ES2975134T3 - Electrolito para baterías secundarias de Li - Google Patents

Electrolito para baterías secundarias de Li Download PDF

Info

Publication number
ES2975134T3
ES2975134T3 ES20838503T ES20838503T ES2975134T3 ES 2975134 T3 ES2975134 T3 ES 2975134T3 ES 20838503 T ES20838503 T ES 20838503T ES 20838503 T ES20838503 T ES 20838503T ES 2975134 T3 ES2975134 T3 ES 2975134T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
volume
electrolyte composition
litfsi
amount
electrolyte
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES20838503T
Other languages
English (en)
Inventor
Sebastian Mai
Svetlozar-Dimitrov Ivanov
Andreas Bund
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Umicore NV SA
Original Assignee
Umicore NV SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Umicore NV SA filed Critical Umicore NV SA
Application granted granted Critical
Publication of ES2975134T3 publication Critical patent/ES2975134T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0567—Liquid materials characterised by the additives
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0568—Liquid materials characterised by the solutes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0569—Liquid materials characterised by the solvents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025—Organic electrolyte
    • H01M2300/0028—Organic electrolyte characterised by the solvent
    • H01M2300/0034—Fluorinated solvents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025—Organic electrolyte
    • H01M2300/0028—Organic electrolyte characterised by the solvent
    • H01M2300/0037—Mixture of solvents
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

DESCRIPCIÓN
Electrolito para baterías secundarias de Li
Campo técnico
La presente invención se refiere a una composición de electrolito para baterías basadas en metal de Li o de iones de litio. En particular, la presente invención se refiere a una composición electrolítica basada en sulfolano adecuada para baterías secundarias de litio, que comprende bis(trifluorometanosulfonil)imida (LiTFSI) en una cantidad (x) de 39,0 % en volumen < x<_47,5 % en volumen, carbonato de fluoroetileno (FEC) en una cantidad (y) de 1,0 < y < 15,0 % en volumen, equivalente a una cantidad de 1,0 < y < 14,0 % en peso, con respecto al volumen total, respectivamente peso, de la composición de electrolito, en donde SL/LiTFSI está comprendido en una relación molar (z) de 2,0 < z < 3,5 así como su aplicación en una celda de batería secundaria de litio.
Antecedentes
Los tres componentes funcionales primarios de una batería de iones de litio son el ánodo, el cátodo y el electrolito. El ánodo de una celda de iones de litio convencional está hecho de carbono, el cátodo de óxidos de metal de transición tales como cobalto, níquel, manganeso y el electrolito es un disolvente no acuoso que contiene una sal de litio. Otras baterías de iones de litio, por ejemplo, basadas en cátodos de fosfato de hierro y litio, también están presentes en el mercado.
El electrolito debe realizar iones de litio, actuando como un portador entre el cátodo y el ánodo cuando una batería pasa una corriente eléctrica a través de un circuito externo. Los disolventes de electrolito en el uso actual se descomponen en la carga inicial y forman una capa de interfase sólida, que es eléctricamente aislante, pero proporciona suficiente conductividad iónica. Esta interfase impide la descomposición adicional del electrolito en ciclos de carga/descarga posteriores.
Dichos disolventes de electrolito consisten típicamente en una mezcla de carbonatos orgánicos tales como carbonato de etileno (EC), carbonato de di-metilo (DMC) y carbonato de propileno (PC) y la sal de litio consiste normalmente en<hexafluorofosfato, LiPF>6<. El documento WO 2016/204278 A1 describe una composición de electrolito no acuoso que>comprende diversas sales de litio y sulfolano.
Como el mercado de las baterías secundarias de litio se expande rápidamente y existe una demanda creciente de baterías más pequeñas y más ligeras, que son adecuadas para dispositivos electrónicos portátiles y que muestran tremendas densidades de energía, condujeron a desarrollos intensivos que intentan lograr baterías seguras y estables con capacidades más altas y que pueden funcionar a tensiones de funcionamiento altas. La capacidad de una batería para dispositivos electrónicos portátiles ha alcanzado actualmente una meseta principalmente debida a la estabilidad del electrolito que limita la tensión de funcionamiento. La tensión de funcionamiento de las baterías comerciales adecuadas para dispositivos electrónicos portátiles varía actualmente de 4,2 V a un máximo de 4,4 V. Para dispositivos electrónicos portátiles muy altos, tales como teléfonos móviles de borde de ataque, se solicitan las baterías aplicando tensiones de funcionamiento de al menos 4,4 V (y preferiblemente no más de 4,5 V). Además, algunas composiciones de electrolitos para celdas secundarias de baterías de iones de litio tienen problemas de seguridad, es decir, inflamables.
Por lo tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar una batería de densidad de energía estable, segura y alta que muestre una buena vida útil (que puede ser, por ejemplo, suficiente para una vida útil de ciclo alta o excelente) que se permite a través de una alta eficiencia culombica (es decir, de al menos 93 %, preferiblemente de al menos 98 %), preferiblemente en un intervalo de tensión más alto, es decir, a una tensión superior a 4,4 V) frente a tensiones de corte o de funcionamiento convencionales (limitadas a 4,4 V).
Este objeto se ha resuelto usando una composición electrolítica basada en sulfolano (SL) adecuada para baterías secundarias de litio, que comprende bis(trifluorometanosulfonil)imida (LiTFSI) en una cantidad (x) de 39,0 % en volumen < x < 47,5 % en volumen y carbonato de fluoroetileno (FEC) en una cantidad (y) de 1,0 < y < 15,0 % en volumen, equivalente a una cantidad de 1,0 < y < 14,0 % en peso, con respecto al volumen total, respectivamente en peso, de la composición de electrolito, y el volumen restante del electrolito está compuesto por un disolvente adecuado tal como sulfolano (SL), en donde SL/LiTFSI está comprendido en una relación molar (z) de 2,0 < z < 3,5, en donde el % en volumen se define como el volumen de un constituyente específico dividido por el volumen total de LiTFSI (M: 287,08 g/mol, p: 1,33 g/cm3), FEC (M: 106,05 g/mol, p: 1,45 g/cm3), y SL (M: 120,17 g/mol, p: 1,26 g/cm3).
Descripción de las figuras
Figura 1: Resultados experimentales sobre la relación entre la eficiencia del ciclo y las relaciones molares variables entre sulfolano (SL) y bis(trifluorometanosulfonil)imida (LiTFSI) al contenido fijado de carbonato de fluoroetileno (FEC)<al>10,0<% en volumen.>
Figura 2: Resultados experimentales sobre la relación entre la eficiencia del ciclo y la variación del%en volumen de carbonato de fluoroetileno (FEC) a una relación molar fija entre sulfolano (SL) y bis(trifluorometanosulfonil)imida (LiTFSI) de 3,0 a 1,0.
Figura 3: Perfil de tensión del procedimiento descrito en la Sección 3 de los Ejemplos.
Descripción detallada de la invención
La presente invención se refiere a una composición basada en sulfolano (SL) adecuada para baterías secundarias de litio, que comprende bis(trifluorometanosulfonil)imida (LiTFSI) en una cantidad (x) de 39,0 % en volumen < x<_47,5 % en volumen, carbonato de fluoroetileno (FEC) en una cantidad (y) de 1,0 < y < 15,0 % en volumen, equivalente a una cantidad de 1,0 < y < 14,0 % en peso, con respecto al volumen total, respectivamente peso, de la composición de electrolito y sulfolano (SL), en donde SL/LiTFSI está comprendido en una relación molar (z) de 2,0 < z < 3,5.
Por motivos de claridad, un experto en la técnica puede calcular el % en volumen o el porcentaje de volumen y el % en peso o el porcentaje en peso de cada uno para los ingredientes descritos en la presente memoria y las relaciones molares entre cada uno de los ingredientes descritos en la presente memoria de los datos físicos disponibles para cada uno de los ingredientes descritos en la presente memoria.
En aras de la claridad, el % en volumen o el porcentaje de volumen y el % en peso o porcentaje en peso se basan en la presente memoria en el volumen total de la composición de electrolito a menos que se indique lo contrario. Según la presente invención, la composición de electrolito comprende bis(trifluorometanosulfonil)imida (LiTFSI) en una cantidad (x) de 39,0 % en volumen < x < 47,5 % en volumen, equivalente a una cantidad de 37,9 % en peso de < x'< 48,9 % en peso con respecto al volumen total, respectivamente peso, de la composición de electrolito. LiTFSI es un compuesto químico bien conocido (CAS: 90076-65-6). Más preferiblemente, la composición de electrolito comprende bis(trifluorometanosulfonil)imida (LiTFSI) en una cantidad (x) de 39,2 % en volumen < x < 47,5 % en volumen, equivalente a una cantidad de 38,1 % en peso < x'< 48,9 % en peso con respecto al volumen total, respectivamente peso, de la composición de electrolito
Según la presente invención, la composición de electrolito comprende además carbonato de fluoroetileno (FEC) en una cantidad (y) de 1,0 < y < 15,0 % en volumen, equivalente a una cantidad de 1,0 < y < 14,0 % en peso, con respecto al volumen total, respectivamente peso, de la composición de electrolito. El FEC es un compuesto químico bien conocido (CAS: 114435-02-8).
En una realización, el FEC puede estar presente en cantidades (y) del 1,0 % en volumen < y, 1,0 % en volumen < y, 2.0 % en volumen < y, 2,0 % en volumen < y, 2,5 % en volumen < y, 2,5 % en volumen, 5,0 % en volumen < y, 5,0 % en volumen < y, o 10,0 % en volumen < y, con respecto al volumen total de la composición. Dependiendo de las cantidades respectivas de SL y LiTFSI en la composición, dicha composición de electrolito corresponde a una<composición de electrolito que comprende carbonato de fluoroetileno (FEC) en una cantidad (y) de>1,0<% en peso < y,>1.0 % en peso < y', 2,1 % en peso < y, 2,1 % en peso < y', 2,6 % en peso < y, 2,6 % en peso < y', 5,2 % en peso < y, 5,2 % en peso < y' o 9,8 % en peso < y', con respecto al peso total de la composición.
En una realización, el FEC puede estar presente en cantidades (y) de y < 15,0 % en volumen o y < 15,0. Dependiendo de las cantidades respectivas de SL y LiTFSI en la composición, dicha composición de electrolito corresponde a una composición de electrolito que comprende carbonato de fluoroetileno (FEC) en una cantidad (y) de aproximadamente 14.0 % en peso < y' o 14,0 % en peso < y', con respecto al peso total de la composición.
En una realización preferida, el FEC puede estar comprendido en una cantidad (y) de 10,0 < y < 15,0 % en volumen, equivalente a una cantidad de 9,8 < y' < 14,0 % en peso, con respecto al volumen total, respectivamente en peso, de la composición del electrolito.
En una realización más preferida, el FEC puede estar comprendido en una cantidad (y) del 10,0 % en volumen, equivalente a una cantidad (y') del 9,8 % en peso, con respecto al volumen total, respectivamente peso, de la composición del electrolito.
Según la presente invención, la composición de electrolito comprende además sulfolano (SL). El SL es un compuesto químico bien conocido (CAS: 126-33-0).
Según la presente invención, la composición de electrolito comprende SL/LiTFSI en una relación molar (z) de 2,0 < z < 3,5.
En una realización, la composición de electrolito comprende SL/LiTFSI en una relación molar mínima (z) de 2,0 < z o 2,5 < z.
En una realización, la composición de electrolito comprende SL/LiTFSI en una relación molar máxima (z) de z < 3,5 En una realización preferida, SL/LiTFSI puede estar comprendida en una relación molar máxima (z) de 2,0 < z < 3,5.
En una realización más preferida, SL/LiTFSI puede estar comprendida en una relación molar (z) de 2,5 < z < 3,5.
En una realización aún más preferida, SL/LiTFSI puede estar comprendida en una relación molar (z) de 2,5 < z < 3, 5.
En una realización aún más preferida, SL/LiTFSI puede estar comprendida en una relación molar (z) de 2,5 < z < 3,0.
En una realización aún más preferida, SL/LiTFSI puede estar comprendida en una relación molar (z) de 3.
En una realización particularmente preferida, la composición de electrolito puede comprender carbonato de fluoroetileno (FEC) en una cantidad (y) de 10,0 < y < 15,0 % en volumen, equivalente a una cantidad de 0 < y' < 14,0 % en peso, con respecto al volumen total, respectivamente peso, de la composición de electrolito y SL/LiTFSI, en una relación molar (z) de 2,5 < z < 3,5.
En una realización particularmente preferida, la composición de electrolito puede comprender carbonato de fluoroetileno (FEC) en una cantidad de 10,0 % en volumen, equivalente a una cantidad (y') de 9,8 % en peso, en relación con el volumen total, respectivamente en peso, de la composición de electrolito y SL/LiTFSI en una relación molar (z) de 2,5 < z < 3,5.
En una realización particularmente preferida, la composición de electrolito puede comprender carbonato de fluoroetileno (FEC) en una cantidad de 10,0 % en volumen, equivalente a una cantidad (y') del 9,8 % en peso, en relación con el volumen total, respectivamente en peso, de la composición de electrolito y SL/LiTFSI en una relación molar (z) de 2,5 < z < 3,0.
En una realización particularmente preferida, la composición de electrolito puede comprender carbonato de fluoroetileno (FEC) en una cantidad de 10,0 % en volumen, equivalente a una cantidad (y') de 9,8 % en peso, en relación con el volumen total, respectivamente peso, de la composición de electrolito y SL/LiTFSI en una razón molar (z) de 3,0.
La forma de preparar la composición de electrolito no está particularmente limitada, es decir, puede prepararse, por ejemplo, mezclando los ingredientes.
La presente invención también se refiere a una celda de batería secundaria de litio que comprende la composición de electrolito según la invención.
En aras de la claridad, la celda de batería secundaria de litio comprende al menos un ánodo, un cátodo y un electrolito, y opcionalmente un separador.
El electrolito se refiere al electrolito según la presente invención descrito anteriormente en la presente memoria.
El material del cátodo no está particularmente limitado, y los ejemplos del mismo incluyen un compuesto de metal de transición que tiene una estructura capaz de difundir iones litio, o un compuesto metálico especializado del mismo y<un óxido de litio. Específicamente, LiCoO>2<, LiNiO>2<, LiMn2O4, LiFePO4, etc., se pueden mencionar.>
El cátodo puede formarse mediante moldeo por prensado del material de cátodo mencionado anteriormente junto con un agente auxiliar conductor o aglutinante conocido, o el material activo de electrodo positivo junto con un agente auxiliar conductor conocido o aglutinante en un disolvente orgánico tal como pirrolidona. Se puede obtener aplicando una mezcla y pegándola a un colector de corriente tal como una lámina de aluminio, seguido de secado.
En una realización preferida, el cátodo es una lámina de cobre (cátodo) frente a lámina de litio (ánodo).
El material del ánodo no está particularmente limitado siempre que sea un material capaz de insertar y extraer litio. Por ejemplo, metal de litio, Sn-Cu, Sn-Co, Sn-Fe o Sn-una aleación tal como -Ni, un óxido de metal tal como Li4TisO12 o Li5Fe2O3, un grafito natural, un grafito artificial, un grafito boronizado, una microperla de mesocarbono, un material de carbono tal como un material grafitizado de fibra de carbono basado en alquitrán, un compuesto de carbono-Si o un nanotubo de carbono.
Normalmente se interpone un separador entre el cátodo y el ánodo para evitar un cortocircuito entre el cátodo y el ánodo. El material y la forma del separador no están particularmente limitados, pero es preferible que la composición de electrolito pueda pasar fácilmente a su través y que el separador sea un aislante y un material químicamente estable. Ejemplos de los mismos incluyen películas microporosas y láminas hechas de diversos materiales poliméricos. Los ejemplos específicos del material polimérico incluyen polímeros de poliolefina, nitrocelulosa, poliacrilonitrilo, fluoruro de polivinilideno, polietileno y polipropileno. Desde el punto de vista de la estabilidad electroquímica y la estabilidad química, se prefieren los polímeros de poliolefina.
En una realización preferida, el separador es un separador de polipropileno con un espesor de 40,0 pm y una porosidad del 48%(por ejemplo, Cellguard 2075-1500M). Dicho separador se describe en el siguiente artículo: International Journal of Electrochemistry, Volume 2018, Article ID 1925708, 7 páginas, https://doi.org/10.1155/2018/1925708. La tensión de trabajo óptima de la batería secundaria de litio de la presente invención no está particularmente limitada por la combinación del electrodo positivo y el electrodo negativo, pero puede usarse a una tensión de descarga promedio de 2,4 a 4,5 V. Preferentemente, la celda de batería secundaria de litio tiene una tensión de funcionamiento alta, es decir, una tensión de funcionamiento superior o igual a 4,4 V y preferentemente inferior o igual a 4,5 V.Ejemplos
1. Descripción de preparaciones de celdas planas
Celdas probadas donde los tipos de celdas planas CR2025. Las celdas se prepararon apilando la carcasa positiva, el electrodo positivo (empapado previamente en el electrolito), el separador del protector, la gota de electrolito de 50 pL, el electrodo negativo, el espaciador, el resorte de tipo ondulado y la carcasa negativa una encima de la otra en ese orden. La compresión se realizó con una prensa de fruncido manual desde el núcleo MTI a presión de 80 kg/cm2. La composición de electrolito se obtiene añadiendo carbonato de fluoroetileno (FEC) en una cantidad (y) según la invención con respecto al volumen total del electrolito, a sulfolano (SL) y bis(trifluorometanosulfonil) imida(LiTFSI) en una relación molar SL/LiTFSI (z) de 3,0 a 1,0.
2. Protocolo de pasivación
La pasivación de las muestras de litio se realizó mediante dos etapas. En primer lugar, la celda descrita en la Sección 1 anterior se construyó de manera que la celda era simétrica (se selecciona metal de Li tanto para el ánodo como para el cátodo). En segundo lugar, la celda se sometió a un ciclo 5 veces con una densidad de corriente de 0,60 mA/cm2 durante 2 horas por medio ciclo, lo que da como resultado una capacidad de 1,20 mAh/cm2. Posteriormente, las celdas descansan durante 12 horas antes de separarse y los electrodos de Li pasivados que comprenden la SEI se extraen de la celda de litio.
3. Descripción de los métodos para medir la eficiencia culómbica
La celda plana que incluye un electrodo de litio pasivado se carga y se descarga varias veces en las siguientes condiciones para determinar su rendimiento de ciclo de carga-descarga: la eficiencia culombica se mide con un potenciostato Biologic VMP-3 usando una configuración de celda que consiste en una lámina de cobre como cátodo y una lámina de litio como ánodo. Inicialmente, una cierta cantidad de metal de litio (aproximadamente 1 mg/50 pL de electrolito correspondiente a una capacidad de 3,80 mAh) se coloca en placa sobre la lámina de cobre usando una corriente constante de 0,38 mA/cm2 y posteriormente se elimina por completo aplicando la corriente inversa hasta el potencial de 0,50 V, dando Qlimpio que se usa para calcular el 1er ciclo de eficiencia en la figura 1 y 2 a CEr = Qlimpio/Qinicial.
Posteriormente, otra aproximadamente 1 mg/50 pL de electrolito de metal de litio correspondiente a una capacidad de 3,80 mAh (2° Qinicial) en la lámina de cobre usando la misma densidad de corriente.
<Después de esto, 50 ciclos (n) con la densidad de corriente de 0,380 mA/cm>2<y cada ciclo ciclado el 12,5 % del total>(3,80 mAh, Qinicial) de la capacidad (0,475 mAh en nuestra configuración) donde se realizó.
Después de completar el 50° ciclo, el litio restante se separó del electrodo de cobre aplicando una densidad de<corriente de 0,380 mA/cm>2<de la tensión de corte de 0,5 V (dando Qfinal).>
La figura 3 muestra un perfil de tensión típico del procedimiento descrito anteriormente.
El CE se calculó usando la siguiente fórmula general:
Basándose en la Qciclo, Qinicial, y n son conocidos (véase la descripción del experimento anterior) la fórmula puede simplificarse para:
4. Pruebas experimentales y resultados
Para probar la relación de la eficiencia del ciclo con respecto a la relación molar de sulfolano (SL) a bis(trifluorometanosulfonil)imida (LiTFSI), la relación molar se varió de 2:1 a 4:1 en las etapas de 0,5 mientras se mantenía constante el 10%en volumen de contenido de FEC y la eficiencia culombica se midió en el primer ciclo de carga y descarga y en ciclos de carga y descarga posteriores. Los resultados experimentales se muestran en la<figura>1<.>
La figura 1 muestra que la eficiencia de ciclado de la composición de electrolito depende de la relación molar de SL/LiTFSI.
La eficiencia de ciclado del electrolito según la invención que tiene una relación molar de SL/LiTFS de 2:1 a 4:1 muestra una alta eficiencia de ciclado significativa de más del 90 %.
La eficiencia de ciclado de la composición de electrolito según la invención que tiene una relación molar de SL/LiTFSI entre 2,5 y 3,5 es óptima con un máximo en una relación molar de SL/LiTFSI de 3.
La eficiencia cíclica de la composición de electrolito que tiene una relación molar de más de 4:1 disminuyó significativamente hasta un grado en el que no era capaz de pasar.
Para probar la dependencia de la eficiencia del ciclo a la cantidad de carbonato de fluoroetileno (FEC), la cantidad de FEC (basada en el porcentaje de volumen al volumen total de la composición de electrolito) se varió de 0 a 15 % en volumen en etapas de 2,5 % en volumen mientras se mantenía la relación molar de SLTFSI constante en 3:1 y la eficiencia culombica midió el electrolito en el primer ciclo de carga y descarga y en ciclos de carga y descarga posteriores. Los resultados experimentales se muestran en la figura 2.
La figura 2 muestra que la eficiencia de ciclado de la composición de electrolito depende de la cantidad de FEC añadida.
La eficiencia de ciclado del electrolito según la invención que tiene una relación molar de muestra una alta eficiencia de ciclado significativa de más del 90 %.
La eficiencia del ciclo de la composición de electrolito según la invención que tiene 10 % en volumen, 12,5 % en volumen y 15 % en volumen de FEC tiene un óptimo (los resultados experimentales para 12,5 % en volumen y 15 % en volumen de FEC son idénticos a 10 % en volumen de FEC y, por lo tanto, se han omitido en aras de la legibilidad). La eficiencia del ciclo de la composición de electrolito que tiene más de 15 % en volumen de FEC disminuyó significativamente y condujo a un comportamiento de galvanoplastia de litio inestable y al fallo celular.
Los resultados representados en las figuras 1 y 2 se resumen en las tablas 1 y 2 a continuación:
Table1:
Tabla 2:

Claims (10)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Una composición electrolítica basada en sulfolano (SL) adecuada para baterías secundarias de litio, que comprende:
    -bis(trifluorometanosulfonil)imida (LiTFSI) en una cantidad (x) de 39,0 % en volumen < x < 47,5 % en volumen, y
    -carbonato de fluoroetileno (FEC) en una cantidad (y) de 1,0 < y < 15,0 % en volumen, en donde SL/LiTFSI está comprendido en una relación molar (z) de 2,0 < z < 3,5.
  2. 2. La composición de electrolito según la reivindicación 1, en donde FEC está comprendido en una cantidad (y) de 2,0 < y < 15,0 % en volumen.
  3. 3. La composición de electrolito según la reivindicación 1 o 2, en donde FEC está comprendido en una cantidad (y) de 2,5 < y < 15,0 % en volumen.
  4. 4. La composición de electrolito según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde FEC está comprendido en una cantidad (y) de 10,0 < y < 15,0 % en volumen.
  5. 5. La composición de electrolito según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde FEC está<comprendido en una cantidad de>10,0<% en volumen.>
  6. 6. La composición de electrolito según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde SL/LiTFSI está comprendido en una relación molar (z) de 2,0 < z < 3,5.
  7. 7.<La composición de electrolito según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a>6<, en donde SL/LiTFSI está>comprendido en una relación molar (z) de 2,5 < z < 3,5.
  8. 8. La composición de electrolito según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde SL/LiTFSI está comprendido en una relación molar (z) de 2,5 < z < 3,5.
  9. 9.<La composición de electrolito según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a>8<, en donde SL/LiTFSI está>comprendido en una relación molar (z) de 2,5 <z < 3,0.
  10. 10. Una celda de batería secundaria de litio que comprende la composición de electrolito según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.
ES20838503T 2019-12-20 2020-12-21 Electrolito para baterías secundarias de Li Active ES2975134T3 (es)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962951036P 2019-12-20 2019-12-20
EP19218679 2019-12-20
PCT/EP2020/087384 WO2021123408A1 (en) 2019-12-20 2020-12-21 Electrolyte for li secondary batteries

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2975134T3 true ES2975134T3 (es) 2024-07-03

Family

ID=74141543

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES20838503T Active ES2975134T3 (es) 2019-12-20 2020-12-21 Electrolito para baterías secundarias de Li

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230019330A1 (es)
EP (1) EP4078711B1 (es)
JP (1) JP7342273B2 (es)
KR (1) KR20220117314A (es)
CN (1) CN114868289A (es)
ES (1) ES2975134T3 (es)
WO (1) WO2021123408A1 (es)

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016173890A (ja) * 2015-03-16 2016-09-29 日立マクセル株式会社 非水二次電池用電極および非水二次電池
JP6187829B2 (ja) * 2015-03-31 2017-08-30 トヨタ自動車株式会社 リチウム二次電池および該電池の製造方法
JP6715096B2 (ja) * 2015-06-19 2020-07-01 株式会社日本触媒 非水電解液およびそれを用いた非水電解液二次電池
WO2016204278A1 (ja) * 2015-06-19 2016-12-22 株式会社日本触媒 非水電解液およびそれを用いた非水電解液二次電池
US20180198160A1 (en) * 2015-08-31 2018-07-12 Sekisui Chemical Co., Ltd. Electrolyte solution and lithium ion secondary battery
EP3504749A4 (en) * 2016-08-29 2020-05-06 QuantumScape Corporation SOLID STATE RECHARGEABLE BATTERY CATHOLYTES, BATTERY ARCHITECTURES SUITABLE FOR USE WITH SUCH CATHOLYTES, AND METHODS OF MAKING AND USING THE SAME
US11094966B2 (en) * 2017-03-02 2021-08-17 Battelle Memorial Institute High efficiency electrolytes for high voltage battery systems
CN107528089B (zh) * 2017-08-18 2020-02-07 中国科学院过程工程研究所 纳米结构锂电池电解液添加剂、其制备方法和电解液
JP7270210B2 (ja) * 2019-03-05 2023-05-10 株式会社日立製作所 非水電解液、半固体電解質層、二次電池用シート及び二次電池

Also Published As

Publication number Publication date
EP4078711A1 (en) 2022-10-26
CN114868289A (zh) 2022-08-05
KR20220117314A (ko) 2022-08-23
EP4078711B1 (en) 2024-02-07
WO2021123408A1 (en) 2021-06-24
JP2023510120A (ja) 2023-03-13
JP7342273B2 (ja) 2023-09-11
US20230019330A1 (en) 2023-01-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101535733B1 (ko) 고성능 리튬 또는 리튬 이온 전지
US20040142246A1 (en) Organic electrolytic solution and lithium battery using the same
CN102487151B (zh) 一种锂离子二次电池
JP2001313075A (ja) ゲル状電解質及びゲル状電解質電池
US8124284B2 (en) Nonaqueous electrolytic solution containing additive for increasing capacity of lithium-ion cell and lithium-ion cell using same
KR20040108217A (ko) 유기 전해액 및 이를 채용한 리튬 전지
WO2017192425A1 (en) Electrolyte solutions for rechargeable batteries
KR20110125598A (ko) 비수 전해액 및 이것을 이용한 리튬 2차 전지
CN101202359B (zh) 一种添加剂组合物以及含该添加剂组合物的电解液和锂离子二次电池
US7422827B2 (en) Nonaqueous electrolyte
US20090155696A1 (en) Organic electrolytic solution and lithium battery employing the same
US20240178454A1 (en) Electrolytic solution, secondary battery and electrical device containing same
US20160126540A1 (en) Lithium ionic energy storage element and method for making the same
JP2005302382A (ja) 非水電解液二次電池パック
ES2975134T3 (es) Electrolito para baterías secundarias de Li
ES2963177T3 (es) Uso de nitrato de litio como única sal de litio en una batería de litio gelificada
CA2477065A1 (en) Electrochemical cell with carbonaceous material and molybdenum carbide as anode
JP2006244921A (ja) 非水電解質二次電池用セパレータ及びこのセパレータを用いた非水電解質二次電池
US20230395853A1 (en) Electrolyte for lithium secondary batteries
US11322779B1 (en) Electrolyte for Li secondary batteries
US20200076000A1 (en) Non-aqueous electrolyte and non-aqueous electrolyte secondary battery
WO2012086618A1 (ja) 負極活物質、負極および非水電解液二次電池
KR102536141B1 (ko) 리튬금속 이차전지용 전해질 및 이를 포함하는 리튬금속 이차전지
JP2004071438A (ja) 非水二次電池
US20230022865A1 (en) Solid electrolyte interphase in li secondary batteries