DE102017215388A1 - Fluorierter ether als elektrolyt-co-lösungsmittel für eine lithiummetallbasierte anode - Google Patents

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Abstract

Die Leistungsfähigkeit und Haltbarkeit einer elektrochemischen Zelle mit einer Anode auf Lithiummetallbasis und einer kompatiblen, lithium-aufnehmenden Kathode werden durch die Verwendung eines geeigneten Lithiumelektrolytsalz und eines neuen flüssigen Kolösungsmittelgemischs für den Elektrolyten verbessert. Das Kolösungsmittelgemisch umfasst eine nicht-wässrige ionische Flüssigkeit, die Lithiumionen leitet, und einen flüssigen fluorierten organischen Ether.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Batterien mit einer Lithiummetallanode, einem kompatiblen aktiven Kathodenmaterial und einer Lithium-Ionen-leitenden Elektrolytlösung können nützliche hohe Energiedichten bereitstellen, sowohl im gravimetrischen (Wh/kg) als auch im volumetrischen (Wh/L) Maßstab. Die Kapazität (mAh) und Zykluslebensdauer der Batterie werden erhöht und das Plattieren und Entmetallisieren der Lithiumanode beim Laden und Entladen der Batterie werden verbessert, wenn eine geeignete Kombination eines lithiumhaltigen Elektrolytsalzes bzw. lithiumhaltiger Elektrolytsalze und eines Kolösungsmittel, umfassend eine ionische Flüssigkeit als Lösungsmittelkomponente und eine flüssige fluorierte Etherkomponente.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Das als Hintergrundmaterial in diesem Abschnitt der Spezifikation präsentierte Material ist nicht notwendigerweise Stand der Technik.
  • Lithiummetall gilt wegen seines niedrigen Spannungspotentials, seiner hohen spezifischen Kapazität (3860 mAh/g, 2062 mAh/ml) und der resultierenden hohen Energiedichte als ideales Anodenmaterial für wiederaufladbare Lithiumbatterien. Anodenmaterialien wie LiC6 und Li3,75Si haben diesbezüglich viel ungünstigere Eigenschaften. Die Lithiummetallanode muss jedoch in Kombination mit einem geeigneten Elektrolyten arbeiten und ihre Eigenschaften nach wiederholtem Be- und Entladen der Zelle beibehalten. Viele verschiedene Kombinationen von Lithiumelektrolytsalzen und nichtwässrigen Lösungsmitteln sind verwendet und untersucht worden. Oft arbeiten die resultierenden Zellzusammensetzungen derart, dass die Lithiummetallanode beschädigt wird, da sie wiederholt mit Lithium plattiert und dieses wieder abgegeben wird, und der Betrieb der Zelle wird gefährdet und verringert. Es bleibt ein Bedarf für ein verbessertes Elektrolytlösungsmittel zur Verwendung in Kombinationen von Lithiummetallanodenmaterialien mit einem Elektrolytsalz.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft elektrochemische Zellen und Batterien, die Anoden auf Lithiummetallbasis verwenden. Gemäß Praktiken dieser Erfindung, werden eine oder mehrere Lithiumsalze, eine ionische Flüssigkeit und ein fluorierter Ether oder ein Gemisch aus fluorierten Ethern, als Kolösungsmittel verwendet, um eine nicht wässrige Lösung eines Lithiumsalzelektrolyten zu bilden, der in Kombination mit der Lithiummetallanode verwendet wird, um den Wirkungsgrad des Be- und Entladens und die Haltbarkeit der Zelle zu verbessern. Die Elektrolytlösung ist bei Umgebungstemperaturen (z. B. 25°C) und den vorgesehenen Betriebstemperaturen der Zelle oder Batterie flüssig.
  • Lithiummetallanoden können in vielen verschiedenen Arten von Zellen und Batterien verwendet werden. Sie werden häufig in Form einer dünnen, abgeschiedenen Schicht oder Laminierung von Lithiummetall auf einer Kupferfolie verwendet, die der Lithiumanode als ein Stromabnehmer dient. Solche Anoden können beispielsweise in Form von runden Knopfzellen vorliegen, die mit einem geeigneten porösen Trennelement und einer ähnlich geformten Kathode in einer Zelle gestapelt sein können. In anderen Einzelzell- oder Mehrzell-Baugruppen können dünne rechteckförmige Schichten der Kupferfolie, die ein- oder beidseitig mit einer dünnen Schicht aus metallischem Lithium (z. B. bis zu 150 µm Dicke) beschichtet sind, mit ähnlich geformten Kathodenschichten gestapelt oder gerollt werden, wobei dazwischen poröse Trennelemente angeordnet sind. Die poröse Struktur der Baugruppe wird sorgfältig mit einer Elektrolytlösung infiltriert, die aus einem Lithiumsalz hergestellt wird, das in einem nichtwässrigen flüssigen Lösungsmittel aufgelöst wurde. Wenn die Zelle geladen wird, werden Lithiumkationen von der Kathode durch die Elektrolytlösung übertragen und auf der Lithiummetallanode „plattiert”. Wenn die Zelle entladen wird, werden Lithiumkationen von der Lithiummetallanode „abgezogen” und durch die Elektrolytlösung zur Kathode übertragen. Wir haben herausgefunden, dass die Zusammensetzungen des Elektrolyten und dessen Lösungsmittel eine bedeutsame Rolle beim Betrieb einer Zelle oder Batterie mit einer Lithiummetallanode spielen. Gemäß Praktiken der Erfindung, wird die Elektrolytlösung aus einem geeigneten Lithiumsalz gebildet, das in einem Kolösungsmittelgemisch aufgelöst wird, welches mindestens eine ionische Flüssigkeit und einen flüssigen, fluorierten organischen Ether oder ein Gemisch aus fluorierter Ethern umfasst. Zusätzlich können nichtwässrige Lösungsmittel zugesetzt werden, beispielsweise, um die „Solid-Electrolyte-Interphase“ (SEI, Feststoff-Elektrolyt-Grenzflächenschicht) des Lithiummetalls oder die Viskosität der Elektrolytlösung zu verändern.
  • Als veranschaulichendes Beispiel kann die Elektrolytlösung aus einer molaren Lösung (1M) von Lithiumbis(fluorsulfonyl)imid in einem Gemisch aus einer ionischen Flüssigkeit von N-Methyl-N-Butylpyrrolidiniumkationen, Bis(fluorsulfonyl)imidanionen und n-Propyl-1,1,2,2-tetrafluorethylether (zehn Volumenprozent des Lösungsmittelgemischs) bestehen. Es wird ein Elektrolyt gefunden, der die ionische Flüssigkeit und ein fluoriertes Ether-Kolösungsmittel verwendet, um die Kapazität (mAh) und die Lade-Entladezyklus-Lebensdauer einer Lithiumzelle oder -Batterie unter Verwendung einer Lithiummetallanode und einem von vielen unterschiedlichen kompatiblen Kathodenmaterialien zu erhöhen. Des Weiteren verbessert das fluorierte, etherhaltige Elektrolyt-Kolösungsmittelgemisch die Qualität des Plattierens und Abziehens des Lithiummetallanodenmaterials während des Auf- und Entladens der Zelle oder Batterie. Die unerwünschte Bildung von dendritischen und/oder moosigen Lithiumablagerungen wird verringert oder ganz beseitigt.
  • Beginnt man mit Beschreibung der Verwendung von Lithiummetallanoden und deren Elektrolyten, so kann oftmals ihre Verwendung bei Lithium-Ionen-Zellen und -Batterien referenziert werden, aber die Lithiummetallanoden können mit den betreffenden Elektrolyten und Kolösungsmitteln bei vielen Lithium-Ionen-transportierenden elektrochemischen Zellen verwendet werden.
  • Generell können Kathodenmaterialien verwendet werden, die für Lithiumbatterien geeignet sind. Hierzu gehören beispielsweise Lithiumnickelmangankobaltoxid (NMC), energiereiche Formen von NMC, Lithiummangannickeloxid (LMNO), Lithiumeisenphosphat (LFP), Lithiumkobaltoxid, Schwefel und Mangandisulfid.
  • Wie angegeben, setzt sich der Elektrolyt aus einem oder mehreren Lithiumsalzen zusammen, die in einer nicht-wässrigen ionischen Flüssigkeit (manchmal als IL bezeichnet in dieser Spezifikation) und einem Kolösungsmittel gelöst sind, das einen fluorierten Ether enthält. Die Komponenten des Kolösungsmittels sind bei Umgebungstemperaturen (z. B. 25°C) und/oder der vorgesehenen Betriebstemperatur der Zelle oder Gruppe von Zellen flüssig. Einmolare und höher molare Lithiumelektrolytsalzkonzentrationen eignen sich üblicherweise zur Verwendung mit den Lithiummetallanoden.
  • Die Lithiumsalze können beispielsweise ein oder mehrere von Lithiumbis(fluorsulfonyl)imid (Li+N–(SO2F)2, LiFSI), Lithiumtrifluorsulfonimid (Li+N–(SO2CF3)2, LiTFSI), Lithiumhexafluorphosphat (LiPF6) Lithiumtetrafluorborat (LiBF4) Lithiumbis(oxalato)borat (LiBOB) und Lithiumoxalyldifluorborat (LiODFB) sein.
  • Der Anteil der ionischen Flüssigkeit im Kolösungsmittelgemisch (manchmal als IL bezeichnet in dieser Spezifikation) kann beispielsweise aus entweder N-Methyl-N-butylpyrrolidiniumkationen (PYR14+) oder N-Methyl-N-propylpyrrolidiniumkationen (PYR 13+) mit entweder Bisfluorsulfonyl)imidanionen (FSI–) oder Bis(trifluormethansulfonyl)imidanionen (TFSI–) hergestellt werden. Ein Beispiel für einen geeigneten fluorierten Ether ist n-Propyl-1,1,2,2-tetrafluorethylether. Zweckmäßigerweise liegt der fluorierte Ether in fünf bis 50 Vol.-% des Kolösungsmittelgemischs vor. Weitere geeignete fluorierte Ether sind nachfolgend in dieser Spezifikation offenbart.
  • Das Kolösungsmittelgemisch kann auch geringe Anteile (z. B. bis ungefähr dreißig Volumenprozent) eines flüssigen Carbonats umfassen, beispielsweise Fluorethylencarbonat (FEC), Ethylmethylcarbonat (EMV), Diethylcarbonat (DEC) oder Vinylethylencarbonat (VEC). Beispielsweise können geeignete Mengen dieser Flüssigkeitszusätze verwendet werden, um die Solid-Electrolyte-Interface (FEC und/oder VEC) des Lithiummetalls oder die Viskosität (EMV und/oder DEC) der Elektrolytlösung zu verändern.
  • Die Elektrolytzusammensetzung, umfassend eine geeignete Kombination eines Kolösungsmittels aus entweder PYR 14+ oder PYR 13+ (Kationen), entweder mit FSI– oder TFSI– (Anionen) als ein erstes Lösungsmittel, und einem geeigneten Anteil des fluorierten Ethers als komplementäre Lösungsmittelkomponente für ein ausgewähltes Lithiumelektrolytsalz, erhöht unter Verwendung einer Lithiummetallanode und einem von vielen unterschiedlichen kompatiblen Kathodenmaterialien die Kapazität (mAh) und Zykluslebensdauer einer Lithiumzelle oder -Batterie. Des Weiteren verbessert die IL und das Kolösungsmittelgemisch mit dem fluorierten Ether während des Auf- und Entladens der Zelle oder Batterie die Qualität des Plattierens und Abziehens des Lithiummetallanodenmaterials.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus den folgenden Beispielen von bevorzugten Ausführungsformen der Praxis hervor.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt ein Diagramm (oberes Diagramm von 1) der Kapazität (mAh, vertikale Achse, Nummer 10) vs. Zyklenzahl (horizontale Achse, Nummer 12) von elektrochemischen Zellen, die aus einer Lithiummetallanode (20 Mikrometer dicke Lithiumschicht, laminiert auf einer Kupferfolie) und einer Lithiumeisenphosphat(LiFePO4)-Kathode hergestellt wurden, wobei jede Zelle einen von drei verschiedenen Elektrolyten verwendet. Jeder Zyklus besteht aus einem Entladen der Zelle und einem erneuten Aufladen der Zelle.
  • Der erste Elektrolyt (Datenpunkte: gefüllte Diamante) besteht aus einer 1M Lösung von LiPF6 in gleich großen Anteilen von Ethylencarbonat (EC) und Ethylmethylcarbonat (EMC).
  • Der zweite Elektrolyt (Datenpunkte: gefüllte Kreise) besteht aus einer 1M Lösung von Lithiumbis(fluorsulfonyl)imid (Li+N–(SO2F)2, LiFSI) in der ionischen Flüssigkeit, die aus N-Methyl-N-Butylpyrrolidiniumkationen (PYR14+) und Bis(fluorsulfonyl)imidanionen (FSI–) hergestellt wurde.
  • Der dritte Elektrolyt (Datenpunkte: offenen Kreise) besteht aus einer 1M Lösung von Lithiumbis(fluorsulfonyl)imid (Li+N–(SO2F)2, LiFSI) in einem Kolösungsmittel, bestehend aus N-Methyl-N-Butylpyrrolidiniumkationen (PYR14+) und Bis(fluorsulfonyl)imidanionen (FSI–) plus zehn Vol.-Prozent n-Propyl-1,1,2,2-tetrafluorethylether.
  • Die untere Kurve von 1 gibt die Spannung (V, vertikale Achse, Nummer 14) vs. Zeit (h) (horizontale Achse, Nummer 16) für einen einzelnen Entladungszyklus (durchgezogene Linie entspricht der während des Entladens bereitgestellten Spannung) und der nächsten Batterieaufladung (gestrichelte Linie entspricht der erforderlichen Spannung beim erneuten Laden) der Li-LiFePO4-Zelle bei Verwendung der dritten Kolösungsmittel-Zusammensetzung des Elektrolyten wieder.
  • Das obere Diagramm in 2 zeigt die Kapazität (mAh, vertikale Achse, Nummer 10) vs. Zyklenzahl (horizontale Achse, Nummer 12) einer Lithiummetallanode (100 Mikrometer dicke Lithiumschicht, laminiert auf einer Kupferfolie) und einer Lithiumnickelmangankobaltoxid(Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2, NMC 111)-Kathode unter Verwendung eines Elektrolyts, bestehend aus einer 1M Lösung von Lithiumbis(fluorsulfonyl)imid (Li+N–(SO2F)2, LiFSI) gelöst in einem Kolösungsmittel, bestehend aus N-Methyl-N-Butylpyrrolidiniumkationen (PYR14+) und Bis(fluorsulfonyl)imidanionen (FSI–) plus zehn Vol.-Prozent n-Propyl-1,1,2,2-tetrafluorethylether. Wieder besteht jeder Zyklus aus dem Entladen der Zelle und dem erneuten Aufladen der Zelle.
  • Das untere Diagramm von 2 zeigt die Spannung (V, vertikale Achse, Nummer 14) vs. Zeit (h, horizontale Achse, Nummer 16) für einen Entladungszyklus (durchgezogene Datenlinie entspricht der während des Entladens bereitgestellten Spannung) und eines Ladezyklus (gestrichelte Datenlinie entspricht der erforderlichen Spannung beim erneuten Laden) der Li-Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2-Zelle bei Verwendung der Elektrolyt-Kolösungsmittelzusammensetzung.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Eine Gruppe von Zellen, die aus Lithiummetallanoden, einem von zwei unterschiedlichen Kathodenmaterialien; Lithiumeisenphosphat (LiFePO4) und Lithiumnickelmangankobaltoxid (NMC111) hergestellt wurden; und unterschiedlichen Lösungen eines Lithiumelektrolytsalzes in unterschiedlichen nicht-wässrigen Lösungsmitteln, wurden hergestellt und hinsichtlich ihrer jeweiligen Gleichstromspannungen während eines Entladungszyklus und eines Ladungszyklus, der Zellkapazitäten (mAh) und Zykluslebensdauern geprüft. Die anhand der Prüfung erhaltenen Daten dieser Zellen werden in den 1 und 2 dargestellt.
  • Die in 1 dargestellten Zelltestdaten wurden mit einer Zelle erhalten, die eine Anode verwendet, welche aus einer 20 Mikrometer dicken Schicht aus metallischem Lithium hergestellt wurde, die auf einer 10 µm dicken Kupferfolie hergestellt wurde, die aus im Wesentlichen reinem Kupfer mit hoher elektrischer Leitfähigkeit hergestellt wurde. Die Zelle enthielt eine Kathode, die aus einer porösen, 60 µm dicken Schicht aus Lithiumeisenphosphatpartikeln hergestellt wurde, kunstharzgebunden an eine Aluminiumstromabnehmerfolie (20 μm). Eine von drei verschiedenen Elektrolytlösungen wurde in Kombination mit einer Baugruppe einer Lithiummetallanode und Lithiumeisenphosphatkathode verwendet. Die Testdaten der Zelle wurden bei etwa 25°C erhalten.
  • Die erste Elektrolytlösung war eine einmolare (1M) Lösung von Lithiumhexafluorphosphat (LiPF6) in einem Lösungsmittelgemisch, das aus gleichen Teilen Ethylencarbonat (EC) und Ethylmethylcarbonat (EMC) hergestellt wurde. Diese Elektrolytlösung wird als eine allgemein übliche Standardlösung zur Verwendung in einer Lithiumionenzelle erachtet.
  • Eine zweite Lösung wurde aus einer 1M Lösung von Lithiumbis(fluorsulfonyl)imid (nachfolgend LiFSI) in der ionischen Flüssigkeit hergestellt, welche aus N-Methyl-N-Butylpyrrolidiniumkationen und Bis(fluorsulfonyl)imidanionen (nachfolgend I14) hergestellt wurde.
  • Eine dritte Elektrolytlösung wurde in Übereinstimmung mit einer Praxis dieser Erfindung hergestellt. Die dritte Lösung war eine 1M Lösung von LiFSI in einer Mischung aus I14 und n-Propyl-1,1,2,2-tetrafluorethylether. Der fluorierte Ether enthielt zehn Vol.-% des Kolösungsmittelgemischs.
  • Wie vorstehend beschrieben, wurden die zusammengebauten Li-LiFePO4-Zellen mit jeweils einem der drei beschriebenen Elektrolytlösungen hergestellt. Die LiFePO4-Kathode setzte sich aus einer Mischung von 90 Gew.-% LiFePO4-Pulver, 5 % Ruß (für elektrische Leitfähigkeit) und 5 % Bindemittel (Polyvinylidendifluorid, gelöst in N-Methyl-2-pyrrolidon) zusammen. Der Schlicker wurde als einheitliche poröse Schicht auf eine Aluminiumstromabnehmerfolie aufgetragen. Die Elektrode mit der beschichteten porösen Schicht des Elektrodenmaterials wurde über Nacht bei 100°C unter Vakuum getrocknet.
  • Die Daten im oberen Diagramm von 1 zeigen die gemessene Kapazität (mAh, vertikale Achse) pro Zykluszahl der Li-LiFePO4-Zellen (horizontale Achse) mit ihren jeweiligen Elektrolytlösungen an, wie in den vorhergehenden Absätzen beschrieben. Jede Zelle mit einem der drei Elektrolytzusammensetzungen wurde zwischen 3,0 und 3,7 Volt mit einer Rate von 0,5 C wiederholt entladen und aufgeladen.
  • Wie in der Datenpunktkurve der dunkel gefüllten Kreise von 1 wiedergegeben, übersteht die Li-LiFePO4-Zelle mit der Standard 1M LiPF6-EG:EMV-Elektrolytlösung aufgrund der geringen Li-Be- und Entladefähigkeit von ca. 77 % weniger als zwanzig Zyklen.
  • Wie in der Datenpunktkurve von 1 mit den dunkel gefüllt Rauten wiedergegeben, stellt die Li-LiFePO4-Zelle mit der 1M LiFSI-I14 Elektrolytlösung eine recht niedrige Kapazität bereit, ca. 0,5 mAh. Man geht davon aus, dass dies auf der hohen Viskosität des LiFSI-PYR14+FSI– Lösungsmittels beruht, ca. 100 Millipascal-Sekunden.
  • Aber, wie in der Datenpunktkurve mit den offenen Kreisen von 1 zu sehen ist, stellt die Li-LiFePO4-Zelle mit der Lösung aus 1M LiFSI-I14 + fluoriertem Ether-Kolösungsmittel aufgrund der Viskositätsabnahme des Elektrolyten infolge der Zugabe von n-Propyl-1,1,2,2-tetrafluorethylether und der komplementären Wirkung des fluorierten Ethers in der Elektrolytzusammensetzung eine hohe Kapazität (99 % der gesamten Kapazität) über mindestens hundert Entladungs-/Aufladungszyklen bereit. Die Lithiumablagerungen an der Anode blieben glatt und frei von kapazitätsreduzierenden Dendriten und moosigen Formen, mit einem Li/Li+ Be-und Entlade-Wirkungsgrad von ca. 99,1 %, im Vergleich zu 77 % bei Verwendung des Elektrolytlösungsmittels auf Carbonatbasis. Man glaubt, dass sowohl die spezifische Zusammensetzung der Kolösungsmittel als auch deren Viskosität zur gesamten hohen Kapazität und der langen Zykluslebensdauer der Zelle beitragen.
  • Man erkennt, dass der Ausgangselektrolyt (Datenpunkte: dunkel gefüllte Kreise), der 1M LiPF6-EC:EMV nur ca. 20 mal be- und entladen wird und dann die energieerzeugende Kapazität aufgrund seines geringen Wirkungsgrads (ca. 77 %) mit metallischem Li verliert.
  • Im Beispiel des 1M LiFSI-PYR14+FSI– Elektrolyten erkennt man, dass die Kapazität sehr niedrig ist, im Vergleich zu anderen Elektrolytformulierungen, obwohl die Kathodenbeladung die gleiche ist. Diese niedrige Kapazität des 1M LiFSI-PYR14+FSI– Elektrolyts ist, mindestens teilweise, auf die hohe Viskosität der ionischen Flüssigkeit zurückzuführen. Man erkennt, dass die Viskosität der EMV nur 0,65 cP beträgt und die Viskosität der Mischung aus EMV mit EC vergleichbar ist. Die Viskosität der ionischen Flüssigkeit, PYR14+FSI– beträgt jedoch 52,7 cP, und man geht davon aus, dass dies die geringe Kapazität der Zelle nachteilig beeinträchtigt. Die Viskosität der ähnlichen ionischen Flüssigkeit, PYR13+FSI–, hat eine vergleichbar hohe Viskosität. Der fluorierte Ether, n-Propyl-1,1,2,2-tetrafluorethylether, hat jedoch eine geringe Viskosität, vergleichbar mit den Viskositäten von Alkylcarbonatlösungsmitteln, EC und EMV. Der fluorierte Ether unterstützt auch den elektrochemischen Betrieb der Li-LiFePO4-Zelle. In 1 erkennt man (Datenkurve mit offenen Kreisen), dass nicht nur die Fähigkeit des Be- und Entladens wesentlich verbessert wird, sondern die Kapazität im Vergleich zu der ohne das Lösungsmittel, welches fluorierten Ether enthält, vollständig erhalten wird.
  • Im unteren Diagramm von 1 werden Spannungsdaten (V) (vertikale Achse 14) über Zeitangaben (h) (horizontale Achse, 16) für die Li-LiFePO4-Zelle mit der Lösung aus 1M LiFSI-I14 + fluoriertem Ether-Kolösungsmittel beim Entladen (durchgezogene Kurvenlinie) und dem unmittelbar darauf folgenden Ladevorgang (gestrichelte Kurvenlinie) dargestellt. Es ist erkennbar, dass die Zelle während des Entladevorgangs eine konstante Spannung von ca. 3,4 V erzeugt, und, wie erwartet, beim erneuten Laden eine etwas höherer Spannung erfordert.
  • In den beiden Diagrammen in 2 werden die beim Prüfen einer montierten Li-Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2-Zelle erhaltenen Daten gezeigt. Die Li-NMC111-Zelle wurde mit einem Elektrolyt gefüllt, der aus einer 1M Lösung LiFSI in einer Mischung aus I14 und n-Propyl-1,1,2,2-tetrafluorethylether besteht (zehn Volumenprozent).
  • Die Daten im oberen Diagramm von 2 legen die gemessene Kapazität (mAh, vertikale Achse, Nummer 10) gegenüber der Zyklenzahl (horizontale Achse, Nummer 12) der Li-NMC111-Zelle mit ihrer in den vorhergehenden Abschnitten beschriebenen Elektrolytlösung dar. Die NMC111-Kathode besteht aus einem Gemisch von 90 Gew.-% Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2-Pulver, 5 % Ruß (für elektrische Leitfähigkeit) und 5 % Bindemittel (Polyvinylidendifluorid, gelöst in N-Methyl-2-pyrrolidon). Der Schlicker wurde als einheitliche poröse Schicht auf eine Aluminiumstromabnehmerfolie aufgetragen. Die Elektrode mit der beschichteten porösen Schicht des Elektrodenmaterials wurde über Nacht bei 100°C unter Vakuum getrocknet.
  • Die Prüfung wurde durchgeführt, wie in Bezug auf die Darstellung der Daten des oberen Diagramms von 1 beschrieben. Die Haltbarkeit und die Leistungsfähigkeit der Li-Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2-Zelle mit dem Elektrolyten aus 1M LiFSI-I14 + 10 % fluoriertem Ether hat sich sehr gut bewährt.
  • Das untere Diagramm von 2 zeigt die Spannung (V, vertikale Achse, Nummer 14) vs. Zeit (h, horizontale Achse, 16) für einen Entladungszyklus und Ladezyklus der Li-Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O4-Zelle bei Verwendung der Elektrolyt-Kolösungsmittelzusammensetzung. Man erkennt, dass die Zelle während der Entladung über einen Entladezeitrum von mehr als sechs Stunden eine langsam abfallende Spannung von ca. 4,2 V bis ca. 3,5 V erzeugt. Wieder benötigt die Zelle beim Laden ein stetig zunehmendes Potential. Die Zelle wurde bei einer C/5-Rate entladen und bei einer C/15 Rate beladen
  • Wie in einigen spezifischen Darstellungen oben beschrieben, kann der Anteil der ionischen Flüssigkeit des Kolösungsmittelgemischs beispielsweise aus entweder N-Methyl-N-butylpyrrolidiniumkationen (PYR14+) oder N-Methyl-N-propylpyrrolidiniumkationen (PYR13+) hergestellt werden, entweder mit Bis(fluorsulfonyl)imidanionen (FSI–) oder mit Bis(trifluormethansulfonyl)imidanionen (TFSI–). Die nachstehenden ionischen Flüssigkeiten sind ebenfalls geeignet zur Verwendung in dieser Erfindung: N-Ethyl-N-methylpiperidinium-bis(fluorsulfonyl)imid, N-Propyl-N-methylpiperidinium-bis(fluorsulfonyl)imid, Pyrrolidinium-1-butyl-1-methyl-bis(fluorsulfonyl)imid, 1-Methyl-1-(2-methoxyethyl-)pyrrolidinium-bis(fluorsulfonyl)imid und N-Propyl-N-methyl-pyrrolidinium-bis(fluorsulfonyl)imid.
  • Auch weitere fluorierte Ether eignen sich zur Verwendung bei Ausführungsformen der Erfindung. Die fluorierten Ethern beinhalten: 1,1,2,2-Tetrafluorethyl-2,2,3,3-tetrafluorpropylether, 1,2,2,2-Tetrafluorethylmethylether, n-Butyl-1,1,2,2-tetrafluorethylether, 1H,1H,2'H,3H-Decafluoripropylether, Bis(2,2,2-trifluorethyl)ether, Ethyl-1,1,2,2-tetrafluorethylether, Difluormethyl-2,2,3,3,3-pentafluorpropylether, 2,2,2-Trifluorethyl-1,1,2,2-tetrafluorethylether, Difluormethyl-2,2,3,3-tetrafluorpropylether, Propyl-1,1,2,2-tetrafluorethylether, 1,1-Difluorethyl-2,2,2-trifluorethylether, Isopropyl-1,1,2,2-tetrafluorethylether, Bis(2,2-difluorethyl)ether, Isobutyl- und 1,1,2,2-Tetrafluorethylether.
  • Somit wird die Leistungsfähigkeit einer elektrochemischen Zelle oder einer Gruppe von Zellen, bei Verwendung einer Lithiummetallanode und einem kompatiblen Kathodenmaterial, durch die Verwendung eines Elektrolyten, der aus einem oder mehreren Lithiumsalzen zusammengesetzt ist, die in Kolösungsmitteln aufgelöst sind und eine nichtwässrige ionische Flüssigkeit und einen fluorierten Ether umfassen, wesentlich erhöht. Die Anoden- und Kathodenelemente können in einer von vielen bekannten Strukturen und Formen gebildet werden. Eine einseitige Anode und Kathode, beabstandet durch eine dünne poröse Trennschicht, kann in einer Batterie verwendet werden. Die poröse Trennschicht und die Anoden- und Kathodenmaterialien werden gemäß dieser Spezifikation mit einer Elektrolytlösung infiltriert oder anderweitig damit kontaktiert. Oder es kann eine Batterie durch Gruppieren von abwechselnden Anoden- und Kathodenformen gebildet werden, die voneinander durch eine poröse Trennschicht beabstandet sind, wobei die Gruppierung gestapelt oder gerollt oder anderweitig zu einer gewünschten Struktur konfiguriert ist. Wie angegeben, wird die resultierende Baugruppe von Lithiummetallanode(n) und komplementärer bzw. komplementären Kathoden infiltriert oder auf eine anderweitig geeignete Weise mit der Elektrolytlösung dieser Spezifikation und Erfindung benetzt.
  • Der Gegenstand der Erfindung wird durch Verwendung von exemplarischen Beispielen beschrieben, die aber nicht den Umfang der beanspruchten Erfindung einschränken sollen.

Claims (10)

  1. Elektrochemische Zelle, die eine Lithiummetallanode, eine lithiumhaltige oder lithium-aufnehmende Kathode und einen nichtwässrigen flüssigen Elektrolyten umfasst, der ein Lithiumsalz umfasst, aufgelöst in einem Kolösungsmittel, umfassend eine ionische Flüssigkeit mit Lithiumionenleitfähigkeit und einen flüssigen fluorierten Ether.
  2. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 1, die eine Spannung von mindestens 3,4 Volt über einen Zeitraum von 100 Entladungs- und Ladezyklen erzeugen kann.
  3. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 1, in der die Lithiummetallanode aus einer Schicht Lithiummetall gebildet wird, die auf einer Aluminiumstromabnehmerfolie abgeschieden wird, wobei die Dicke der Lithiummetallschicht bis zu hundert µm beträgt.
  4. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 1, in welcher der flüssige fluorierte Ether fünf bis 50 Volumenprozent der Mischung aus ionischer Flüssigkeit und fluoriertem Ether darstellt.
  5. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 1, in der die lithiumhaltige oder lithium-aufnehmende Kathode ein Material ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lithiumnickelmangankobaltoxid, Lithiummangannickeloxid, Lithiumeisenphosphat, Lithiumkobaltoxid, Schwefel und Mangandisulfid.
  6. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 1, in der das Lithiumsalz eines oder mehrere von Lithiumbis(fluorsulfonyl)imid, Lithiumtrifluorsulfonimid, Lithiumhexafluorphosphat, Lithiumtetrafluorborat, Lithiumbis(oxalato)borat und Lithiumoxalyldifluorborat ist.
  7. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 1, worin die ionische Flüssigkeit entweder N-Methyl-N-butylpyrrolidiniumkationen oder N-Methyl-N-propylpyrrolidiniumkationen mit entweder Bis(fluorsulfonyl)imidanionen oder Bis(trifluormethansulfonyl)imidanionen ist.
  8. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 1, worin die ionische Flüssigkeit eines oder mehrere der ionischen Flüssigkeiten umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus N-Ethyl-N-methylpiperidiniumbis(fluorsulfonyl)imid, N-Propyl-N-methylpiperidiniumbis(fluorsulfonyl)imid, 1-Butyl-1-methylpyrrolidiniumbis(fluorsulfonyl)imid, 1-Methyl-1-(2-methoxyethyl)pyrrolidiniumbis(fluorsulfonyl)imid und N-Propyl-N-methylpyrrolidiniumbis(fluorsulfonyl)imid.
  9. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 1, in der der fluorierte Ether n-Propyl-1,1,2,2-tetrafluorethylether ist und in einer Menge von fünf bis 50 Volumenprozent in der Mischung mit der ionischen Flüssigkeit vorliegt.
  10. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 1, in der der fluorierte Ether aus einem oder mehreren der 1,2,2,2-Tetrafluorethylmethylether, n-Butyl-1,1,2,2-tetrafluorethylether, 1H,1H,2'H,3H-Decafluordipropylether, Bis(2,2,2-trifluorethyl)ether, Ethyl-1,1,2,2-tetrafluorethylether, 1,1,2,2-Tetrafluorethyl-2,2,3,3-tetrafluorpropylether, Difluormethyl-2,2,3,3,3-pentafluorpropylether, 2,2,2-Trifluorethyl-1,1,2,2-tetrafluorethylether, Difluormethyl-2,2,3,3-tetrafluorpropylether, Propyl-1,1,2,2-tetrafluorethylether, 1,1-Difluorethyl-2,2,2-trifluorethylether, Isopropyl-1,1,2,2-tetrafluorethylether, Bis(2,2-difluorethyl)ether und 1,1,2,2-Tetrafluorethylisobutylether besteht.
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Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10553871B2 (en) 2012-05-04 2020-02-04 Zenlabs Energy, Inc. Battery cell engineering and design to reach high energy
US9780358B2 (en) 2012-05-04 2017-10-03 Zenlabs Energy, Inc. Battery designs with high capacity anode materials and cathode materials
WO2015024004A1 (en) 2013-08-16 2015-02-19 Envia Systems, Inc. Lithium ion batteries with high capacity anode active material and good cycling for consumer electronics
US10505219B2 (en) * 2017-05-26 2019-12-10 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Artificial SEI transplantation
US11349111B2 (en) 2017-05-26 2022-05-31 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Artificial SEI transplantation for insertion anodes
US11335959B2 (en) 2017-05-26 2022-05-17 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Ionic liquids for artificial SEI transplantation
US10511049B2 (en) 2017-08-15 2019-12-17 GM Global Technology Operations LLC Electrolyte system including alkali metal bis(fluorosulfonyl)imide and dimethyoxyethane for improving anodic stability of electrochemical cells
US10566652B2 (en) 2017-08-15 2020-02-18 GM Global Technology Operations LLC Lithium metal battery with hybrid electrolyte system
US10707530B2 (en) 2017-08-15 2020-07-07 GM Global Technology Operations LLC Carbonate-based electrolyte system improving or supporting efficiency of electrochemical cells having lithium-containing anodes
US11094925B2 (en) 2017-12-22 2021-08-17 Zenlabs Energy, Inc. Electrodes with silicon oxide active materials for lithium ion cells achieving high capacity, high energy density and long cycle life performance
US11114696B2 (en) 2017-12-28 2021-09-07 GM Global Technology Operations LLC Electrolyte system for lithium-chalcogen batteries
US11196045B2 (en) 2018-02-01 2021-12-07 GM Global Technology Operations LLC Plasma pretreatment on current collectors for thin film lithium metallization
US10673046B2 (en) 2018-04-13 2020-06-02 GM Global Technology Operations LLC Separator for lithium metal based batteries
US10608241B2 (en) 2018-04-17 2020-03-31 GM Global Technology Operations LLC Methods of preparing lithium metal anodes
EP3806218A4 (de) * 2018-06-01 2021-07-21 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Sekundärbatterie
US10938028B2 (en) * 2018-10-19 2021-03-02 GM Global Technology Operations LLC Negative electrode for lithium secondary battery and method of manufacturing
EP3895244A4 (de) 2018-12-14 2022-11-02 Cuberg, Inc. System für einen elektrolyten basierend auf einer ionischen flüssigkeit für eine batterie mit hoher energie
US10566659B1 (en) * 2018-12-14 2020-02-18 Ses Holdings Pte. Ltd. Eutectic mixtures containing alkali-metal sulfonimide salts, and electrochemical devices utilizing same
CN109873207A (zh) * 2019-02-27 2019-06-11 西安交通大学 一种高安全性电解液及其制备方法和应用
CN113994518A (zh) * 2019-06-05 2022-01-28 大金工业株式会社 电解液、二次电池和组件
US11973178B2 (en) 2019-06-26 2024-04-30 Ionblox, Inc. Lithium ion cells with high performance electrolyte and silicon oxide active materials achieving very long cycle life performance
CN112151788A (zh) 2019-06-26 2020-12-29 珍拉布斯能源有限公司 具有高性能电解质和氧化硅活性材料的锂离子电池
US11165052B2 (en) 2019-07-17 2021-11-02 GM Global Technology Operations LLC Lithium alloy-based electrodes for electrochemical cells and methods for making the same
US11908998B2 (en) 2019-09-18 2024-02-20 Apple Inc. Liquid electrolyte for lithium metal battery
US11984599B2 (en) 2019-11-27 2024-05-14 GM Global Technology Operations LLC Electrode components with laser induced surface modified current collectors and methods of making the same
JP7433438B2 (ja) * 2019-12-20 2024-02-19 ユミコア Ｌｉ二次電池における固体電解質相間界面
US11522221B2 (en) 2019-12-23 2022-12-06 GM Global Technology Operations LLC Gelation reagent for forming gel electrolyte and methods relating thereto
EP4081668A4 (de) * 2020-03-06 2023-10-11 The Board of Regents of The Nevada System of Higher Education on behalf of the University of Nevada, Las Vegas Lithiumrückgewinnung aus in ionischen flüssigkeiten gelösten lithiumsalzen
JPWO2021246525A1 (de) * 2020-06-04 2021-12-09
US11600825B2 (en) 2020-07-30 2023-03-07 GM Global Technology Operations LLC Positive electrode for secondary lithium metal battery and method of making
CN111799445B (zh) * 2020-08-24 2022-03-04 中南大学 一种锂金属阳极及其制备和应用
CN114551855A (zh) * 2020-11-24 2022-05-27 通用汽车环球科技运作有限责任公司 包含枝晶抑制剂保护涂层的电极和电化学电池
US11637324B2 (en) 2021-02-11 2023-04-25 GM Global Technology Operations LLC Lithium ion battery electrolytes and electrochemical cells including the same
US11784349B2 (en) 2021-04-01 2023-10-10 GM Global Technology Operations LLC Lithium metal battery electrolytes and electrochemical cells including the same
CN114050316A (zh) * 2021-11-08 2022-02-15 惠州亿纬锂能股份有限公司 一种电解液及其制备方法和应用
CN114464890B (zh) * 2022-02-23 2024-05-17 中国科学技术大学 一种非燃电解液及基于其的锂金属电池
CN117352849A (zh) * 2023-10-27 2024-01-05 深圳欣视界科技有限公司 电解液、二次电池及用电装置
CN117613393A (zh) * 2023-10-27 2024-02-27 深圳欣界能源科技有限公司 电解液、二次电池及用电装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ZA963605B (en) * 1995-06-07 1996-11-19 Duracell Inc Process for improving lithium ion cell
JP4431941B2 (ja) * 2003-06-06 2010-03-17 株式会社ジーエス・ユアサコーポレーション 非水電解質二次電池
DE102004018929A1 (de) * 2004-04-20 2005-11-17 Degussa Ag Elektrolytzusammensetzung sowie deren Verwendung als Elektrolytmaterial für elektrochemische Energiespeichersysteme
KR101002566B1 (ko) * 2008-07-29 2010-12-17 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이온 이차 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이온이차 전지
JP5359440B2 (ja) * 2009-03-25 2013-12-04 コニカミノルタ株式会社 電解質及び二次電池
KR101457319B1 (ko) * 2010-12-07 2014-11-04 닛본 덴끼 가부시끼가이샤 리튬 이차 전지
WO2012127717A1 (ja) * 2011-03-24 2012-09-27 日本電気株式会社 二次電池
US20130040185A1 (en) * 2011-08-08 2013-02-14 Hironari Takase Separator for rechargeable lithium battery, and electrode structure and rechargeable lithium battery including the same
US20130149596A1 (en) * 2011-12-12 2013-06-13 E.I Du Pont De Nemours And Company Electrolyte solvent containing ionic liquids
CN103682437A (zh) * 2012-09-11 2014-03-26 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种适用于钛酸锂电池的新型电解液体系
JP6342230B2 (ja) * 2013-06-21 2018-06-13 株式会社半導体エネルギー研究所 非水溶媒、非水電解質および蓄電装置

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Publication number Publication date
US20180062206A1 (en) 2018-03-01
US10224571B2 (en) 2019-03-05
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CN107799827B (zh) 2020-09-15

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