DE102018206383A1 - Verfahren zum Betreiben einer Lithiumionenbatterie, Lithiumionenbatterie und Kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer Lithiumionenbatterie, Lithiumionenbatterie und Kraftfahrzeug Download PDF

Info

Publication number
DE102018206383A1
DE102018206383A1 DE102018206383.4A DE102018206383A DE102018206383A1 DE 102018206383 A1 DE102018206383 A1 DE 102018206383A1 DE 102018206383 A DE102018206383 A DE 102018206383A DE 102018206383 A1 DE102018206383 A1 DE 102018206383A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
lithium
ion battery
electrolyte
compounds
solvent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102018206383.4A
Other languages
English (en)
Inventor
Dave Andre
Christoph Bauer
Simon Nürnberger
Jakub Reiter
Sebastian Scharner
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.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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 Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to DE102018206383.4A priority Critical patent/DE102018206383A1/de
Priority to KR1020207028894A priority patent/KR102501326B1/ko
Priority to CN201980026928.8A priority patent/CN112042032A/zh
Priority to JP2020559386A priority patent/JP2021522656A/ja
Priority to EP19714651.7A priority patent/EP3785317A1/de
Priority to US17/050,290 priority patent/US11996513B2/en
Priority to PCT/EP2019/058023 priority patent/WO2019206563A1/de
Publication of DE102018206383A1 publication Critical patent/DE102018206383A1/de
Priority to JP2024028420A priority patent/JP2024069265A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0569—Liquid materials characterised by the solvents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0567—Liquid materials characterised by the additives
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0568—Liquid materials characterised by the solutes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/615—Heating or keeping warm
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/654—Means for temperature control structurally associated with the cells located inside the innermost case of the cells, e.g. mandrels, electrodes or electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025—Organic electrolyte
    • H01M2300/0028—Organic electrolyte characterised by the solvent
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Lithiumionenbatterie (1) umfassend mindestens eine Lithiumionenzelle und eine Heizvorrichtung (2), wobei die Heizvorrichtung (2) eingerichtet ist, die Lithiumionenbatterie (1) in einem Temperaturbereich zwischen 5 und 90 °C zu betreiben, wobei die Lithiumionenzelle eine Anode (4), eine Kathode (5), einen Separator (6), einen Stromableiter (7) und einen Elektrolyt (3) umfasst, wobei das Verfahren einen Schritt des Betreibens der Lithiumionenbatterie (1) in einem Temperaturbereich zwischen 5 und 90 °C umfasst, und wobei der Elektrolyt (3): LiBOB als Leitsalz und mindestens eines ausgewählt aus: PC und EC als Lösungsmittel oder LiFSI und/oder LiDFOB als Leitsalz und mindestens einen Glycolether und/oder DMC als Lösungsmittel oder LiFSI und/oder LiTFSI und/oder LiDFOB und/oder LiTDI als Leitsalz und mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus: Imidazoliumverbindungen, Pyrrolidiniumverbindungen und Piperidiniumverbindungen als Lösungsmittel enthält.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Lithiumionenbatterie, eine Lithiumionenbatterie und ein Kraftfahrzeug mit hoher Anwendungssicherheit und Lebensdauer.
  • Lithiumionenbatterien werden bislang auf einen Betrieb in einem Temperaturbereich von -40 °C bis + 60 °C ausgelegt. Um Leistungsverluste bei tiefen Temperaturen zu vermeiden, wird der Zellkern mittels einer Heizung auf eine angemessene Temperatur gebracht, wie es beispielsweise aus DE 102012210146 A1 bekannt ist. Durch die Anforderungen an die Lithiumionenbatterie auch bei tiefen Temperaturen zu funktionieren, ist es erforderlich, niedrigsiedende Lösungsmittel einzusetzen, die wiederum bei hohen Temperaturen Nachteile in der Gesamtsicherheit der Batterie mit sich bringen, z.B. aufgrund von höherem Druckaufbau, höherer Neigung zur Bildung von explosiven Luft-Lösungsmittelgemischen und dergleichen. Dies erfordert den Einsatz einer Kühlung. In Summe ist der Aufbau einer derartigen Lithiumionenbatterie sehr aufwendig und birgt Risiken in der Sicherheit und damit auch der Langlebigkeit der Lithiumionenbatterie.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Lithiumionenbatterie sowie eine Lithiumionenbatterie und ein Kraftfahrzeug, das eine solche Lithiumionenbatterie umfasst, anzugeben, die sich durch eine hohe Anwendersicherheit und hohe Lebensdauer der Lithiumionenbatterie bei gleichzeitig einfachem strukturellen Aufbau derselben auszeichnen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.
  • Somit wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Lithiumionenbatterie, die insbesondere als Lithiumionenakkumulator ausgebildet ist, und die mindestens eine Lithiumionenzelle, zumeist mehrere gestapelte Lithiumionenzellen, und eine Heizvorrichtung umfasst. Jede Lithiumionenzelle umfasst ferner eine Anode, eine Kathode, einen Separator, einen Stromableiter und einen Elektrolyt. Die Heizvorrichtung ist dabei eingerichtet die Lithiumionenbatterie in einem Temperaturbereich zwischen 5 und 90 °C zu betreiben.
  • Erfindungsgemäß wird die Lithiumionenzelle somit insbesondere durch Anwendung der Heizvorrichtung ausschließlich in einem Temperaturbereich zwischen 5 und 90 °C, und insbesondere zwischen 10 und 80 °C, betrieben. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Lithiumionenbatterie lediglich in positiven Temperaturbereichen betrieben wird und auch nur daraufhin ausgelegt ist. Hierdurch ergeben sich viele Vorteile: es können z.B. Leitsalze eingesetzt werden, die sonst bei tiefen Temperaturen nicht eingesetzt werden können. Diese zeichnen sich oftmals durch eine höhere Stabilität aus, was sich in einer dauerhaft guten Leistungsausbeute der Lithiumionenbatterie widerspiegelt. Auch wird es möglich sicherheitsoptimierende, lebensdaueroptimierende, spannungslagenoptimierende und kostenoptimierende Lösungsmittel einzusetzen.
  • Somit umfasst der Elektrolyt entweder LiBOB (Lithiumbisoxalatoborat) als Leitsalz und mindestens ein Lösungsmittel, ausgewählt aus: PC (Propylencarbonat), EC (Ethylencarbonat) und Mischungen daraus. Dieser Elektrolyt enthält kein LiPF6, das zur Bildung von HF neigt. Somit wird die Anwendersicherheit verbessert. Die Lösungsmittel weisen hohe Siedepunkte auf, was die Sicherheit im Betrieb der Lithiumionenbatterie deutlich erhöht. Zudem ist dieser Elektrolyt sehr gut kompatibel mit Graphit, der meist in den Elektroden der Batterie, insbesondere auf der Anodenseite, vorhanden ist, so dass die Lebensdauer der Lithiumionenbatterie erhöht wird. LiBOB zeichnet sich zudem durch eine hohe thermische Stabilität aus, was der Lebensdauer der Lithiumionenbatterie ebenfalls zuträglich ist.
  • Alternativ umfasst der Elektrolyt LiFSI (Lithiumbis(fluorsulfonyl)imidat) und/oder LiDFOB (Lithiumdifluoroxalatoborat) als Leitsalz und mindestens einen Glycolether und/oder DMC (Dimethylcarbonat) als Lösungsmittel. Es können auch mehrere Glycolether eingesetzt werden. Auch in Kombination mit DMC. Auch dieser Elektrolyt enthält kein LiPF6, das zur Bildung von HF neigt, wodurch die Anwendersicherheit der Lithiumionenbatterie verbessert wird. Zudem sind die verwendeten Leitsalze sehr stabil. Glycolether und DMC weisen üblicherweise hohe Siedepunkte auf, so dass auch unter diesem Gesichtspunkt die Lebensdauer und Sicherheit der Lithiumionenbatterie verbessert werden.
  • Als weitere Alternative umfasst der Elektrolyt LiFSI (Lithiumbis(fluorsulfonyl)imidat) und/oder LiTFSI (Lithiumbis(trifluormethan)sulfonimidat) und/oder LiDFOB (Lithiumdifluoroxalatoborat) und/oder LiTDI (Lithium-4,5-dicyano-2-(trifluormethyl)imidazol als Leitsalz und mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus: Imidazoliumverbindungen, Pyrrolidiniumverbindungen und Piperidiniumverbindungen als Lösungsmittel. Dies bedeutet, dass sowohl eine oder mehrere Imidazoliumverbindungen, eine oder mehrere Pyrrolidiniumverbindungen oder eine oder mehrere Imidazoliumverbindungen oder beliebige Kombinationen dieser Verbindungen als Lösungsmittel eingesetzt werden können. Die vorstehend genannten Lösungsmittel zeichnen sich durch niedrige Dampfdrücke aus, sind bis zu etwa 200 °C nicht brennbar und haben hohe Flammpunkte. Somit werden durch die Verwendung dieses Elektrolyten die Anwendersicherheit und die Lebensdauer der Lithiumionenbatterie deutlich erhöht. Auch dieser Elektrolyt enthält kein LiPF6, das zur Bildung von HF neigt, wodurch die Anwendersicherheit der Lithiumionenbatterie weiter verbessert wird. Zudem zeichnen sich die Leitsalze durch eine hohe thermische Stabilität aus, was auch der thermischen Stabilität der Lithiumionenbatterie zuträglich ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit den Betrieb einer Lithiumionenbatterie mit hoher Anwendersicherheit, guter thermischer Stabilität und damit sehr guter Langlebigkeit der Batterie bei hoher Leistungsdichte und Spannungslage. Durch die Auslegung des Betriebs der Lithiumionenbatterie auf einen Temperaturbereich von 5 bis 90 °C entfällt zudem die Notwendigkeit einer Kühlung, was das Verfahren deutlich vereinfacht. Zudem ermöglicht dies weitere Gestaltungsmöglichkeiten im Material und Design der Lithiumionenbatterie.
  • Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung zum Inhalt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass wenn der Elektrolyt LiFSI und/oder LiDFOB als Leitsalz und mindestens einen Glycolether und/oder DMC als Lösungsmittel enthält, eine Gesamtkonzentration der Leitsalze mehr als 3 M bis 10 M, vorzugsweise 4 M bis 7 M, ist. Dies verbessert die Leistungsdichte der Lithiumionenbatterie bei sehr guter Langzeitstabilität.
  • Aufgrund der sehr guten Stabilität unter thermischer Belastung und hohen Verfügbarkeit ist der Glycolether vorzugsweise ausgewählt aus: 1,1-Dimethoxyethan, 1,2-Dimethoxyethan, Bis(2-methoxyethyl)ether und Mischungen daraus.
  • Zur weiteren Verbesserung der Temperaturstabilität haben die Imidazoliumverbindungen, Pyrrolidiniumverbindungen und Piperidiniumverbindungen ein fluoriertes Anion.
  • Besonders vorteilhaft aufgrund des geringen Dampfdrucks, des hohen Flammpunktes und der geringen Brennbarkeit ist die Pyrrolidiniumverbindung 1-Propyl-1-methylpyrrolidiniumbis(fluorsulfonyl)imid.
  • Die Anwendersicherheit kann weiterhin durch die vorteilhafte Weiterbildung verbessert werden, gemäß der der Elektrolyt frei ist von fluorierten Leitsalzen, insbesondere von LiPF6.
  • Aus Gründen der Erhöhung der Langzeitstabilität ist es vorteilhaft, wenn der Elektrolyt vor Inbetriebnahme der Lithiumionenbatterie ferner mindestens ein Korrosionsschutzadditiv, insbesondere mindestens ein Fluor enthaltendes Korrosionsschutzadditiv, umfasst. Geeignete Korrosionsschutzadditive kann der Fachmann dabei aus handelsüblichen Korrosionsschutzadditiven auswählen. Als Korrosionsschutzadditiv für Aluminium kann insbesondere LiPF6 in geringen Mengen, d.h. mit maximal 3 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse des Elektrolyten, eingesetzt werden. Das LiPF6 wird dabei bei Inbetriebnahme der Lithiumionenbatterie vollständig für das Ausbilden einer Korrosionsschutzschicht auf aluminiumhaltigen Oberflächen, wie z.B. dem Gehäuse oder den Stromableitern, verbraucht und ist damit nicht mehr Bestandteil des Elektrolyten.
  • Zur weiteren Vereinfachung der Verfahrensführung ist die Heizvorrichtung eine Zellinterne-Heizvorrichtung. Dies bedeutet, dass die Heizvorrichtung direkt im Inneren der Zelle zwischen z.B. so genannten Jelly Rolls oder Elektrodenstapeln, angeordnet ist, so dass die Wärmezuführung bei hoher Effizienz deutlich erleichtert wird. Alternativ kann die Heizvorrichtung auch außen am Zellgehäuse angeordnet sein, wobei die Heizenergie aus der Zelle selbst kommt, analog zur zellinternen Heizung. Die Heizvorrichtung kann beispielhaft in Form von Heizmatten ausgebildet sein.
  • Ein weiterer erfindungsgemäßer Aspekt betrifft eine Lithiumionenbatterie, die insbesondere als Lithiumionen-Akkumulator ausgebildet ist, und die mindestens eine Lithiumionenzelle und eine Heizvorrichtung, insbesondere in Form einer Zellinternen-Heizvorrichtung, wobei die Heizvorrichtung eingerichtet ist, die Lithiumionenbatterie in einem Temperaturbereich zwischen 5 und 90 °C zu betreiben, umfasst, wobei die Lithiumionenzelle eine Anode, eine Kathode, einen Separator, einen Stromableiter und einen Elektrolyt umfasst, und wobei der Elektrolyt LiBOB als Leitsalz und mindestens eines ausgewählt aus: PC und EC als Lösungsmittel oder LiFSI und/oder LiDFOB als Leitsalz und mindestens einen Glycolether und/oder DMC als Lösungsmittel oder LiFSI und/oder LiTFSI und/oder LiDFOB und/oder LiTDI als Leitsalz und mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus: Imidazoliumverbindungen, Pyrrolidiniumverbindungen und Piperidiniumverbindungen als Lösungsmittel enthält. Die erfindungsgemäße Lithiumionenbatterie wird insbesondere durch Anwendung der Heizvorrichtung in einem Temperaturbereich von 5 bis 90 °C, insbesondere von 10 bis 80 °C, betrieben und zeichnet sich aufgrund des erfindungsgemäß ausgestalteten Elektrolyten in Kombination mit der Heizvorrichtung bei hoher Leistungsdichte durch eine hohe Anwendersicherheit, eine lange Lebensdauer und hohe Gestaltungsfreiheit hinsichtlich Design und Materialien aus.
  • Bezüglich der Vorteile, vorteilhaften Effekte und Erläuterungen wird ergänzend Bezug genommen auf die Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Lithiumionenbatterie. Darüber hinaus wird angeführt, dass das erfindungsgemäße Verfahren geeignet ist mittels der erfindungsgemäßen Lithiumionenbatterie angewendet zu werden, bzw. die erfindungsgemäße Lithiumionenbatterie geeignet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Somit finden die Vorteile, vorteilhaften Effekte und Weiterbildungen wechselseitig Anwendung.
  • Als weiterer erfindungsgemäßer Aspekt wird auch ein Kraftfahrzeug beschrieben, das eine wie vorstehend offenbarte Lithiumionenbatterie umfasst. Das Kraftfahrzeug zeichnet sich durch eine dauerhaft hohe Leistung und sichere Anwendung aus. Aufgrund der vorgesehenen Heizvorrichtung entfällt die Notwendigkeit der Kühlung der Lithiumionenbatterie, so dass auch kein Kühlkreislauf vorgesehen werden muss, der die Kompaktheit des Kraftfahrzeugs beeinträchtigen könnte.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Figur. Es zeigt:
    • 1 eine schematische Schnittansicht einer Lithiumionenbatterie gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • In den Figuren sind nur die wesentlichen Merkmale der vorliegenden Erfindung gezeigt. Alle übrigen Merkmale sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen.
  • Im Detail zeigt 1 eine Lithiumionenbatterie 1, die insbesondere als Lithiumionenakkumulator ausgebildet ist, und die eine Lithiumionenzelle und eine Heizvorrichtung 2 umfasst. Die Heizvorrichtung 2 ist in Form einer Zellinternen-Heizvorrichtung ausgebildet. Hierbei versteht es sich von selbst, dass eine Lithiumionenbatterie mehrere, insbesondere gestapelte Lithiumionenzellen umfassen kann.
  • Die Lithiumionenzelle umfasst eine Anode 4, eine Kathode 5, einen Separator 6, Stromableiter 7 und einen Elektrolyt 3. Die Anode 4 und die Kathode 5 sind wie gewöhnlich ausgebildet und umfassen üblicherweise ein Kohlenstoffträgermaterial. Der Elektrolyt 3 kann in der Anode 4, der Kathode 5 und dem Separator 6 und ggf. auch in den Separatoren 7 vorhanden sein und umfasst LiBOB als Leitsalz und mindestens ein Lösungsmittel, ausgewählt aus: PC und EC, wobei auch Mischungen aus PC und EC zur Anwendung kommen können. Alternativ kann der Elektrolyt 3 LiFSI und/oder LiDFOB als Leitsalz und mindestens einen Glycolether und/oder DMC als Lösungsmittel oder LiFSI und/oder LiTFSI und/oder LiDFOB und/oder LiTDI als Leitsalz und mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus: Imidazoliumverbindungen, Pyrrolidiniumverbindungen und Piperidiniumverbindungen als Lösungsmittel enthalten. Die erfindungsgemäße Lithiumionenbatterie 1 ist üblicherweise in einem Gehäuse angeordnet und wird insbesondere durch Anwendung der Heizvorrichtung 2 in einem Temperaturbereich von 5 bis 90 °C, insbesondere von 10 bis 80 °C, betrieben.
  • Aufgrund des bestimmungsgemäßen Gebrauchs der Lithiumionenbatterie 1 und des spezifisch ausgestalteten Elektrolyten 3 können bei hoher Leistungsdichte eine hohe Anwendersicherheit, eine lange Lebensdauer und hohe Gestaltungsfreiheit hinsichtlich Design und Materialien erzielt werden. Die Lithiumionenbatterie 1 eignet sich aufgrund der kompakten Struktur, der sehr guten thermischen Stabilität, der hohen Anwendersicherheit und der hohen Langlebigkeit bei sehr guter Leistungsdichte insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Lithiumionenbatterie
    2
    Heizvorrichtung
    3
    Elektrolyt
    4
    Anode
    5
    Kathode
    6
    Separator
    7
    Stromableiter
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012210146 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Lithiumionenbatterie (1) umfassend mindestens eine Lithiumionenzelle und eine Heizvorrichtung (2), wobei die Heizvorrichtung (2) eingerichtet ist, die Lithiumionenbatterie (1) in einem Temperaturbereich zwischen 5 und 90 °C zu betreiben, wobei die Lithiumionenzelle eine Anode (4), eine Kathode (5), einen Separator (6), einen Stromableiter (7) und einen Elektrolyt (3) umfasst, wobei das Verfahren einen Schritt des Betreibens der Lithiumionenbatterie (1) in einem Temperaturbereich zwischen 5 und 90 °C umfasst, und wobei der Elektrolyt (3): a) LiBOB als Leitsalz und mindestens eines ausgewählt aus: PC und EC als Lösungsmittel oder b) LiFSI und/oder LiDFOB als Leitsalz und mindestens einen Glycolether und/oder DMC als Lösungsmittel oder c) LiFSI und/oder LiTFSI und/oder LiDFOB und/oder LiTDI als Leitsalz und mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus: Imidazoliumverbindungen, Pyrrolidiniumverbindungen und Piperidiniumverbindungen als Lösungsmittel enthält.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei wenn der Elektrolyt (3) LiFSI und/oder LiDFOB als Leitsalz und mindestens einen Glycolether und/oder DMC als Lösungsmittel enthält, eine Gesamtkonzentration der Leitsalze mehr als 3 M bis 10 M, vorzugsweise 4 M bis 7 M, ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Glycolether ausgewählt ist aus: 1,1-Dimethoxyethan, 1,2-Dimethoxyethan, Bis(2-methoxyethyl)ether und Mischungen daraus.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Imidazoliumverbindungen, Pyrrolidiniumverbindungen und Piperidiniumverbindungen ein fluoriertes Anion haben.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, wobei die Pyrrolidiniumverbindung 1-Propyl-1-methylpyrrolidiniumbis(fluorsulfonyl)imid ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Elektrolyt (3) frei ist von fluorierten Leitsalzen.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Elektrolyt (3) vor Inbetriebnahme der Lithiumionenbatterie (1) ferner mindestens ein Fluor enthaltendes Korrosionsschutzadditiv umfasst.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Heizvorrichtung (2) eine Zellinterne-Heizvorrichtung ist.
  9. Lithiumionenbatterie umfassend mindestens eine Lithiumionenzelle (1) und eine Heizvorrichtung (2), wobei die Heizvorrichtung (2) eingerichtet ist, die Lithiumionenbatterie (1) in einem Temperaturbereich zwischen 5 und 90 °C zu betreiben, wobei die Lithiumionenzelle eine Anode (4), eine Kathode (5), einen Separator (6), einen Stromableiter (7) und einen Elektrolyt (3) umfasst, und wobei der Elektrolyt (3): a) LiBOB als Leitsalz und mindestens eines ausgewählt aus: PC und EC als Lösungsmittel oder b) LiFSI und/oder LiDFOB als Leitsalz und mindestens einen Glycolether und/oder DMC als Lösungsmittel oder c) LiFSI und/oder LiTFSI und/oder LiDFOB und/oder LiTDI als Leitsalz und mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus: Imidazoliumverbindungen, Pyrrolidiniumverbindungen und Piperidiniumverbindungen als Lösungsmittel enthält.
  10. Kraftfahrzeug umfassend eine Lithiumionenbatterie (1) nach Anspruch 9.
DE102018206383.4A 2018-04-25 2018-04-25 Verfahren zum Betreiben einer Lithiumionenbatterie, Lithiumionenbatterie und Kraftfahrzeug Pending DE102018206383A1 (de)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018206383.4A DE102018206383A1 (de) 2018-04-25 2018-04-25 Verfahren zum Betreiben einer Lithiumionenbatterie, Lithiumionenbatterie und Kraftfahrzeug
KR1020207028894A KR102501326B1 (ko) 2018-04-25 2019-03-29 리튬 이온 배터리를 작동하기 위한 방법, 리튬 이온 배터리 및 자동차
CN201980026928.8A CN112042032A (zh) 2018-04-25 2019-03-29 用于运行锂离子电池的方法、锂离子电池和机动车
JP2020559386A JP2021522656A (ja) 2018-04-25 2019-03-29 リチウムイオン電池の作動方法、リチウムイオン電池および自動車
EP19714651.7A EP3785317A1 (de) 2018-04-25 2019-03-29 Verfahren zum betreiben einer lithiumionenbatterie, lithiumionenbatterie und kraftfahrzeug
US17/050,290 US11996513B2 (en) 2018-04-25 2019-03-29 Method for operating a lithium ion battery, lithium ion battery, and motor vehicle
PCT/EP2019/058023 WO2019206563A1 (de) 2018-04-25 2019-03-29 Verfahren zum betreiben einer lithiumionenbatterie, lithiumionenbatterie und kraftfahrzeug
JP2024028420A JP2024069265A (ja) 2018-04-25 2024-02-28 リチウムイオン電池の作動方法、リチウムイオン電池および自動車

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018206383.4A DE102018206383A1 (de) 2018-04-25 2018-04-25 Verfahren zum Betreiben einer Lithiumionenbatterie, Lithiumionenbatterie und Kraftfahrzeug

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102018206383A1 true DE102018206383A1 (de) 2019-10-31

Family

ID=65995754

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102018206383.4A Pending DE102018206383A1 (de) 2018-04-25 2018-04-25 Verfahren zum Betreiben einer Lithiumionenbatterie, Lithiumionenbatterie und Kraftfahrzeug

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11996513B2 (de)
EP (1) EP3785317A1 (de)
JP (2) JP2021522656A (de)
KR (1) KR102501326B1 (de)
CN (1) CN112042032A (de)
DE (1) DE102018206383A1 (de)
WO (1) WO2019206563A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7255434B2 (ja) * 2019-09-17 2023-04-11 Tdk株式会社 リチウム二次電池

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100178555A1 (en) * 2007-06-29 2010-07-15 Adam Samuel Best Lithium energy storage device
DE102012210146A1 (de) * 2012-06-15 2013-12-19 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Heizen einer Batterie, Batterie und Kraftfahrzeug mit Batterie
US20160233549A1 (en) * 2015-02-09 2016-08-11 SolidEnergy Systems High Salt Concentration Electrolytes For Rechargeable Lithium Battery
US9502708B2 (en) * 2013-10-11 2016-11-22 Ec Power, Llc Ohmically modulated battery
US20170373284A1 (en) * 2016-06-23 2017-12-28 Government Of The United States As Represented By The Secretary Of The Air Force Bendable, creasable, and printable batteries with enhanced safety and high temperture stability - methods of fabrication, and methods of using the same

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19829030C1 (de) 1998-06-30 1999-10-07 Metallgesellschaft Ag Lithium-bisoxalatoborat, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung
US20060012342A1 (en) * 2002-07-17 2006-01-19 Mathews Associates, Inc. Self-heating battery that automatically adjusts its heat setting
US20070099080A1 (en) * 2005-10-28 2007-05-03 Pickett David F Jr Thermal battery with reduced operational temperature
JP2008021569A (ja) 2006-07-14 2008-01-31 Toyota Motor Corp 二次電池システム
CN101897071B (zh) * 2007-12-21 2014-04-30 加拿大巴斯姆有限公司 用于锂聚合物电池组的电解质
US8101302B2 (en) 2008-02-12 2012-01-24 3M Innovative Properties Company Redox shuttles for high voltage cathodes
FR2933814B1 (fr) 2008-07-11 2011-03-25 Commissariat Energie Atomique Electrolytes liquides ioniques comprenant un surfactant et dispositifs electrochimiques tels que des accumulateurs les comprenant
JP2010282836A (ja) * 2009-06-04 2010-12-16 Nissan Motor Co Ltd リチウムイオン二次電池
CN101710631A (zh) 2009-12-16 2010-05-19 奇瑞汽车股份有限公司 一种锂离子动力电池加热装置
WO2011096032A1 (ja) 2010-02-03 2011-08-11 パナソニック株式会社 電源装置
JPWO2013141242A1 (ja) 2012-03-21 2015-08-03 新神戸電機株式会社 イオン液体を用いたリチウムイオン二次電池及びリチウムイオン二次電池モジュール並びにこれらの保温装置
CN104885286B (zh) * 2012-12-20 2018-03-13 索尔维公司 含n杂环阴离子的盐作为电解质中的组分
CN103094610B (zh) 2013-01-30 2015-12-23 江西优锂新材股份有限公司 一种锂离子电池用离子液体混合电解质
US20150000118A1 (en) 2013-06-26 2015-01-01 Xin Zhao Method for manufacturing graphene-incorporated rechargeable li-ion battery
JP2015037024A (ja) 2013-08-12 2015-02-23 住友電気工業株式会社 リチウムイオン二次電池、充放電システムおよび充放電方法
JP2015103288A (ja) * 2013-11-21 2015-06-04 ソニー株式会社 二次電池、電池パック、電動車両および電力貯蔵システム
US10186887B2 (en) * 2014-07-28 2019-01-22 Ec Power, Llc Systems and methods for fast charging batteries at low temperatures
US20160087307A1 (en) 2014-09-19 2016-03-24 E I Du Pont De Nemours And Company Nonaqueous electrolyte compositions
US20170288271A1 (en) 2014-09-19 2017-10-05 3M Innovative Properties Company Electrolyte solutions for rechargeable batteries
US20160268064A1 (en) 2015-03-09 2016-09-15 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Power storage device and electronic device
JP6187830B2 (ja) * 2015-03-31 2017-08-30 トヨタ自動車株式会社 リチウム二次電池および該電池の製造方法
JP6586696B2 (ja) * 2015-09-17 2019-10-09 株式会社日立製作所 擬似固体電解質およびそれを用いた全固体リチウム二次電池
US20170098858A1 (en) * 2015-10-01 2017-04-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Lithium metal battery
WO2017073765A1 (ja) 2015-10-30 2017-05-04 宇部興産株式会社 蓄電デバイスの電極用リチウムナトリウムチタン複合酸化物粉末、及び活物質材料、並びにそれを用いた電極シートおよび蓄電デバイス
CN105680114B (zh) * 2016-01-07 2017-11-03 北京北交新能科技有限公司 一种锂离子电池的低温快速自加热方法
WO2017160588A1 (en) * 2016-03-18 2017-09-21 Colorado State University Research Foundation Multi-functional electrolyte for thermal management of lithium-ion batteries
US20170338534A1 (en) 2016-05-21 2017-11-23 Borgwarner Ludwigsburg Gmbh Lithium ion battery
KR101842572B1 (ko) * 2016-09-27 2018-03-27 재단법인대구경북과학기술원 리튬염 및 글라임계 용매를 포함하는 전기화학적 열전지를 위한 비수계 전해액

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100178555A1 (en) * 2007-06-29 2010-07-15 Adam Samuel Best Lithium energy storage device
DE102012210146A1 (de) * 2012-06-15 2013-12-19 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Heizen einer Batterie, Batterie und Kraftfahrzeug mit Batterie
US9502708B2 (en) * 2013-10-11 2016-11-22 Ec Power, Llc Ohmically modulated battery
US20160233549A1 (en) * 2015-02-09 2016-08-11 SolidEnergy Systems High Salt Concentration Electrolytes For Rechargeable Lithium Battery
US20170373284A1 (en) * 2016-06-23 2017-12-28 Government Of The United States As Represented By The Secretary Of The Air Force Bendable, creasable, and printable batteries with enhanced safety and high temperture stability - methods of fabrication, and methods of using the same

Also Published As

Publication number Publication date
US20210126280A1 (en) 2021-04-29
EP3785317A1 (de) 2021-03-03
KR102501326B1 (ko) 2023-02-17
CN112042032A (zh) 2020-12-04
US11996513B2 (en) 2024-05-28
JP2024069265A (ja) 2024-05-21
KR20200130394A (ko) 2020-11-18
WO2019206563A1 (de) 2019-10-31
JP2021522656A (ja) 2021-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5589297A (en) Lithium secondary cell
KR20130104088A (ko) 전극 조립체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
WO2012016606A1 (de) Lithium-luft-batterie mit hoher sauerstoffsättigung
EP3863100A1 (de) Verfahren zur herstellung einer lithium-ionen-zelle und lithium-ionen-zelle
DE60121655T2 (de) Polymerelektrolytbatterie und deren Herstellungsverfahren
DE102016203918A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels, Elektrodenstapel und Batteriezelle
DE102010051964A1 (de) Lithium-Luftbatterie mit sauerstoffübertragendem Elektrolyt
DE102018206383A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Lithiumionenbatterie, Lithiumionenbatterie und Kraftfahrzeug
DE102018213272A1 (de) Anodenanordnung für eine Lithiumionensekundärbatterie, Lithiumionensekundärbatterie, Arbeitsvorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Anodenanordnung
EP3993126A1 (de) Wasserfreie elektrolytlösung und batterie mit wasserfreiem elektrolyt
JP7079687B2 (ja) 活物質層、リチウムイオン二次電池用負極、およびリチウムイオン二次電池
JP7113424B2 (ja) リチウム硫黄固体電池、電池用正極シート、電池用負極シート、積層電池
DE102019100714A1 (de) Lithiumtitanat-anode und herstellungsverfahren für feststoffbatterien
DE102006055770A1 (de) Elektrolyt zur Verwendung in elektrochemischen Zellen
KR102342258B1 (ko) 리튬 이차전지용 비수전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
WO2015197346A1 (de) Anodenschutzschichtsystem mit flüssigphasenschicht für eine lithium-zelle
DE102008008483B4 (de) Festpolymerelektrolyt-Werkstoff, Festpolymerelektrolyt-Folie und Verfahren für ihre Herstellung sowie elektrochemische Batterievorrichtung mit einer solchen Folie
US20200266492A1 (en) Lithium ion electrochemical cell operating at a high temperature
JPH11214036A (ja) 高分子電解質セパレーター、リチウム二次電池およびその製造方法
DE102022203548A1 (de) Multifunktionselektrolyte für wiederaufladbare lithium-ionen-batterien
EP4250412A1 (de) Energiespeicherzelle
KR20230167726A (ko) 전극 조립체 및 이의 제조 방법과, 이를 포함하는 리튬 이차 전지
DE102015205625A1 (de) Batteriezelle
DE102022212142A1 (de) Elektrolytlösung für eine lithium-sekundärbatterie und eine lithium-sekundärbatterie die diese enthält
DE102021128562A1 (de) Elektrode für lithium-ionen-sekundärbatterie und herstellungs-verfahren einer elektrode für lithium-ionen-sekundärbatterie

Legal Events

Date Code Title Description
R083 Amendment of/additions to inventor(s)
R163 Identified publications notified