PL205377B1 - Electrolyte for lithium ion batteries, and the batteries with graphite anode in particular as well as lithium ion cell - Google Patents
Electrolyte for lithium ion batteries, and the batteries with graphite anode in particular as well as lithium ion cellInfo
- Publication number
- PL205377B1 PL205377B1 PL375323A PL37532305A PL205377B1 PL 205377 B1 PL205377 B1 PL 205377B1 PL 375323 A PL375323 A PL 375323A PL 37532305 A PL37532305 A PL 37532305A PL 205377 B1 PL205377 B1 PL 205377B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- electrolyte
- batteries
- lithium
- lithium ion
- graphite anode
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y02E60/12—
Description
Opis wynalazkuDescription of the invention
Przedmiotem wynalazku jest elektrolit do akumulatorów litowo-jonowych, zwłaszcza akumulatorów z anodą grafitową, oraz ogniwo litowo-jonowe składające się z anody grafitowej, katody z tlenku litu i metalu przejściowego oraz elektrolitu zawierającego sól litu i rozpuszczalnik polarny.The present invention relates to an electrolyte for lithium-ion batteries, in particular batteries with a graphite anode, and a lithium-ion cell consisting of a graphite anode, a lithium oxide cathode and a transition metal, and an electrolyte containing a lithium salt and a polar solvent.
Technologia wytwarzania odwracalnych ogniw litowych (akumulatorów Li-ion), czyli ogniw zawierających anodę z grafitu lub innego rodzaju węgla oraz odpowiedni elektrolit, i zdolnych do wielokrotnego ładowania i wyładowania, jest w fazie ciągłego dynamicznego rozwoju. Spowodowane jest to stale rosnącym znaczeniem bezprzewodowych urządzeń elektrycznych, takich jak laptopy, telefony komórkowe i kamery. Akumulatory Li-ion są także powszechnie uważane za najbardziej przyszłościowe źródło zasilania dla pojazdów elektrycznych, sprzętu medycznego i w technologiach kosmicznych. Jednym z najważniejszych problemów technologicznych stojących na drodze do uzyskania optymalnego ogniwa Li-ion jest dobór odpowiedniego elektrolitu.The technology of producing reversible lithium cells (Li-ion batteries), i.e. cells containing an anode made of graphite or another type of carbon and an appropriate electrolyte, and capable of multiple charging and discharging, is undergoing dynamic development. This is due to the ever-growing importance of wireless electrical devices such as laptops, mobile phones and cameras. Li-ion batteries are also widely regarded as the most future-proof power source for electric vehicles, medical equipment and space technology. One of the most important technological problems standing in the way of obtaining the optimal Li-ion cell is the selection of the appropriate electrolyte.
Obecnie w praktyce przemysłowej stosuje się najczęściej elektrolity zawierające węglan etylenu (EC) jako składnik filmotwórczy (tj. zapewniający odpowiednią pasywację elektrody węglowej) i obniżający lepkość, np. węglan dietylu lub węglan dimetylu. Rozwiązanie to ma pewne ograniczenia, ponieważ z uwagi na stosunkowo wysoką temperaturę topnienia węglanu etylenu, elektrolity tego typu nie mogą być stosowane do pracy w bardzo niskich temperaturach.Currently, in industrial practice, electrolytes containing ethylene carbonate (EC) are most often used as a film-forming component (i.e. ensuring adequate passivation of the carbon electrode) and lowering the viscosity, e.g. diethyl carbonate or dimethyl carbonate. This solution has some limitations, because due to the relatively high melting point of ethylene carbonate, electrolytes of this type cannot be used for operation at very low temperatures.
W ogniwach litowych znajduje takż e zastosowanie węglan propylenu, który charakteryzuje się wysoką stałą dielektryczną, małą lepkością, niską temperaturą topnienia i wysoką temperaturą wrzenia. Ma bardzo korzystne właściwości jako rozpuszczalnik dla soli litu (np. heksafluorofosforanu litu - LiPF6). O ile w pierwotnych ogniwach litowych (są to ogniwa zawierające anodę z metalicznego litu i mogące być wyładowane tylko raz) węglan propylenu znalazł szerokie zastosowanie jako główny składnik elektrolitów, o tyle jego użycie w akumulatorach litowo-jonowych napotkało jednak na poważne trudności. W czasie pierwszego ładowania akumulatora Li-ion następuje kointerkalacja cząsteczek węglanu propylenu z kationami litu pomiędzy warstwy grafenowe materiału grafitowego, połączona z jego rozkładem. Wydzielający się przy tym gazowy propylen powoduje eksfoliację (rozwarstwienie) łusek grafitowych, co jest równoznaczne ze zniszczeniem struktury elektrody. Na krzywych stałoprądowego ładowania elektrody grafitowej objawia się to jako rozległe plateau potencjałowe w okolicach 800 mV (względem układu redoks Li+/Li), po którym nie nastę puje charakterystyczne plateau interkalacji jonów litu w sieć krystaliczną grafitu, który to proces jest podstawową reakcją elektrodową grafitu w ogniwie Li-ion.In lithium cells, propylene carbonate is also used, which is characterized by a high dielectric constant, low viscosity, low melting point and high boiling point. It has very favorable properties as a solvent for lithium salt (e.g. lithium hexafluorophosphate - LiPF6). While in primary lithium cells (these are cells containing a metallic lithium anode and can only be discharged once), propylene carbonate has found wide application as the main component of electrolytes, its use in lithium-ion batteries has encountered serious difficulties. During the first charging of the Li-ion battery, propylene carbonate particles cointercalate with lithium cations between the graphene layers of the graphite material, combined with its decomposition. The gaseous propylene released in this process causes the exfoliation (delamination) of the graphite scales, which is tantamount to the destruction of the electrode structure. In the graphite electrode constant current charging curves it manifests itself as an extensive potential plateau around 800 mV (relative to the Li + / Li redox system), followed by the characteristic plateau of lithium ion intercalation into the graphite lattice, which is the basic graphite electrode reaction in a Li-ion cell.
Opisane niekorzystne procesy stały się powodem poszukiwania dodatków do węglanu propylenu zapobiegających eksfoliacji łusek grafitowych, a więc powodujących prawidłowe formowanie się warstwy pasywnej na elektrodzie. Wśród proponowanych związków chemicznych mających pełnić tę rolę były między innymi węglan winylu i etery koronowe. Potrzeba znalezienia efektywnych dodatków pasywujących (filmotwórczych) jest jednak wciąż duża. Substancje te powinny się charakteryzować niskim kosztem, nietoksycznością, niepalnością i brakiem niekorzystnego wpływu na charakterystyki elektrochemiczne grafitu.The described disadvantageous processes have become the reason to search for additives to propylene carbonate preventing the exfoliation of graphite scales, and thus causing the proper formation of the passive layer on the electrode. Among the proposed chemicals to fulfill this role were, inter alia, vinyl carbonate and crown ethers. However, the need to find effective passivating (film-forming) additives is still large. These substances should be low cost, non-toxic, non-flammable and should not adversely affect the electrochemical characteristics of graphite.
Istotą wynalazku jest elektrolit do akumulatorów litowo-jonowych, zwłaszcza akumulatorów z anodą grafitową, zawierający sól litu i rozpuszczalnik polarny, korzystnie węglan propylenu oraz zgodnie z wynalazkiem od 5 do 80% wagowych co najmniej jednego difunkcyjnego Si-podandu o ogólnym wzorze, w którym R oznacza podstawnik zawierają cy π elektrony w grupie alkenylowej lub arylowej, a m i n przyjmują wartości od 1 do 3, przy czym suma n i m równa się 4. Istotą wynalazku jest także ogniwo litowo-jonowe, składające się z anody grafitowej, katody z tlenku litu i metalu przejściowego oraz elektrolitu zawierającego sól litu i rozpuszczalnik polarny, korzystnie węglan propylenu, w którym elektrolit zawiera także od 5 do 80% wagowych co najmniej jednego difunkcyjnego Sipodandu o ogólnym wzorze, w którym R oznacza podstawnik zawierający % elektrony w grupie alkenylowej lub arylowej, amin przyjmują wartości od 1 do 3, przy czym suma n i m równa się 4.The subject of the invention is an electrolyte for lithium-ion batteries, in particular batteries with a graphite anode, containing a lithium salt and a polar solvent, preferably propylene carbonate, and according to the invention from 5 to 80% by weight of at least one difunctional Si-podand having the general formula, in which R denotes a substituent containing π electrons in an alkenyl or aryl group, amines take values from 1 to 3, the sum n being equal to 4. The essence of the invention is also a lithium-ion cell, consisting of a graphite anode, a lithium oxide cathode and a transition metal and an electrolyte containing a lithium salt and a polar solvent, preferably propylene carbonate, wherein the electrolyte also contains from 5 to 80% by weight of at least one difunctional Sipodand of the general formula, wherein R is a substituent containing% electrons in an alkenyl or aryl group, the amines assume the values of from 1 to 3, where the sum of n and m equals 4.
Zastosowane w elektrolicie, a tym samym w ogniwie według wynalazku związki należą do grupy difunkcyjnych podandów krzemowych zawierających jedną lub kilka grup funkcyjnych posiadających elektrony π (np. wiązania wielokrotne lub ugrupowania aromatyczne), oraz jeden, dwa lub kilka łańcuchów polioksaetylenowe zdolnych do kompleksowania kationów litu. Rozpuszczają one sole litu i mogą same lub w mieszaninie z innymi rozpuszczalnikami być stosowane jako elektrolity w akumulatorach Li-ion.The compounds used in the electrolyte, and thus in the cell according to the invention, belong to the group of difunctional silicon subanders containing one or more functional groups having π electrons (e.g. multiple bonds or aromatic groups) and one, two or more polyoxaethylene chains capable of complexing lithium cations. . They dissolve lithium salts and can be used alone or mixed with other solvents as electrolytes in Li-ion batteries.
PL 205 377 B1PL 205 377 B1
Ogniwa litowo-jonowe zbudowane zgodnie z wynalazkiem, zawierające w składzie elektrolitów Si-podandy według wynalazku charakteryzują się wysoką stabilnością i niezawodnością. Doświadczalnie stwierdzono, że poddane nawet tysiąckrotnym ładowaniom i wyładowaniom zachowują wymagane parametry pracy.The lithium-ion cells constructed according to the invention, containing the Si-podands according to the invention in the electrolyte composition, are characterized by high stability and reliability. It has been found experimentally that they retain the required operating parameters when subjected to even thousands of charges and discharges.
Wynalazek charakteryzuje przykład.The invention is characterized by an example.
Przygotowano dwa elektrolity o składzie 1 M heksafluorofosforan litu (LiPF6) w mieszaninie węglanu propylenu i winylotrimetoksyetoksysilanu (PC/H2C=CHSi(OCH2CH2OCH3)3<10%>) oraz 1M heksafluorofosforan litu (LiPF6) w mieszaninie węglanu propylenu i fenylotrimetoksyetoksysilanu (PC/PhSi(OCH2CH2OCH3)3<10%>).Two electrolytes were prepared: 1M lithium hexafluorophosphate (LiPF6) in a mixture of propylene carbonate and vinyltrimethoxyethoxysilane (PC / H2C = CHSi (OCH2CH2OCH3) 3 <10%>) and 1M lithium hexafluorophosphate (LiPF6) in a mixture of propylene propylene and propylene carbonate (OCH2CH2OCH3) 3 <10%>).
Następnie zbudowano dwuelektrodowe ogniwa elektrochemiczne, w których elektrodą badaną był typowy grafit syntetyczny a elektrodą przeciwną metaliczny lit. W ogniwach tych zastosowano przygotowane elektrolity. Ogniwa ładowano i wyładowywano w zakresie potencjałów 0 V - 2 V przy stałej gęstości prądowej 10 mAh/g.Then, two-electrode electrochemical cells were built, in which the tested electrode was typical synthetic graphite and the opposite electrode was metallic lithium. Prepared electrolytes were used in these cells. The cells were charged and discharged in the potential range of 0 V - 2 V at a constant current density of 10 mAh / g.
Charakterystyki elektrochemiczne badanych elektrolitów pokazano w tabeli:The electrochemical characteristics of the tested electrolytes are shown in the table:
Zastrzeżenia patentowePatent claims
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL375323A PL205377B1 (en) | 2005-05-24 | 2005-05-24 | Electrolyte for lithium ion batteries, and the batteries with graphite anode in particular as well as lithium ion cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL375323A PL205377B1 (en) | 2005-05-24 | 2005-05-24 | Electrolyte for lithium ion batteries, and the batteries with graphite anode in particular as well as lithium ion cell |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
PL375323A1 PL375323A1 (en) | 2006-11-27 |
PL205377B1 true PL205377B1 (en) | 2010-04-30 |
Family
ID=40561393
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PL375323A PL205377B1 (en) | 2005-05-24 | 2005-05-24 | Electrolyte for lithium ion batteries, and the batteries with graphite anode in particular as well as lithium ion cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
PL (1) | PL205377B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113394459A (en) * | 2021-06-21 | 2021-09-14 | 深圳市比克动力电池有限公司 | Additive for battery electrolyte, electrolyte and lithium ion battery |
-
2005
- 2005-05-24 PL PL375323A patent/PL205377B1/en unknown
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113394459A (en) * | 2021-06-21 | 2021-09-14 | 深圳市比克动力电池有限公司 | Additive for battery electrolyte, electrolyte and lithium ion battery |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
PL375323A1 (en) | 2006-11-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Xu et al. | Conformal conducting polymer shells on V2O5 nanosheet arrays as a high‐rate and stable zinc‐ion battery cathode | |
Dawut et al. | High-performance rechargeable aqueous Zn-ion batteries with a poly (benzoquinonyl sulfide) cathode | |
Adams et al. | Temperature dependent electrochemical performance of graphite anodes for K-ion and Li-ion batteries | |
US10263242B2 (en) | Anode for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same | |
Yao et al. | Crystalline polycyclic quinone derivatives as organic positive-electrode materials for use in rechargeable lithium batteries | |
Yao et al. | 5, 7, 12, 14-Pentacenetetrone as a high-capacity organic positive-electrode material for use in rechargeable lithium batteries | |
Chen et al. | Charge–discharge behavior of a Na2FeP2O7 positive electrode in an ionic liquid electrolyte between 253 and 363 K | |
RU2269841C2 (en) | Primary (non-rechargeable) and secondary (rechargeable) magnesium base batteries | |
Wang et al. | Aging effects to solid electrolyte interface (SEI) membrane formation and the performance analysis of lithium ion batteries | |
CN106797018B (en) | Artificially synthesized SEI cathode material and lithium secondary battery comprising the same | |
WO2018103129A1 (en) | Graphene-based sodium ion battery | |
CN107750405A (en) | The manufacture method of Na ion battery anode composite materials | |
CN101548425A (en) | Nonaqueous electrolyte solution and nonaqueous electrolyte secondary battery | |
EP2038959B1 (en) | Electrolyte for improving life characteristics at high temperature and lithium secondary battery comprising the same | |
EP2731179A1 (en) | Anode comprising silicon-based material and carbon material, and lithium secondary battery comprising same | |
CA2340798A1 (en) | Cathode compositions and their uses, particularly in electrochemical generators | |
áDietz Rago | An organophosphine oxide redox shuttle additive that delivers long-term overcharge protection for 4 V lithium-ion batteries | |
CN104956536B (en) | Lithium secondary battery | |
JP2017092045A (en) | Electrolyte solutions for high energy cathode materials and methods for use | |
KR101451804B1 (en) | Organic electrolytic solution and lithium battery employing the same | |
KR101800930B1 (en) | Additive for non-aqueous lithium secondary battery and non-aqueous electrolyte, electrode and non-aqueous lithium secondary battery comprising the same | |
Hu et al. | Insoluble polyanionic anthraquinones with two strong ionic OK bonds as stable organic cathodes for pure organic K-ion batteries | |
KR101666796B1 (en) | Positive electrode active material for rechargable lithium battery, method for synthesis the same, and rechargable lithium battery including the same | |
Chen et al. | Boron-containing single-ion conducting polymer electrolyte for dendrite-free lithium metal batteries | |
WO2014120970A1 (en) | Organometallic-inorganic hybrid electrodes for lithium-ion batteries |