NL8104058A - Werkwijze voor het verbeteren van de veiligheid van een niet-waterige electrochemische cel, alsmede cel verkregen volgens deze werkwijze. - Google Patents

Werkwijze voor het verbeteren van de veiligheid van een niet-waterige electrochemische cel, alsmede cel verkregen volgens deze werkwijze. Download PDF

Info

Publication number
NL8104058A
NL8104058A NL8104058A NL8104058A NL8104058A NL 8104058 A NL8104058 A NL 8104058A NL 8104058 A NL8104058 A NL 8104058A NL 8104058 A NL8104058 A NL 8104058A NL 8104058 A NL8104058 A NL 8104058A
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
solvent
process according
cell
salt
volatile solvent
Prior art date
Application number
NL8104058A
Other languages
English (en)
Original Assignee
Duracell Int
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 Duracell Int filed Critical Duracell Int
Publication of NL8104058A publication Critical patent/NL8104058A/nl

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/14Cells with non-aqueous electrolyte
    • H01M6/16Cells with non-aqueous electrolyte with organic electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/14Cells with non-aqueous electrolyte
    • H01M6/16Cells with non-aqueous electrolyte with organic electrolyte
    • H01M6/162Cells with non-aqueous electrolyte with organic electrolyte characterised by the electrolyte
    • H01M6/164Cells with non-aqueous electrolyte with organic electrolyte characterised by the electrolyte by the solvent

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Primary Cells (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

t N.0. 30.363 1
Werkwijze voor het verbeteren van de veiligheid van een niet-waterige electrochemische cel, alsmede cel verkregen volgens deze werkwijze.
De onderhavige uitvinding heeft betrekking op electrolytzouten en oplosmiddelen, die gebruikt worden in niet-waterige electrochemische cellen, in het bijzonder de zouten en oplosmiddelen, die gewoonlijk gebruikt worden in Li/MnC^ cellen.
5 Technisch vervaardigde Li/Mn02 cellen bevatten een lithiumper-chloraatzout opgelost in een mengsel van gelijke volumedelen propyleen-carbonaat (PC) en dimethoxyethaan (DME) als electrolyt oplosmiddel. Het propyleencarbonaat heeft een hoge diëlectrische sterkte en verschaft sterk geleidende oplossingen. Dimethoxyethaan dient om de electrolyt-10 viscositeit te verlagen, in het bijzonder bij vrij lage temperaturen en draagt bij in het solvateren van ionen in de oplossing. Echter heeft dimethoxyethaan het nadeel, vanwege de vluchtigheid ervan, brandgevaar in te houden alsmede de mogelijkheid de samenstelling van de electro— lytoplossing door verdamping ervan te veranderen. Gebruik van zuiver 15 propyleencarbonaat als een alternatief is ongewenst vanwege het verkregen zeer slechte gedrag bij lage temperatuur.
Het is een oogmerk van de onderhavige uitvinding een middel te verschaffen, waarbij vluchtige electrolytoplossingen gebruikt kunnen worden, evenwel zonder hun kwalijke effecten in een electrochemische 20 cel.
In een samenhangende octrooiaanvrage wordt een in complexvorm gebracht of gecoördineerd metaalzout, zoals lithiumperchloraat met een ether zoals dimethoxyethaan beschreven. Het in complexvorm gebrachte lithiumzout bleek bijzonder geschikt te zijn in SO2 cellen en her-25 laadbare cellen, aangezien het de noodzaak voor organische co-oplosmid-delen, die gewoonlijk gebruikt worden bij het bevorderen van de solva-tering van metaalzouten, elimineert. Verder werd gevonden, dat een dergelijke complexvorming van metaalzouten cellen mogelijk maakt, die gewoonlijk vluchtige ethers, zoals dimethoxyethaan, moeten bevatten voor - 30 solvateringsdoeleinden, om de cellen veiliger te maken zonder wezenlijk schadelijk effect.
In het algemeen omvat de onderhavige uitvinding het vooraf in complexvorm brengen van een vluchtig electrolytoplosmiddel met een metaalzout, waarbij het metaal in het zout gecoördineerd is in stoëchiome-35 trisch verband met het vluchtige oplosmiddel, zodat de cel, die het in complexvorm gebrachte of gecoördineerde zout bevat, in hoofdzaak vrij is van het niet in complexvorm gebrachte vrije vluchtige oplosmiddel en 8104058 ' 2 Ï -¾ waarbij sulfatering van het electrolytzout en het celgedrag daardoor niet wezenlijk beïnvloed worden.
Bijvoorbeeld wordt volgens de onderhavige uitvinding het lithium-perchloraatzout, dat in het algemeen gebruikt wordt in Li/Mn02 cel-5 len, gecoördineerd tot een stoëchiometrische hoeveelheid van dimethoxy-ethaan door het perchloraat in dimethoxyethaan op te lossen en het witte neerslag, dat ontstaat nadat de oplossing is gekoeld, te verwijderen en te drogen. Het neerslag bevat het gecoördineerde zout en is oplosbaar in het propyleencarbonaatoplosmiddel, dat gewoonlijk gebruikt 10 wordt in de Li/Mn02 cellen. Verondersteld wordt, dat twee dimethoxy-ethaanmoleculen gecoördineerd worden met elk lithiumion volgens de reactiever gelijking van de figuur van het figurenblad.
De stoëchiometrische formule voor het met dimethoxyethaan gecoördineerde lithiumperchloraat is derhalve LiCDME^ClO^. Door de 15 vluchtige ether, alsmede andere vluchtige stoffen, die met de metaal-zouten complexen vormen, in complexvorm te brengen, is de cel in hoofdzaak vrij van vrije ethers en wordt het brandgevaar verminderd. Voorts is er geen probleem van oplosmiddelverdamping. Naast het hiervoor vermelde perchloraat behoren tot andere zouten, die op geschikte· wijze in 20 complexvorm gebracht kunnen worden met vluchtige oplosmiddelen, alkali-metaal- en aardalkalimetaal zouten met PFg, AsFg’, CF3SO3,
CgH^SOjJ Cï^CgH^SOj, NOj anionen alsmede bromiden, chloriden, jodiden, perchloraten en andere gewoonlijk gebruikte elec-trolytzouten. Aangezien het het metaalkation is, dat in complexvorm 25 wordt gebracht, is het anion van het zout in het algemeen niet bepalend voor een eventueel complexvormingsgedrag. Vanwege de grote affiniteit voor complexvorming, alsmede het feit, dat lithiumanodecellen de grootste energiedichtheid verschaffen, verdient het de voorkeur, dat de in complexvorm gebrachte zouten lithiumkationen bevatten. Echter vallen in 30 complexvormen gebrachte alkalimetaal- en aardalkalimetaalzouten met ka-tionen anders dan lithium, soortgelijk binnen het kader van de onderhavige uitvinding. Dergelijke alkalimetalen en aardalkalimetalen maken ook de anoden uit, die in de cellen van de onderhavige uitvinding worden gebruikt· 35 De vluchtige oplosmiddelen moeten in staat zijn vast met de me-taalzoutkationen een complex te vormen teneinde te voorkomen dat vrij oplosmiddel in de cel achterblijft. Oplosmiddelen, die zowel vluchtig als in staat zijn met de metaalzoutkationen complexen te vormen omvatten ethers zoals het hiervoor vermelde dimethoxyethaan, 1,4-dioxan, 40 1,3-dioxolan, tetrahydrofuran, dlglyme en triglyme. Van de hiervoor 8104058 ν'” — 3 vermelde ethers verdient dimethoxyethaan het meest de voorkeur vanwege het vermogen ervan, gedicteerd door de structuurconfiguratie, zeer sterk complexen te vormen met de metaalzouten en daarom zeer stabiele moleculaire complexen te verschaffen* 5 Aangezien het vluchtige oplosmiddel in de cel in hoofdzaak slechts aanwezig is in de complexvorm met het electrolytzout, is tenminste één tweede oplosmiddel in de cel vereist* Het tweede oplosmiddel moet in staat zijn het complexe zout te solvateren teneinde een geschikte iono-gene geleidbaarheid te verschaffen. Derhalve is het propyleencarbonaat, 10 dat in Li/Mn02 cellen wordt gebruikt, een dergelijk tweede oplosmiddel en solvateert in feite gemakkelijk het complexe zout zoals Li(DME)2Cl04*
Teneinde verder het celgedrag bij lage temperatuur in cellen met het complexe zout zoals LiCDME^ClO^ te verbeteren kan een minder 15 vluchtig oplosmiddel (met betrekking tot DME) zoals diglyme, met een lage viscositeit, verder worden toegevoegd. Het oplosmiddel met lage viscositeit behoeft niet een of andere toename in geleidbaarheid te verschaffen, maar moet alleen een minder viskeus werkend oplosmiddel, zoals FC bij de lagere temperaturen handhaven.
20 Voorbeeld X (stand der techniek)
Een platte knoopcel (hoogte 2,5 mm bij een diameter van 2,5 cm) wordt geconstrueerd en bevat een lithiumfoelieschijf met een gewicht van ongeveer 70 mg, een niet-geweven polypropyleenschijfseparator en een kathodeschijf geperst uit 1 gram van een mengsel van 90% β Mn02, 25 6% grafiet en 4% Teflonpoeder. Het electrolyt is ongeveer 275 mg van een 1 molair LiClO^ in een oplossing van een mengsel van gelijke vo-lumedelen propyleencarbonaat en dimethoxyethaan. De cel wordt ontladen bij een belasting van 5 K bij omgevingstemperatuur en verschaft ongeveer 225 mAh bij een afname van 2,0 volt.
30 Voorbeeld II (stand der techniek)
Een cel wordt vervaardigd volgens voorbeeld I en wordt ontladen met een belasting van 5 K bij -20°C en verschaft ongeveer 150 mAh bij een afname van 2,0 volt.
Voorbeeld III (gemodificeerde stand der techniek).
35 Een cel wordt vervaardigd volgens voorbeeld I, evenwel met een electrolytoplossing van 1 molair LiClO^ in propyleencarbonaat. De cel wordt ontladen zoals hiervoor bij -20°C en verschaft ongeveer 102 mAh bij een afname van 2,0 volt.
Voorbeeld IV.
40 Een cel wordt vervaardigd volgens voorbeeld I, evenwel met een 8104058 J' ^ 6 4 % electrolytoplossing van 1 molair LiCDME^ClO^ in propyleencarbo-naat. De cel wordt ontladen zoals hiervoor bij omgevingstemperatuur en verschaft ongeveer 227 mAh bij een afname van 2,0 volt.
Voorbeeld V.
5 Een cel wordt vervaardigd volgens voorbeeld IV en wordt op soortgelijke wijze ontladen bij -20°C. De cel verschaft ongeveer 149 mAh bij een afname van 2,0 volt.
Het is uit de voorafgaande voorbeelden duidelijk, dat verwijdering van het dimethoxyethaattoplosmiddel uit de cel slechts een PC oplosmid-10 del achterlaat, dat een cel verschaft met een aanzienlijk verminderde capaciteit bij de lage temperatuur van -20°C, terwijl gebruik van het complexe zout van de onderhavige uitvinding in plaats van het vrije DME en perchloraat cellen verschaft met gedragseigenschappen bij omgevingstemperatuur en lage temperatuur, die 'soortgelijk zijn met betrekking 15 tot de cellen van van de stand der techniek met vrij dimethoxyethaan daarin aanwezig. Derhalve wordt de veiligheid in de cellen van de onderhavige uitvinding, vergroot met het gebruik van de complexe zouten (en de eliminatie van vrij vluchtig oplosmiddel), evenwel zonder wezenlijke straf in de vorm van verminderde capaciteit bij lagere temperatu-20 ren.
8104058

Claims (11)

19
1. Werkwijze voor het verbeteren van de veiligheid van een niet waterige electrochemische cel, die een en alkalimetaal- of aardalkalimetaal-electrolytzout, een gewoonlijk vluchtig oplosmiddel en een tweede oplosmiddel bevattend electrolytsteem bevat, welke werkwijze 5 de trappen van het oplossen van het zout in de oplosmiddelen insluit, met het kenmerk, dat men eerst een stoëchiometrisch complex vormt van het zout en het vluchtige oplosmiddel, waardoor het gewoonlijk vluchtige oplosmiddel in hoofdzaak slechts in de in complexvorm gebrachte vorm aan de cel wordt toegevoegd door het solvateren daarvan 10 in het tweede oplosmiddel, waarbij de cel in hoofdzaak vrij is van niet in complexvorm gebracht gewoonlijk vluchtig oplosmiddel·
2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men als vluchtig oplosmiddel een ether toepast.
3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat men 15 een ether toepast gekozen uit de groep bestaande uit dimethoxyethaan, 1,4-dioxan, 1,3-dioxolan, tetrahydrofuran, diglyme en triglyme.
4. Werkwijze volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, dat men als ether dimethoxyethaan toepast.
5. Werkwijze volgens conclusies 1-4, met het kenmerk, dat men een 20 electrolytzout toepast gekozen uit de groep bestaande uit alkalimetaaien aardalkalimetaalzouten met AsFgJ CF3SO37 CHgCgH^SOg, NOgT bromide, chloride, jodide en perchloraat anionen.
6. Werkwijze volgens conclusies 1-5·, met het kenmerk, dat men als 25 electrolytzout lithiumperchloraat toepast·
7. Werkwijze volgens conclusies 1-6, met het kenmerk, dat men een electrochemische cel toepast, die een lithiumanode bevat.
8. Werkwijze volgens conclusies 1-7, met het kenmerk,- dat men een tweede oplosmiddel toepast, dat propyleencarbonaat bevat.
9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat men een electrolytzoutoplosmiddel toepast, dat voorts een oplosmiddel bevat met bij lage temperaturen een lagere viscositeit dan het propyleencarbonaat·
10. Werkwijze volgens conclusies 1-8, met het kenmerk, dat men een 35 cel toepast, die een mangaandioxide-kathode-depolarisator bevat.
11. Cel met verbeterde veiligheid vervaardigd volgens êên of meer van de conclusies 1-10. 8104058
NL8104058A 1980-09-02 1981-09-01 Werkwijze voor het verbeteren van de veiligheid van een niet-waterige electrochemische cel, alsmede cel verkregen volgens deze werkwijze. NL8104058A (nl)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/182,897 US4321314A (en) 1980-09-02 1980-09-02 Non-aqueous cell safety
US18289780 1980-09-02

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL8104058A true NL8104058A (nl) 1982-04-01

Family

ID=22670524

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL8104058A NL8104058A (nl) 1980-09-02 1981-09-01 Werkwijze voor het verbeteren van de veiligheid van een niet-waterige electrochemische cel, alsmede cel verkregen volgens deze werkwijze.

Country Status (22)

Country Link
US (1) US4321314A (nl)
JP (1) JPS5776763A (nl)
KR (1) KR880001512B1 (nl)
AU (1) AU537567B2 (nl)
BE (1) BE890071A (nl)
BR (1) BR8105519A (nl)
CA (1) CA1158304A (nl)
DD (1) DD201829A5 (nl)
DE (1) DE3133213A1 (nl)
DK (1) DK385781A (nl)
ES (1) ES505097A0 (nl)
FR (1) FR2489600A1 (nl)
GB (1) GB2083275B (nl)
HK (1) HK57088A (nl)
IE (1) IE52181B1 (nl)
IL (1) IL63516A (nl)
IN (1) IN157370B (nl)
IT (1) IT1138177B (nl)
NL (1) NL8104058A (nl)
PL (1) PL232872A1 (nl)
SE (1) SE8105174L (nl)
ZA (1) ZA815448B (nl)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4466470A (en) * 1982-01-20 1984-08-21 Polaroid Corporation Lithium batteries with organic slurry cathodes
US4471037A (en) * 1982-04-16 1984-09-11 United Kingdom Atomic Energy Authority Solid state electrochemical cell
US4482613A (en) * 1983-02-16 1984-11-13 Duracell Inc. Cell with safe venting electrolyte
JPH0298057A (ja) * 1988-10-04 1990-04-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd 有機電解質電池
US4880714A (en) * 1989-02-27 1989-11-14 Duracell Inc. Method for preparing non-aqueous electrolytes
US4998969A (en) * 1990-05-14 1991-03-12 Outboard Marine Corporation Engine maintenance fluid introduction system
EP0614239A3 (en) * 1993-03-01 1996-10-16 Tadiran Ltd Non-aqueous secondary battery with safety device.
US6248883B1 (en) * 1998-07-31 2001-06-19 Moltech Corporation Methods of purifying lithium salts
CN108140882A (zh) * 2015-06-08 2018-06-08 离子材料公司 具有铝阳极和固体聚合物电解质的电池

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3423242A (en) * 1964-10-28 1969-01-21 Livingston Electronic Corp Electric current-producing cell with anhydrous organic liquid electrolyte
FR1541885A (fr) * 1967-10-25 1968-10-11 American Cyanamid Co Pile électrochimique
FR2378361A1 (fr) * 1977-01-19 1978-08-18 Accumulateurs Fixes Electrolytes a solvants organiques pour generateurs electrochimiques de grande energie specifique
US4074019A (en) * 1977-03-01 1978-02-14 Exxon Research & Engineering Co. Cell having fluorinated carbon cathode and solvated alkali metal salt electrolyte
US4201839A (en) * 1978-11-01 1980-05-06 Exxon Research And Engineering Co. Cell containing an alkali metal anode, a solid cathode, and a closoborane and/or closocarborane electrolyte
JPS5576572A (en) * 1978-12-05 1980-06-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd Cell

Also Published As

Publication number Publication date
US4321314A (en) 1982-03-23
GB2083275A (en) 1982-03-17
SE8105174L (sv) 1982-03-03
IN157370B (nl) 1986-03-08
KR880001512B1 (ko) 1988-08-16
HK57088A (en) 1988-08-05
BE890071A (fr) 1981-12-16
DK385781A (da) 1982-03-03
DE3133213C2 (nl) 1989-09-21
FR2489600A1 (fr) 1982-03-05
JPS5776763A (en) 1982-05-13
ES8303827A1 (es) 1983-02-01
FR2489600B1 (nl) 1984-09-14
DD201829A5 (de) 1983-08-10
IL63516A0 (en) 1981-11-30
ES505097A0 (es) 1983-02-01
ZA815448B (en) 1982-08-25
IT8123713A0 (it) 1981-09-01
JPH0348623B2 (nl) 1991-07-25
IT1138177B (it) 1986-09-17
PL232872A1 (nl) 1982-06-21
KR830008413A (ko) 1983-11-18
BR8105519A (pt) 1982-05-18
GB2083275B (en) 1983-05-11
AU7387781A (en) 1982-03-11
DE3133213A1 (de) 1982-04-08
CA1158304A (en) 1983-12-06
IE811959L (en) 1982-03-02
AU537567B2 (en) 1984-06-28
IL63516A (en) 1984-10-31
IE52181B1 (en) 1987-08-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1587158B1 (en) Overcharge protection for electrochemical cells
EP1075036B1 (en) Electrolyte for electrochemical device
JPH01128369A (ja) 非水性単電池
JPS60158556A (ja) 非水性電池用有機電解液
JPS58225045A (ja) イオン性化合物
JP2015125934A (ja) 二次電池
KR102445815B1 (ko) 마그네슘 염
US20220069348A1 (en) Flame-resistant quasi-solid hybrid electrolyte for safe lithium batteries and production method
US20070092801A1 (en) Molten Salt Electrolyte for a Battery and Electrochemical Capacitor
NL8104058A (nl) Werkwijze voor het verbeteren van de veiligheid van een niet-waterige electrochemische cel, alsmede cel verkregen volgens deze werkwijze.
US11949063B2 (en) Flame-resistant quasi-solid hybrid electrolyte for safe anode-less lithium batteries and production method
JP2003068358A (ja) 電気化学ディバイス用電解液またはゲル電解質並びに電池
JP4811070B2 (ja) 非水電解液電池用電解質、電解液及び非水電解液電池
US4329404A (en) Rechargeable non-aqueous cells with complex electrolyte salts
JP3418446B2 (ja) 電気化学電池用電解液及び電池
JP4903983B2 (ja) 非水電解液及びこれを用いた二次電池
JPS6037659A (ja) 非水性化学電池
US4621036A (en) Halogenated organic solid depolarizer
JP4076727B2 (ja) リチウム電池及びリチウムイオン電池用電解質、その電解液または固体電解質並びに、リチウム電池またはリチウムイオン電池
Vandana et al. Ionic Electrolytes 19
Jahan et al. Ionic Electrolytes
Piszcz et al. Multivalent Cation Systems: Toward Aluminum, Zinc, and Calcium Batteries
JP2022516332A (ja) 非対称電解質塩およびそのような塩を組み込んだ電池
Aurbach et al. I. INTRODUCTORY REMARKS
TW202111746A (zh) 蓄電裝置用水系電解液及包含該水系電解液之蓄電裝置

Legal Events

Date Code Title Description
BV The patent application has lapsed