EP3785317A1 - Verfahren zum betreiben einer lithiumionenbatterie, lithiumionenbatterie und kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer lithiumionenbatterie, lithiumionenbatterie und kraftfahrzeug

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EP3785317A1
EP3785317A1 EP19714651.7A EP19714651A EP3785317A1 EP 3785317 A1 EP3785317 A1 EP 3785317A1 EP 19714651 A EP19714651 A EP 19714651A EP 3785317 A1 EP3785317 A1 EP 3785317A1
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EP
European Patent Office
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lithium
ion battery
electrolyte
solvent
lithium ion
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Pending
Application number
EP19714651.7A
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French (fr)
Inventor
Sebastian Scharner
Simon Nuernberger
Jakub REITER
Dave Andre
Christoph Bauer
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Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a
  • Lithium ion battery, a lithium ion battery and a motor vehicle with high application safety and service life Lithium ion battery, a lithium ion battery and a motor vehicle with high application safety and service life.
  • Lithium ion batteries are so far on an operation in one
  • the cell nucleus is brought to a suitable temperature by means of a heater, as for example from DE
  • Lithium ion battery very complex and involves risks in the safety and thus the longevity of the lithium-ion battery.
  • Lithium-ion battery which is designed in particular as a lithium-ion accumulator, and which comprises at least one lithium-ion cell, usually a plurality of stacked lithium-ion cells, and a heating device.
  • Each lithium-ion cell further includes an anode, a cathode, a separator, a current collector, and an electrolyte.
  • the heater is set up the
  • Lithium ion battery in a temperature range between 5 and 90 ° C to operate.
  • the lithium-ion cell is thus in particular by
  • the lithium ion battery is operated only in positive temperature ranges and is designed only then.
  • the electrolyte comprises either LiBOB (lithium bisoxalatoborate) as the conducting salt and at least one solvent selected from: PC
  • This electrolyte does not contain LiPF 6 which tends to form HF. Thus, the user safety is improved.
  • the solvents have high boiling points, which significantly increases the safety during operation of the lithium-ion battery.
  • this electrolyte is very compatible with graphite, which is usually present in the electrodes of the battery, in particular on the anode side, so that the
  • LiBOB is also characterized by a high thermal stability, which extends the life of the lithium-ion battery
  • Lithium ion battery is also beneficial.
  • the electrolyte comprises LiFSI (lithium bis (fluorosulfonyl) imidate) and / or LiDFOB (lithium difluorooxalato borate) as the conductive salt and at least one
  • Glycol ethers and / or DMC dimethyl carbonate
  • DMC dimethyl carbonate
  • this electrolyte does not contain LiPF 6 which tends to form HF, thereby improving the user safety of the lithium ion battery.
  • the conductive salts used are very stable. Glycol ethers and DMC usually have high boiling points, so that from this point of view
  • the electrolyte comprises LiFSI
  • LiTFSI Lithium bis (fluorosulfonyl) imidate
  • LiDFOB Lithium bis (trifluoromethane) sulfonimidate
  • LiTDI lithium 4,5-dicyano-2- (trifluoromethyl) imidazole as the conductive salt and at least one compound selected from: imidazolium, pyrrolidinium and
  • Piperidinium compounds as solvent This means that one or more imidazolium compounds, one or more
  • PyrrolidiniumENSen or one or more imidazolium compounds or any combination of these compounds can be used as a solvent.
  • the abovementioned solvents are characterized by low vapor pressures, are non-combustible up to about 200 ° C. and have high flash points.
  • this electrolyte does not contain LiPF 6 which tends to form HF, thereby further improving the user safety of the lithium ion battery.
  • the conductive salts are characterized by a high thermal stability, which is also beneficial to the thermal stability of the lithium-ion battery.
  • the inventive method thus enables the operation of a
  • Lithium ion battery with high user safety, good thermal stability and thus very good longevity of the battery at high power density and voltage By designing the operation of the lithium-ion battery in a temperature range of 5 to 90 ° C also eliminates the need for a Cooling, which significantly simplifies the process. In addition, this allows further design possibilities in the material and design of the lithium-ion battery.
  • glycol ether is preferably selected from: 1, 1 - dimethoxyethane, 1, 2-dimethoxyethane, bis (2-methoxyethyl) ether and mixtures thereof.
  • Piperidinium compounds a fluorinated anion.
  • Flash point and low flammability is the pyrrolidinium compound 1 - propyl-1 -methylpyrrolidiniumbis (fluorosulfonyl) imide.
  • the user safety can be further improved by the advantageous development, according to which the electrolyte is free of fluorinated conductive salts, in particular of LiPFe.
  • the electrolyte further comprises at least one anticorrosion additive, in particular at least one anticorrosion additive containing fluorine, before the lithium ion battery is started up.
  • Suitable corrosion protection additives can be selected by the person skilled in the art from commercially available corrosion protection additives.
  • As a corrosion protection additive for aluminum in particular LiPF 6 in small amounts, ie with a maximum of 3 wt .-%, based on the total mass of Electrolytes, are used.
  • the UPF 6 is completely used for the formation of a corrosion protection layer on aluminum-containing surfaces, such as the housing or the
  • the heater is an in-cell heater. This means that the heater is placed directly inside the cell between e.g. so-called jelly rolls or electrode stacks, is arranged so that the heat input is significantly facilitated at high efficiency.
  • the heating device can also be arranged on the outside of the cell housing, wherein the heating energy comes from the cell itself, analogous to the cell-internal heating.
  • the heater can be exemplified in the form of
  • a further aspect of the invention relates to a lithium-ion battery, which is designed in particular as a lithium-ion secondary battery, and the at least one lithium-ion cell and a heating device, in particular in the form of an internal cell heater, wherein the heating device is arranged, the lithium-ion battery in a temperature range between 5 and 90 ° C, wherein the lithium-ion cell comprises an anode, a cathode, a separator, a current collector and an electrolyte, and wherein the electrolyte comprises LiBOB as conductive salt and at least one selected from: PC and EC as solvent or LiFSI and / or LiDFOB as Conducting salt and at least one glycol ether and / or DMC as a solvent or LiFSI and / or LiTFSI and / or LiDFOB and / or LiTDI as conductive salt and at least one compound selected from: imidazolium compounds, pyrrolidinium compounds and piperidinium compounds as solvent.
  • the electrolyte
  • the lithium ion battery according to the invention is operated in particular by application of the heater in a temperature range of 5 to 90 ° C, in particular from 10 to 80 ° C, and is characterized by the inventively designed electrolyte in combination with the heater at high power density by a high level of user safety, a long life and high
  • Another aspect of the invention also describes a motor vehicle comprising a lithium ion battery as disclosed above.
  • Motor vehicle is characterized by a permanently high performance and safe use. Due to the proposed heater eliminates the
  • Cooling circuit must be provided, which could affect the compactness of the motor vehicle.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a lithium ion battery according to an embodiment of the invention.
  • Figure 1 shows a lithium-ion battery 1, in particular as
  • Lithium ion accumulator is formed, and comprising a lithium-ion cell and a heater 2.
  • the heating device 2 is designed in the form of a cell internal heating device. It goes without saying that a lithium-ion battery can comprise several, in particular stacked, lithium-ion cells.
  • the lithium-ion cell comprises an anode 4, a cathode 5, a separator 6, current conductors 7 and an electrolyte 3.
  • the anode 4 and the cathode 5 are like usually trained and usually include a
  • the electrolyte 3 may be present in the anode 4, the cathode 5 and the separator 6 and possibly also in the separators 7 and comprises LiBOB as conductive salt and at least one solvent selected from: PC and EC, wherein also mixtures of PC and EC can be used.
  • the electrolyte 3 may comprise LiFSI and / or LiDFOB as a guideline and at least one glycol ether and / or DMC as solvent or LiFSI and / or LiTFSl and / or LiDFOB and / or LiTDI as conductive salt and at least one compound selected from: imidazolium compounds,
  • the lithium-ion battery 1 according to the invention is usually arranged in a housing and is operated in particular by application of the heating device 2 in a temperature range from 5 to 90 ° C., in particular from 10 to 80 ° C.
  • the lithium ion battery 1 is due to the compact structure, the very good thermal stability, high user safety and high longevity with very good power density, especially for use in a motor vehicle.

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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

Verfahren zum Betreiben einer Lithiumionenbatterie, Lithiumionenbatterie und Kraftfahrzeug
Beschreibung
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 LiPFe.
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 UPF6 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:
Figur 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 Figur 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 Leitsatz und mindestens einen Glycolether und/oder DMC als Lösungsmittel oder LiFSI und/oder LiTFSl 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

Claims

Patentansprüche:
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 Lösungsmitel 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.
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