DE102018007901A1 - Electrolyte for a lithium-sulfur cell for storing electrical energy and storage device for a motor vehicle - Google Patents

Electrolyte for a lithium-sulfur cell for storing electrical energy and storage device for a motor vehicle Download PDF

Info

Publication number
DE102018007901A1
DE102018007901A1 DE102018007901.6A DE102018007901A DE102018007901A1 DE 102018007901 A1 DE102018007901 A1 DE 102018007901A1 DE 102018007901 A DE102018007901 A DE 102018007901A DE 102018007901 A1 DE102018007901 A1 DE 102018007901A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
electrolyte
lithium
storage device
motor vehicle
electrical energy
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Withdrawn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
DE102018007901.6A
Other languages
German (de)
Inventor
Tim Lebherz
Andreas Hintennach
Michael Rudolf Buchmeiser
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.)
Deutsche Institute fur Textil- und Faserforsc De
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Deutsche Institute fuer Textil und Faserforschung Denkendorf DITF
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 Daimler AG, Deutsche Institute fuer Textil und Faserforschung Denkendorf DITF filed Critical Daimler AG
Priority to DE102018007901.6A priority Critical patent/DE102018007901A1/en
Publication of DE102018007901A1 publication Critical patent/DE102018007901A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

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
    • H01M10/0567Liquid materials characterised by the additives
    • 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
    • H01M10/052Li-accumulators
    • 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
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • H01M2220/20Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • 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)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektrolyten für eine Lithium-Schwefel-Zelle (12) zum Speichern von elektrischer Energie, mit wenigstens einer ionischen Flüssigkeit, wobei der Elektrolyt (20) zumindest Dimethyltrisulfid (DMTS) aufweist.The invention relates to an electrolyte for a lithium-sulfur cell (12) for storing electrical energy, with at least one ionic liquid, the electrolyte (20) having at least dimethyltrisulfide (DMTS).

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektrolyten für eine Lithium-Schwefel-Zelle zum Speichern von elektrischer Energie gemäß dem Oberbegriff vom Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildete Speichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug.The invention relates to an electrolyte for a lithium-sulfur cell for storing electrical energy according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a storage device designed for storing electrical energy for a motor vehicle.

Ein solcher Elektrolyt für eine Lithium-Schwefel-Zelle zum Speichern von elektrischer Energie ist beispielsweise bereits aus dem Artikel „Effect of imidazolium cation on cycle life characteristics of secondary lithium-sulfur cells using liquid electrolytes“, KIM et al., Electrochimica Acta 52 (2007) 2116-2122 bekannt. Der Elektrolyt weist dabei wenigstens eine ionische Flüssigkeit auf.Such an electrolyte for a lithium-sulfur cell for storing electrical energy is, for example, already from the article "Effect of imidazolium cation on cycle life characteristics of secondary lithium-sulfur cells using liquid electrolytes", KIM et al., Electrochimica Acta 52 ( 2007) 2116-2122. The electrolyte has at least one ionic liquid.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Elektrolyten und eine zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildete Speichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, sodass ein besonders sicherer Betrieb und eine besonders hohe Energiedichte realisierbar sind.The object of the present invention is to provide an electrolyte and a storage device designed for storing electrical energy for a motor vehicle, so that particularly safe operation and a particularly high energy density can be achieved.

Diese Aufgabe wird durch ein Elektrolyt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Speichereinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by an electrolyte with the features of claim 1 and by a storage device with the features of claim 8. Advantageous refinements and expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.

Um einen Elektrolyten der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 eingegebenen Art derart zu entwickeln, dass eine besonders hohe Sicherheit, das heißt ein besonders sicherer Betrieb sowie eine besonders hohe Energiedichte der Lithium-Schwefel-Zelle realisiert werden können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Elektrolyt zumindest Dimethyltrisulfid (DMTS) aufweist. Der erfindungsgemäße Elektrolyt ist vorzugsweise eine Flüssigkeit beziehungsweise flüssig, insbesondere bei einer Temperatur von 24 Grad Celsius beziehungsweise bei Raumtemperatur. Insbesondere ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das DMTS, insbesondere zumindest teilweise, zumindest überwiegend oder vollständig, in der ionischen Flüssigkeit gelöst ist. Die ionische Flüssigkeit ist somit für das DMTS ein, insbesondere flüssiges, Lösemittel, insbesondere ein, insbesondere flüssiges, Co-Lösemittel.In order to develop an electrolyte of the type entered in the preamble of claim 1 in such a way that a particularly high level of safety, that is to say particularly safe operation and a particularly high energy density of the lithium-sulfur cell, can be achieved according to the invention that the electrolyte has at least dimethyltrisulfide (DMTS). The electrolyte according to the invention is preferably a liquid or liquid, in particular at a temperature of 24 degrees Celsius or at room temperature. In particular, it is preferably provided that the DMTS, in particular at least partially, at least predominantly or completely, is dissolved in the ionic liquid. The ionic liquid is therefore a, in particular liquid, solvent, in particular a, in particular liquid, co-solvent for the DMTS.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ionische Flüssigkeiten gar keinen Dampfdruck haben und sehr schwer entzündlich sind. Auch Mischungen, die wenigstens einen oder mehrere ionische Flüssigkeiten sowie wenigstens ein oder mehrere organische Lösemittel umfassen, sind sehr schwer entzündlich. Dadurch kann bei Verwendung des erfindungsgemäßen Elektrolyten eine besonders hohe Sicherheit beziehungsweise ein besonders sicherer Betrieb realisiert werden. Des Weiteren wurde befunden, dass durch die zusätzliche Verwendung von DMTS eine besonders hohe Sicherheit und gleichzeitig eine besonders hohe Energiedichte der Lithium-Schwefel-Zelle gewährleistet werden kann. Da der erfindungsgemäße Elektrolyt sowohl die ionische Flüssigkeit als auch das DMTS aufweist, ist erfindungsgemäß eine Kombination von DMTS und ionischer Flüssigkeit vorgesehen. Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen kann durch diese Kombination von DMTS und ionischer Flüssigkeit die Sicherheit gesteigert werden, und auch die Energiedichte kann im Vergleich zu herkömmlichen Elektrolyten beziehungsweise im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Schwefel-Zellen gesteigert werden. Insbesondere gegenüber der Verwendung von leichtflüchtigen, brennbaren organischen Lösemitteln in einem Elektrolyten können eine besonders hohe Sicherheit und eine hohe Energiedichte dargestellt werden.The invention is based on the knowledge that ionic liquids have no vapor pressure at all and are very difficult to ignite. Mixtures comprising at least one or more ionic liquids and at least one or more organic solvents are also very difficult to ignite. As a result, a particularly high level of safety or particularly safe operation can be achieved when using the electrolyte according to the invention. Furthermore, it was found that the additional use of DMTS ensures particularly high security and, at the same time, a particularly high energy density of the lithium-sulfur cell. Since the electrolyte according to the invention has both the ionic liquid and the DMTS, a combination of DMTS and ionic liquid is provided according to the invention. Compared to conventional solutions, this combination of DMTS and ionic liquid can increase safety and the energy density can also be increased compared to conventional electrolytes or compared to conventional lithium-sulfur cells. Particularly with respect to the use of volatile, flammable organic solvents in an electrolyte, a particularly high level of security and a high energy density can be achieved.

Vorzugsweise weist der Elektrolyt wenigstens einen zusätzlich zu dem DMTS und zusätzlich zu der ionischen Flüssigkeit vorgesehenen, von Dimethyltrisulfid und von einer ionischen Flüssigkeit unterschiedlichen Bestandteil auf, welcher vorzugsweise eine weitere Flüssigkeit ist. Insbesondere kann der Bestandteil ein organisches, insbesondere flüssiges, Lösemittel sein. Dabei kann vorgesehen sein, dass das DMTS, insbesondere zumindest teilweise, zumindest überwiegend oder vollständig, in der weiteren Flüssigkeit gelöst ist. Mit anderen Worten umfasst der Elektrolyt beispielsweise ein Gemisch beziehungsweise eine Mischung, wobei das Gemisch beziehungsweise die Mischung die ionische Flüssigkeit als erstes Lösemittel und beispielsweise die weitere Flüssigkeit beziehungsweise im weiteren Bestandteil als zweites Lösemittel aufweist. Dabei ist das DMTS vorzugsweise zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend vollständig, in dem Gemisch beziehungsweise in der Mischung gelöst. Hierbei fungiert beispielsweise die ionische Flüssigkeit als ein zusätzlich zu dem zweiten Lösemittel vorgesehenes Ko-Lösemittel.The electrolyte preferably has at least one component which is provided in addition to the DMTS and in addition to the ionic liquid and which is different from dimethyltrisulfide and from an ionic liquid, which is preferably a further liquid. In particular, the component can be an organic, in particular liquid, solvent. It can be provided that the DMTS, in particular at least partially, at least predominantly or completely, is dissolved in the further liquid. In other words, the electrolyte comprises, for example, a mixture or a mixture, the mixture or the mixture having the ionic liquid as the first solvent and for example the further liquid or in the further constituent as the second solvent. The DMTS is preferably at least partially, in particular at least largely completely, dissolved in the mixture or in the mixture. Here, for example, the ionic liquid acts as a co-solvent provided in addition to the second solvent.

Insbesondere kann der weitere Bestandteil ein herkömmlicher Elektrolyt, insbesondere eine herkömmliche Elektrolytmischung, sein. Dabei kann der weitere Bestandteil beispielsweise Dimethoxyethan (DME) und/oder Lithiumbis(trifluormethylsulfon)imid (LiTFSI) und/oder Dioxolan (DOL), insbesondere 1,3-Dioxolan aufweisen.In particular, the further constituent can be a conventional electrolyte, in particular a conventional electrolyte mixture. The further constituent can comprise, for example, dimethoxyethane (DME) and / or lithium bis (trifluoromethylsulfone) imide (LiTFSI) and / or dioxolane (DOL), in particular 1,3-dioxolane.

Bei der ionischen Flüssigkeit handelt es sich vorzugsweise um 1-methyl-3-propylimidazoliumbis(trifluormethylsufonyl)imid ([PMIM][TFSO]/[PMIM][MTf2]).The ionic liquid is preferably 1-methyl-3-propylimidazoliumbis (trifluoromethylsufonyl) imide ([PMIM] [TFSO] / [PMIM] [MTf2]).

Bei dem Dimethoxyethan handelt es sich vorzugsweise um 1,2-Dimethoxyethan. Bei dem Dioxolan handelt es sich vorzugsweise um 1,3-Dioxolan. Vorzugsweise wird ein Imidazolium-TFSI eingesetzt, wobei es sich bei dem eingesetzten Imidazol-kazion vorzugsweise um [PMI]+ handelt.The dimethoxyethane is preferably 1,2-dimethoxyethane. The dioxolane is preferably 1,3-dioxolane. An imidazolium TFSI is preferably used, the imidazole kazion used preferably being [PMI] + .

Zur Erfindung gehört auch eine Speichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug, welches vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet ist. Mittels beziehungsweise in der Speichereinrichtung, welche auch als Energiespeicher oder elektrischer Energiespeicher bezeichnet wird, kann elektrische Energie beziehungsweise elektrischer Strom gespeichert werden. Hierzu weist die erfindungsgemäße Speichereinrichtung wenigstens einen Lithium-Schwefel-Akkumulator (Li-S-Akkumulator) zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom auf. Der Lithium-Schwefel-Akkumulator umfasst dabei mehrere, insbesondere elektrisch miteinander verbundene, Lithium-Schwefel-Zellen, die jeweils einen erfindungsgemäßen Elektrolyten aufweisen. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Elektrolyten sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Speichereinrichtung anzusehen und umgekehrt. Der jeweilige Elektrolyt ist beispielsweise im jeweiligen Zellgehäuse der jeweiligen Lithium-Schwefel-Zelle aufgenommen.The invention also includes a storage device for a motor vehicle, which is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a motor vehicle. Electrical energy or electrical current can be stored by means of or in the storage device, which is also referred to as an energy store or electrical energy store. For this purpose, the storage device according to the invention has at least one lithium-sulfur accumulator (Li-S accumulator) for storing electrical energy or electrical current. The lithium-sulfur accumulator in this case comprises a plurality, in particular electrically connected, lithium-sulfur cells, each of which has an electrolyte according to the invention. Advantages and advantageous configurations of the electrolyte according to the invention are to be regarded as advantages and advantageous configurations of the storage device according to the invention and vice versa. The respective electrolyte is accommodated, for example, in the respective cell housing of the respective lithium-sulfur cell.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention result from the following description of a preferred exemplary embodiment and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the combination indicated in each case, but also in other combinations or on their own, without the scope of Leaving invention.

Die Zeichnung zeigt in:

  • 1 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Speichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug;
  • 2 die Summenformel und die Skelettformel einer ionischen Flüssigkeit eines Elektrolyten der Speichereinrichtung;
  • 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Lithium-Schwefel-Zelle der Speichereinrichtung; und
  • 4 ein weiteres Diagramm zur Veranschaulichung von Zellen der Speichereinrichtung.
The drawing shows in:
  • 1 excerpts a schematic side view of a storage device according to the invention for a motor vehicle;
  • 2nd the empirical formula and the skeletal formula of an ionic liquid of an electrolyte of the storage device;
  • 3rd a diagram illustrating a lithium-sulfur cell of the storage device; and
  • 4th another diagram illustrating cells of the memory device.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.Identical or functionally identical elements are provided with the same reference symbols in the figures.

1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen und geschnittenen Seitenansicht eine zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom ausgebildete Speichereinrichtung 10 für ein Kraftfahrzeug, welches vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere Personenkraftwagen, ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die auch als Energiespeicher bezeichnete Speichereinrichtung 10 aufweist. Das Kraftfahrzeug umfasst in seinem vollständig hergestellten Zustand ferner wenigstens eine elektrische Maschine, mittels welcher das Kraftfahrzeug elektrisch angetrieben werden kann. Das Kraftfahrzeug ist somit als Elektrofahrzeug oder aber als Hybridfahrzeug ausgebildet. Insbesondere kann das Kraftfahrzeug als batterieelektrisches Fahrzeug (BEV) ausgebildet sein. Um das Kraftfahrzeug elektrisch anzutreiben, wird die elektrische Maschine in den Motorbetrieb und somit als Elektromotor betrieben. Hierzu wird die elektrische Maschine mit in der Speichereinrichtung 10 gespeicherter elektrischer Energie versorgt. Um dabei besonders große elektrische Leistungen zum elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs realisieren zu können, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Speichereinrichtung 10 und die elektrische Maschine als Hochvolt-Komponenten ausgebildet sind, deren jeweilige elektrische Spannung, insbesondere elektrische Betriebsspannung, größer als 12 V ist und zumindest 48 V beträgt. Vorzugsweise ist die elektrische Spannung, insbesondere die elektrische Betriebsspannung, größer als 48 V, vorzugsweise größer als 50 V. Besonders bevorzugt beträgt die elektrische Spannung, insbesondere die elektrische Betriebsspannung, mehrere hundert Volt, um besonders große elektrische Leistungen zum elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs realisieren zu können. 1 shows a detail in a schematic and sectional side view of a storage device designed to store electrical energy or electrical current 10th for a motor vehicle, which is preferably designed as a motor vehicle, in particular a passenger car. This means that the motor vehicle in its completely manufactured state has the storage device, which is also referred to as an energy store 10th having. In its completely manufactured state, the motor vehicle further comprises at least one electrical machine by means of which the motor vehicle can be driven electrically. The motor vehicle is thus designed as an electric vehicle or as a hybrid vehicle. In particular, the motor vehicle can be designed as a battery-electric vehicle (BEV). In order to drive the motor vehicle electrically, the electrical machine is operated in motor mode and thus as an electric motor. For this purpose, the electrical machine is included in the storage device 10th stored electrical energy. In order to be able to realize particularly large electrical outputs for electrically driving the motor vehicle, it is preferably provided that the storage device 10th and the electrical machine is designed as a high-voltage component whose respective electrical voltage, in particular electrical operating voltage, is greater than 12 V and is at least 48 V. The electrical voltage, in particular the electrical operating voltage, is preferably greater than 48 V, preferably greater than 50 V. The electrical voltage, in particular the electrical operating voltage, is particularly preferably several hundred volts in order to be able to realize particularly large electrical outputs for electrically driving the motor vehicle can.

Die Speichereinrichtung 10 weist mehrere, elektrisch miteinander verbundene Speicherzellen auf, welche einfach auch als Zellen bezeichnet werden. Mittels der beziehungsweise in den Speicherzellen kann elektrische Energie beziehungsweise elektrischer Strom gespeichert werden, mit welcher beziehungsweise welchem die elektrische Maschine versorgt werden kann. Von den mehreren Speicherzellen der Speichereinrichtung 10 ist in 1 eine mit 12 bezeichnete Speicherzelle in einer schematischen und geschnittenen Seitenansicht dargestellt. Die vorherigen und folgenden Ausführungen zur Speicherzelle 12 können ohne weiteres auch auf die anderen Speicherzellen der Speichereinrichtung 10 übertragen werden und umgekehrt. Um auf Bauraum - in gewichtsgünstiger Weise eine besonders große Menge an elektrischer Energie in der Speichereinrichtung 10 speichern zu können, ist die Speicherzelle 12 als eine Lithium-Schwefel-Zelle ausgebildet, sodass die elektrische miteinander verbundenen Lithium-Schwefel-Zellen einen Lithium-Schwefel-Akkumulator der Speichereinrichtung 10 bilden.The storage device 10th has a plurality of electrically connected memory cells, which are simply referred to as cells. By means of or in the storage cells, electrical energy or electrical current can be stored, with which the electrical machine can be supplied. Of the multiple memory cells of the memory device 10th is in 1 a memory cell designated by 12 is shown in a schematic and sectional side view. The previous and following comments on the memory cell 12th can also easily on the other memory cells of the memory device 10th be transferred and vice versa. To save space - a particularly large amount of electrical energy in the storage device in a weight-favorable manner 10th To be able to save is the memory cell 12th formed as a lithium-sulfur cell, so that the electrically interconnected lithium-sulfur cells a lithium-sulfur accumulator of the storage device 10th form.

Die Speicherzelle 12 weist ein Zellgehäuse 14 auf, durch welches ein Aufnahmeraum 16 begrenzt ist. In dem Aufnahmeraum 16 ist wenigstens oder genau eine Elektrodenanordnung 18 aufgenommen. Außerdem ist in dem Aufnahmeraum 16 ein, insbesondere flüssiger, Elektrolyt 20 der Speicherzelle 12 (Lithium-Schwefel-Zelle) aufgenommen. Aus 1 ist erkennbar, dass die Elektrodenanordnung 18 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend vollständig, in dem Elektrolyten 20 aufgenommen beziehungsweise in den Elektrolyten 20 eingetaucht ist. Mittels der Elektrodenanordnung 18 und mittels des Elektrolyten 20 kann elektrische Energie in der Speicherzelle 12 gespeichert werden. Die Speicherzelle 12 weist auch Anschlüsse 22 und 24 auf, welche beispielsweise zumindest elektrisch mit der Elektrodenanordnung 18 verbunden sind. Über die Anschlüsse 22 und 24 kann elektrische Energie in die Speicherzelle 12 eingespeichert werden. Ferner kann die Speicherzelle 12 über die Anschlüsse 22 und 24 in der Speicherzelle 12 gespeicherte elektrische Energie bereitstellen und somit beispielsweise an die elektrische Maschine übertragen. The memory cell 12th has a cell housing 14 through which a recording room 16 is limited. In the recording room 16 is at least or exactly an electrode arrangement 18th added. It is also in the recording room 16 a, especially liquid, electrolyte 20th the memory cell 12th (Lithium-sulfur cell) added. Out 1 it can be seen that the electrode arrangement 18th at least partially, in particular at least predominantly completely, in the electrolyte 20th recorded or in the electrolyte 20th is immersed. By means of the electrode arrangement 18th and by means of the electrolyte 20th can electrical energy in the storage cell 12th get saved. The memory cell 12th also has connectors 22 and 24th which, for example, at least electrically with the electrode arrangement 18th are connected. Via the connections 22 and 24th can electrical energy into the storage cell 12th be saved. Furthermore, the memory cell 12th over the connections 22 and 24th in the memory cell 12th Provide stored electrical energy and thus transmit it to the electrical machine, for example.

Die Elektrodenanordnung 18 umfasst beispielsweise wenigstens oder genau eine Anode und wenigstens oder genau eine Kathode. Die Kathode und die Anode werden zusammenfassend auch als Elektroden bezeichnet. Eine der Elektroden ist beispielsweise elektrisch mit einem der Anschlüsse 22 und 24 verbunden, wobei die andere Elektrode mit dem entsprechend anderen Anschluss 24 beziehungsweise 22 elektrisch verbunden ist. Die jeweilige Lithium-Schwefel-Zelle weist beispielsweise nur Aktivmaterial insbesondere in Form von Schwefel in der Kathode auf.The electrode arrangement 18th comprises, for example, at least or exactly one anode and at least or exactly one cathode. The cathode and the anode are also referred to collectively as electrodes. For example, one of the electrodes is electrical with one of the connections 22 and 24th connected, the other electrode being connected to the corresponding other connection 24th respectively 22 is electrically connected. The respective lithium-sulfur cell has, for example, only active material, in particular in the form of sulfur in the cathode.

Um nun einen besonders sicheren Betrieb und eine besonders große Energiedichte der jeweiligen Lithium-Schwefel-Zelle und somit der Speichereinrichtung 10 insgesamt realisieren zu können, weist der Elektrolyt 20 wenigstens oder genau eine ionische Flüssigkeit sowie Dimethyltrisulfid (DMTS) auf. Insbesondere weist der Elektrolyt 20, welcher vorzugsweise bei Raumtemperatur beziehungsweise bei 24 Grad Celsius flüssig ist, ein, insbesondere flüssiges, Gemisch aus der ionischen Flüssigkeit und wenigstens einem weiteren, flüssigen Bestandteil auf, sodass der weitere flüssige Bestandteil eine weitere Flüssigkeit ist. Das Gemisch umfasst somit wenigstens die ionische Flüssigkeit und die weitere Flüssigkeit. Dabei ist das DMTS zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend vollständig, in dem Gemisch gelöst, sodass beispielsweise die weitere Flüssigkeit ein Lösemittel für das DMTS ist, und die ionische Flüssigkeit ist ein Co-Lösemittel für das DMTS.In order to ensure particularly safe operation and a particularly high energy density of the respective lithium-sulfur cell and thus of the storage device 10th To be able to implement the electrolyte 20th at least or exactly one ionic liquid and dimethyltrisulfide (DMTS). In particular, the electrolyte 20th , which is preferably liquid at room temperature or at 24 degrees Celsius, a, in particular liquid, mixture of the ionic liquid and at least one further liquid constituent, so that the further liquid constituent is a further liquid. The mixture thus comprises at least the ionic liquid and the further liquid. The DMTS is at least partially, in particular at least largely completely, dissolved in the mixture, so that, for example, the further liquid is a solvent for the DMTS, and the ionic liquid is a co-solvent for the DMTS.

Insbesondere kann der Elektrolyt 20 aus einer einmolaren Lösung von Lithiumbis(trifluormethylsulfon)imid (LiTFSI) in 1,2-dimethoxyethan (DME), 1,3-dioxolan (DOL), Dimethyltrisulfid (DMTS) und der ionischen Flüssigkeit (IL) gebildet sein. Somit umfasst beispielsweise die zuvor genannte weitere Flüssigkeit LiTFSI, DME und DOL, sodass das Gemisch insgesamt LiTFSI, DME, DOL und IL umfasst. Dabei ist in dem Gemisch das DMTS gelöst. In dem Gemisch liegen DME, DOL, DMTS und IL in dem Mischungsverhältnis 1:1:2:2 vor.In particular, the electrolyte 20th be formed from a one-molar solution of lithium bis (trifluoromethylsulfone) imide (LiTFSI) in 1,2-dimethoxyethane (DME), 1,3-dioxolane (DOL), dimethyltrisulfide (DMTS) and the ionic liquid (IL). Thus, for example, the aforementioned further liquid comprises LiTFSI, DME and DOL, so that the mixture as a whole comprises LiTFSI, DME, DOL and IL. The DMTS is dissolved in the mixture. DME, DOL, DMTS and IL are present in the mixture in the mixing ratio 1: 1: 2: 2.

Bei der ionischen Flüssigkeit handelt es sich vorzugsweise um 1-Methyl-3-Propylimidazolium bis(trifluormethylsufonyl)imid, deren Skelettformel und Valenzstrichformel in 2 gezeigt sind. Bei Versuchen wurde der beschriebene Elektrolyt 20 mit einem weiteren, auch als Vergleichselektrolyt bezeichneten Elektrolyten verglichen, wobei der weitere Elektrolyt ein Standardelektrolyt in Form einer dreimolaren Lösung aus LiTFSI in Ethylencarbonat (EC) und Dimethylcarbonat (DMC) ist.The ionic liquid is preferably 1-methyl-3-propylimidazolium bis (trifluoromethylsufonyl) imide, its skeletal formula and valence formula in 2nd are shown. The electrolyte described was used in experiments 20th compared with another electrolyte, also referred to as a reference electrolyte, the further electrolyte being a standard electrolyte in the form of a three-molar solution of LiTFSI in ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC).

3 zeigt ein Diagramm, auf dessen Abszisse 26 eine Zyklenanzahl aufgetragen ist, wo auf der Ordinate 28 die Kapazität von Schwefel in der Einheit mA/g aufgetragen ist. Ein in dem in 3 gezeigtes Diagramm eingetragener Verlauf 30 veranschaulicht einen Kapazitätsverlauf der Speicherzelle 12, dessen Kathode beispielsweise eine SPANbasierte Kathode ist (SPAN) (sulphorized poly(acrylonitrile) - geschwefeltes Polyacrylnitril). Die Anode der Speicherzelle 12 ist beispielsweise aus elementarem Lithium gebildet. 3rd shows a diagram on the abscissa 26 a number of cycles is plotted where on the ordinate 28 the capacity of sulfur is plotted in mA / g. One in the in 3rd shown diagram entered course 30th illustrates a capacity curve of the memory cell 12th whose cathode is, for example, a SPAN-based cathode (SPAN) (sulphorized poly (acrylonitrile) - sulfurized polyacrylonitrile). The anode of the memory cell 12th is formed, for example, from elemental lithium.

4 zeigt ein weiteres Diagramm, auf dessen Abszisse 32 die Kapazität von Schwefel in der Einheit mAh/g aufgetragen ist. Auf der Ordinate 34 ist die elektrische Spannung aufgetragen. Somit sind in das in 4 gezeigte Diagramm eingetragene Verläufe 36 und 38 Spannungs-Kapazitäts-Verläufe, wobei der Verlauf 36 ein Spannungs-KapazitätsVerlauf einer Initialentladung von zwei ersten Zellen und der Verlauf 38 ein Spannungs-Kapazitäts-Verlauf einer Initialentladung von zwei zweiten Zellen ist. Die ersten zwei Zellen sind beispielsweise zwei der zuvor beschriebenen Lithium-Schwefel-Zellen, sodass die jeweilige erste Zelle der Speicherzelle 12 beziehungsweise deren Aufbau entspricht. Die jeweilige zweite Zelle entspricht beispielsweise der Speicherzelle 12, mit dem Unterschied, dass anstelle des beschriebenen Elektrolyten 20 der zuvor beschriebene Standardelektrolyt vorgesehen ist. Aus 4 ist erkennbar, dass die jeweilige erste Zelle beziehungsweise die Speicherzelle 12 eine wesentlich höhere Entladekapazität als die jeweilige zweite Zelle bereitstellen kann. Somit kann durch Verwendung des Elektrolyten 20 ein besonders sicherer Betrieb und eine hohe Energiedichte realisiert werden. 4th shows another diagram on the abscissa 32 the capacity of sulfur is plotted in mAh / g. On the ordinate 34 the electrical voltage is plotted. Thus, in that 4th shown graph entered curves 36 and 38 Voltage-capacity curves, the course 36 a voltage-capacity curve of an initial discharge of two first cells and the curve 38 is a voltage-capacity curve of an initial discharge of two second cells. The first two cells are, for example, two of the lithium-sulfur cells described above, so that the respective first cell of the memory cell 12th or their structure corresponds. The respective second cell corresponds, for example, to the memory cell 12th , with the difference that instead of the described electrolyte 20th the standard electrolyte described above is provided. Out 4th it can be seen that the respective first cell or the memory cell 12th can provide a significantly higher discharge capacity than the respective second cell. Thus, by using the electrolyte 20th particularly safe operation and high energy density can be achieved.

BezugszeichenlisteReference list

1010th
SpeichereinrichtungStorage device
1212th
SpeicherzelleMemory cell
1414
ZellgehäuseCell housing
1616
AufnahmeraumRecording room
1818th
ElektrodenanordnungElectrode arrangement
2020th
Elektrolytelectrolyte
2222
Anschlussconnection
2424th
Anschlussconnection
2626
AbszesseAbscesses
2828
Ordinateordinate
3030th
Verlaufcourse
3232
Abszisseabscissa
3434
Ordinateordinate
3636
Verlaufcourse
3838
Verlaufcourse

Claims (8)

Elektrolyt (20) für eine Lithium-Schwefel-Zelle (12) zum Speichern von elektrischer Energie, mit wenigstens einer ionischen Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt (20) zumindest Dimethyltrisulfid aufweist.Electrolyte (20) for a lithium-sulfur cell (12) for storing electrical energy, with at least one ionic liquid, characterized in that the electrolyte (20) has at least dimethyl trisulfide. Elektrolyt (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dimethyltrisulfid zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in der ionischen Flüssigkeit gelöst ist.Electrolyte (20) after Claim 1 , characterized in that the dimethyl trisulfide is at least partially, in particular at least predominantly or completely, dissolved in the ionic liquid. Elektrolyt (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt (20) wenigstens einen zusätzlich zu dem Dimethyltrisulfid und zusätzlich zu der ionischen Flüssigkeit vorgesehenen, von Dimethyltrisulfid und von einer ionischen Flüssigkeit unterschiedlichen Bestandteil aufweist.Electrolyte (20) after Claim 1 or 2nd , characterized in that the electrolyte (20) has at least one component which is provided in addition to the dimethyltrisulfide and in addition to the ionic liquid and which is different from dimethyltrisulfide and from an ionic liquid. Elektrolyt (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bestandteil eine weitere Flüssigkeit ist.Electrolyte (20) after Claim 3 , characterized in that the component is another liquid. Elektrolyt (20) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dimethyltrisulfid zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in der weiteren Flüssigkeit gelöst ist. Electrolyte (20) after Claim 4 , characterized in that the dimethyl trisulfide is at least partially, in particular at least predominantly or completely, dissolved in the further liquid. Elektrolyt (20) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Bestandteil zumindest Dimethoxyethan und/oder Lithiumbis(trifluormethylsulfon)imid und/oder Dioxolan aufweist.Electrolyte (20) according to one of the Claims 3 to 5 , characterized in that the further component comprises at least dimethoxyethane and / or lithium bis (trifluoromethylsulfone) imide and / or dioxolane. Elektrolyt (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ionische Flüssigkeit 1-Methyl-3-propylimidazoliumbis(trifluormethylsufonyl)imid aufweist.Electrolyte (20) according to one of the preceding claims, characterized in that the ionic liquid has 1-methyl-3-propylimidazoliumbis (trifluoromethylsufonyl) imide. Speichereinrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Lithium-Schwefel-Akkumulator zum Speichern von elektrischer Energie, wobei der Lithium-Schwefel-Akkumulator mehreren Lithium-Schwefel-Zellen (12) aufweist, die jeweils einen Elektrolyt nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweisen.Storage device (10) for a motor vehicle, with at least one lithium-sulfur battery for storing electrical energy, the lithium-sulfur battery having a plurality of lithium-sulfur cells (12), each of which has an electrolyte according to one of the preceding claims .
DE102018007901.6A 2018-10-04 2018-10-04 Electrolyte for a lithium-sulfur cell for storing electrical energy and storage device for a motor vehicle Withdrawn DE102018007901A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018007901.6A DE102018007901A1 (en) 2018-10-04 2018-10-04 Electrolyte for a lithium-sulfur cell for storing electrical energy and storage device for a motor vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018007901.6A DE102018007901A1 (en) 2018-10-04 2018-10-04 Electrolyte for a lithium-sulfur cell for storing electrical energy and storage device for a motor vehicle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102018007901A1 true DE102018007901A1 (en) 2020-04-09

Family

ID=69886197

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102018007901.6A Withdrawn DE102018007901A1 (en) 2018-10-04 2018-10-04 Electrolyte for a lithium-sulfur cell for storing electrical energy and storage device for a motor vehicle

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102018007901A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111628221A (en) * 2020-06-18 2020-09-04 合肥国轩高科动力能源有限公司 Lithium-sulfur secondary battery electrolyte

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111628221A (en) * 2020-06-18 2020-09-04 合肥国轩高科动力能源有限公司 Lithium-sulfur secondary battery electrolyte

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2804252B1 (en) Battery group of a battery with two different cell types
EP3734724B1 (en) Rechargeable battery cell
DE102010031543A1 (en) Battery containing a bimetal
DE102013016560A1 (en) Rechargeable electrochemical battery cell
DE112011100279T5 (en) Battery cell module for a modular battery with a nested separating element
DE102014220953A1 (en) Electrode for a combination of supercapacitor and battery and process for their preparation
DE102015218433A1 (en) Hybrid supercapacitor
DE102016221172A1 (en) Optimized hybrid supercapacitor
DE102015223610A1 (en) New pretreatment method for active materials for lithium-ion batteries
DE102015224094A1 (en) Hybrid supercapacitor
DE102018007901A1 (en) Electrolyte for a lithium-sulfur cell for storing electrical energy and storage device for a motor vehicle
WO2008141865A1 (en) Electrochemical energy accumulator and method for the operation thereof
DE102016209963A1 (en) Electrolyte additives for hybrid supercapacitors for reducing charge transfer resistance and hybrid supercapacitor comprising the same
WO2009089823A1 (en) Energy store and on-board network having such an energy store
DE102018205299A1 (en) Process for producing a layer structure for a lithium-ion solid-state accumulator
EP4040557A1 (en) Use of an air-stable solid electrolyte
DE102014210499B4 (en) New pretreatment method for anodes in lithium ion batteries
DE102010034543A1 (en) Electrochemical cell with at least one pressure relief device
DE102020111237A1 (en) Lithium ion battery and method of making a lithium ion battery
DE102020111235A1 (en) Lithium ion battery and method of making a lithium ion battery
DE102018003328B4 (en) Method for producing a battery cell, preferably a Li-ion bi-stack cell with solid
DE102021200570A1 (en) battery of a motor vehicle
DE102019209816A1 (en) Electrolyte and battery cell with such an electrolyte
DE102007031477A1 (en) Electrolytes for electrochemical devices
WO2023041551A1 (en) Vehicle with an electric energy storage device

Legal Events

Date Code Title Description
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: DEUTSCHE INSTITUTE FUER TEXTIL- UND FASERFORSC, DE

Free format text: FORMER OWNER: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE

Owner name: DAIMLER AG, DE

Free format text: FORMER OWNER: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: DEUTSCHE INSTITUTE FUER TEXTIL- UND FASERFORSC, DE

Free format text: FORMER OWNERS: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE; DEUTSCHE INSTITUTE FUER TEXTIL- UND FASERFORSCHUNG DENKENDORF (DITF), 73770 DENKENDORF, DE

Owner name: DAIMLER AG, DE

Free format text: FORMER OWNERS: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE; DEUTSCHE INSTITUTE FUER TEXTIL- UND FASERFORSCHUNG DENKENDORF (DITF), 73770 DENKENDORF, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: HOFSTETTER, SCHURACK & PARTNER PATENT- UND REC, DE

Representative=s name: HOFSTETTER, SCHURACK & PARTNER - PATENT- UND R, DE

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee