das Polymer neben dem Leitsalz auch noch eines oder mehrere Lösungsmittel aus der oben genannten Gruppe enthält. Bei geeigneter Wahl der Komponenten bildet der Gelelektrolyt einen freistehenden Film, der nicht nur den Ionentransport ermöglicht, sondern die Elektroden auch wirksam trennt, der Einsatz eines Separators ist somit nicht mehr nötig.A liquid electrolyte consists of at least one conducting salt dissolved in one or more liquid solvents. Since the liquid electrolyte can not separate the electrodes, the use of a separator is absolutely necessary. For this purpose, a porous film of polyolefins, such as Polyproplyen or polyethylene is usually used. Suitable conductive salts are inorganic lithium salts such as, for example, lithium hexafluorophosphate, lithium terafluoroborate, lithium perchlorate, lithium hexafluoroarsenate, but also organic lithium salts such as lithium tetraalkylborates, lithium tetraarylborates, lithium trifluoromethylsulfonate. The publication EP 0 698 301 shows spiroborates such as lithium bis (bezodiolato) borate and lithium (salicylato) borate. As solvents, for example, linear and cyclic ethers or organic carbonates are used. A polymer electrolyte is used when the conductive salt is dissolved in one or more polymers. For this example, polyethers such as poly (ethylene oxide), vinyl esters and phosphazines are used. A gel electrolyte is used if the polymer also contains one or more solvents from the abovementioned group in addition to the conductive salt. With a suitable choice of the components of the gel electrolyte forms a free-standing film, which not only allows the ion transport, but also effectively separates the electrodes, the use of a separator is therefore no longer necessary.

Im großtechnischen Maßstab werden meist Elektrolyte eingesetzt, die Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6) als Leitsalz enthalten. Dieses ist thermisch instabil, weil es bei erhöhter Temperatur unter Bildung von Phoshorpentafluorid und Lithiumfluorid dissoziiert. Weiterhin ergeben sich Sicherheitsprobleme durch die stark exotherme Reaktion des Lithiumhexafluorophosphats mit der Anode. Die dem Stand der Technik entsprechenden Elektrolyten, die auf der Basis von mit fluorhaltigen Lithiumsalzen hergestellt sind weisen eine Reihe von Nachteilen auf

  • – Hydrolyse des LiPF6 zu PF5, und HF sowie ihren Folgeprodukten [1], [2], [3] durch Wasserspuren,
  • – Reaktion der Hydrolyseprodukte mit eingesetzten Komponenten [1], [2] und den Stromableitern (Cu, Al),
  • – geringe thermische Stabilität [3],
  • – hohe Kosten des Leitsalzes,
  • – Toxizität der Hydrolyseprodukte [3],
  • – LiPF6 und LiBF4 können nicht mit Manganspinell [3] eingesetzt werden, der ökologisch unbedenklicher und wesentlich wirtschaftlicher wäre
  • – hohe Kosten der LiCoO2- oder LiNiO2-Kathodenmaterialien, geringe Umweltverträglichkeit der LiCoO2- oder LiNiO2-Elektroden und des Leitsalzes.
On an industrial scale, electrolytes containing lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as conducting salt are usually used. This is thermally unstable because it dissociates at elevated temperature to form phosphorus pentafluoride and lithium fluoride. Furthermore, security problems result from the highly exothermic reaction of lithium hexafluorophosphate with the anode. The prior art electrolytes based on fluorine-containing lithium salts have a number of disadvantages
  • Hydrolysis of LiPF 6 to PF 5 , and HF and their derivatives [1], [2], [3] by traces of water,
  • Reaction of the hydrolysis products with used components [1], [2] and the current conductors (Cu, Al),
  • Low thermal stability [3],
  • High cost of conductive salt,
  • - toxicity of hydrolysis products [3],
  • - LiPF 6 and LiBF 4 can not be used with manganese spinel [3], which would be ecologically safer and much more economical
  • High cost of the LiCoO 2 or LiNiO 2 cathode materials, low environmental compatibility of the LiCoO 2 or LiNiO 2 electrodes and the conducting salt.

Um diese Probleme zu vermeiden, wurde von Barthel et al. die Klasse der Lithiumborate eingeführt [4] bis [7]. Diese Arbeitsgruppe hat gezeigt, dass man Bor tetraedrisch mit einer Vielzahl von zweizähnigen Liganden verknüpfen kann, die -OH, --CO(OH) oder -SO3H und deren Kombinationen enthalten.To avoid these problems, Barthel et al. introduced the class of lithium borates [4] to [7]. This group has shown that boron can be tetrahedrally linked to a variety of bidentate ligands containing -OH, -CO (OH), or -SO 3 H and combinations thereof.

Ein Vertreter dieser Salze, das Borat mit Oxalsäure, das mit zweimal zwei CO(OH)-Gruppen koordiniert ist, kann einfach und preiswert hergestellt werden; so ist Lithium-bis[oxalato(2-)]borat(1-)(LiBOB), fast zeitgleich von Wietelmann [3] und Angell [8] als Leitsalz für Lithium-Ionen-Batterien vorgeschlagen worden. Wietelmann gibt in [3] zwar Leitfähigkeiten von LiBOB in Propylencarbonat/1,2-Dimethoxyethan an, einen Vorschlag für einen brauchbaren Elektrolyten macht er jedoch nicht.One Representative of these salts, the borate with oxalic acid, containing twice two CO (OH) groups can be made simple and inexpensive; so is lithium bis [oxalato (2 -)] borate (1 -) (LiBOB), almost at the same time proposed by Wietelmann [3] and Angell [8] as conductive salt for lithium-ion batteries Service. Although Wietelmann states conductivities of LiBOB in propylene carbonate / 1,2-dimethoxyethane in [3], a proposal for however, he does not make a usable electrolyte.

Dieses Salz zeichnet sich gegenüber den bisher verwendeten Leitsalzen durch eine Reihe von Eigenschaften aus, durch die es sich für den technischen Einsatz sehr gut eignet:

  • – höhere Sicherheit aufgrund großer thermischer Stabilität [9],
  • – enthält kein Fluor, daher höhere Sicherheit [1], [10] und Umweltverträglichkeit,
  • – geringe Korrosion an Aluminiumstromableitern [11],
  • – sehr gute SEI-Bildung am Anodenmaterial [12],
  • – Eignung für den Einsatz bei hohen Temperaturen (>40°C) [9], [10],
  • – schwach koordinierend [13], daher relativ hohe Leitfähigkeit in Standardlösungsmitteln [11],
  • – geringe Hydrolyseneigung [1],
  • – geringe Molmasse, daher hohe Energie- und Leistungsdichte [8],
  • – geringe Herstellungskosten,
  • – Kompatibilität mit Manganspinell als Kathodenmaterial [9].
This salt is distinguished from the previously used conductive salts by a number of properties, which makes it very suitable for technical use:
  • - higher safety due to high thermal stability [9],
  • - contains no fluorine, therefore higher safety [1], [10] and environmental compatibility,
  • - low corrosion of aluminum conductors [11],
  • Very good SEI formation on the anode material [12],
  • - Suitability for use at high temperatures (> 40 ° C) [9], [10],
  • - weakly coordinating [13], therefore relatively high conductivity in standard solvents [11],
  • Low hydrolysis tendency [1],
  • Low molecular weight, therefore high energy and power density [8],
  • - low production costs,
  • - Compatibility with manganese spinel as cathode material [9].

Durch die Kombination dieser positiven Eigenschaften [13] stellt dieses Salz einen sehr guten Ersatz für das bisher eingesetzte LiPF6 dar. Da aber die Zusammensetzungen der bisherigen Elektrolytlösungen für Salze wie LiPF6 ausgelegt worden sind, muss man die Elektrolytzusammensetzungen für Lithiumbis(oxalato)borat erneut optimieren, damit es in Lithium-Ionen-Batterien erfolgreich eingesetzt werden kann [14].The combination of these positive properties [13] makes this salt a very good substitute for the previously used LiPF 6. However, since the compositions of the previous electrolyte solutions have been designed for salts such as LiPF 6 , the electrolyte compositions for lithium bis (oxalato) borate must be used optimize it again so that it can be used successfully in lithium-ion batteries [14].

Ein wichtiger Parameter, der die Leistungsfähigkeit einer Lithium-Ionen-Batterie beschreibt, ist ihre Lebensdauer. Hinsichtlich dieser ist im Gegensatz zu einer Primärbatterie nicht die Selbstendadungsrate von entscheidender Bedeutung. Vielmehr stellt bei einer Sekundärbatterie die Zyklenstabilität das entscheidende Kriterium für die Haltbarkeit dar. Darunter versteht man die Anzahl der Zyklen, mit denen die Batterie geladen und entladen werden kann, bis die Kapazität auf einen Teil ihrer nominalen Kapazität, meist 80 % abgefallen ist [15]. Bei höheren Temperaturen und großen Entladeraten tritt verstärkt eine Zersetzung des Elektrolyten oder der Elektrodenmaterialien auf, so dass sich meist eine deutliche Reduzierung der Lebenserwartung einer Batterie ergibt [16].One important parameter of the performance of a lithium-ion battery describes is their life. Regarding this is in contrast to a primary battery not the self-loading rate is crucial. Much more puts on a secondary battery the cycle stability the decisive criterion for the durability. This is the number of cycles, with which the battery can be charged and discharged until the capacity on a part of their nominal capacity, mostly 80% has fallen off [15]. At higher Temperatures and big ones Discharge rates are increasing a decomposition of the electrolyte or electrode materials on, so that usually a significant reduction in life expectancy a battery yields [16].

Weist sowohl das Salz als auch das Lösungsmittel oder die Lösungsmittelmischung eine ausreichende elektrochemische Stabilität auf, so wird die Zyklenstabilität der Batterie maßgeblich durch das sogenannte „solid electrolyte interface", kurz SEI [17], beeinflusst [18]. Die Grenzschicht, die sich zwischen der Anode und dem Elektrolyten ausbildet, spielt eine sehr wichtige Rolle in Lithiummetall-, Lithiumionen- und anderen Alkali- und Erdalkalibatterien [18]. Bei Primärbatterien wird durch diese Grenzschicht die Sicherheit, die Selbstentladung, die Hochstromfähigkeit, das Tieftemperaturverhalten und die Faradaysche Effizienz der Batterie bestimmt. Bei Sekundärbatterien ist sie zusätzlich für die Zyklenausbeute, die Lebensdauer und den irreversiblen Kapazitätsverlust, der beim ersten Zyklus auftritt, verantwortlich. Ziel ist es daher, diese Schicht, die sich auf der Anode ausbildet, für den entsprechenden Anwendungsbereich anzupassen. Da mit zunehmender Temperatur die Effekte, die für die Abnahme der Zyklenstabilität und Zunahme des Innenwiderstandes verantwortlich sind, verstärkt auftreten, ist es sinnvoll, die Optimierung der Zyklenstabilität bei höheren Temperaturen durchzuführen [19].has both the salt and the solvent or the solvent mixture a sufficient electrochemical stability, so the cycle stability of the battery decisively through the so-called "solid electrolyte interface ", short SEI [17], influenced [18]. The boundary layer that is between training the anode and the electrolyte plays a very important one Role in lithium metal, lithium ion and other alkaline and alkaline earth batteries [18]. For primary batteries through this boundary layer security, self-discharge, high current capability, the low temperature behavior and the Faraday efficiency of the battery certainly. For secondary batteries is she in addition for the Cycle yield, lifetime and irreversible capacity loss, responsible for the first cycle. The aim is therefore to this layer, which forms on the anode, for the corresponding Scope of application. As the temperature increases Effects for the decrease in cycle stability and increase in internal resistance are responsible, it makes sense to optimize the cycle stability at higher temperatures perform [19].

Methoden zur Verbesserung der SEI und damit zur Optimierung der Batterien lassen sich in zwei Kategorien einteilen. Zum einen gibt es Methoden, bei denen das Anodenmaterial vor dem Einsatz außerhalb der Batterie vorbehandelt wird. Eine dieser Methoden besteht zum Beispiel darin, die Elektrodenoberfläche unter reduktiven Bedingungen vorzubehandeln, wodurch eine starke Reduzierung der irreversiblen Kapazität erreicht wird [19]. Durch gezielte Oxidation der Elektrodenoberfläche lässt sich ebenfalls eine Verbessung der Zyklenstabilität erreichen [18], [20] und [21]. Durch Zugabe von metallischen Nanopartikeln aus Ni [22] oder Ag [23], [24] wird die Anode hinsichtlich ihrer Impedanz, ihrer irreversiblen Kapazität und ihrer Stabilität verbessert. Die anderen Methoden stellen in-situ-Methoden dar, bei denen die SEI durch Zugabe von Additiven zur Elektrolytlösung optimiert wird. Da die Zusammensetzung und Vorbehandlung der Elektrodenmaterialien vorgegeben war, konnte nur dieser Ansatz für die Optimierung gewählt werden.methods to improve the SEI and thus to optimize the batteries can be divided into two categories. For one thing, there are methods where the anode material is pre-treated outside the battery before use becomes. One of these methods is, for example, the reductive electrode surface Pretreatment conditions, thereby greatly reducing the irreversible capacity is reached [19]. By targeted oxidation of the electrode surface can be also achieve an improvement in cycle stability [18], [20] and [21]. By adding metallic nanoparticles of Ni [22] or Ag [23], [24] the anode becomes irreversible in terms of impedance capacity and their stability improved. The other methods are in-situ methods in which the SEI passes through Adding additives to the electrolyte solution is optimized. Because the Specified composition and pretreatment of the electrode materials was, only this approach could the optimization is chosen become.

Additive, die dem Elektrolyten zugesetzt werden, lassen sich wiederum in drei Kategorien einteilen. Eine Strategie besteht darin, Substanzen einzusetzen, die als Vorläufersubstanzen für eine SEI dienen. Diese Verbindungen weisen dabei eine deutlich größere Reaktionsgeschwindigkeit auf als die anderen Komponenten der Batterie, wodurch die SEI maßgeblich durch diese Additive und nicht mehr durch die Zusammensetzung des Elektrolyten bestimmt wird. Beispiele für diese Additive sind in Tabelle 1 aufgeführt. Die in dieser Tabelle gezeigten Additive entsprechen dabei typischen Batterielösungsmitteln, deren Reaktivität durch Derivatisierung mit funktionellen Gruppen oder durch Austausch mit homologen Atomen vergrößert wurde, um ihre Reaktionsgeschwindigkeit an der Elektrodenoberfläche zu erhöhen. Dimethyldicarbonat zerfällt in Methanol und CO2, die beide zum Aufbau der SEI als LiOMe und Li2CO3 beitragen [25].Additives that are added to the electrolyte can in turn be divided into three categories. One strategy is to use substances that serve as precursors for an SEI. These compounds have a significantly greater reaction rate than the other components of the battery, whereby the SEI is largely determined by these additives and not by the composition of the electrolyte. Examples of these additives are listed in Table 1. The additives shown in this table correspond to typical battery solvents whose reactivity has been increased by derivatization with functional groups or by exchange with homologous atoms in order to increase their reaction rate at the electrode surface. Dimethyl dicarbonate decomposes into methanol and CO 2 , both of which contribute to the formation of the SEI as LiOMe and Li 2 CO 3 [25].

Figure 00040001
Tabelle 1 Additive für Lithium- und Lithium-Ionen-Batterien, die als SEI Vorläufersubstanzen dienen
Figure 00040001
Table 1 Additives for lithium and lithium-ion batteries, which serve as SEI precursors

Ein weiterer Ansatz eines Batterieadditivs ist die Zugabe von Metallsalzen [33], bei denen das Metallion nicht in die Elektrodenmaterialien intercalieren kann und einen Film bildet, der für Lithiumionen permeabel ist. Die Wirkungsweise dieser Schicht entspricht dabei der Methode von Honbo [23], nur dass hier die SEI in situ erzeugt wird und nicht vorher im Hochvakuum aufgedampft wird.One Another approach of a battery additive is the addition of metal salts [33] where the metal ion is not in the electrode materials can intercalate and form a film that is permeable to lithium ions. The mode of action of this layer corresponds to the method of Honbo [23], except that here the SEI is generated in situ and not is previously evaporated in a high vacuum.

Tetraethylenglykoldimethylether weist mit seiner Polyglykoletherstruktur eine ähnliche Struktur wie eine SEI auf, die durch Polymerisation von Carbonaten entsteht. Daher wird diese Substanz als Baustein für eine geeignete SEI angesehen [27]. Die Ethylester, Toluol und Nitromethan dienen ebenfalls der Ausbildung einer SEI [16].tetraethylene with its polyglycol ether structure has a similar structure to an SEI on, which results from polymerization of carbonates. Therefore, will this substance as building block for a appropriate SEI [27]. The ethyl esters, toluene and nitromethane also serve to train an SEI [16].

Figure 00050001
Tabelle 2 Additive für Lithium- und Lithium-Ionen-Batterien
Figure 00050001
Table 2 Additives for lithium and lithium-ion batteries

Die genannten Additive werden nach dem Stand der Technik in Lithium- und Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt bei denen LiClO4, LiPF6, LiBF4, LiAsF6 und LiPF3(CF2CF3) als Leitsalze verwendet werden. In DE 199 10 968 sind Lithiumspiroborate als Additiv vorgesehen, der Elektrolyt basiert aber nicht auf LiBOB als Leitsalz, was ein deutlicher Unterschied zur vorliegenden Erfindung ist. In DE 100 42 149 werden Isocyanate zugesetzt, um die Hydrolysestabilität fluoridhaltiger Elektrolyte zu verbessern.The additives mentioned are used in the prior art in lithium and lithium-ion batteries in which LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 and LiPF 3 (CF 2 CF 3 ) are used as conductive salts. In DE 199 10 968 Lithiumspiroborates are provided as an additive, but the electrolyte is not based on LiBOB as conductive salt, which is a clear difference from the present invention. In DE 100 42 149 Isocyanates are added to improve the hydrolytic stability of fluoride-containing electrolytes.

Durch die aufgeführten Additive lassen sich zwar die Lebensdauer der Batterie verlängern und nachteilige Effekte wie HF-Entwicklung mildern, aber nicht die grundsätzlichen Nachteile beheben, die durch den Einsatz fluorhaltiger Elektrolyte bestehen. Dazu ist ein Elektrolyt mit LiBOB als Leitsalz nötig. Nach dem Stand der Technik werden die genannten Additive nicht mit Lithium(bis)oxalatoborat als Leitsalz eingesetzt. Über den Einsatz von Additiven in Batterien mit Chelatoboraten, insbesondere Lithiumbis(oxalato)borat, als Leitsalz wurde bis jetzt noch nicht berichtet. Darin ist eine wesentliche Neuheit dieser Erfindung zu sehen.By the listed Although additives can extend the life of the battery and mitigate adverse effects such as RF development, but not the fundamental ones Resolve disadvantages caused by the use of fluorine-containing electrolytes consist. This requires an electrolyte with LiBOB as conductive salt. To In the prior art, the additives mentioned are not with lithium (bis) oxalatoborat used as conductive salt. about the use of additives in batteries with chelatoborates, in particular Lithium bis (oxalato) borate, as conducting salt has not yet been reported. This is an essential novelty of this invention see.

Lösung und erreichte VorteileSolution and achieved advantages

Um die oben beschriebenen Nachteile zu beheben, war es die in der vorliegenden Erfindung gelöste Aufgabe, mit Hilfe der für diesen Elektrolyten geeigneten Additive, einen verbesserten Elektrolyten mit LiBOB als Leitsalz bereitzustellen, der die Nachteile des Stands der Technik nicht aufweist. Wie bereits dargestellt wurde, ist zwar die Verwendung von Additiven bei Elektrolyten mit Leitsalzen wie LiPF6 etc. literaturbekannt. Neu ist jedoch der Einsatz ausgesuchter Additive in einem Elektrolyten mit LiBOB als Leitsalz. In DE 101 11 410 [1] wird ebenfalls ein entsprechender Elektrolyt beschrieben, der jedoch bei näherer Betrachtung deutlich abweicht. In Anspruch 1 von DE 101 11 410 [1] werden aliphatische Ester und Ether mit Gehalten von über 35 % beansprucht, also als Hauptbestandteil des Elektrolyten, während die in der vorliegenden Erfindung als Additiv genutzten Ester auf unter 10 % begrenzt sind. Die Verbindungsklassen mit 5–40 % Gehalt unterscheiden sich von den in der Erfindungsmeldung genannten Additiven. An dieser Stelle ist anzumerken, daß im Anspruch 1 von [1] die Rede von „Verbindungen, die mindestens eine Carbonsäureestergruppe und eine Ethergruppe enthalten" ist, also Verbindungen mit Estergruppe oder Ethergruppe alleine hier nicht beansprucht werden. Erst in Anspruch 4 werden Additive beansprucht, wobei lediglich die Nennung der Polyethylenglykolether relevant ist. Hierbei ist zu beachten, daß der Tetra- bzw. Pentaethylenglykoldimethylether mit einem Polmerisationsgrad von 4 bzw. 5 nicht unter die übliche Definition der Polyethylenglykolether fällt, sondern ein Oligoethylenglykolether ist.In order to overcome the drawbacks described above, it has been the object of the present invention, by means of the additives suitable for this electrolyte, to provide an improved electrolyte with LiBOB as conductive salt, which does not have the disadvantages of the prior art. As has already been shown, although the use of additives in electrolytes with conductive salts such as LiPF 6 etc. known from the literature. What is new, however, is the use of selected additives in an electrolyte with LiBOB as conductive salt. In DE 101 11 410 [1] also describes a corresponding electrolyte, which differs significantly on closer inspection. In claim 1 of DE 101 11 410 [1] aliphatic esters and ethers are claimed at levels of over 35%, that is as the main constituent of the electrolyte, while the esters used as an additive in the present invention are limited to below 10%. The compound classes with 5-40% content differ from the additives mentioned in the disclosure of the invention. It should be noted that claim 1 of [1] does not refer to "compounds which contain at least one carboxylic acid ester group and one ether group", ie compounds with ester group or ether group are not claimed here alone It should be noted that the tetra- or pentaethylene glycol dimethyl ether having a degree of polymerization of 4 or 5 does not fall under the customary definition of the polyethylene glycol ethers but is an oligoethylene glycol ether.

Die Ansprüche von DE 102 09 429 sind mit denen von DE 101 11 410 weitgehend identisch, lediglich die Zusammensetzung in Anspruch 5 variiert etwas. Dies ist für die Argumentation allerdings nicht relevant, weshalb hier auf obige Ausführungen verwiesen wird.The claims of DE 102 09 429 are with those of DE 101 11 410 largely identical, only the composition in claim 5 varies slightly. However, this is not relevant to the argument why reference is made here to the above statements.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch einen Elektrolyten gemäß angefügten Anspruch 1 gelöst. Jeweilige vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.The Object of the present invention is achieved by an electrolyte according to the appended claim 1 solved. Respective advantageous developments are defined in the subclaims.

Dabei ist es der Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass der Elektrolyt chemisch, thermisch und elektrochemisch stabil ist und eine hohe Leitfähigkeit über einen großen Temperaturbereich aufweist. Weiterhin ist dieser Elektrolyt preiswert und sicher. Durch die zugesetzten Additive weisen die elektrochemischen Zellen, in denen der durch Additive verbesserte Elektrolyt eingesetzt wird, eine stark verlängerte Lebensdauer gegenüber den LiBOB-Elektrolyten ohne Additive, die dem Stand der Technik entsprechen, auf.there it is the advantage of the present invention that the electrolyte is chemically, thermally and electrochemically stable and high Conductivity over one huge Temperature range has. Furthermore, this electrolyte is inexpensive and sure. Due to the additives added, the electrochemical Cells in which the additive-enhanced electrolyte is used becomes, a strongly extended Lifetime the LiBOB electrolyte without additives, the state of the art match, up.

Figure 00060001
Figure 00060001

Figure 00070001
Tabelle 3 Verbesserung der Elektrolyteigenschaften durch Additivzusatz
Figure 00070001
Table 3 Improvement of the electrolyte properties through additive addition

Tabelle 3 gibt einen Überblick über die Verbesserung der Lebensdauer durch den Zusatz von Additiven. Für die Tests wurden mit Absicht sehr widrige Bedingungen mit hohen Strömen von 1C, der erheblichen Entladetiefe von 3,0 V und einer relativ hohen Temperatur von 60 °C gewählt.table 3 gives an overview of the Improvement of service life through the addition of additives. For the tests were on purpose very adverse conditions with high currents of 1C, the considerable depth of discharge of 3.0 V and a relatively high Temperature of 60 ° C selected.

Aufgrund dieser Bedingungen wurde die in der Tabelle genannte Lebensdauer auf eine Restkapazität von 50 % des Ausgangswerts angesetzt, wobei bei geeigneten Additiven Steigerungen auf das Fünffache festgestellt wurden. Zusätzlich wurden in der Tabelle die Innenwiderstände der Zelle nach 50 und 500 Zyklen, R50 und R500, jeweils bezogen auf das Ende des Lade-(erster Wert) und Entladevorgangs (2.Wert) angegeben. Diese für die Zelleigenschaften ebenfalls wichtigen Werte korrelieren gut mit der oben definierten Lebensdauer. In 1 ist der Einfluss von Tetraethylenglykoldimethylether als Additiv auf die Kapazität einer Testzelle gut zu erkennen.Because of these conditions, the life expectancy given in the table was set at a residual capacity of 50% of the initial value, with five-fold increases for suitable additives. In addition, in the table, the internal resistances of the cell after 50 and 500 cycles, R 50 and R 500 , were respectively given with respect to the end of the charging (first value) and discharging (2nd value). These values, which are also important for the cell properties, correlate well with the lifespan defined above. In 1 the influence of tetraethylene glycol dimethyl ether as an additive on the capacity of a test cell can be clearly recognized.

Wie in Tabelle 4 zu sehen ist, führt der Zusatz von Additiven nicht zwangsläufig zu einer Verbesserung. Vielmehr führen die ebenfalls aus der Literatur bekannten Additive Nitromethan, α-Brom-γ-butyrolacton, 1,3-Benzodioxolan, Dimethyldicarbonat und Vinylentrithiocarbonat zu einer Verschlechterung der Zyklisierbarkeit, weshalb sie für diesen Elektrolyten in dieser Konzentration nicht geeignet sind. Die Wahl der geeigneten Additive ist also keineswegs trivial. Auffallend sind hier insbesondere die hohen Innenwiderstände R50 und R500 für Vinylentrithiocarbonat, das schlechteste Additiv.As in Table 4 leads the addition of additives does not necessarily lead to an improvement. Much more to lead the additives also known from the literature nitromethane, α-bromo-γ-butyrolactone, 1,3-benzodioxolane, Dimethyl dicarbonate and vinyl tri-thiocarbonate deteriorate the cyclizability, which is why they use this electrolyte in this Concentration are not suitable. The choice of suitable additives So it's not trivial. Striking are here in particular the high internal resistance R50 and R500 for Vinyl trithiocarbonate, the worst additive.

Figure 00080001
Tabelle 4 Verschlechterung der Elektrolyteigenschaften durch Additivzusatz
Figure 00080001
Table 4 Deterioration of the electrolyte properties by additive addition

Entsprechend dem Vorstehenden stellt die vorliegende Erfindung einen Elektrolyten mit Lithiumbis(oxalato)borat gelöst in einem Lösungsmittel aus wenigstens einem Carbonat und wenigstens einem der in Tabelle 3 genannten oder strukturell verwandtem Additiv dar.Corresponding In the foregoing, the present invention provides an electrolyte with lithium bis (oxalato) borate solved in a solvent from at least one carbonate and at least one of the in Table 3 or structurally related additive.

Bevorzugt handelt es sich bei dem Lösungsmittel um eine Mischung aus einem ersten substituierten oder unsubstituierten (Di)alkyl- oder Alkylencarbonat, einem zweiten substituierten oder unsubstituierten (Bi)alkyl- oder Alkylencarbonat und wenigstens einem weiteren Lösungsmittel aus der Gruppe der substituierten oder unsubstituierten (Di)alkylcarbonate oder aus der Gruppe der substituierten oder unsubstituierten Alkylacetate. Dialkylcarbonat meint dabei ein Dialkylcarbonat oder ein Alkylcarbonat. Konkrete Beispiele sind organische Carbonate wie Ethylencarbonat, Propylenencarbonat, Butylencarbonat, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat und Ethylmethylcarbonat. Durch Verwendung einer derartigen Mischung kann die Leitfähigkeit unter Beibehaltung einer erhöhten Stabilität weiter gesteigert werden.Prefers it is the solvent a mixture of a first substituted or unsubstituted (Di) alkyl or alkylene carbonate, a second substituted or unsubstituted (bi) alkyl or alkylene carbonate and at least another solvent from the group of substituted or unsubstituted (di) alkyl carbonates or from the group of substituted or unsubstituted alkyl acetates. Dialkyl carbonate means a dialkyl carbonate or an alkyl carbonate. Specific examples are organic carbonates such as ethylene carbonate, Propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethylmethyl carbonate. By using such a mixture can the conductivity while maintaining an elevated stability be further increased.

In diesem Zusammenhang können Substituenten gesättigte oder ein- oder mehrfach ungesättigte, aliphatische oder aromatische, geradkettige oder verzweigte Kohlenwasserstoffe sein, die optional funktionelle Gruppen wie Ether-, Ester-, Hydroxy-, Carbonyl-~ Phosphonyl-, Sulfonyl-, Halogen- oder stickstoffhaltige Gruppen umfassen können.In this connection can Saturated substituents or mono- or polyunsaturated, aliphatic or aromatic, straight-chain or branched hydrocarbons optionally containing functional groups such as ether, ester, hydroxy, Carbonyl ~ phosphonyl, sulfonyl, halogen or nitrogen containing groups may include.

Darüber hinaus können zusätzlich, zu den vorstehend genannten Lösungsmitteln verschiedene weitere Verbindungen in einem Lösungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten sein, wie z.B. die vorstehend genannten linearen und zyklischen Ether wie etwa Tetrahydrofuran, 2-Methyl-Tetrahydrofuran und Dimethoxyethan.Furthermore can In addition, to the aforementioned solvents various other compounds in a solvent according to the present invention Be included in the invention, such. the aforementioned linear and cyclic ethers such as tetrahydrofuran, 2-methyl-tetrahydrofuran and dimethoxyethane.

Beschreibung vom Ausführungsbeispielendescription of the embodiments

Beispiel 1:Example 1:

Der Elektrolyt besteht aus einer Mischung von 66 Gew-% Ethylencarbonat und 33 Gew-% Propylencarbonat, in der 0,5 mol/kg LiBOB gelöst sind. Dem Elektrolyten sind 4 Gew-% Tetraethylenglycoldimethylether als Additiv zugesetzt. Eine Testzelle wurde mit Strömen von 1C und einer Entladetiefe von 3,0 V bei einer Temperatur von 60°C zyklisiert. Die Messdaten sind in 2 wiedergegeben. Setzt man einen Abfall der Kapazität auf 50 % des Ausgangswerts als Lebensdauer an, so steigt diese durch den Additivzusatz von 56 auf 264 Zyklen. Das entspricht einer fast fünffachen Lebensdauer, also einer ausgeprägten Verbesserung. Nach 500 Zyklen beträgt die Restkapazität mit Additiv 38 % im Vergleich zu 20 % ohne Additiv. Der Zusatz des Additivs bewirkt also eine nahezu doppelt so große Kapazität.The electrolyte consists of a mixture of 66% by weight of ethylene carbonate and 33% by weight of propylene carbonate, in which 0.5 mol / kg LiBOB are dissolved. 4% by weight of tetraethylene glycol dimethyl ether are added as an additive to the electrolyte. A test cell was cycled with currents of 1C and a discharge depth of 3.0V at a temperature of 60 ° C. The measured data are in 2 played. Applying a drop in capacitance to 50% of the initial value as a life, this increases by the additive addition of 56 to 264 cycles. This corresponds to almost five times the life, so a marked improvement. After 500 cycles, the residual capacity with additive is 38% compared to 20% without additive. The addition of the additive thus causes a nearly twice as large capacity.

Die Abbildung zeigt die Coulombsche Ladungseffizienz, die nahe 100 % liegt (gefüllte Dreiecke, linke Skala), die abfallende Kapazität der Zelle (rechte Skala, gefüllte Kreise) und die umgesetzten Ladungsmengen Q+ und Q-, (rechte Skala, gefüllte Vierecke).The figure shows the Coulomb charging efficiency that is close to 100% (filled triangles, left-hand scale), the falling capacity of the cell (right scale, filled circles) and the converted charge quantities Q + and Q -, (right scale, filled rectangles).

Beispiel 2:Example 2:

Der Elektrolyt besteht aus einer Mischung von 66 Gew-% Ethylencarbonat und 33 Gew-% Propylencarbonat, in der 0,5 mol/kg LiBOB gelöst sind. Dem Elektrolyten sind 4 Gew-% Toluol als Additiv zugesetzt. Eine Testzelle wurde mit Strömen von 1C und einer Entladetiefe von 3,0 V bei einer Temperatur von 60°C zyklisiert. Die Messdaten sind in 3 wiedergegeben. Setzt man einen Abfall der Kapazität auf 50 % des Ausgangswerts als Lebensdauer an, so steigt diese durch den Additivzusatz von 56 auf 141 Zyklen. Das entspricht einer Steigerung der Lebensdauer um den Faktor 2,5, also einer deutlichen Verbesserung. Nach 500 Zyklen beträgt die Restkapazität mit Additiv 29 % im Vergleich zu 20 % ohne Additiv. Der Zusatz des Additivs bewirkt also eine um 50 % höhere Kapazität. Symbole und Skalen sind wie in 2 zu verstehen.The electrolyte consists of a mixture of 66% by weight of ethylene carbonate and 33% by weight of propylene carbonate, in which 0.5 mol / kg LiBOB are dissolved. 4% by weight of toluene are added as an additive to the electrolyte. A test cell was cycled with currents of 1C and a discharge depth of 3.0V at a temperature of 60 ° C. The measured data are in 3 played. Set a drop in capacity to 50% off value as a service life, this increases by the additive addition of 56 to 141 cycles. This corresponds to an increase in life by a factor of 2.5, so a significant improvement. After 500 cycles, the residual capacity with additive is 29% compared to 20% without additive. The addition of the additive thus causes a 50% higher capacity. Symbols and scales are like in 2 to understand.

Literatur:Literature:

  • [1] J.-C. Panitz, U. Wietelmann and M. Scholl, Nonaqueous battery electrolytes containing organic liquids, lithium salts, and lithium bis(oxalato)borate, DE 10111410 , (2002).[1] J.-C. Panitz, U. Wietelmann and M. Scholl, Nonaqueous battery electrolytes containing organic liquids, lithium salts, and lithium bis (oxalato) borates, DE 10111410 , (2002).
  • [2] K. Xu, S. Zhang, T. R. Jow, W. u. Xu and C. A. Angell, Electrochem. Solid-State Lett., 5, A26 (2002)[2] K. Xu, S. Zhang, T.R. Jow, W. u. Xu and C.A. Angell, Electrochem. Solid-State Lett., 5, A26 (2002)
  • [3] U. Lischka, U. Wietelmann and M. Wegner, Lithium bis(oxalato)borate, method for its production and application, DE 19829030 , (1999)[3] U. Lischka, U. Wietelmann and M. Wegner, Lithium bis (oxalato) borates, method for its production and application, DE 19829030 , (1999)
  • [4] J. Barthel, M. Wühr, R. Buestrich, und H. J. Gores, J. Electrochem. Soc., 142, 2527 (1995)[4] J. Barthel, M. Wühr, R. Buestrich, and H.J. Gores, J. Electrochem. Soc., 142, 2527 (1995)
  • [5] J. Barthel, R. Buestrich, E. Carl und H. J. Gores, J. Electrochem. Soc., 143, 3565 (1996)[5] J. Barthel, R. Buestrich, E. Carl and H. J. Gores, J. Electrochem. Soc., 143, 3565 (1996)
  • [6] J. Barthel, R. Buestrich, E. Carl und H. J. Gores, J. Electrochem. Soc., 143, 3572 (1996)[6] J. Barthel, R. Buestrich, E. Carl and H. J. Gores, J. Electrochem. Soc., 143, 3572 (1996)
  • [7] J. Barthel, A. Schmid und H. J. Gores, J. Electrochem. Soc., 147, 21 (2000)[7] J. Barthel, A. Schmid and H.J. Gores, J. Electrochem. Soc., 147, 21 (2000)
  • [8] W. Xu und C. A. Angell, Electrochem. Solid-State Lett., 4, E1 (2001)[8] W. Xu and C.A. Angell, Electrochem. Solid State Lett., 4, E1 (2001)
  • [9] J. C. Panitz, K. Schade, B. Schwanze, U. Wietelmann, S. Stenger, Electrochemical cell for a lithium ion battery with improved high-temperature stability, WO 2003075371, (2003)[9] J.C. Panitz, K. Schade, B. Schwanze, U. Wietelmann, S. Stenger, Electrochemical cell for a lithium ion battery with improved High-temperature stability, WO 2003075371, (2003)
  • [10] J. Jiang, und J. R. Dahn, Electrochem. Solid-State Lett., 6, A180 (2003)[10] J. Jiang, and J.R. Dahn, Electrochem. Solid State Lett., 6, A180 (2003)
  • [11] T. R. Jow, K. Xu, M. S. Ding, S. S. Zhang, J. L. Allen, und K. Amine, J. Electrochem. Soc., 151, A1702 (2004)[11] T.R. Jow, K.Xu, M.S. Ding, S.S. Zhang, J.L. Allen, and K. Amine, J. Electrochem. Soc., 151, A1702 (2004)
  • [12] K. Xu, S. Zhang, B. A. Poese und T. R. Jow, Electrochem. Solid-State Lett., 5, A259 (2002)[12] K. Xu, S. Zhang, B. A. Poese, and T. R. Jow, Electrochem. Solid-State Lett., 5, A259 (2002)
  • [13] W. Xu, A. J. Shusterman, R. M. Marzke und C. A. Angell, Electrochem. Solid-State Lett., 151, A632 (2004)[13] W. Xu, A. J. Shusterman, R. M. Marzke and C. A. Angell, Electrochem. Solid-State Lett., 151, A632 (2004)
  • [14] R. J. Brodd, et al, J. Electrochem. Soc., 151, K1-K11 (2004)[14] R.J. Brodd, et al, J. Electrochem. Soc., 151, K1-K11 (2004)
  • [15] G. Hambitzer, K. Pinkwart, C. Ripp, C. Schiller, in Handbook of Battery Materials, Chapter 1 (Ed: J. O. Besenhard), Wiley-VCH, Weinheim (1998)[15] G. Hambitzer, K. Pinkwart, C. Ripp, C. Schiller, in Handbook of Battery Materials, Chapter 1 (Ed: J.O. Besenhard), Wiley-VCH, Weinheim (1998)
  • [16] D. Linden, in D. Linden, Ed., Handbook of Batteries, Belfast (1994)[16] D. Linden, in D. Linden, Ed., Handbook of Batteries, Belfast (1994)
  • [17] E. Peled, Journal of the Electrochemical Society, 126, 2047 (1979)[17] E. Peled, Journal of the Electrochemical Society, 126, 2047 (1979)
  • [18] E. Peled, D. Golodnitsky and J. Pencier, in Handbook of Battery Materials, Chapter 6 (Ed: J. O. Besenhard), Wiley-VCH, Weinheim (1998)[18] E. Peled, D. Golodnitsky and J. Pencier, in Handbook of Battery Materials, Chapter 6 (Ed: J.O. Besenhard), Wiley-VCH, Weinheim (1998)
  • [19] D. Aurbach, in Advances ist Lithium-Ion Batteries, Chapter 1 (Eds. W. A. van Schalkwijk und B. Scrosati), Kluwer Academic, New York (2002)[19] D. Aurbach, in Advances is Lithium-Ion Batteries, Chapter 1 (Eds. W. A. van Schalkwijk and B. Scrosati), Kluwer Academic, New York (2002)
  • [20] C. Menachem, D. Golodnitsky, E. Peled, J. Solid State Chem., 5, 81 (2001)[20] C. Menachem, D. Golodnitsky, E. Peled, J. Solid State Chem., 5, 81 (2001)
  • [21] Y. Ein-Eli, V. R Koch, Journal of the Electrochemical Society, 144, 2968 (1997)[21] Y. Ein-Eli, V. R Koch, Journal of the Electrochemical Society, 144, 2968 (1997)
  • [22] J. A. Ritter, R. E. White, und B. N. Popov, Proc. Electrochem. Soc, PC 99-25, The Electrochemical Society Inc (2000)[22] J.A. Ritter, R.E. White, and B.N. Popov, Proc. Electrochem. Soc, PC 99-25, The Electrochemical Society Inc (2000)
  • [23] H. Honbo, S. Takeuchi, H. Momose, K Nishimura, T. Horiba, Y. Muranaka und Y. Kozono, Denki Kagaku, 66, 939 (1998)[23] H. Honbo, S. Takeuchi, H. Momose, K. Nishimura, T. Horiba, Y. Muranaka and Y. Kozono, Denki Kagaku, 66, 939 (1998)
  • [24] J. Suzuki, 0. Omae, K. Sekine, und T. Takamura, Solid State Ionics, 152-153, 111 (2002) [24] J. Suzuki, O. Omae, K. Sekine, and T. Takamura, Solid State Ionics, 152-153, 111 (2002)
  • [25] M. D. Levi, E. Markevich, C. Wang, M. Koltypin, and D. Aurbach, J. Electrochem. Soc. 151, A848 (2004)[25] M.D. Levi, E. Markevich, C. Wang, M. Koltypin, and D. Aurbach, J. Electrochem. Soc. 151, A848 (2004)
  • [26] D. Aurbach, J. S. Gnanaraj, W. Geissler, and M. Schmidt, J. Electrochem. Soc. 151, A23 (2004)[26] D. Aurbach, J.S. Gnanaraj, W. Geissler, and M. Schmidt, J. Electrochem. Soc. 151, A23 (2004)
  • [27] M. Herstedt, H. Rensmo, H. Siegbahn and K. Edstrom, Electrochimica Acta, 49, 2351 (2004)[27] M. Herstedt, H. Rensmo, H. Siegbahn and K. Edstrom, Electrochimica Acta, 49, 2351 (2004)
  • [28] R. Mogi, M. Inaba, S.-K. Jeong, Y. Iriyama, T. Abe, and Z. Ogumi, J. Electrochem. Soc. 149, A1578 (2002)[28] R. Mogi, M. Inaba, S.-K. Jeong, Y. Iriyama, T. Abe, and Z. Ogumi, J. Electrochem. Soc. 149, A1578 (2002)
  • [29] H. Ota, K. Shima, M. Ue and J.-i. Yamaki, Electrochimica Acta, 49, 565 (2004)[29] H. Ota, K. Shima, M. Ue and J.-i. Yamaki, Electrochimica Acta, 49, 565 (2004)
  • [30] D. Aurbach, K. Gamolsky, B. Markovsky, Y. Gofer, M. Schmidt and U.. Heider, Electrochimica Acta, 47, 1423 (2002)[30] D. Aurbach, K. Gamolsky, B. Markovsky, Y. Gofer, M. Schmidt and U. Heider, Electrochimica Acta, 47, 1423 (2002)
  • [31] G. H. Wrodnigg, J. O. Besenhard, and M. Winter, J. Electrochem. Soc. 146, 470 (1999)[31] G.H. Wrodnigg, J.O. Besenhard, and M. Winter, J. Electrochem. Soc. 146, 470 (1999)
  • [32] A. Naji, J. Ghanbaja, P. Willmann and D.. Billaud, Electrochimica Acta, 45, 1893 (2000)[32] A. Naji, J. Ghanbaja, P. Willmann and D. Billaud, Electrochimica Acta, 45, 1893 (2000)
  • [33] M.-S. Wu, J.-C. Lin, and P.-C. J. Chiang, Electrochem. Solid-State Lett. 7, A206 (2004)[33] M.-S. Wu, J.-C. Lin, and P.-C. J. Chiang, Electrochem. Solid State Lett. 7, A206 (2004)

Claims (12)

Elektrolyt mit Lithiumbis(oxalato)borat (LiBOB), gelöst in einem Lösungsmittel aus wenigstens einem Carbonat oder Ester und Zusatz wenigstens eines Additivs.Electrolyte with lithium bis (oxalato) borate (LiBOB), solved in a solvent from at least one carbonate or ester and addition of at least one Additive. Elektrolyt nach Anspruch 1, wobei das Lösungsmittel eine Mischung aus einem ersten substituierten oder unsubstituierten (Di)alkyl- oder Alkylencarbonat, einem zweiten substituierten oder unsubstituierten (Di)alkyl- oder Alkylencarbonat und wenigstens einem weiteren Lösungsmittel aus der Gruppe der substituierten oder unsubstituierten (Di)alkylcarbonate oder aus der Gruppe der subsituierten oder unsubstituierten Ester und Zusatz wenigstens eines Additivs.An electrolyte according to claim 1, wherein the solvent is a mixture of a first substituted or unsubstituted (di) alkyl or alkylene carbonate, a second substituted or unsubstituted (di) alkyl or alkylene carbonate and at least one further solvent from the group of substituted or unsubstituted (di ) alkylcarbonates or from the group of substituted or unsubstituted esters and adding at least one additive. Elektrolyt nach den vorhergehenden Ansprüchen, wobei das Lösungsmittel eine Mischung aus Propylencarbonat, Ethylencarbonat und wenigstens einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe Dimethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat, Diethylcarbonat, γ-Butyrolacton, Ethylbutyrat, Ethylpropionat und Ethylacetat ist. Diesem Elektrolyt ist wenigstens ein Additiv aus der Gruppe Methylchlorformiat, Methylhalogenformiat, Ethylensulfit, Vinylencarbonat, Silbersalze wie zum Beispiel Silberhexafluorophosphat, Oligoethylenoxide, wie zum Beispiel Tetraethylenglykoldimethylether, Toluol, Ameisensäuremethylester, Ameisensäureethylester, Ameisensäurepropylester, Ameisensäurebutylester, Ameisensäurepentylester, Essigsäuremethylester, Essigsäureethylester, Essigsäurepropylester, Essigsäurebutylester, Essigsäurepentylester, Propionsäuremethylester, Propionsäureethylester, Propionsäurepropylester, Propionsäurebutylester, Propionsäurepentylester, Buttersäuremethylester, Buttersäureethylester, Buttersäurepropylester, Buttersäurebutlyester, Buttersäurepentylester, Pentansäuremethylester, Pentansäureethylester, Pentansäurepropylester, Pentansäurebutylester, Pentansäurepentylester, Acetonitril, 1,2-Dimethoxyethan, Dimethylsulfoxid, 1,3-Dioxolan, Sulfolan, Tetrahydrofuran, 1,4-Dioxan, Pentaethylenglykoldimethylether, Tetraethylenmonoethylether, substituiertes oder unsubstituiertes Cyclohexylbenzol zugesetzt. Die Menge des zugesetzten Additivs oder der zugesetzten Additive beträgt 0,01 bis 10 Massenprozent des Elektrolyten.An electrolyte according to the preceding claims, wherein the solvent a mixture of propylene carbonate, ethylene carbonate and at least selected a connection from the group dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, γ-butyrolactone, Ethyl butyrate, ethyl propionate and ethyl acetate. This electrolyte is at least one additive from the group methyl chloroformate, methyl haloformate, Ethylene sulfite, vinylene carbonate, silver salts such as silver hexafluorophosphate, Oligoethylene oxides, such as tetraethylene glycol dimethyl ether, Toluene, formic acid methyl ester, ethyl formate, Ameisensäurepropylester, formate, Ameisensäurepentylester, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, pentyl acetate, Propionic acid methyl ester, ethyl propionate, propionate, propionate, pentyl propionate, methyl butyrate, butyrate, Buttersäurepropylester, Buttersäurebutlyester, pentyl butyrate, Pentansäuremethylester, pentanoate, Pentansäurepropylester, Pentansäurebutylester, Pentansäurepentylester, Acetonitrile, 1,2-dimethoxyethane, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, Sulfolane, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, Pentaethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene monoethyl ether, substituted or unsubstituted cyclohexylbenzene. The amount of added additive or added additives is 0.01 to 10% by mass of the electrolyte. Elektrolyt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration an Lithiumbis(oxalato)borat wenigstens 0,08 Mol pro Kilogramm Lösungsmittel bzw. Lösungsmittelmischung beträgt.Electrolyte according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the concentration of lithium bis (oxalato) borate at least 0.08 moles per kilogram of solvent or solvent mixture. Elektrolyt nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel wenigstens Propylencarbonat, Ethylencarbonat und Ethylacetat umfasst.Electrolyte according to claim 3 or 4, characterized that the solvent at least propylene carbonate, ethylene carbonate and ethyl acetate. Elektrolyt nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel wenigstens Propylencarbonat, Ethylencarbonat und Dimethylcarbonat umfasst.Electrolyte according to claim 3 or 4, characterized that the solvent at least propylene carbonate, ethylene carbonate and dimethyl carbonate includes. Elektrolyt nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel wenigstens Propylencarbonat, Ethylencarbonat und Dimethylcarbonat und Ethylacetat umfasst.Electrolyte according to claim 3 or 4, characterized that the solvent at least propylene carbonate, ethylene carbonate and dimethyl carbonate and ethyl acetate. Elektrolyt nach Anspruch 5 oder 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Ethylacetat am Lösungsmittel wenigstens 5 Massenprozent beträgt.Electrolyte according to claim 5 or 7, characterized the proportion of ethyl acetate in the solvent is at least 5% by mass is. Elektrolyt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Anteile von Ethylacetat und Dimethylcarbonat am Lösungsmittel wenigstens 6 Massenprozent beträgt.Electrolyte according to Claim 7, characterized that the sum of the proportions of ethyl acetate and dimethyl carbonate on the solvent at least 6 percent by mass. Elektrolyt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Anteile von Ethylacetat und Dimethylcarbonat am Lösungsmittel wenigstens 6 und höchstens 95 Massenprozent beträgt.Electrolyte according to Claim 7, characterized that the sum of the proportions of ethyl acetate and dimethyl carbonate on the solvent at least 6 and at most 95 percent by mass. Elektrolyt nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Ethylencarbonat wenigstens 3 Massenprozent beträgt.Electrolyte according to one of Claims 3 to 10, characterized the proportion of ethylene carbonate is at least 3 percent by mass. Elektrolyt nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Ethylencarbonat am Lösungsmittel wenigstens 3 und höchstens 70 Massenprozent beträgt.Electrolyte according to claim 11, characterized in that the proportion of ethylene carbonate in the solvent is at least 3 and at the most 70 percent by mass.
DE102006055770A 2005-12-17 2006-11-25 Electrolyte with lithium bis(oxalato)borate, dissolved in solvent from carbonate or ester and at least an additive, useful e.g. in electro-chemical cells, preferably in lithium cells, lithium ion cells and lithium ion polymer cells Withdrawn DE102006055770A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006055770A DE102006055770A1 (en) 2005-12-17 2006-11-25 Electrolyte with lithium bis(oxalato)borate, dissolved in solvent from carbonate or ester and at least an additive, useful e.g. in electro-chemical cells, preferably in lithium cells, lithium ion cells and lithium ion polymer cells

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005060542.7 2005-12-17
DE102005060542 2005-12-17
DE102006055770A DE102006055770A1 (en) 2005-12-17 2006-11-25 Electrolyte with lithium bis(oxalato)borate, dissolved in solvent from carbonate or ester and at least an additive, useful e.g. in electro-chemical cells, preferably in lithium cells, lithium ion cells and lithium ion polymer cells

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102006055770A1 true DE102006055770A1 (en) 2007-06-28

Family

ID=38109011

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102006055770A Withdrawn DE102006055770A1 (en) 2005-12-17 2006-11-25 Electrolyte with lithium bis(oxalato)borate, dissolved in solvent from carbonate or ester and at least an additive, useful e.g. in electro-chemical cells, preferably in lithium cells, lithium ion cells and lithium ion polymer cells

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102006055770A1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010020992A1 (en) 2010-05-19 2011-11-24 Li-Tec Battery Gmbh Additive for electrolytes in rechargeable lithium ion batteries
CN107342438A (en) * 2017-06-21 2017-11-10 苏州大学 A kind of high coulombic efficiency lithium-sulfur cell electrolyte and preparation method thereof
DE102016209609A1 (en) * 2016-06-01 2017-12-07 Robert Bosch Gmbh Hybrid supercapacitor with increased lifespan
CN114551983A (en) * 2021-10-08 2022-05-27 万向一二三股份公司 High-toughness PEODME composite solid electrolyte membrane, preparation method thereof and solid lithium battery

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010020992A1 (en) 2010-05-19 2011-11-24 Li-Tec Battery Gmbh Additive for electrolytes in rechargeable lithium ion batteries
WO2011144317A1 (en) 2010-05-19 2011-11-24 Li-Tec Battery Gmbh Additive for electrolytes in rechargeable lithium ion batteries
DE102016209609A1 (en) * 2016-06-01 2017-12-07 Robert Bosch Gmbh Hybrid supercapacitor with increased lifespan
CN107342438A (en) * 2017-06-21 2017-11-10 苏州大学 A kind of high coulombic efficiency lithium-sulfur cell electrolyte and preparation method thereof
CN107342438B (en) * 2017-06-21 2020-05-22 苏州大学 Lithium-sulfur battery electrolyte with high coulombic efficiency and preparation method thereof
CN114551983A (en) * 2021-10-08 2022-05-27 万向一二三股份公司 High-toughness PEODME composite solid electrolyte membrane, preparation method thereof and solid lithium battery
CN114551983B (en) * 2021-10-08 2023-06-09 万向一二三股份公司 High-toughness PEODME composite solid electrolyte membrane, preparation method thereof and solid lithium battery

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3794666B1 (en) Rechargeable battery cell
EP3005449B1 (en) New electrolyte composition for high-energy anodes
DE202013012772U1 (en) Lithium secondary battery
DE102005029124A1 (en) Electrolyte/separator system, useful for producing electro-chemical energy-storage systems e.g. lithium metal batteries, comprises electrolytes comprising base component, ionic liquid, water, additive, lead salt and ceramic separator
WO2016055220A1 (en) Additive for alkali metal-based, in particular lithium-based, energy store
DE102012101670A1 (en) Conducting salt for lithium-based energy storage
DE102011052156A1 (en) Lithium 2-methoxy-1,1,2,2-tetrafluoroethanesulfonate and its use as a conductive salt in lithium-based energy storage
EP3155686B1 (en) Electrolyte, cell and battery comprising the electrolyte, and use of the electrolyte
WO2022162005A1 (en) So2-based electrolyte for a rechargeable battery cell, and rechargeable battery cell
EP2820711B1 (en) Conducting salt for lithium-based energy storage device
DE102006055770A1 (en) Electrolyte with lithium bis(oxalato)borate, dissolved in solvent from carbonate or ester and at least an additive, useful e.g. in electro-chemical cells, preferably in lithium cells, lithium ion cells and lithium ion polymer cells
DE102014210499B4 (en) New pretreatment method for anodes in lithium ion batteries
DE10359604A1 (en) Electrolyte used in an electrochemical cell comprises lithium bis(oxalate)borate dissolved in a solvent made from carbonate
WO2020035098A1 (en) Liquid electrolyte comprising organic carbonates and cyclic sulfoxides for applications in lithium secondary batteries
EP3560023B1 (en) Electrolyte for lithium-ion-batteries
DE102016217709A1 (en) Hybrid supercapacitor with SEI additives
WO2015043885A1 (en) Lithium-ion battery and method for preventing the dissolution of metals from a cathode of said lithium-ion battery and/or damage to an sei layer of an anode of said lithium-ion battery
DE102014109237A1 (en) Lithium-ion battery with reduced gas evolution
DE102016125323A1 (en) Electrolyte for lithium-ion batteries
DE102017107253A1 (en) Electrolyte for lithium-ion batteries

Legal Events

Date Code Title Description
8122 Nonbinding interest in granting licences declared
8139 Disposal/non-payment of the annual fee