DE602004004956T2 - Elektrolyt für wiederaufladbare Lithium-Batterie und wiederaufladbare Lithium-Batterie enthaltend denselben - Google Patents

Elektrolyt für wiederaufladbare Lithium-Batterie und wiederaufladbare Lithium-Batterie enthaltend denselben Download PDF

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Elektrolyten für eine wiederaufladbare Lithium-Batterie und eine denselben umfassende wiederaufladbare Lithium-Batterie und insbesondere auf einen Elektrolyten für eine wiederaufladbare Lithium-Batterie, der verbesserte Speichereigenschaften und Unterdrückung von Schwellung bei hohen Temperaturen aufweist, und eine denselben umfassende wiederaufladbare Lithium-Batterie.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • In letzter Zeit hat die schnelle Entwicklung von kleineren, leichteren und leistungsstärkeren elektronischen Geräten und Kommunikationsgeräten die Entwicklung leistungsstarker Batterien mit hoher Kapazität zum Betreiben solcher Geräte verlangt. Die Nachfrage nach Batterien mit hoher Kapazität hat zu Untersuchungen über wiederaufladbare Lithium-Batterien geführt. Positive aktive Materialien für wiederaufladbare Lithium-Batterien verwenden im Allgemeinen Lithium-Übergangsmetalloxide, und negative aktive Materialien verwenden im Allgemeinen kristalline oder amorphe kohlenstoffhaltige Materialien oder Kohlenstoffverbindungen. Die aktiven Materialien werden auf einen Stromabnehmer mit einer vorbestimmten Dicke und Länge aufgetragen, oder sie werden als Schicht ausgebildet, um Elektroden zu erzeugen. Die Elektroden werden zusammen mit einem Separator gewickelt, um ein Elektrodenelement zu erzeugen, und das Elektrodenelement wird in ein Batteriegehäuse, wie zum Beispiel einen Becher, eingeführt, gefolgt von dem Einführen eines Elektrolyten, um eine Batterie herzustellen.
  • Der Elektrolyt enthält Lühiumsalze und organische Lösungsmittel. Die organischen Lösungsmittel können gemischte Lösungsmittel aus zwischen zwei und fünf Komponenten zyklischer Carbonate, wie zum Beispiel Ethylencarbonat oder Propylencarbonat, oder linearer Carbonate, wie zum Beispiel Dimethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat oder Diethylcarbonat sein. Jedoch ist bekannt, dass diese Lösungsmittel bei hohen Temperaturen stark expandieren, was ein Schwellungsphänomen verursacht. Das Schwellungsphänomen tritt in einer Batterie teilweise durch Gas auf, das aufgrund von Dekomposition des Elektrolyten bei hohen Temperaturen in der Batterie erzeugt wird.
  • Solch ein Schwellungsphänomen kann in Lithiumpolymerbatterien im Vergleich zu Lithiumionenbatterien reduziert werden. Jedoch ist die Verwendung eines Polymerelektrolyten mit einem positiven aktiven Material auf Nickel-Basis (beispielsweise LiNiMO2, wobei M aus Co, Mn, Al, P, Fe oder Mg ausgewählt ist) im Allgemeinen ineffektiv gewesen.
  • Mehrere Versuche zur Verwendung von Lösungsmitteln mit hohem Siedepunkt und hoher Dielektrizitätskonstante, wie zum Beispiel γ-Butyrolacton, waren vielversprechend. Herkömmlicherweise wird das Lösungsmittel mit hoher Dielektrizitätskonstante im Allgemeinen zusammen mit Ethylencarbonat verwendet, was zu einer extrem hohen Viskosität mit schlechter Benetzbarkeit des Separators führt. In einem weiteren Versuch wurden Lösungsmittel mit niedrigen Siedepunkten und niedrigen Dielektrizitätskonstanten verwendet. Zum Beispiel schlägt die japanische Patentanmeldung JP 2003 007336 A zur Verwendung in einer Sekundärbatterie mit nichtwässriger Elektrolytlösung eine Elektrolytlösung vor, die aus einem nichtwässrigen Lösungsmittel besteht, in dem Lithiumsalz gelöst ist und die ferner fluorierte Nitrylverbindungen enthält. Die japanische Patentanmeldung JP 5 144470 A offenbart einen nichtwässrigen Elektrolyten für Lithiumbatterien, bestehend aus einem Lithium-Perfluor-Alkansulfonatsalz, das in einem aus Propylencarbonat, 1,2-Dimethoxyethan und einem aliphatischen Nitril bestehenden hybriden Lösungsmittel gelöst ist, wobei jede Komponente in einer Proportion von 15-50 Volumenprozent vorhanden ist. US-Patent US 4,737,424 offenbart einen Elektrolyten zur Verwendung auf einer Sekundär-Lithiumbatterie, der amorphes aktives Kathodenmaterial auf V2O5-Basis, ein metallisches aktives Material auf Lithium-Basis und eine Elektrolytlösung aus einem in einem gemischten organischen Lösungsmittel gelösten Lithiumsalz umfasst. Das organische Lösungsmittel ist Ethylencarbonat gemischt mit einem organischen Lösungsmittel aus 2-Methyltetrahydrofuran, 2,5-Dimethyltetrahydrofuran, 1,3-Dioxalan, 4-Methyl-1,3-dioxalan, 1,2-Dimethoxyethan etc. Das gemischte Verhältnis von Ethylencarbonat bewegt sich zwischen 10 und 50%, und der Wassergehalt der Elektrolytlösung bewegt sich zwischen 400 und 5 ppm, und der Gehalt an Unreinheiten außer Wasser bewegt sich zwischen 1000 und 10 ppm. In der japanischen Patentanmeldung JP 2003 086247 A ist eine nichtwässrige Elektrolytlösung offenbart, in der ein Lithiumsalz in einem nichtwässrigen Lösungsmittel gelöst ist, das aus einer Nitrilverbindung mit ungesättigten Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen besteht. Die internationale Patentanmeldung 30 WO 02/071528 A2 bezieht sich auf Elektrolyte, die Lithium-bis(oxalato)borat, ein zyklisches Carbonat, eine oder mehrere aus azyklischen Carbonaten, aliphatischen Estern, alizyklischen Estern und aliphatischen, difunktionellen Ethern ausgewählte Verbindungen, eine oder mehrere aus Lactonen, Dinitrilen, mindestens eine Carbonsäureestergruppe und eine Ethergruppe enthaltenden Verbindungen, mindestens eine Kohlensäuregruppe und eine Ethergruppe enthaltenden Verbindungen, mindestens eine Nitrilgruppe und eine Ethergruppe enthaltenden Verbindungen, Trialkylphosphorsäureestern und Trialkylborsäuren ausgewählte Verbindungen enthalten. Jedoch haben diese Versuche häufig noch Probleme in Verbindung mit hoher Schwellung (Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2000-235868, US-Patent Nrn. 5,079,109, 5,272,022, 5,552,243, 5,521,027, 6,117,596 und 5,851,693 und "New thin lithium-ion batteries using a liquid electrolyte with thermal stability" Journal of power sources, 97-98, 677-680(2001), Notio Takami et al.)
  • Andere Versuche zur Hemmung des Schwellungsphänomens sind in US-Patent Nr. 4,830,939, das einen flüssigen Elektrolyten offenbart, der ein polyethylenisch ungesättigtes monomeres Material oder ein vorpolymeres Material enthält, und US-Patent Nr. 4,866,716, das einen vernetzten Polyether offenbart, der ein Produkt eines Vinylethers ist. Zusätzlich offenbart US-Patent Nr. 4,970,012, dass ein polymerer fester Elektrolyt vernetzte Moleküle einer strahlungsgehärteten Substanz eines Zimtsäureesters und Polyethylenoxid enthält, und US-Patent Nr. 4,908,283 offenbart, dass ein polymerer Elektrolyt ein ausgehärtetes Produkt eines acryloyl-denaturierten Polyalkylenoxids enthält.
  • Insbesondere tritt solch ein Schwellungsphänomen stark in Batterien mit einer Mischung aus einer Lithiumverbindung auf Kobalt-Basis und einer Lithiumverbindung auf Nickel-Basis auf, die eine höhere Kapazität als andere Verbindungen aufweist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • In einer Ausführung der Erfindung wird ein Elektrolyt für eine wiederaufladbare Lithium-Batterie bereitgestellt, der in der Lage ist, Schwellung bei hoher Temperatur zu hemmen.
  • In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird eine wiederaufladbare Lithium-Batterie bereitgestellt, die den Elektrolyten enthält.
  • Diese und andere Aspekte können von einem Elektrolyten für eine wiederaufladbare Lithium-Batterie erzielt werden, der ein Monomer, einen Polymerisationsinitiator, ein nichtwässriges organisches Lösungsmittel und ein Lithiumsalz enthält. Das nichtwässrige organische Lösungsmittel enthält zu 70 bis 90 Volumenprozent ein Lösungsmittel auf Ester-Basis, wobei das Lösungsmittel auf Ester-Basis einen zyklischen Ester und zu 5 bis 30 Volumenprozent ein durch Formel 1 dargestelltes Lösungsmittel auf Nitril-Basis enthält: R-C≡N (1) wobei R ein C1 bis C10 aliphatischer Kohlenwasserstoff oder halogenierter aliphatischer Kohlenwasserstoff oder ein C6 bis C10 aromatischer Kohlenwasserstoff oder halogenierter aromatischer Kohlenwasserstoff ist.
  • In noch einer weiteren Ausführung der Erfindung wird eine wiederaufladbare Lithium-Batterie bereitgestellt, die den Elektrolyten, eine positive Elektrode und eine negative Elektrode enthält. Die positive Elektrode und die negative Elektrode beinhalten aktives Material, in welchem Lithium-Interkalation reversibel erfolgt. Vorzugsweise ist das positive aktive Material eine Nickel beinhaltende Verbindung.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung und unter Berücksichtigung der zugehörigen Zeichnungen wird ein umfassenderes Verständnis der Erfindung und viele der damit einhergehenden Vorteile erreicht, sowie das Verständnis der Erfindung gefördert, dabei ist:
  • 1 ist eine schematische Ansicht, die eine wiederaufladbare Lithium-Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
  • 2 ist ein Graph, der Zyklenlebensdauereigenschaften der Zellen gemäß Beispielen 7 bis 10 der vorliegenden Erfindung und Vergleichsbeispiel 1 illustriert.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Elektrolyten, der ein Lösungsmittel auf Nitril-Basis zur Verbesserung von Schwellungs- und Batterieleistung enthält. Der Elektrolyt der vorliegenden Erfindung enthält nichtwässrige organische Lösungsmittel und ein Lithiumsalz. Das nichtwässrige organische Lösungsmittel enthält ein Lösungsmittel auf Ester-Basis, das einen zyklischen Ester und ein Lösungsmittel auf Nitril-Basis enthält.
  • Das Lösungsmittel auf Nitril-Basis wird durch Formel 1 dargestellt: R-C≡N (1)wobei R ein C1 bis C10 und oder ein C6 bis C10 aromatischer Kohlenwasserstoff oder halogenierter aromatischer Kohlenwasserstoff, vorzugsweise ein C3 bis C8 aliphatischer Kohlenwasserstoff oder halogenierter aliphatischer Kohlenwasserstoff, und besonders vorzugsweise ein C6 bis C8 aliphatischer Kohlenwasserstoff oder halogenierter aliphatischer Kohlenwasserstoff ist. Höhere Alkylgruppen mit einer höheren Anzahl an Kohlenstoffen sind zu bevorzugen, da sie erhöhte Siedepunkte aufweisen, so dass die Stabilität verbessert wird, und die Zersetzung der aliphatischen Kohlenwasserstoffe tritt im Vergleich zu den aromatischen Kohlenwasserstoffen selten auf. Wenn das R ein ungesättigter Kohlenwasserstoff ist, beispielsweise Methacrylat, kann es als Lösungsmittel für einen Elektrolyten verwendet werden.
  • Beispiele des Lösungsmittels auf Nitril-Basis sind Acetonitril, Propionitril, Butyronitril, t-Butylcyanid, Valeronitril, Caprylonitril, Heptylcyanid, Heptannitril, Cyclopentancarbonitril, Cyclohexancarbonitril, 2-Fluorbenzonitril, 4-Fluorbenzonitril, Difluorbenzonitril, Trifluorbenzonitril, 2-Chlorbenzonitril, 4-Chlorbenzonitril, Dichlorbenzonitril, Trichlorbenzonitril, 2-Chlor-4-Fluorbenzonitril, 4-Chlor-2-Fluorbenzonitril, Phenylacetonitril, 2-Fluorphenylacetonitril und 4-Fluorphenylacetonitril.
  • Eine niedrige Viskosität und hohe Dielektrizitätskonstante der Verbindung auf Nitril-Basis können das Schwellungsphänomen unterdrücken.
  • Das Lösungsmittel auf Nitril-Basis ist vorzugsweise in der Menge von 5 bis 30 Volumenprozent und besonders vorzugsweise 15 bis 25 Volumenprozent vorhanden. Eine Menge von weniger als 5 Volumenprozent des nitril-basierten kann nicht die gewünschte Schwellungshemmung erzielen. Eine Menge von mehr als 30 Volumenprozent verschlechtert die Batterieleistung. Das heißt, die Wirkung der vorliegenden Erfindung kann nicht aus einer Menge von mehr als 30 Volumenprozent gewonnen werden, und es wird vorhergesagt, dass die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2000-124077, die 60 Volumenprozent oder mehr Acetonitril verwendet, die Verschlechterung der Batterieleistungen sowie sicherheitsbezogene Probleme verursacht. Solche Probleme sind in US-Patent Nr. 6,190,804 vorhergesagt, in der Nitril nur als Lösungsmittel zum Präparieren eines festen Elektrolyten verwendet wird und die Menge des verwendeten Nitrils nicht offenbart ist.
  • Der Elektrolyt der vorliegenden Erfindung enthält einen Ester eines zyklischen Esters auf Ester-Basis in einer Menge von 70 bis 95 Volumenprozent. Der zyklische Ester enthält vorzugsweise 10 bis 40 Volumenprozent Ethylencarbonat und besonders vorzugsweise 10 bis 15 Volumenprozent bezüglich des Elektrolyten. Eine Menge von mehr als 40 Volumenprozent des Ethylencarbonats kann nicht die gewünschte Schwellhemmung erzielen. Eine Menge von weniger als 10 Volumenprozent verschlechtert die Batterieleistung. Daher wird vorhergesagt, dass die Wirkung der Verwendung des Ethylencarbonats der vorliegenden Erfindung nicht aus der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. Hel. 7-320748, die Ethylencarbonat mit 25 bis 95 Volumenprozent offenbart, gewonnen werden kann.
  • Die restliche Menge, 30 bis 85 Volumenprozent, und vorzugsweise 55 bis 85 Volumenprozent bezüglich des Elektrolyten, kann Propylencarbonat, Butylencarbonat, γ-Butyrolacton, γ-Valerolacton, γ-Caprolacton, δ-Valerolacton, ε-Valerolacton oder eine Mischung derselben sein.
  • Der Elektrolyt der vorliegenden Erfindung kann ferner einen linearen Ester enthalten. Die Menge an linearem Ester ist vorzugsweise zwischen 0 Volumenanteilen und 70 Volumenanteilen bezüglich 100 Volumenanteilen des insgesamten zyklischen Esters und der Lösungsmittel auf Nitril-Basis. Wenn die Menge an linearem Ester größer als 70 Volumenanteile ist, tritt Schwellung auf.
  • Der lineare Ester enthält vorzugsweise mindestens eine aus Dimethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat, Diethylcarbonat, Dipropylcarbonat, Dibutylcarbonat, Methylacetat, Ethylacetat, Methylhexanoat, Methylformat und Mischungen derselben ausgewählte Verbindung.
  • Der Elektrolyt der vorliegenden Erfindung kann ferner Zusatzstoffe auf Carbonat-Basis mit einer aus Halogenen, einem Cyano (CN) oder einem Nitro (NO2) ausgewählten Substitutionsgruppe sowie Zusatzstoffe wie zum Beispiel Vinylencarbonat, Divinylsulfon oder Ethylensulfit enthalten. Die Zusatzstoffe helfen, die Batterieleistung zu verbessern, wie zum Bespiel durch Hemmung von Schwellung bei hoher Temperatur und durch Erhöhen von Kapazität, Zyklenlebensdauer und Tieftemperatureigenschaften. Der Zusatzstoff auf Carbonat-Basis ist vorzugsweise ein durch die folgende Formel 5 dargestelltes Ethylencarbonat-Derivat und ist besonders vorzugsweise Fluorethylencarbonat.
    Figure 00060001
    wobei X aus der aus Halogenen, einem Cyano (CN) oder einem Nitro (NO2) bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  • Die Menge des Zusatzstoffes auf Carbonat-Basis ist 0,01 bis 10 Gewichtsanteile bezüglich 100 Gewichtsanteilen des insgesamten Gewichts des Elektrolyten und vorzugsweise 0,01 bis 5 Gewichtsanteile. Ein Zusatzstoff auf Carbonat-Basis von weniger als 0,01 Gewichtsanteilen kann nicht effektiv Gaserzeugung unterdrücken, und derjenige von mehr als 10 Gewichtsanteilen verschlechtert Zyklenlebensdauereigenschaften bei hoher Temperatur und verursacht das Auftreten von Schwellung.
  • Das Lithiumsalz wirkt als Quelle zum Liefern von Lithiumionen in der Batterie und trägt zum Funktionieren der Batterie bei. Beispiele der Lithiumsalze sind LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2, LiAlO4, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2), wobei x und y natürliche Zahlen sind, LiSO3CF3 und Mischungen derselben.
  • Die Konzentration des Lithiumsalzes beträgt 0,6 bis 2,0M und vorzugsweise 0,7 bis 1,6M. Wenn die Konzentration des Lithiumsalzes weniger als 0,6M beträgt, verringert sich die Viskosität des Elektrolyten, wodurch sich die Elektrolytleistung verschlechtert. Wenn die des Lithiumsalzes mehr als 2,0M beträgt, erhöht sich die Viskosität, wodurch der Transfer von Lithiumionen reduziert wird.
  • Der Elektrolyt der vorliegenden Erfindung ist in Form eines flüssigen Elektrolyten oder als fester Polymerelektrolyt vorhanden. Der feste Polymerelektrolyt wird aus einer Mischung zum Präparieren eines Polymerelektrolyten durch Hinzufügen von Monomer und einem polymeren Initiator zu dem flüssigen Elektrolyten, d.h. der Elektrolytlösung, gewonnen.
  • Das Monomer enthält vorzugsweise eine Mischung eines ersten Monomers mit mindestens zwei funktionellen Gruppen mit einer durch Formeln 2, 3 oder 4 dargestellten ungesättigten Bindung an einem Ende und mit einem Molekulargewicht von 50 bis 100000 oder eine Mischung des ersten Monomers und eines zweiten Monomers mit mindestens einer durch Formeln 2, 3 oder 4 dargestellten funktionellen Gruppe und einem Molekulargewicht von 50 bis 100000. (R1)(R2)C=C(R3)-C(=O)- (2) (R1)(R2)C=C(R3)- (3) (R1)(R2)C=C(R3)-CH2- (4)(wobei R1, R2 und R3 gleich sind oder unabhängig aus H, einem C2 bis C10 aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoff, -C≡N oder -OR5 ausgewählt sind, wobei R5 entweder H, CH3, C2H5, -F, -Cl oder -Br ist.)
  • Das Monomer ist vorzugsweise in einer Menge von 0,01 bis 20 Gewichtsprozent in der Mischung vorhanden, und besonders vorzugsweise 0,1 bis 10 Gewichtsprozent. Bei einer Menge von weniger als 0,01 Gewichtsprozent des Monomers tritt ein extremes Schwellungsphänomen auf, und eine Menge von mehr als 20 Gewichtsprozent verschlechtert die Batterieleistung.
  • Das Beispiel des Monomers kann Poly(ethylenglycol)di(meth)acrylat, Poly(propylenglycol)di(meth)acrylat, Polyesterpolyol-di(methacrylat), Polycarbonatpolyol-diacrylat, Polycaprolactondiol-di(meth)acrylat, Trimethylolpropanethoxyliertes Tri(meth)acrylat, Trimethylolpropan-propoxyliertes Tri(meth)acrylat, Trimethylolpropan-caprolactoniertes Tri(meth)acrylat, Tetramethylolpropan-ethoxyliertes Tri(meth)acrylat, Tetramethylolpropan-propoxyliertes Tri(meth)acrylat, Tetramethylolpropancaprolactoniertes Tri(meth)acrylat, Ditrimethylolpropan-ethoxyliertes Tri(meth)acrylat, Ditrimethylolpropan-propoxyliertes Tri(meth)acrylat, Ditrimethylolpropan-caprolactoniertes Tri(meth)acrylat, Dipentaerythritol-ethoxyliertes Di(meth)acrylat, Dipentaerythritolpropoxyliertes Di(meth)acrylat, Dipentaerythritol-caprolactoniertes Di(meth)acrylat, Glycerolethoxyliertes Di(meth)acrylat, Glycerol-propoxyliertes Di(meth)acrylat oder Dipentaerythritolcaprolactoniertes Hexacrylat. Wahlweise kann das Beispiel des Monomers ein Monomer mit Vinylgruppe, Allylgruppe oder Vinylsulfongruppe an einem Ende desselben sein oder Urethan(meth)acrylatmonomer.
  • Der Polymerisationsinitiator kann ein solcher sein, der Polymerisation des Monomers initiieren kann und keine Verschlechterung der Batterieleistung verursacht. Die exemplarischen sind ein oder mindestens zwei aus organischen Peroxiden und Verbindungen auf Azobasis ausgewählte. Die organischen Peroxide können Peroxydicarbonate sein, wie zum Beispiel Di(4-t-butylcyclohexyl)-peroxydicarbonat, Di-2-ethylhexyl-peroxydicarbonat, Di-isopropyl-peroxydicarbonat, Di-3-methoxybutylperoxydicarbonat, t-Butylperoxyisopropylcarbonat, t-Butylperoxy-2-Ethylhexylcarbonat, 1,6-Bis(t-butylperoxycarbonyloxy)hexan oder Diethylenglycol-bist-butylperoxycarbonat); Diacylperoxide, wie zum Beispiel Diacetylperoxid, Dibenzoylperoxid, Dilauroylperoxid, Bis-3,5,5-trimethylhexanoylperoxid; oder Peroxyester, wie zum Beispiel t-Butylperoxypivalat, t-Amylperoxypivalat, t-Butylperoxy-2-Ethylhexanoat, t-Hexylperoxypivalat, t-Butylperoxyneodecanoat, t-Butylperoxyneoheptanoat, t-Hexylperoxypivalat, 1,1,3,3-Tetramethylbutylperoxyneodecanoat, 1,1,3,3-Tetramethylbutyl-2-Ethylhexanoat, t-Amylperoxy-2-Ethylhexanoat, t-Butylperoxyisobutyrat, t-Amylperoxy-3,5,5-Trimethylhexanoyl, t-Butylperoxy-3,5,5-Trimethylhexanoat, t-Butylperoxyacetat, t-Butylperoxybenzoat oder Dibutylperoxy-trimethyladipat. Die Verbindung auf Azobasis kann 2,2'-Azo-bis(2,4-dimethylvaleronitril) oder 1,1'-Azo-bis(cyanocyclohexan) sein.
  • Der Polymerisationsinitiator ist in einer ausreichenden Menge vorhanden, um Polymerisation des Monomers zu initiieren, und ist geeigneter Weise in der Menge von 0,01 bis 5 Gewichtsprozent vorhanden.
  • Ein Polymerelektrolyt kann hergestellt werden, indem die Polymerelektrolytmischung wie in den folgenden verschiedenen Verfahren verwendet wird. Eine Methode ist, dass die Polymerelektrolytmischung in ein Batteriegehäuse, wie zum Beispiel einen Metallbecher oder eine Tasche, in die eine positive Elektrode, ein Separator und eine negative Elektrode platziert werden, injiziert wird, welches dann bei 40 bis 100°C für 30 Minuten bis 8 Stunden erhitzt wird, wodurch die Polymerelektrolytmischung gehärtet (polymerisiert) wird, um den Polymerelektrolyten herzustellen. Eine weitere Methode ist, dass die Polymerelektrolytmischung auf eine positive oder eine negative Elektrode aufgetragen wird, und Hitze, Ultraviolett- oder Elektronenstrahlen in die Elektrode gestrahlt werden, um den Polymerelektrolyten auf die Oberfläche der positiven oder der negativen Elektrode aufzutragen. Die hergestellte Elektrode wird in ein Batteriegehäuse eingeführt und versiegelt, um eine Batterie herzustellen. Ein Separator kann zusätzlich verwendet werden, oder wahlweise agiert der Polymerelektrolyt auch als Separator, so dass der Separator weggelassen werden kann.
  • Eine wiederaufladbare Lithium-Batterie mit dem Elektrolyten der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine positive Elektrode und eine negative Elektrode.
  • Die positive Elektrode beinhaltet ein positives aktives Material, in welchem Lithium-Interkalation reversibel erfolgt. Exemplarischen für das positive aktive Material sind lithiumhaltige Interkalationsverbindungen und vorzugsweise eine lithiumhaltige Interkalationsverbindung auf Nickel-Basis aufgrund ihrer höheren Kapazität. Besonders vorzugsweise werden eine Mischung aus der lithiumhaltige Interkalationsverbindung auf Nickel-Basis und einer Verbindung auf Kobalt-Basis oder einer Verbindung auf Mangan-Basis verwendet, um hohe Kapazität und weitere Batterieleistungsverbesserungen zu erreichen.
  • Insbesondere tritt das Schwellungsphänomen aufgrund der Verbindung auf Nickel-Basis stark auf, so dass die Wirkung des Verwendens des Elektrolyten der vorliegenden Erfindung maximiert werden kann, wenn die Verbindung auf Nickel-Basis verwendet wird. Die Verbindung auf Nickel-Basis kann eine aus der aus durch Formeln 6 und 7 dargestellten Verbindungen bestehenden Gruppe ausgewählte sein. LixNiyM1-yA2 (6) LixNiyM1-yO2-zXz (7)wobei 0,90 ≤ x ≤ 1,1, 0,1 ≤ y ≤ 0,9 und 0 ≤ z ≤ 0,5 gilt; M mindestens ein aus Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V und einem Seltenerdelement Ausgewähltes ist; A aus O, F, S oder P ausgewählt ist; und X entweder F, S oder P ist.
  • Die Verbindung auf Kobalt-Basis oder Mangan-Basis ist irgendeine, die als aktives Material verwendet wird, und die exemplarische kann eine aus der aus durch Formeln 8 bis 12 dargestellten Verbindungen bestehenden Gruppe ausgewählte sein. LixMn1-yMyA2 (8) LixMn1-yMyO2-zXz (9) LixMnzO4-zXz (10) LixCo1-yMyA2 (11) LixCo1-yMyO2-zXz (12)wobei 0,90 ≤ x ≤ 1,1, 0 ≤ y ≤ 0,5, 0 ≤ z ≤ 0,5 und 0 ≤ a ≤ 2 gilt; M mindestens ein aus der aus Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V und einem Seltenerdelement bestehenden Gruppe Ausgewähltes ist; A aus O, F, S oder P ausgewählt ist; und X entweder F, S oder P ist.
  • Die negative Elektrode enthält ein negatives aktives Material, in welchem Lithium-Interkalation reversibel erfolgt, und die exemplarischen sind kristalliner oder amorpher Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung.
  • Die positive beziehungsweise die negative Elektrode werden hergestellt, indem das aktive Material, ein Leitmittel und ein Bindemittel in einem Lösungsmittel gemischt werden, um eine aktive Materialmischung zu präparieren und die Mischung auf einen Stromabnehmer aufzutragen. Die Elektrodenpräparation ist in der verwandten Technik wohlbekannt und wird von einem Durchschnittsfachmann leicht verstanden.
  • Das Leitmittel beinhaltet irgendein herkömmliches Leitmittel, das für eine aktive Materialmischung verwendet wird, solange es chemisch inert ist und elektrische Leitfähigkeit besitzt. Beispiele hiervon sind eines von oder eine Mischung von aus natürlichem Graphit, künstlichem Graphit, Carbon Black, Acetylenruß, Ketjen Black, Kohlenstofffaser und einer Metallfaser wie zum Beispiel Kupfer, Nickel, Aluminium und Silber Ausgewählten.
  • Das Bindemittel beinhaltet irgendein herkömmliches Bindemittel, das für eine aktive Materialmischung verwendet wird, solange es fest an dem aktiven Material und dem Leitmittel auf dem Stromabnehmer haftet, und das Bindemittel kann Styrol-Butadien-Gummi, Polyvinyliden-Alkohol, Carboxymethylcellulose, Hydroxylpropylencellulose, Diacetylencellulose, Polyvinylchlorid, Polyvinylpyrrolidon, Polytetrafluoroethylen, Polyvinylidenfluorid, Polyethylen oder Polypropylen sein. Am meisten bevorzugt ist Styrol-Butadien-Gummi.
  • Das Lösungsmittel beinhaltet irgendein herkömmliches Lösungsmittel, das für eine aktive Materialmischung verwendet wird, solange es das aktive Material, das Leitmittel und das Bindemittel gut verteilt. Das Beispiel des Lösungsmittels kann N-Methylpyrrolidon sein.
  • Eine Ausführung der erfindungsgemäßen wiederaufladbaren Lithium-Batterie ist in 1 gezeigt. Die wiederaufladbare Lithium-Batterie 1 beinhaltet eine positive Elektrode 3; eine negative Elektrode 2; einen Separator 4, der zwischen der positiven Elektrode 3 und der negativen Elektrode 2 eingefügt ist; einen Elektrolyten, in welchen die positive Elektrode 2, die negative Elektrode 3 und der Separator 4 eingetaucht sind; ein zylindrisches Batteriegehäuse 5; und ein Abdichtteil 6. Die Anordnung der wiederaufladbaren Lithium-Batterie ist nicht auf die in 1 gezeigte Struktur beschränkt, da sie leicht in eine prismatische Batterie oder taschenförmige Batterie modifiziert werden kann, wie es sich in der verwandten Technik versteht.
  • Die positive Elektrode beinhaltet ein positives aktives Material, in welchem Lithium-Interkalation reversibel erfolgt. Beispiele von positiven aktiven Materialien sind Lithium-Übergangsmetalloxide, wie zum Beispiel LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4 oder LiN1-x-yCoXMyO2, wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ x + y ≤ 1 gilt und M ein Metall, wie zum Beispiel Al, Sr, Mg oder La, ist.
  • Die negative Elektrode beinhaltet ein negatives aktives Material, in welchem Lithium-Interkalation reversibel erfolgt. Beispiele negativer aktiver Materialien sind kristalline oder amorphe kohlenstoffhaltige Materialien oder Kohlenstoffverbindungen.
  • Das positive aktive Material und das negative aktive Material werden jeweils auf einen Stromabnehmer aufgetragen, um Elektroden zu erzeugen, und die Elektroden werden gemeinsam mit einem Separator gewickelt oder auf diesen laminiert, um ein Elektrodenelement zu erzeugen. Das Elektrodenelement wird in ein Batteriegehäuse, wie zum Beispiel einen Becher, eingeführt, und ein Elektrolyt wird in das Gehäuse injiziert, um eine wiederaufladbare Lithium-Batterie herzustellen. Der Separator kann Harz wie zum Beispiel Polyethylen oder Polypropylen sein.
  • Die folgenden Beispiele illustrieren die vorliegende Erfindung in weiterem Detail, sind jedoch nicht als den Umfang derselben einschränkend zu interpretieren.
  • Beispiel 1
  • 1,5M LiBF4 wurde in einem gemischten Lösungsmittel aus Ethylencarbonat, γ-Butyrolacton und Valeronitril im Volumenverhältnis von 3 : 6 : 1 gelöst, um einen Elektrolyten zu präparieren.
  • Unter Verwendung des Elektrolyten, einer positiven LiCoO2-Elektrode und einer negativen Graphitelektrode wurde eine wiederaufladbare Lithiumzelle hergestellt. Die Menge des Elektrolyten war 2,2g.
  • Beispiel 2
  • 1,5M LiBF4 wurde in einem gemischten Lösungsmittel aus Ethylencarbonat, γ-Butyrolacton und Valeronitril im Volumenverhältnis von 3 : 6 : 1 gelöst, um einen Elektrolyten zu präparieren.
  • Unter Verwendung des Elektrolyten, einer positiven LiCoO2-Elektrode und einer negativen Graphitelektrode wurde eine wiederaufladbare Lithiumzelle hergestellt. Die Menge des Elektrolyten war 2,2g.
  • Beispiel 3
  • 1,5M LiBF4 wurde in einem gemischten Lösungsmittel aus Ethylencarbonat, γ-Butyrolacton und Caprylonitril im Volumenverhältnis von 3 : 6 : 1 gelöst, um einen Elektrolyten zu präparieren.
  • Unter Verwendung des Elektrolyten, einer positiven LiCoO2-Elektrode und einer negativen Graphitelektrode wurde eine wiederaufladbare Lithiumzelle hergestellt. Die Menge des Elektrolyten war 2,2g.
  • Beispiel 4
  • 1,15M LiBF6 wurde in einem gemischten Lösungsmittel aus Ethylencarbonat, γ-Butyrolacton und Valeronitril im Volumenverhältnis von 3 : 6 : 1 gelöst, um einen Elektrolyten zu präparieren.
  • Unter Verwendung des Elektrolyten, einer positiven LiCoO2-Elektrode und einer negativen Graphitelektrode wurde eine wiederaufladbare Lithiumzelle hergestellt. Die Menge des Elektrolyten war 2,2g.
  • Beispiel 5
  • 1,15M LiBF6 wurde in einem gemischten Lösungsmittel aus Ethylencarbonat, γ- Butyrolacton und Valeronitril im Volumenverhältnis von 3 : 5 : 2 gelöst, um einen Elektrolyten zu präparieren.
  • Unter Verwendung des Elektrolyten, einer positiven LiCoO2-Elektrode und einer negativen Graphitelektrode wurde eine wiederaufladbare Lithiumzelle hergestellt. Die Menge des Elektrolyten war 2,2g.
  • Beispiel 6
  • 1,15M LiBF6 wurde in einem gemischten Lösungsmittel aus Ethylencarbonat, γ-Butyrolacton und Valeronitril im Volumenverhältnis von 3 : 5 : 2 gelöst, um einen Elektrolyten zu präparieren.
  • Unter Verwendung des Elektrolyten, einer positiven LiCoO2-Elektrode und einer negativen Graphitelektrode wurde eine wiederaufladbare Lithiumzelle hergestellt. Die Menge des Elektrolyten war 2,2g.
  • Beispiel 7
  • 1,15M LiBF6 wurde in einem gemischten Lösungsmittel aus Ethylencarbonat, γ-Butyrolacton und Valeronitril im Volumenverhältnis von 3 : 5 : 2 gelöst, um einen Elektrolyten zu präparieren.
  • Unter Verwendung des Elektrolyten, einer positiven LiCoO2-Elektrode und einer negativen Graphitelektrode wurde eine wiederaufladbare Lithiumzelle hergestellt. Die Menge des Elektrolyten war 2,2g.
  • Beispiel 8
  • 1,15M LiBF6 wurde in einem gemischten Lösungsmittel aus Ethylencarbonat, Ethylmethylcarbonat und Valeronitril im Volumenverhältnis von 3 : 6 : 1 gelöst, um einen Elektrolyten zu präparieren.
  • Unter Verwendung des Elektrolyten, einer positiven LiCoO2-Elektrode und einer negativen Graphitelektrode wurde eine wiederaufladbare Lithiumzelle hergestellt. Die Menge des Elektrolyten war 2,2g.
  • Beispiel 9
  • 1,15M LiBF6 wurde in einem gemischten Lösungsmittel aus Ethylencarbonat, Dimethylcarbonat und Valeronitril im Volumenverhältnis von 3 : 5 : 2 gelöst, um einen Elektrolyten zu präparieren.
  • Unter Verwendung des Elektrolyten, einer positiven LiCoO2-Elektrode und einer negativen Graphitelektrode wurde eine wiederaufladbare Lithiumzelle hergestellt. Die Menge des Elektrolyten war 2,2g.
  • Beispiel 10
  • 1,15M LiBF6 wurde in einem gemischten Lösungsmittel aus Ethylencarbonat, Diethylcarbonat und Valeronitril im Volumenverhältnis von 3 : 6 : 1 gelöst, um einen Elektrolyten zu präparieren.
  • Unter Verwendung des Elektrolyten, einer positiven LiCoO2-Elektrode und einer negativen Graphitelektrode wurde eine wiederaufladbare Lithiumzelle hergestellt. Die Menge des Elektrolyten war 2,2g.
  • Beispiel 11
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass ein positives aktives Material durch Mischen von LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 mit LiCoO2 bei einem Gewichtsverhältnis von 8 : 2 hergestellt wurde und die Menge des Elektrolyten 2,1 g war.
  • Beispiel 12
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 2 hergestellt, außer dass ein positives aktives Material durch Mischen von LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 mit LiCoO2 bei einem Gewichtsverhältnis von 8 : 2 hergestellt wurde und die Menge des Elektrolyten 2,1 g war.
  • Beispiel 13
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 3 hergestellt, außer dass ein positives aktives Material durch Mischen von LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 mit LiCoO2 bei einem Gewichtsverhältnis von 8 : 2 hergestellt wurde und die Menge des Elektrolyten 2,1 g war.
  • Beispiel 14
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 4 hergestellt, außer dass ein positives aktives Material durch Mischen von LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 mit LiCoO2 bei einem Gewichtsverhältnis von 8 : 2 hergestellt wurde und die Menge des Elektrolyten 2,1 g war.
  • Beispiel 15
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 5 hergestellt, außer dass ein positives aktives Material durch Mischen von LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 mit LiCoO2 bei einem Gewichtsverhältnis von 8 : 2 hergestellt wurde und die Menge des Elektrolyten 2,1 g war.
  • Beispiel 16
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 6 hergestellt, außer dass ein positives aktives Material durch Mischen von LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 mit LiCoO2 bei einem Gewichtsverhältnis von 8 : 2 hergestellt wurde und die Menge des Elektrolyten 2,1 g war.
  • Beispiel 17
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 11 hergestellt, außer dass ein Elektrolyt durch Lösen von 1,15M LiPF6 in einem gemischten Lösungsmittel aus Ethylencarbonat, Diethylcarbonat und Valeronitril bei einem Volumenverhältnis von 3 : 5 : 2 präpariert wurde.
  • Beispiel 18
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 11 hergestellt, außer dass ein Elektrolyt durch Lösen von 1,15M LiPF6 in einem gemischten Lösungsmittel aus Ethylencarbonat, Diethylcarbonat und Valeronitril bei einem Volumenverhältnis von 30 : 55 : 15 präpariert wurde.
  • Beispiel 19
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass ein gemischtes Lithiumsalz aus LiPF6 und LiBF4 bei einem Gewichtsverhältnis von 99,9 : 0,1 verwendet wurde.
  • Beispiel 20
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 7 hergestellt, außer dass ein gemischtes Lithiumsalz aus LiPF6 und LiBF4 bei einem Gewichtsverhältnis von 99,9 : 0,1 verwendet wurde.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass ein Elektrolyt durch Lösen von 1,15M LiPF6 in einem gemischten Lösungsmittel aus Ethylencarbonat, Ethylmethylcarbonat, Propylencarbonat und Fluorbenzol bei einem Volumenverhältnis von 30 : 55 : 15 präpariert wurde.
  • Vergleichsbeispiel 2
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass ein Elektrolyt durch Lösen von 1,15M LiPF6 in einem gemischten Lösungsmittel aus Ethylencarbonat, Ethylmethylcarbonat und Fluorbenzol bei einem Volumenverhältnis von 30 : 55 : 15 präpariert wurde.
  • Vergleichsbeispiel 3
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 11 hergestellt, außer dass ein Elektrolyt durch Lösen von 1,5M LiPF4 in einem gemischten Lösungsmittel aus Ethylencarbonat, γ-Butyrolacton und Diethylcarbonat bei einem Volumenverhältnis von 4 : 4 : 2 präpariert wurde.
  • Vergleichsbeispiel 4
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 11 hergestellt, außer dass ein Elektrolyt durch Lösen von 1,5M LiPF4 in einem gemischten Lösungsmittel aus Ethylencarbonat, γ-Butyrolacton und Fluorbenzol bei einem Volumenverhältnis von 30 : 55 : 15 präpariert wurde.
  • Vergleichsbeispiel 5
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 11 hergestellt, außer dass ein Elektrolyt durch Lösen von 1,15M LiPF6 in einem gemischten Lösungsmittel aus Ethylencarbonat, Ethylmethylcarbonat, Propylencarbonat und Fluorbenzol bei einem Volumenverhältnis von 30 : 55 : 5 : 10 präpariert wurde.
  • Vergleichsbeispiel 6
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 11 hergestellt, außer dass ein Elektrolyt durch Lösen von 1,15M LiPF6 in einem gemischten Lösungsmittel aus Ethylencarbonat, Ethylmethylcarbonat und Fluorbenzol bei einem Volumenverhältnis von 3 : 6 : 1 präpariert wurde.
  • Vergleichsbeispiel 7
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 11 hergestellt, außer dass ein Elektrolyt durch Lösen von 1,5M LiPF4 in einem gemischten Lösungsmittel aus Ethylencarbonat, γ-Butyrolacton und Diethylcarbonat bei einem Volumenverhältnis von 4 : 4 : 2 präpariert wurde.
  • Vergleichsbeispiel 8
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 11 hergestellt, außer dass ein Elektrolyt durch Lösen von 1,5M LiPF4 in einem gemischten Lösungsmittel aus Ethylencarbonat, γ-Butyrolacton, Fluorbenzol und Diethylcarbonat bei einem Volumenverhältnis von 3 : 5 : 1 : 1 präpariert wurde.
  • Vergleichsbeispiel 9
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 11 hergestellt, außer dass ein Elektrolyt durch Lösen von 1,3M LiPF6 in einem gemischten Lösungsmittel aus Ethylencarbonat, Ethylmethylcarbonat, Propylencarbonat und Fluorbenzol bei einem Volumenverhältnis von 30 : 55 : 5 : 15 präpariert wurde.
  • Vergleichsbeispiel 10
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 11 hergestellt, außer dass ein Elektrolyt durch Lösen von 1,3M LiPF6 in einem gemischten Lösungsmittel aus Ethylencarbonat und Ethylmethylcarbonat bei einem Volumenverhältnis von 3 : 7 präpariert wurde.
  • Die Lithiumzellen gemäß Beispielen 1 bis 12 und Vergleichsbeispielen 1 bis 8 wurden bei einer Rate von 0,5C und einer Abschaltspannung von 4,2V und 20mAh mit Konstantstrom und Konstantspannung geladen, und die geladenen Zellen wurden für 4 Stunden in einem Ofen von 85°C stehen gelassen. Danach wurden die Dicken der Zellen gemessen. Die Zunahmen an Dicke im Vergleich zu den ursprünglichen geladenen Zellen sind in Tabelle 1 gezeigt.
  • Tabelle 1
    Figure 00170001
  • Figure 00180001
  • Aus Tabelle 1 ist offensichtlich, dass die Zunahme an Dicke der Zellen gemäß Beispielen 1 bis 20 im Vergleich zu denen der Zellen gemäß Vergleichsbeispielen 1 bis 10 reduziert wurde. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Schwellung in den Zellen gemäß Beispielen 1 bis 20 im Vergleich zu Vergleichsbeispielen 1 bis 10 unterdrückt wurde. Insbesondere wurden die Zunahmen an Dicke der Zellen gemäß Beispielen 4 und 5 im Vergleich zu Vergleichsbeispielen 1 und 2 wesentlich reduziert, obwohl die Zellen gemäß Beispielen 4 und 5 und Vergleichsbeispielen 1 und 2 Ethylencarbonat und Ethylmethylcarbonat beinhalteten.
  • Die Zellen gemäß Beispielen 7 bis 10 und Vergleichsbeispiel 1 wurden bei einer Rate von 1 C und einer Abschaltspannung von 4,2V und 0,1 C (82mAh) unter Konstantstrom und Konstantspannung geladen und bei einem Konstantstrom zu einer Abschaltspannung von 3V entladen. Die Zyklenlebensdauereigenschaften wurden gemessen, und die Ergebnisse sind in 2 gezeigt. Wie in 2 gezeigt wiesen die Zellen gemäß Beispielen 7 bis 10 denen von Vergleichsbeispiel 1 entsprechende Zyklenlebensdauereigenschaften auf. Demnach kann der Elektrolyt der vorliegenden Erfindung effektiv die Speichereigenschaften verbessern und Schwellung bei hohen Temperaturen ohne Verschlechterung der Batterieleistung in Bereichen wie zum Beispiel in Kapazität, High-Rate-, Tieftemperatur- und Zyklenlebensdauereigenschaften unterdrücken.
  • Beispiel 21
  • 1,5 Gewichtsprozent eines Dipentaerythrit-caprolactonisierten Hexaacrylat-Monomers (Nippon Kayaku) und Di(4-t-butylcyalohexyl-Peroxidicarbonat) ("Perkadox 16", AKZO NOBEL) wurden zu 98,5 Gewichtsprozent einer Elektrolytlösung aus 1,3M LiPF6 in Ethylencarbonat, Diethylcarbonat und Valeronitril (3:5:2 Volumenverhältnis) hinzugefügt und dann 10 Minuten lang gemischt, um eine Mischung zum Präparieren eines Elektrolyten zu präparieren. Zu dieser Zeit war die Menge des Initiators 5 Gewichtsprozent bezüglich der Menge des Monomers. Die positive Elektrode beinhaltete ein gemischtes positives aktives Material aus LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 und LiCoO2 bei einem Gewichtsverhältnis von 6 : 4, ein Carbon Black-Leitmittel und ein Polyvinylidenfluorid-Bindemittel, und die negative Elektrode beinhaltete ein negatives aktives Material aus natürlichem Graphit und ein Styrol-Butadien-Gummi-Bindemittel.
  • Die positive Elektrode, die negative Elektrode und ein Separator wurden gewickelt, um eine jelly-roll-Anordnung herzustellen, und die jelly-roll-Anordnung wurde in eine Al-Tasche eingeführt, gefolgt von teilweisem Abdichten. Die Mischung wurde in das Gehäuse injiziert, und es wurde vollständig abgedichtet. Die Menge der Mischung war 2,62g. Das abgedichtete Gehäuse wurde 4 Stunden lang bei 70°C stehen gelassen, um eine wiederaufladbare Lithium-Zelle mit einem Gel-Polymer-Elektrolyten herzustellen.
  • Beispiel 22
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 21 hergestellt, außer dass Heptannitril anstatt von Valeronitril verwendet wurde.
  • Beispiel 23
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 21 hergestellt, außer dass Caprylonitril anstatt von Valeronitril verwendet wurde.
  • Beispiel 24
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 21 hergestellt, außer dass Cyclohexancarbonitril anstatt von Valeronitril verwendet wurde.
  • Beispiel 25
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 21 hergestellt, außer dass 2-Fluorbenzonitril anstatt von Valeronitril verwendet wurde.
  • Beispiel 26
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 21 hergestellt, außer dass eine gemischte Lösung aus 1,3M LiPF6 in Ethylencarbonat, Diethylcarbonat und Valeronitril bei einem Volumenverhältnis von 30 : 65 : als Elektrolytlösung verwendet wurde.
  • Beispiel 27
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 21 hergestellt, außer dass eine gemischte Lösung aus 1,3M LiPF6 in Ethylencarbonat, Diethylcarbonat und Valeronitril bei einem Volumenverhältnis von 30 : 40 : 30 als Elektrolytlösung verwendet wurde.
  • Beispiel 28
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 21 hergestellt, außer dass eine gemischte Lösung aus 1,3M LiPF6 in Ethylencarbonat, Diethylcarbonat und Valeronitril bei einem Volumenverhältnis von 30 : 55 : 15 als Elektrolytlösung verwendet wurde.
  • Beispiel 29
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 21 hergestellt, außer dass eine gemischte Lösung aus 1,3M LiPF6 in Ethylencarbonat, Diethylcarbonat und Valeronitril bei einem Volumenverhältnis von 30 : 45 : 25 als Elektrolytlösung verwendet wurde.
  • Beispiel 30
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 21 hergestellt, außer dass eine gemischte Lösung aus 1,3M LiPF6 in Ethylencarbonat, Diethylcarbonat und Valeronitril bei einem Volumenverhältnis von 15 : 65 : 20 als Elektrolytlösung verwendet wurde.
  • Beispiel 31
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 21 hergestellt, außer dass eine gemischte Lösung aus 1,3M LiPF6 in Ethylencarbonat, γ-Butyrolacton und Valeronitril bei einem Volumenverhältnis von 30 : 50 : 20 als Elektrolytlösung verwendet wurde.
  • Beispiel 32
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 21 hergestellt, außer dass eine gemischte Lösung aus 1,3M LiPF6 in Ethylencarbonat, γ-Butyrolacton und Valeronitril bei einem Volumenverhältnis von 15 : 65 : 20 als Elektrolytlösung verwendet wurde.
  • Beispiel 33
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 21 hergestellt, außer dass der Elektrolytlösung Fluorethylencarbonat in einer Menge von 3% bezüglich der Elektrolytlösung hinzugefügt wurde.
  • Beispiel 34
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 21 hergestellt, außer dass eine gemischte Lösung aus 1,3M LiPF6 in Ethylencarbonat, γ-Butyrolacton, Diethylcarbonat und Valeronitril bei einem Volumenverhältnis von 15 : 40 : 30 15 als Elektrolytlösung verwendet wurde.
  • Vergleichsbeispiel 10
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 21 hergestellt, außer dass eine gemischte Lösung aus 1,3M LiPF6 in Ethylencarbonat, Ethylmethylcarbonat, Propylencarbonat und Fluorbenzol bei einem Volumenverhältnis von 30 : 55 : 5 : 10 als Elektrolytlösung verwendet wurde.
  • Vergleichsbeispiel 11
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 21 hergestellt, außer dass Poly(ethylenglycol)-dimethacrylat als eine Verbindung zum Bilden eines Polymers verwendet wurde.
  • Vergleichsbeispiel 12
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 21 hergestellt, außer dass eine gemischte Lösung aus 1,3M LiPF6 in Acetonitril und Ethylencarbonat bei einem Volumenverhältnis von 7 : 3 als Elektrolytlösung verwendet wurde.
  • Vergleichsbeispiel 13
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 21 hergestellt, außer dass eine gemischte Lösung aus 1,3M LiPF6 in Acetonitril und Ethylencarbonat bei einem Volumenverhältnis von 1 : 1 als Elektrolytlösung verwendet wurde.
  • Vergleichsbeispiel 14
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 21 hergestellt, außer dass eine gemischte Lösung aus 1,3 LiPF6 in Acetonitril, Ethylencarbonat und Diethylcarbonat bei einem Volumenverhältnis von 40 : 30 : 30 als Elektrolytlösung verwendet wurde.
  • Beispiel 35
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 21 hergestellt, außer dass ein gemischtes positives aktives Material aus LiNi0.8Co0.15Mn0.05O2 und LiCoO2 als positives aktives Material verwendet wurde.
  • Beispiel 36
  • Eine wiederaufladbare Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 21 hergestellt, außer dass ein gemischtes positives aktives Material aus LiNi0.75Co0.2Mn0.05O2 und LiCoO2 als positives aktives Material verwendet wurde.
  • * Kapazitätstest
  • Die Zellen gemäß Beispielen 21 bis 36 und Vergleichsbeispielen 10 bis 14 wurden unter Konstantstrom und Konstantspannung bei 0,5C auf 4,2V und einer Abschaltzeit von 3 Stunden geladen und bei 0,2C und einer Abschaltspannung von 2,75V unter Konstantstrom entladen. Die Kapazität wurde gemessen, und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
  • * Schwellungseigenschaften
  • Die Zellen gemäß Beispielen 21 bis 36 und Vergleichsbeispielen 10 bis 16 wurden bei 0,5C unter Konstantstrom und Konstantspannung auf 4,2V und einer Abschaltbedingung von 0,1 C geladen. Die geladenen Zellen wurden 4 Stunden lang bei 85°C ein einem Heißwindofen stehen gelassen, und ihre Dicke wurde gemessen. Die Zunahmen an Dicke im Vergleich zu der ursprünglichen geladenen Zelle wurden gemessen, und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
  • * Zyklenlebensdauereigenschaften
  • Die Zellen gemäß Beispielen 21 bis 36 und Vergleichsbeispielen 10 bis 14 wurden 500 mal bei 1C geladen und die Zyklenlebensdauereigenschaften (Retentionskapazität %) wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
  • Tabelle 2
    Figure 00230001
  • Wie in Tabelle 2 gezeigt wiesen die Zellen gemäß Beispielen 21 bis 36 denen gemäß Vergleichsbeispielen 10 bis 14 entsprechende Kapazitäten auf, zeigten jedoch gute Zyklenlebensdauereigenschaften und ausgezeichnete Schwellungshemmung. Daher zeigen die Zellen gemäß Beispielen 21 bis 35 verbesserte Sicherheit, während die Kapazität und die Zyklenlebensdauereigenschaften beibehalten werden.
  • Beispiel 37
  • 1,15M LiBF6 wurde in einer gemischten Lösung aus Ethylencarbonat, Diethylcarbonat und Valeronitril in einem Volumenverhältnis von 30 : 50 : 20 gelöst, um einen Elektrolyten zu präparieren.
  • Die positive Elektrode enthielt ein gemischtes positives aktives Material aus LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 und LiCoO2 bei einem Gewichtsverhältnis von 6 : 4, ein Carbon Black-Leitmittel und ein Polyvinylidenfluorid-Bindemittel, und die negative Elektrode enthielt ein negatives aktives Material aus natürlichem Graphit und ein Styrol-Butadien-Gummi-Bindemittel. Unter Verwendung der positiven Elektrode, der negativen Elektrode und des Elektrolyten wurde eine Lithiumzelle hergestellt.
  • Beispiel 38
  • Eine Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 37 hergestellt, außer dass Heptannitril anstatt von Valeronitril verwendet wurde.
  • Beispiel 39
  • Eine Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 37 hergestellt, außer dass Caprylonitril anstatt von Valeronitril verwendet wurde.
  • Beispiel 40
  • Eine Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 37 hergestellt, außer dass Cyclohexancarbonitril anstatt von Valeronitril verwendet wurde.
  • Beispiel 41
  • Eine Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 37 hergestellt, außer dass 2-Fluorbenzonitril anstatt von Valeronitril verwendet wurde.
  • Beispiel 42
  • Eine Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 37 hergestellt, außer dass 1,15M LiPF6 in einer gemischten Lösung aus Ethylencarbonat, Diethylcarbonat und Valeronitril bei einem Volumenverhältnis von 30 : 40 : 30 gelöst wurde, um einen Elektrolyten zu präparieren.
  • Beispiel 43
  • Eine Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 37 hergestellt, außer dass 1,15M LiPF6 in einer gemischten Lösung aus Ethylencarbonat, Diethylcarbonat und Valeronitril bei einem Volumenverhältnis von 30 : 55 : 15 gelöst wurde, um einen Elektrolyten zu präparieren.
  • Beispiel 44
  • Eine Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 37 hergestellt, außer dass 1,15M LiPF6 in einer gemischten Lösung aus Ethylencarbonat, Diethylcarbonat und Valeronitril bei einem Volumenverhältnis von 30 : 45 : 25 gelöst wurde, um einen Elektrolyten zu präparieren.
  • Vergleichsbeispiel 15
  • Eine Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 37 hergestellt, außer dass 1,15M LiPF6 in einer gemischten Lösung aus Ethylencarbonat, Ethylmethylcarbonat, Propylencarbonat und Fluorbenzol bei einem Volumenverhältnis von 30 : 55 : 10 gelöst wurde, um einen Elektrolyten zu präparieren.
  • Vergleichsbeispiel 16
  • Eine Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 37 hergestellt, außer dass 1,15M LiPF6 in einer gemischten Lösung aus Acetonitril und Ethylencarbonat bei einem Volumenverhältnis von 7 : 3 gelöst wurde, um einen Elektrolyten zu präparieren.
  • Vergleichsbeispiel 17
  • Eine Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 37 hergestellt, außer dass 1,15M LiPF6 in einer gemischten Lösung aus Acetonitril und Ethylencarbonat bei einem Volumenverhältnis von 1 : 1 gelöst wurde, um einen Elektrolyten zu präparieren.
  • Vergleichsbeispiel 18
  • Eine Lithiumzelle wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 37 hergestellt, außer dass 1,15M LiPF6 in einer gemischten Lösung aus Acetonitril, Ethylencarbonat und Diethylcarbonat bei einem Volumenverhältnis von 40 : 30 : 30 gelöst wurde, um einen Elektrolyten zu präparieren.
  • Mit den Zellen gemäß Beispielen 37 bis 44 und Vergleichsbeispielen 16 bis 19 wurden Tests der Kapazität, Zyklenlebensdauereigenschaften und Schwellungseigenschaften durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt.
  • Tabelle 3
    Figure 00250001
  • Figure 00260001
  • Beispiel 45
  • 1 Gewichtsprozent eines Dipentaerythrit-caprolactonisierten Hexaacrylat-Derivat-Monomers (Nippon Kayaku) und ein Di(4-t-butylcyalohexyl-Peroxidicarbonat) ("Perkadox 16", AKZO NOBEL) wurden zu 98,5 Gewichtsprozent einer Elektrolytlösung aus 1,3M LiPF6 in Ethylencarbonat, γ-Butyrolacton, Diethylcarbonat und Valeronitril (15 : 55 : 20 : 10 Volumenverhältnis) hinzugefügt und dann 10 Minuten lang gemischt, um eine Mischung zum Präparieren eines Elektrolyten zu präparieren. Zu dieser Zeit war die Menge des Initiators 3 Gewichtsprozent bezüglich der Menge des Monomers.
  • Die positive Elektrode enthielt ein positives aktives Material aus LiCoO2, ein Carbon Black-Leitmittel und ein Polyvinylidenfluorid-Bindemittel, und die negative Elektrode enthielt ein negatives aktives Material aus natürlichem Graphit und ein Styrol-Butadien-Gummi-Bindemittel. Die positive Elektrode, die negative Elektrode und ein Separator wurden gewickelt, um eine jelly-roll-Anrodnung zu produzieren, und die jelly-roll-Anrodnung wurde in eine Al-Tasche eingeführt, gefolgt von teilweisem Abdichten. Die Mischung wurde in das Gehäuse injiziert, und es wurde vollständig abgedichtet. Die Menge der Mischung war 2,62g. Das abgedichtete Gehäuse wurde 4 Stunden lang bei 70°C stehen gelassen, um eine wiederaufladbare Lithium-Zelle mit einem Gel-Polymer-Elektrolyten herzustellen.
  • * Überentladungstest
  • Der Kapazitäts-Erholungsschritt wurde gemäß Beispiel 45 auf die Zelle ausgeführt. Der Kapazitäts-Erholungsschritt beinhaltete einen ersten Schritt aus Aufladen bei 500mA auf 4,2V unter einer Abschaltbedingung von 50mA, einem ersten Entladen bei 300mA und einer Abschaltspannung von 3,00V, einem zweiten Entladen bei 2mA und einer Abschaltspannung von 2,75V und einem dritten Entladen bei 1 mA und einer Abschaltspannung von 0,00V und 60 Minuten Stehenlassen; und dann einen zweiten Schritt aus einem ersten Aufladen bei 500mA und einer Abschaltspannung von 3V, einem zweiten Aufladen bei 500mA und 4,2V unter einer Abschaltbedingung von 50mA und dann Entladen bei 300mA zu einer Abschaltspannung von 3V.
  • Der Kapazitäts-Erholungsschritt wurde als 1 Zyklus bezeichnet, er wurde drei mal wiederholt. Die Anfangskapazität und die Entladungskapazität für jeden Zyklus wurden gemessen, und dann wurde der Erholungskapazitätsprozentanteil aus der Kapazität nach jedem Zyklus bezüglich der Anfangskapazität gewonnen. Die Anfangskapazität war eine Kapazität nachdem die Zelle bei 500mA und 4,2V unter einer Abschaltbedingung von 50mA geladen wurde und zuerst bei 300mA unter einer Abschaltspannung von 3,0V entladen wurde. Die gemessene Anfangskapazität war 895mAh. Wenn die Anfangskapazität von 895mAh 100% war, war eine Kapazität bei 1 Zyklus 834mAh, das heißt 97%, bei 2 Zyklen 832mAh, 97%, und bei 3 Zyklen 839mAh, 98%. Diese Ergebnisse zeigen gute Kapazitätserholung.

Claims (37)

  1. Elektrolyt für eine wiederaufladbare Lithium-Batterie, umfassend: ein Monomer; einen Polymerisationsinitiator; ein Lithiumsalz; und ein nichtwässriges organisches Lösungsmittel, das 70 bis 95 Volumenprozent eines Lösungsmittels auf Ester-Basis, das einen zyklischen Ester umfasst, sowie 5 bis 30 Volumenprozent eines Lösungsmittels auf Nitril-Basis umfasst, dargestellt durch die Formel: R-C≡N wobei R aus der aus C1 bis C10 aliphatischen Kohlenwasserstoffen, C1 bis C10 halogenierten aliphatischen Kohlenwasserstoffen, C6 bis C10 aromatischen Kohlenwasserstoffen und C6 bis C10 halogenierten aromatischen Kohlenwasserstoffen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  2. Elektrolyt nach Anspruch 1, wobei das nichtwässrige organische Lösungsmittel 75 bis 90 Volumenprozent des Lösungsmittels auf Ester-Basis, das den zyklischen Ester umfasst, und 10 bis 25 Volumenprozent des Lösungsmittels auf Nitril-Basis beinhaltet.
  3. Elektrolyt nach Anspruch 1, wobei der zyklische Ester 10 bis 40 Volumenprozent Ethylencarbonat beinhaltet.
  4. Elektrolyt nach Anspruch 3, wobei der zyklische Ester ferner 30 bis 85 Volumenprozent mindestens eines aus der aus Propylencarbonat, Butylcarbonat, γ-Butyrolacton, γ-Valerolacton, γ-Caprolacton, δ-Valerolacton und ε-Caprolacton bestehenden Gruppe Ausgewählten beinhaltet, und wobei der zyklische Ester in einer Gesamtmenge von 70 bis 95 Volumenprozent vorliegt.
  5. Elektrolyt nach Anspruch 1, wobei der zyklische Ester ferner 10 bis 15 Volumenprozent Ethylencarbonat und 55 bis 85 Volumenprozent mindestens eines der aus der aus Propylencarbonat, Butylencarbonat, γ-Butyrolacton, γ-Valerolacton, γ-Caprolacton, δ-Valerolacton und ε-Caprolacton bestehenden Gruppe Ausgewählten beinhaltet, und wobei der zyklische Ester in einer Gesamtmenge von 70 bis 95 Volumenprozent vorliegt.
  6. Elektrolyt nach Anspruch 1, wobei R aus der aus C3 bis C8 aliphatischen Kohlenwasserstoffen und C3 bis C8 halogenierten aliphatischen Kohlenwasserstoffen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  7. Elektrolyt nach Anspruch 1, wobei das Lösungsmittel auf Nitril-Basis aus der aus Acetonitril, Propionitril, Butyronitril, t-Butylcyanid, Valeronitril, Caprylonitril, Heptylcyanid, Heptannitril, Cyclopentancarbonitril, Cyclohexancarbonitril, 2-Fluorbenzonitril, 4-Fluorbenzonitril, Difluorbenzonitril, Trifluorbenzonitril, 2-Chlorbenzonitril, 4-Chlorbenzonitril, Dichlorbenzonitril, Trichlorbenzonitril, 2-Chlor-4-Fluorbenzonitril, 4-Chlor-2-Fluorbenzonitril, Phenylacetonitril, 2-Fluorphenylacetonitril und 4-Fluorphenylacetonitril bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  8. Elektrolyt nach Anspruch 1, wobei das organische Lösungsmittel ferner einen linearen Ester in einer Menge zwischen 0 und 70 Volumenanteilen basierend auf 100 Volumenanteilen des gesamten zyklischen Esters und des Lösungsmittels auf Nitril-Basis umfasst.
  9. Elektrolyt nach Anspruch 8, wobei der lineare Ester aus der aus Dimethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat, Diethylcarbonat, Dipropylcarbonat, Dibutylcarbonat, Methylacetat, Ethylacetat, Methylhexanoat, Methylformat und Mischungen derselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  10. Elektrolyt nach Anspruch 1, wobei das Monomer ein erstes Monomer oder eine Mischung aus dem ersten Monomer und einem zweiten Monomer ist, das erste Monomer mindestens zwei funktionelle Gruppen an einem Ende desselben aufweist, eine funktionelle Gruppe aus der aus durch Formeln 2 bis 4 dargestellten ungesättigten Gruppen bestehenden Gruppe ausgewählt ist und das erste Monomer ein Molekulargewicht von 50 bis 100000 aufweist; und das zweite Monomer eine funktionelle Gruppe aufweist, die aus der aus einer durch Formeln 2 bis 4 dargestellten ungesättigten Bindung bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und das zweite Monomer ein Molekulargewicht von 50 bis 100000 aufweist. (R1)(R2)C=C(R3)-C(=O)- (2) (R1)(R2)C=C(R3)- (3) (R1)(R2)C=C(R3)-CH2- (4)(wobei, R1, R2 und R3 gleich sind oder unabhängig aus H, einem C2 bis C10 aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoff, -C.N oder -OR5 ausgewählt sind, wobei R5 entweder H, CH3, C2H5, -F, -Cl oder -Br ist.)
  11. Elektrolyt nach Anspruch 1, wobei das Polymerelektrolyt das Monomer zu 0,01 bis 20 Gewichtsprozent beinhaltet.
  12. Elektrolyt nach Anspruch 1, wobei der Polymerisationsinitiator ein organisches Peroxid oder eine Verbindung auf Azobasis ist.
  13. Elektrolyt nach Anspruch 12, wobei das organische Peroxid aus der aus Peroxydicarbonaten, welche aus der aus Di(4-t-butylcyclohexyl)-peroxydicarbonat, Di-2-ethylhexyl-peroxydicarbonat, Di-isopropyl-peroxydicarbonat, Di-3-methoxybutylperoxydicarbonat, t-Butylperoxyisopropylcarbonat, t-Butylperoxy-2-Ethylhexylcarbonat, 1,6-Bis(t-butylperoxycarbonyloxy)hexan und Diethylenglycol-bist-butylperoxycarbonat) bestehenden Gruppe ausgewählt sind; Diacylperoxiden, die aus der aus Diacetylperoxid, Dibenzoylperoxid, Dilauroylperoxid und Bis-3,5,5-trimethylhexanoylperoxid bestehenden Gruppe ausgewählt sind; sowie Peroxyestern, die aus der aus t-Butylperoxypivalat, t-Amylperoxypivalat, t-Butylperoxy-2-Ethylhexanoat, t-Hexylperoxypivalat, t-Butylperoxyneodecanoat, t-Butylperoxyneoheptanoat, t-Hexylperoxypivalat, 1,1,3,3-Tetramethylbutylperoxyneodecanoat, 1,1,3,3-Tetramethylbutyl-2-Ethylhexanoat, t-Amylperoxy-2-Ethylhexanoat, t-Butylperoxyisobutyrat, t-Amylperoxy-3,5,5-Trimethylhexanoyl, t-Butylperoxyisobutyrat, t-Amylperoxy-3,5,5-Trimethylhexanoyl, t-Butylperoxy-3,5,5-Trimethylhexanoat, t-Butylperoxyacetat, t-Butylperoxybenzoat und Di-butylperoxytrimethyladipat bestehenden Gruppe ausgewählt sind, bestehenden Gruppe ausgewählt ist; und die Verbindung auf Azobasis aus der aus 2,2'-Azo-bis(2,4-dimethylvaleronitril) und 1,1'-Azo-bis(cyanocyclohexan) bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  14. Elektrolyt nach Anspruch 1, wobei das Lithiumsalz aus der aus LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2, LiAlO4, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2), wobei x und y natürliche Zahlen sind, LiSO3CF3 und Mischungen derselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  15. Elektrolyt nach Anspruch 1, wobei das Elektrolyt ferner einen aus der aus einem substituierten Carbonat mit einer Substitutionsgruppe, Vinylencarbonat, Divinylsulfon, Ethylensulfit und Mischungen derselben bestehenden Gruppe ausgewählten Zusatzstoff enthält, wobei die Substitutionsgruppe aus der aus Halogenen, einem Cyano (CN) und einem Nitro (NO2) bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  16. Elektrolyt nach Anspruch 15, wobei der Zusatzstoff ein substituiertes Carbonat mit einer aus der aus Halogenen, einem Cyano (CN) und einem Nitro (NO2) bestehenden Gruppe ausgewählten Substitutionsgruppe ist.
  17. Elektrolyt nach Anspruch 16, wobei das substituierte Carbonat durch folgende Formel dargestellt ist:
    Figure 00300001
    wobei X aus der aus Halogenen, einem Cyano (CN) und einem Nitro (NO2) bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  18. Elektrolyt nach Anspruch 17, wobei das substituierte Carbonat Fluorethylencarbonat ist.
  19. Elektrolyt nach Anspruch 16, wobei der Zusatzstoff in einer Menge von zwischen 0,01 und 10 Gewichtsanteilen basierend auf 100 Gewichtsanteilen des gesamten Elektrolyten vorhanden ist.
  20. Wiederaufladbare Lithium-Batterie, umfassend: eine positive Elektrode, die ein positives aktives Material, in welchem Lithium-Interkalation reversibel erfolgt, umfasst oder ein positives aktives Material auf Nickel-Basis umfasst; eine negative Elektrode, die ein negatives aktives Material umfasst, in welchem Lithium-Interkalation reversibel erfolgt. ein Elektrolyt, umfassend ein Monomer, einen Polymerisationsinitiator, ein organisches Lösungsmittel und ein Lithiumsalz, wobei das organische Lösungsmittel 70 bis 95 Volumenprozent eines Lösungsmittels auf Ester-Basis umfasst, das einen zyklischen Ester umfasst, sowie 5 bis 30 Volumenprozent eines Lösungsmittels auf Nitril-Basis, dargestellt durch die Formel: R-C≡N wobei R aus der aus C1 bis C10 aliphatischen Kohlenwasserstoffen, C1 bis C10 halogenierten aliphatischen Kohlenwasserstoffen, C6 bis C10 aromatischen Kohlenwasserstoffen und C6 bis C10 halogenierten aliphatischen Kohlenwasserstoffen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  21. Wiederaufladbare Lithium-Batterie nach Anspruch 20, wobei das nichtwässrige organische Lösungsmittel 75 bis 90 Volumenprozent des Lösungsmittels auf Ester-Basis, das den zyklischen Ester umfasst, und 10 bis 25 Volumenprozent des Lösungsmittels auf Nitril-Basis beinhaltet.
  22. Wiederaufladbare Lithium-Batterie nach Anspruch 20, wobei der zyklische Ester 10 bis 40 Volumenprozent Ethylencarbonat und 30 bis 85 Volumenprozent mindestens eines aus der aus Propylencarbonat, Butylcarbonat, γ-Butyrolacton, γ-Valerolacton, γ-Caprolacton, δ-Valerolacton und ε-Caprolacton bestehenden Gruppe Ausgewählten beinhaltet und wobei der zyklische Ester in einer Gesamtmenge von 70 bis 95 Volumenprozent vorliegt.
  23. Wiederaufladbare Lithium-Batterie nach Anspruch 20, wobei der zyklische Ester 10 bis 15 Volumenprozent Ethylencarbonat und 55 bis 85 Volumenprozent mindestens eines aus der aus Propylencarbonat, Butylcarbonat, γ-Butyrolacton, γ-Valerolacton, γ-Caprolacton, δ-Valerolacton und ε-Caprolacton bestehenden Gruppe Ausgewählten beinhaltet und wobei der zyklische Ester in einer Gesamtmenge von 70 bis 95 Volumenprozent vorliegt.
  24. Wiederaufladbare Lithium-Batterie nach Anspruch 20, wobei R aus der aus C3 bis C8 aliphatischen Kohlenwasserstoffen und C3 bis C8 halogenierten aliphatischen Kohlenwasserstoffen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  25. Wiederaufladbare Lithium-Batterie nach Anspruch 20, wobei das Lösungsmittel auf Nitril-Basis aus der aus Acetonitril, Propionitril, Butyronitril, t-Butylcyanid, Valeronitril, Caprylonitril, Heptylcyanid, Heptannitril, Cyclopentancarbonitril, Cyclohexancarbonitril, 2-Fluorbenzonitril, 4-Fluorbenzonitril, Difluorbenzonitril, Trifluorbenzonitril, 2-Chlorbenzonitril, 4-Chlorbenzonitril, Dichlorbenzonitril, Trichlorbenzonitril, 2-Chlor-4-Fluorbenzonitril, 4-Chlor-2-Fluorbenzonitril, Phenylacetonitril, 2-Fluorphenylacetonitril, 4-Fluorphenylacetonitril und Mischungen derselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  26. Wiederaufladbare Lithium-Batterie nach Anspruch 20, wobei das organische Lösungsmittel ferner einen linearen Ester in einer Menge zwischen 0 und 70 Volumenanteilen basierend auf 100 Volumenanteilen des gesamten zyklischen Esters und des Lösungsmittels auf Nitril-Basis umfasst.
  27. Wiederaufladbare Lithium-Batterie nach Anspruch 20, wobei das Monomer ein erstes Monomer oder eine Mischung aus dem ersten Monomer und einem zweiten Monomer ist, das erste Monomer mindestens zwei funktionelle Gruppen an einem Ende desselben aufweist, eine funktionelle Gruppe aus der aus durch Formeln 2 bis 4 dargestellten ungesättigten Gruppen bestehenden Gruppe ausgewählt ist und das erste Monomer ein Molekulargewicht von 100 bis 10000 aufweist; und das zweite Monomer eine funktionelle Gruppe aufweist, die aus der aus einer durch Formeln 2 bis 4 dargestellten ungesättigten Bindung bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und das zweite Monomer ein Molekulargewicht von 100 bis 10000 aufweist. (R1)(R2)C=C(R3)-C(=O)- (2) (R1)(R2)C=C(R3)- (3) (R1)(R2)C=C(R3)-CH2- (4)(wobei R1, R2 und R3 gleich sind oder unabhängig aus H, einem C2 bis C10 aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoff, -C.N oder -OR5 ausgewählt sind, wobei R5 entweder H, CH3, C2H5, -F, -Cl oder -Br ist.)
  28. Wiederaufladbare Lithium-Batterie nach Anspruch 20, wobei der Polymerisationsinitiator ein organisches Peroxid oder eine Verbindung auf Azobasis ist.
  29. Wiederaufladbare Lithium-Batterie nach Anspruch 28, wobei das organische Peroxid aus der aus Peroxydicarbonaten, die aus der aus Di(4-t-butylcyclohexyl)-peroxydicarbonat, Di-2-ethylhexyl-peroxydicarbonat, Di-isopropyl-peroxydicarbonat, Di-3- methoxy-butylperoxydicarbonat, t-Butylperoxyisopropylcarbonat, t-Butylperoxy-2-Ethylhexylcarbonat, 1,6-Bis(t-butylperoxycarbonyloxy)hexan und Diethylenglycol-bis(t-butylperoxycarbonat) bestehenden Gruppe ausgewählt sind; Diacylperoxiden, die aus der aus Diacetylperoxid, Dibenzoylperoxid, Dilauroylperoxid und Bis-3,5,5-trimethylhexanoylperoxid bestehenden Gruppe ausgewählt sind; sowie Peroxyestern, die aus der aus t-Butylperoxypivalat, t-Amylperoxypivalat, t-Butylperoxy-2-Ethylhexanoat, t-Hexylperoxypivalat, t-Butylperoxyneodecanoat, t-Butylperoxyneoheptanoat, t-Hexylperoxypivalat, 1,1,3,3-Tetramethylbutylperoxyneodecanoat, 1,1,3,3-Tetramethylbutyl-2-Ethylhexanoat, t-Amylperoxy-2-Ethylhexanoat, t-Butylperoxyisobutyrat, t-Amylperoxy-3,5,5-Trimethylhexanoyl, t-Butylperoxyisobutyrat, t-Amylperoxy-3,5,5-Trimethylhexanoyl, t-Butylperoxy-3,5,5-Trimethylhexanoat, t-Butylperoxyacetat, t-Butylperoxybenzoat und Dibutylperoxy-trimethyladipat bestehenden Gruppe ausgewählt sind, bestehenden Gruppe ausgewählt ist; und die Verbindung auf Azobasis aus der aus 2,2'-Azo-bis(2,4-dimethylvaleronitril) und 1,1'-Azo-bis(cyanocyclohexan) bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  30. Wiederaufladbare Lithium-Batterie nach Anspruch 20, wobei das Lithiumsalz aus der aus LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2, LiAlO4, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2), wobei x und y natürliche Zahlen sind, LiSO3CF3 und Mischungen derselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  31. Wiederaufladbare Lithium-Batterie nach Anspruch 20, wobei das Elektrolyt ferner einen aus der aus einem substituierten Carbonat mit einer Substitutionsgruppe, Vinylencarbonat, Divinylsulfon, Ethylensulfit und Kombinationen derselben bestehenden Gruppe ausgewählten Zusatzstoff enthält, wobei die Substitutionsgruppe aus der aus Halogenen, einem Cyano (CN) und einem Nitro (NO2) bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  32. Wiederaufladbare Lithium-Batterie nach Anspruch 31, wobei der Zusatzstoff ein substituiertes Carbonat mit einer aus der aus Halogenen, einem Cyano (CN) und einem Nitro (NO2) bestehenden Gruppe ausgewählten Substitutionsgruppe ist.
  33. Wiederaufladbare Lithium-Batterie nach Anspruch 32, wobei das substituierte Carbonat durch folgende Formel dargestellt ist:
    Figure 00330001
    wobei X aus der aus Halogenen, Cyano (CN) und Nitro (NO2) bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  34. Wiederaufladbare Lithium-Batterie nach Anspruch 33, wobei das substituierte Carbonat Fluorethylencarbonat ist.
  35. Wiederaufladbare Lithium-Batterie nach Anspruch 20, wobei das positive aktive Material eine Nickel beinhaltende Verbindung ist.
  36. Wiederaufladbare Lithium-Batterie nach Anspruch 35, wobei das positive aktive Material eine Verbindung auf Nickel-Basis ist, die durch Formeln 6 oder 7 dargestellt ist: LixNiyM1-yA2 (6) LixNiyM1-yO2-zXz (7)wobei 0,90 ≤ x ≤ 1,1, 0,1 ≤ y ≤ 0,9 und 0 ≤ z ≤ 0,5 gilt; M mindestens ein aus Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V und einem Seltenerdelement Ausgewähltes ist; A aus O, F, S oder P ausgewählt ist; und X entweder F, S oder P ist.
  37. Wiederaufladbare Lithium-Batterie nach Anspruch 35, wobei das positive aktive Material eine Verbindung auf Nickel-Basis oder eine Mischung aus der Verbindung auf Nickel-Basis und einer Verbindung auf Kobalt-Basis oder einer Verbindung auf Mangan-Basis ist.
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