FR2586863A1 - ELECTRIC ACCUMULATOR. - Google Patents
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Abstract
ACCUMULATEUR ELECTRIQUE A ELECTROLYTE NON AQUEUX, COMPRENANT DU CHLORURE DE THIONYLE OU DU CHLORURE DE SULFURYLE ET UN SEL METALLIQUE DISSOUS DEDANS ET A ANODE D'UN METAL DES GROUPES1 ET2 DU TABLEAU PERIODIQUE OU D'UN ALLIAGE DE CEUX-CI, POSSEDANT UNE ACTION RETARDEEAR REDUITE QUAND L'ELECTROLYTE CONTIENT DU SE0 OU DU TE0 EN DES CONCENTRATIONS ALLANT JUSQU'A LA SATURATION.NON-AQUEOUS ELECTROLYTE ELECTRIC ACCUMULATOR, CONSISTING OF THIONYL CHLORIDE OR SULFURYL CHLORIDE AND A METAL SALT DISSOLVED IN AND ANODED OF A METAL FROM GROUPS 1 AND 2 OF THE PERIODIC TABLE OR AN ALLOY OF THESE, HAVING A DELAYED ACTION REDUCED WHEN THE ELECTROLYTE CONTAINS SE0 OR TE0 IN CONCENTRATIONS UP TO SATURATION.
Description
Accumulateur électrique.Electric accumulator.
La présente invention concerne un accumulateur électrique à électrolyte/ cathode non aqueux, comprenant du chlorure de thionyle ou du chlorure de sulfuryle et un sel métallique dissous dedans, et une anode d'un métal du groupe 1 ou 2 du Tableau Périodique ou d'un The present invention relates to an electric battery with a non-aqueous electrolyte / cathode, comprising thionyl chloride or sulfuryl chloride and a metal salt dissolved therein, and an anode of a metal from group 1 or 2 of the Periodic Table or a
de leurs alliages.of their alloys.
Un accumulateur typique de cette sorte est ce que l'on appelle l'accumulateur au lithium dans lequel l'électrolyte/cathode est du chlorure de thionyle ou du chlorure de sulfuryle contenant du chlorure de lithium-alumin-ium (LiAlC14) à l'état dissous, et dans A typical accumulator of this kind is the so-called lithium accumulator in which the electrolyte / cathode is thionyl chloride or sulfuryl chloride containing lithium aluminum chloride (LiAlC14) dissolved state, and in
lequel l'anode est en lithium.which the anode is made of lithium.
Les accumulateurs de ce genre présentent l'inconvénient que, pendant le stockage, il se forme à la surface du métal de l'anode une couche de passivation qui provoque ce que l'on appelle une action retardée (AR), c'est-à-dire une faible capacité de l'accumulateur, au Accumulators of this kind have the disadvantage that, during storage, a passivation layer is formed on the surface of the metal of the anode which causes what is called a delayed action (AR), ie a low capacity of the accumulator, at
départ, à supporter une charge.departure, to bear a load.
De nombreuses tentatives ont été faites pour résoudre ce problème, mais aucune n'a été capable d'éliminer l'action retardée sans augmenter Many attempts have been made to resolve this problem, but none have been able to eliminate the delayed action without increasing
de façon considérable soit l'autodécharge, soit les coûts. Les tentati- considerably either self-discharge or costs. The temptati-
ves ont été concentrées sur des accumulateurs dans lesquels l'anode est en lithium, et dans ce qui suit, on mentionnera ces tentatives en These have been concentrated on accumulators in which the anode is made of lithium, and in what follows, we will mention these attempts in
rapport avec un accumulateur de ce genre, mais en principe, le problè- compared to an accumulator of this kind, but in principle, the problem
me est le même quand l'anode est en l'un des autres métaux des groupes 1 et 2 du Tableau Périodique ou des alliages de ceux-ci, qui sont haut placés dans le tableau des potentiels de réaction électrochimique, vu que l'action retardée est due à la formation d'une couche de chlorure métallique à la surface de l'anode, couche qui empêche le démarrage de la réaction produisant la tension entre l'anode et le chlorure de thionyle ou le chlorure de sulfuryle. Cette couche de chlorure métallique croit au cours du temps, et si l'accumulateur a été stocké pendant très longtemps, elle peut être si grande que me is the same when the anode is in one of the other metals of groups 1 and 2 of the Periodic Table or alloys thereof, which are placed high in the table of electrochemical reaction potentials, since the action delayed is due to the formation of a layer of metal chloride on the surface of the anode, layer which prevents the starting of the reaction producing the tension between the anode and thionyl chloride or sulfuryl chloride. This layer of metal chloride grows over time, and if the battery has been stored for a very long time, it can be so large that
l'accumulateur est inutilisable.the battery cannot be used.
On a essayé de résoudre le problème en mettant du dioxyde de soufre (S02) dans l'électrolyte, ce qui a produit un bon effet, à la fois avec des électrolytes saturés et avec des électrolytes non saturés de chlorure de lithium (LiCl), mais cet effet ne se maintient qu'à température ambiante parce que l'addition de S02 provoque une We tried to solve the problem by putting sulfur dioxide (SO2) in the electrolyte, which produced a good effect, both with saturated electrolytes and with unsaturated electrolytes of lithium chloride (LiCl), but this effect is only maintained at room temperature because the addition of SO2 causes a
passivation irréversible si l'accumulateur est exposé à des tempéra- irreversible passivation if the battery is exposed to temperatures
tures supérieures à environ 40C. De plus, l'autodécharge augmente considérablement. Une seconde tentative a consisté à remplacer le sel LiAlC14 utilisé traditionnellement par les sels Li2B10Cl10 et Li2B12Cl2. Un tel changement de l'électrolyte donne lieu à des améliorations de AR, mais augmente les coûts de l'électrolyte de façon considérable, et a pour résultat un électrolyte moins stable et de plus faible capacité tures above about 40C. In addition, self-discharge increases considerably. A second attempt was to replace the LiAlC14 salt traditionally used by the Li2B10Cl10 and Li2B12Cl2 salts. Such an electrolyte change results in improvements in AR, but increases electrolyte costs significantly, and results in a less stable, lower capacity electrolyte.
à supporter une charge.to bear a load.
Une troisième tentative a consisté à remplacer le sel LiAlC14 par le produit de la réaction de NbC15 sur Li2S ou Li20. Ceci a également pour résultat des améliorations des propriétés de AR de l'accumulateur, mais jusqu'à présent, ceci n'a été vérifié que dans des accumulateurs qui ont été stockés pendant une courte période, vu A third attempt was to replace the salt LiAlC14 with the product of the reaction of NbC15 on Li2S or Li20. This also results in improvements in the AR properties of the accumulator, but so far this has only been verified in accumulators which have been stored for a short time, seen
que la tentative est récente.that the attempt is recent.
D'autres additions aux électrolytes, qui ont eu pour résultat Other additions to electrolytes, which have resulted
une amélioration de AR, sont les additions des sels SbC15 et GaC14. an improvement in AR, are the additions of the salts SbC15 and GaC14.
Cependant, elles ne fournissent pas en elles-mdmes une solution However, they do not in themselves provide a solution
satisfaisante au problème de AR.satisfying the AR problem.
Enfin, on a essayé de recouvrir l'anode en lithium, mais cette Finally, we tried to cover the anode with lithium, but this
méthode n'est ni commode ni très efficace. method is neither convenient nor very effective.
Par conséquent, il existe un besoin d'un accumulateur électrique du type dont il est question ici, qui ne présente pas de problème Therefore, there is a need for an electric accumulator of the type discussed here, which presents no problem.
d'action retardée et qui ne présente pas les inconvénients d'auto- action that does not have the disadvantages of self
décharge ou d'une faible capacité à supporter une charge. discharge or of a weak capacity to support a load.
La présente invention fournit une tel accumulateur, qui est caractérisé par le fait que l'électrolyte contient du SeO2 ou du The present invention provides such an accumulator, which is characterized in that the electrolyte contains SeO2 or
TeO2, en une concentration allant jusqu'à la saturation. TeO2, in a concentration up to saturation.
En plus du fait que, à l'aide du dioxyde de sélénium, ou du dioxyde de tellure, on obtient un effet qui ne s'accompagne pas des inconvénients mentionnés ci-dessus et liés au dioxyde de soufre, le dioxyde de selenium et le dioxyde de tellure présentent sur le dioxyde de soufre l'avantage qu'ils sont moins agressifs vis-A-vis des joints de verre de l'accumulateur, si bien que l'on évite des In addition to the fact that, using selenium dioxide, or tellurium dioxide, an effect is obtained which is not accompanied by the drawbacks mentioned above and linked to sulfur dioxide, selenium dioxide and tellurium dioxide have the advantage over sulfur dioxide that they are less aggressive vis-à-vis the glass seals of the accumulator, so that
fuites qui peuvent se produire quand un accumulateur contient SO2. leaks that can occur when an accumulator contains SO2.
On obtient un effet spécialement avantageux quand l'électrolyte/ cathode contient également jusqu'à 0,9 M de LiNbCl6 ou de LiTaCl6, vu que ces composés réduisent l'autodécharge des éléments sans affecter les améliorations de AR réalisées. Une explication probable de ce fait peut âtre que LiNbC16 ou LiTaCl6 forme sur le lithium une couche stable de passivation conduisant les ions lithium. GComme la croissance de LiCl sur cette couche est en même temps empàchée, on obtient un effet double o les éléments ont une très faible autodécharge en ee A specially advantageous effect is obtained when the electrolyte / cathode also contains up to 0.9 M of LiNbCl6 or LiTaCl6, since these compounds reduce the self-discharge of the elements without affecting the improvements in AR achieved. A likely explanation for this may be that LiNbC16 or LiTaCl6 forms a stable passivation layer on lithium which conducts lithium ions. As the growth of LiCl on this layer is simultaneously prevented, a double effect is obtained where the elements have a very low self-discharge in ee
temps qu'ils sont largement exempts de APR. as long as they are largely APR free.
L'invention est illustrée par les exemples suivants en référence The invention is illustrated by the following examples with reference
aux dessins annexes.in the accompanying drawings.
EXEIPLE 1EXEIPLE 1
On prépare quelques éléments avec du lithium comme anode, du chlorure de thionyle (S0C12) avec 1,8 M de LiAlC14 dissous dedans Some elements are prepared with lithium as anode, thionyl chloride (S0C12) with 1.8 M of LiAlC14 dissolved in it
comme électrolyte/ cathode, et du carbone comme collecteur de cou- as electrolyte / cathode, and carbon as a collector
rant. On ajoute les quantités suivantes de SeO2 au chlorure de thionyle: Elément de type 1: 0% (type standard d'élément) Elément de type 2: 0,4% en poids de Se02 rant. The following amounts of SeO2 are added to the thionyl chloride: Element of type 1: 0% (standard type of element) Element of type 2: 0.4% by weight of SeO2
Elément de type 3: 0,8% en poids de Se02. Type 3 element: 0.8% by weight of Se02.
En outre, on prépare un élément de type 4 qui contient dans l'électro- In addition, a type 4 element is prepared which contains in the electro-
lyte 1,20 M de LiAlC14; 0,60 M de AlC13; et du SeO2 en une quantité 1.20 M lyAlC14 lyte; 0.60 M AlCl3; and SeO2 in quantity
allant jusqu'à la saturation.going to saturation.
Les éléments sont ensuite stockés dans les conditions suivantes: Stockage A: 2 semaines à 21'C Stockage B: 2 semaines à 70'C Stockage C: 5 semaines à 45 C Stockage D: 1 mois à 70'C The elements are then stored under the following conditions: Storage A: 2 weeks at 21'C Storage B: 2 weeks at 70'C Storage C: 5 weeks at 45 C Storage D: 1 month at 70'C
et on mesure ensuite leur capacité et leur AR. and then we measure their capacity and their AR.
Les figures 1 à 4 des dessins annexes montrent les résultats des mesures de AR, les numéros portés sur les graphiques correspondant Figures 1 to 4 of the accompanying drawings show the results of the AR measurements, the numbers shown on the corresponding graphics
auxdits types d'éléments.said types of elements.
La figure 1 montreFigure 1 shows
2 semaines à 21'C.2 weeks at 21'C.
La figure 2 montreFigure 2 shows
2 semaines à 70'C.2 weeks at 70'C.
La figure 3 montre semaines à 45 C. La figure 4 montre Figure 3 shows weeks at 45 C. Figure 4 shows
1 mois à 70C.1 month at 70C.
Apres décharge on les résultats obtenus les résultats obtenus les résultats obtenus les résultats obtenus a trouvé les capacités après stockage pendant après stockage pendant après stockage pendant apres stockage pendant suivantes: ! Type Elh (V) Capacité (Ah) Stockage d'élémentI [ After discharge on the results obtained the results obtained the results obtained the results obtained found the capacities after storage during after storage during after storage during after storage during following:! Type Elh (V) Capacity (Ah) Element storageI [
1 3,33 4,941 3.33 4.94
- 2 3,47 5,20- 2.47 5.20
3 3,47 5,363 3.47 5.36
4 3,42 5,054 3.42 5.05
1 3,00 5,501 3.00 5.50
2 3,40 5,23 C2 3.40 5.23 C
3 3,43 5,473 3.43 5.47
1 2,88 5,181 2.88 5.18
2 3,43 4,852 3.43 4.85
3 3,43 4,903 3.43 4.90
*u* u
EXEMPLE 2EXAMPLE 2
On prépare 6 éléments avec du lithium comme anode, du chlorure de thiouyle comme électrolyte/cathode et du carbone comme collecteur de courant; deux de ces éléments comportent 1,8 M de LiAlC14 dissous dans le chlorure de thionyle; deux autres de ces éléments comportent 1,8 M de LiAlC14 et 0,8% en poids de SeO2, dissous dans le chlorure de thionyle; et les deux derniers comportent 1,8 M de LiAlC14 et 4% Six elements are prepared with lithium as anode, thiouyl chloride as electrolyte / cathode and carbon as current collector; two of these elements contain 1.8 M of LiAlC14 dissolved in thionyl chloride; two other of these elements comprise 1.8 M of LiAlC14 and 0.8% by weight of SeO2, dissolved in thionyl chloride; and the last two contain 1.8 M LiAlC14 and 4%
en poids de S02, dissous dans le chlorure de thionyle. by weight of SO 2, dissolved in thionyl chloride.
Les éléments sont ensuite stockés pendant 2 mois à 70"C, afin de The elements are then stored for 2 months at 70 "C, in order to
tester les fuites au joint de verre. test for leaks at the glass seal.
Les résultats sont les suivantsThe results are as follows:
EXEMPLE 3EXAMPLE 3
On prépare deux éléments avec du lithium comme anode, du chlorure de thionyle comme électrolyte/cathode, et du carbone comme collecteur de courant, l'un des éléments comportant 1,8 M de LiAlC14 dissous dans le chlorure de thionyle, l'autre élément comportant 1,7 M de LiAlC14, 0,1 M de LiNbC16, et 0,4% en poids de Se02, dissous dans le Two elements are prepared with lithium as anode, thionyl chloride as electrolyte / cathode, and carbon as current collector, one of the elements comprising 1.8 M of LiAlCl 2 dissolved in thionyl chloride, the other element comprising 1.7 M of LiAlC14, 0.1 M of LiNbC16, and 0.4% by weight of SeO2, dissolved in the
chlorure de thionyle.thionyl chloride.
Les éléments sont stockés pendant 5 semaines à 45'C, après quoi ils sont déchargés avec les résultats suivants: Type d'élément Remarque 1,8 M LiAlC14 pas de fuite 1,8 M LiAlC14 + 0,8 % poids SeO2 pas de fuite 1,8 M LiAlC14 + forte fuite après 3 4 % poids S02 dsemaines de stockage The elements are stored for 5 weeks at 45 ° C., after which they are discharged with the following results: Type of element Note 1.8 M LiAlC14 no leak 1.8 M LiAlC14 + 0.8% weight SeO2 no leak 1.8 M LiAlC14 + high leakage after 3 4% weight S02 weeks of storage
EXEMPLE 4EXAMPLE 4
On prépare deux éléments avec du lithium comme anode, du chlorure de thionyle comme cathode active, et du carbone comme collecteur de courant, l'un des éléments comportant 1,8 M de LiAlC14 dissous dans le chlorure de thiouyle (élément standard), l'autre élément comportant de façon similaire 1,8 M de LiAlC14, mais étant également saturé en Two elements are prepared with lithium as anode, thionyl chloride as active cathode, and carbon as current collector, one of the elements comprising 1.8 M of LiAlC14 dissolved in thiouyl chloride (standard element), l other element similarly comprising 1.8 M of LiAlC14, but also being saturated with
TeO2.TeO2.
Les éléments sont stockés pendant 15 jours à 70'C, après quoi on mesure AR. Les résultats de cette mesure sont représentés dans la figure 5 des dessins annexés, o la courbe 1 correspond à l'élément The elements are stored for 15 days at 70 ° C, after which we measure AR. The results of this measurement are shown in Figure 5 of the accompanying drawings, where curve 1 corresponds to the element
standard, et la courbe 2 à l'élément conforme à l'invention. standard, and curve 2 with the element according to the invention.
Type d'élément Elh (V) Capacité 1,8 M LiAlC14 2,90 5,30 1,7 M LiAlC14 0,1 M LiNbC16 3,35 5,65 0,4 Z poids SeU2 Element type Elh (V) Capacity 1.8 M LiAlC14 2.90 5.30 1.7 M LiAlC14 0.1 M LiNbC16 3.35 5.65 0.4 Z weight SeU2
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