RU2175798C2 - Способ и анод для улучшения удельной мощности литиевых вторичных аккумуляторных батарей - Google Patents
Способ и анод для улучшения удельной мощности литиевых вторичных аккумуляторных батарей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2175798C2 RU2175798C2 RU99116263/09A RU99116263A RU2175798C2 RU 2175798 C2 RU2175798 C2 RU 2175798C2 RU 99116263/09 A RU99116263/09 A RU 99116263/09A RU 99116263 A RU99116263 A RU 99116263A RU 2175798 C2 RU2175798 C2 RU 2175798C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lithium
- anode
- acid esters
- boric acid
- batteries
- Prior art date
Links
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical group [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 25
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 238000003860 storage Methods 0.000 title abstract description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 19
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical group [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 7
- 150000002642 lithium compounds Chemical class 0.000 claims abstract 2
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical class OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 7
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 7
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 claims description 3
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 125000001931 aliphatic group Chemical group 0.000 claims description 2
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims description 2
- ZSWFCLXCOIISFI-UHFFFAOYSA-N endo-cyclopentadiene Natural products C1C=CC=C1 ZSWFCLXCOIISFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 239000002253 acid Substances 0.000 abstract 4
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 150000001638 boron Chemical class 0.000 abstract 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 210000000352 storage cell Anatomy 0.000 abstract 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 17
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 10
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 10
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 9
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 6
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 4
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 3
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N Borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 2
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 2
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 2
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 229910015645 LiMn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052768 actinide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001255 actinides Chemical class 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- -1 boric acid ester Chemical class 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 description 1
- 150000002641 lithium Chemical class 0.000 description 1
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
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
- H01M10/056—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
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
- C07F5/00—Compounds containing elements of Groups 3 or 13 of the Periodic Table
- C07F5/02—Boron compounds
- C07F5/04—Esters of boric acids
-
- 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
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/027—Negative electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
- H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/14—Cells with non-aqueous electrolyte
- H01M6/16—Cells with non-aqueous electrolyte with organic electrolyte
- H01M6/162—Cells with non-aqueous electrolyte with organic electrolyte characterised by the electrolyte
- H01M6/168—Cells with non-aqueous electrolyte with organic electrolyte characterised by the electrolyte by additives
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/14—Cells with non-aqueous electrolyte
- H01M6/18—Cells with non-aqueous electrolyte with solid electrolyte
- H01M6/181—Cells with non-aqueous electrolyte with solid electrolyte with polymeric electrolytes
-
- 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)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу и аноду для улучшения удельной мощности литиевых вторичных аккумуляторных батарей, в частности аналогичных батарей, которые содержат твердые полимерные растворы. Согласно изобретению это достигается путем добавления сложных эфиров борной кислоты и/или производных сложных эфиров борной кислоты, или их соединений. В частности, добавляют соединения лития в соответствующих комплексах. Изобретение также включает аноды, предназначенные для использования в гальванических элементах, в частности литиевых ионных вторичных аккумуляторных батареях и аналогичных батареях с твердыми полимерными растворами, содержащими в качестве добавок сложные эфиры борной кислоты и/или производные сложных эфиров борной кислоты, или их соединения. Техническим результатом изобретения является повышение удельной мощности и надежности эксплуатации батарей. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 9 ил.
Description
Настоящее изобретение относится к способу и аноду для улучшения удельной мощности литиевых вторичных аккумуляторных батарей, в частности аналогичных батарей с твердыми полимерными растворами.
Для удовлетворения требований потребителей в гальванических элементах и других устройствах необходимо обеспечить улучшенное использование материалов. Во вторичной аккумуляторной батарее заряд переносится от материала анода к материалу катода через электролит или раствор электролита, что вызывается переносом всех материалов, имеющих потенциал. Поэтому положительно заряженные ионы также переносятся через электролиты к отрицательно заряженному электроду. Обратное действует в отношении анионов.
Плотность тока электролитов выражается следующим образом
I = LE(Δφ+Σit •Δμi) (1),
где LE - электропроводность раствора электролита, Δφ - разность потенциалов между материалами анода и катода, ti r - уменьшенная величина переноса переносимого продукта "i" и Δμi - разность химического потенциала продукта "i" между материалами анода и катода.
I = LE(Δφ+Σit
где LE - электропроводность раствора электролита, Δφ - разность потенциалов между материалами анода и катода, ti r - уменьшенная величина переноса переносимого продукта "i" и Δμi - разность химического потенциала продукта "i" между материалами анода и катода.
Поскольку все материалы в аноде разбавлены определенным образом, Δμi для обычных аккумуляторных батарей равна приблизительно 0, как пояснено в примере (1), что соответствует первому закону Ома.
Могут возникать более высокие напряжения, чем предусмотрено для системы. Это может быть связано с риском повреждений, которые следует предупредить заранее.
Наконец связывание полимеров не выгодно, так как анионы не иммобилизованы. Порядок величины переноса лития неудовлетворителен.
Исходя из этого в основе изобретения лежит задача создания добавки преимущественно для литиевых вторичных аккумуляторных батарей, которая может повысить удельную мощность батареи и надежность в эксплуатации, обеспечить позитивное отклонение от первого закона Ома, уменьшить выпадение соли в осадок и повысить количество циклов или стойкость к циклическим зарядам - разрядам. Необходимо также разработать способ, позволяющий реализовать указанные улучшения.
Эта задача решается отличительными признаками пунктов формулы изобретения. В соответствии с ними для улучшения удельной мощности литиевых вторичных аккумуляторных батарей, в частности, аналогичных батарей с твердыми полимерными растворами, вводят эфиры борной кислоты и/или производные сложного эфира борной кислоты или их соединения в качестве добавок.
Добавка способствует снижению так называемого выпадения соли в осадок (фиг. 3), достижению высокого порядка величины переноса лития, а также позитивному отклонению от первого закона Ома (фиг. 4). Добавка также способствует повышению стойкости системы аккумуляторной батареи к циклическим зарядам - разрядам и повышению удельной мощности для установленных потенциалов. Используемая система аккумуляторов показана на фиг.1-9.
В частности, используются сложные эфиры борной кислоты и/или производные сложных эфиров борной кислоты в виде комплексных соединений лития, имеющих формулу
и/или
причем остаточные радикалы R1 и R2 могут быть ароматическими или алифатическими, а в формуле (III) M является переходным металлом и циклопентадиенилрадикалы могут также содержать фтор вместо водорода (H).
и/или
причем остаточные радикалы R1 и R2 могут быть ароматическими или алифатическими, а в формуле (III) M является переходным металлом и циклопентадиенилрадикалы могут также содержать фтор вместо водорода (H).
Переходные металлы являются элементами, атомы которых имеют неполную d-оболочку, или элементами, которые могут образовать один или несколько катионов с неполными d-оболочками. Соответственно согласно таблице, рекомендованной ИЮПАК (Международным союзом теоретической и прикладной химии), к переходным металлам относятся элементы 4 периода с Sc до Zn с атомными номерами 21-30, 5 периода - с Y до Cd (39-48), 6 периода с La до Hg, включая лантаноиды, в которых оболочка 4f заполнена (атомные номера 57-80), и элементы 7 периода Ac - актиноиды до Lr (89-103).
Преимущественно используют сложные эфиры борной кислоты.
Остаточные радикалы обуславливают электрохимическую стабильность и растворимость в органическом растворителе. Посредством больших и объемных остаточных радикалов распределяется отрицательный заряд. Неожиданным результатом явилось то, что вследствие этого литий + образует пары ионов или комплексные продукты реакции. Поэтому соль растворяется или диссоциируется в органическом растворителе.
Присадки добавляют преимущественно на стороне анода.
Присадки добавляют в количестве от 0 до 20% вес., предпочтительно от 5 до 15% вес.
Анод согласно изобретению, в частности, в литиевых ионных вторичных аккумуляторных батареях и аналогичных батареях с твердыми полимерными растворами содержит на аноде добавки в виде сложных эфиров борной кислоты и/или производных сложных эфиров борной кислоты или их соединений.
Тем самым достигается относительно большой ток при выбранном низком потенциале, в частности проявляя свойства стабильной системы, а также большое количество циклов или стойкость к циклическим зарядам - разрядам.
Анод состоит из вещества, которое может принимать ионы лития и/или литий и проводящие соли, которые растворены в растворителях и/или полимерном связующем, и/или саже, и/или добавке. Особенно подходят аноды, содержащие в качестве добавки литий, сложные эфиры борной кислоты и/или производные сложных эфиров борной кислоты в виде комплексных соединений лития, имеющих формулу
и/или
и/или
Целесообразно, чтобы добавки содержались в анодах в количестве больше 0 до 20% вес., предпочтительно от 5 до 15% вес.
и/или
и/или
Целесообразно, чтобы добавки содержались в анодах в количестве больше 0 до 20% вес., предпочтительно от 5 до 15% вес.
На фиг. 1 схематически изображена в разрезе аккумуляторная батарея, например, литиевая ионная батарея LIC/PEO (полиэтиленоксид), соль лития/LiMn2O5, без выпадения соли в осадок, с очень слабыми электрическими токами на очень коротком промежутке времени (теоретически), согласно изобретению;
фиг. 2 - аналогичная система (схематично, в разрезе), на которой в отличие от фиг. 1 с помощью диаграмм показаны параметры при использовании более сильных токов;
фиг. 3 - аналогичная система (схематично, в разрезе), при этом линейные диаграммы показывают параметры при слабых и сильных токах, выпадения соли в осадок не происходит;
фиг. 4 - диаграммы для слабых, средних и более сильных токов, согласно изобретению;
фиг. 5 - то же, что на фиг. 4, но в теоретическом случае с иммобилизованными анионами;
фиг. 6 - примерные диаграммы, показывающие увеличение стойкости к циклическим зарядам - разрядам в результате использования полиэтиленоксида (PEO);
фиг. 7 - диаграмма позитивного отклонения от первого закона Ома при использовании добавок по сравнению с диаграммой без позитивного отклонения;
фиг. 8 - аноды/электролит/катоды (схематично) при использовании добавок и без них;
фиг. 9 - диаграмму ток - напряжение для отображения результатов в примерах.
фиг. 2 - аналогичная система (схематично, в разрезе), на которой в отличие от фиг. 1 с помощью диаграмм показаны параметры при использовании более сильных токов;
фиг. 3 - аналогичная система (схематично, в разрезе), при этом линейные диаграммы показывают параметры при слабых и сильных токах, выпадения соли в осадок не происходит;
фиг. 4 - диаграммы для слабых, средних и более сильных токов, согласно изобретению;
фиг. 5 - то же, что на фиг. 4, но в теоретическом случае с иммобилизованными анионами;
фиг. 6 - примерные диаграммы, показывающие увеличение стойкости к циклическим зарядам - разрядам в результате использования полиэтиленоксида (PEO);
фиг. 7 - диаграмма позитивного отклонения от первого закона Ома при использовании добавок по сравнению с диаграммой без позитивного отклонения;
фиг. 8 - аноды/электролит/катоды (схематично) при использовании добавок и без них;
фиг. 9 - диаграмму ток - напряжение для отображения результатов в примерах.
Как схематично показано на фиг. 1, при очень низких токах в короткие промежутки времени в устройствах не происходит выпадения солей в осадок. Это относится, в частности, к литиевым ионным аккумуляторным батареям, представленным на фиг. 1, в теоретическом случае анионы не иммобилизованы. Поэтому за короткое время без градиентов могут быть получены только очень слабые токи.
На фиг. 2 показаны параметры при более сильных токах в такой же системе литиевой аккумуляторной батареи, используемой в качестве примера, в данном случае происходит локальное выпадение соли в осадок. Ввиду существования баланса масс литиевых ионов их концентрация приблизительно постоянна (A).
Анионы перемещаются в электролите к положительному электроду. Поскольку от электродов не поступают анионы, возникает градиент (B) концентрации. В соответствии с законом Кольрауша электропроводность зависит от концентрации ионов в электролите. Если концентрация уменьшается, снижается также электропроводность. Кроме того, с появлением градиента концентрации возникает также градиент (C) электропроводности. Если снижается электропроводность электролита, возрастает локальное сопротивление электролита. С возрастанием локального сопротивления электролита происходит падение (D) потенциала.
Как показано на фиг. 3, анионы согласно изобретению иммобилизованы в полимерной матрице электролита. Таким образом, при прохождении сильных и слабых токов не возникает проблем, связанных с выпадением соли в осадок, и не наблюдается падения потенциала, как показано на диаграммах на фиг. 5 в теоретическом случае с иммобилизованными анионами.
Применительно к слабым, средним и сильным токам описанные изменения диаграмм обобщены на фиг. 4.
Теоретический случай с иммобилизованными анионами, показанный на фиг. 5, далее подробнее поясняется на примере. Анионы иммобилизованы не механическим путем, а порядок величины переноса значительно ниже, чем у лития.
Если анионы иммобилизованы механическим путем, то константа комплекса очень велика, порядок величины переноса для лития падает. Общая электропроводность падает, поскольку постоянная комплекса между анионами и литием велика.
Если анионы иммобилизованы химическим путем, то постоянная комплекса между Li+ и анионом очень высока, а общая электропроводность очень низка. Однако если перенос анионов по сравнению с порядком величины переноса Li+ очень мал, то не существует значимых комплексов между анионами и катионами. Таким образом достигается высокая электропроводность.
Фиг. 6 основана на том положении, что при необходимости получения более сильного тока следует использовать высокий потенциал. Высокие потенциалы дают только очень маленькое число циклов или только относительную стойкость к циклическим зарядам - разрядам. Это показано на фиг. 6 на примере растворителя - полиэтиленоксида.
Далее на фиг. 6 показано получение согласно изобретению неизменяющихся величин токов при сниженных потенциалах, находящихся в области величин, где растворитель - полиэтиленоксид - является стабильным. Увеличение числа циклов могло быть достигнуто при использовании веществ согласно изобретению с помощью сниженных потенциалов, но неизменного тока. Сниженный потенциал увеличивает число циклов или устойчивость к циклическим зарядам - разрядам. Во взятой в качестве примера за основу системе (фиг. 1) литиевой аккумуляторной батареи согласно изобретению это достигается особенно оптимально за счет того, что при добавлении веществ согласно формуле изобретения к электролитическому связующему материалу в аноде может быть снижен потенциал (как показано на фиг. 6) без уменьшения плотности тока.
При проведении ряда опытов было достигнуто увеличение удельной мощности системы и имеются соответствующие доказательства. На фиг. 7 показано схематично полученное так называемое положительное отклонение от первого закона Ома наряду с диаграммами нормальной реализации первого закона Ома в обычных аккумуляторных батареях в описанных системах литиевых ионных батарей.
Для испытаний был установлен неизменный потенциал. Были добавлены присадочные комплексы или найденные вещества и зафиксировано положительное отклонение от первого закона Ома. Это означает более сильный ток по сравнению с процессом, нормально проходящим в соответствии с первым законом Ома. Таким образом повышается удельная мощность системы.
Из уравнения, приведенного под фиг. 8, а также из фиг. 1-9 следует, что порядок величины передачи анионов приблизительно равен 0. Таким образом, химическая разность потенциалов никак не влияет на плотность тока. Если было добавлено содержащее литий производное сложного эфира борной кислоты, то избыточная энергия ионов лития будет всегда положительной. Это основано на увеличенной плотности тока, а также увеличенном порядке величины передачи лития. Тогда
Таким образом достигнуто положительное отклонение для первого закона Ома.
Таким образом достигнуто положительное отклонение для первого закона Ома.
Для определенных конструкций аккумуляторов и определенных потенциалов во внешнюю электрическую цепь может отдаваться более сильный ток, если в системе достигнуто положительное отклонение для первого закона Ома. Это означает повышение удельной мощности.
Пример 1 (сравнительный пример)
Состав без лития-бис[1,2-бензолдиолатор(2)-O,O']борат(1-) (LiBSE)
Активный материал, вес.%:
Графит (тип KS6) - 90,29
Сажа (тип супер P) - 4,74
Тефлон - связующее - 4,97
(Общая масса электрода составляет 13,9 мг, активная масса графита KS6 12,55 мг, эквивалент 4,67 мАч).
Состав без лития-бис[1,2-бензолдиолатор(2)-O,O']борат(1-) (LiBSE)
Активный материал, вес.%:
Графит (тип KS6) - 90,29
Сажа (тип супер P) - 4,74
Тефлон - связующее - 4,97
(Общая масса электрода составляет 13,9 мг, активная масса графита KS6 12,55 мг, эквивалент 4,67 мАч).
Пример 2
Состав с литием-бис[1,2-бензолдиолатор(2)-O,O']борат(1-) (LiBSE)
Активный материал, вес.%:
Графит (тип KS6) - 82,08
Сажа (тип супер P) - 4,30
Тефлон - связующее - 4,53
(LiBSE) - 9,09
(Общая масса электрода составляет 11,3 мг, активная масса графита KS6 9,3 мг, эквивалент 3,46 мАч).
Состав с литием-бис[1,2-бензолдиолатор(2)-O,O']борат(1-) (LiBSE)
Активный материал, вес.%:
Графит (тип KS6) - 82,08
Сажа (тип супер P) - 4,30
Тефлон - связующее - 4,53
(LiBSE) - 9,09
(Общая масса электрода составляет 11,3 мг, активная масса графита KS6 9,3 мг, эквивалент 3,46 мАч).
В обоих примерах измерения производились в литиевой полуячейке с активной поверхностью около 1 кв.см (стандартный электролит LP 30:EC:DMC (1: 1):Ом•м LiPF6, скорость подачи 0,1 мВ/с).
Для изготовления электродов соответствующие активные материалы смешивают в ступке и напрессовывают на никелевую сетку.
Вольт-амперная характеристика была получена для двух этих составов с использованием регулируемого стабилизатора напряжения, как показано на фиг. 9 (диаграмма ток - напряжение). Из фиг. 9 следует, что мощность системы, содержащей LiBSE (пример 2), увеличена по сравнению с системой, не содержащей LiBSE (пример 1).
Claims (5)
1. Способ улучшения удельной мощности литиевых вторичных аккумуляторных батарей, в частности аналогичных батарей с твердыми полимерными растворами, отличающийся тем, что в качестве добавок к аноду используют сложные эфиры борной кислоты, и/или производных сложных эфиров борной кислоты, или их соединения.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сложные эфиры борной кислоты и/или производные сложных эфиров борной кислоты представлены в виде комплексных соединений лития, имеющих формулу
и/или
и/или
причем остаточные радикалы R1 и R2 могут быть ароматическими или алифатическими;
в формуле (III) М является переходным металлом, а циклопентадиенилрадикалы могут содержать фтор вместо водорода (H).
и/или
и/или
причем остаточные радикалы R1 и R2 могут быть ароматическими или алифатическими;
в формуле (III) М является переходным металлом, а циклопентадиенилрадикалы могут содержать фтор вместо водорода (H).
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что добавки используют в количестве от 0 до 20 вес.%, предпочтительно от 5 до 15 вес.% по отношению к весу анода.
4. Анод для литиевых полимерных аккумуляторных батарей, в частности литиевых ионных вторичных аккумуляторных батарей и аналогичных батарей с твердыми полимерными растворами, отличающийся тем, что в аноде содержатся в качестве добавок сложные эфиры борной кислоты, и/или производные сложных эфиров борной кислоты, или их соединения.
5. Анод по п.4, отличающийся тем, что содержит в качестве добавки содержащие литий сложные эфиры борной кислоты и/или производные сложных эфиров борной кислоты в виде комплексных соединений лития, имеющих формулу
и/или
и/или
6. Анод по п. 4 или 5, отличающийся тем, что содержит добавки в количестве от 0 до 20 вес.%, предпочтительно, от 5 до 15 вес.% по отношению к весу анода.
и/или
и/или
6. Анод по п. 4 или 5, отличающийся тем, что содержит добавки в количестве от 0 до 20 вес.%, предпочтительно, от 5 до 15 вес.% по отношению к весу анода.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19654057A DE19654057C2 (de) | 1996-12-23 | 1996-12-23 | Verfahren zur Verbesserung der Leistungsdichte von Lithium-Sekundärbatterien |
DE19654057.7 | 1996-12-23 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU99116263A RU99116263A (ru) | 2001-05-10 |
RU2175798C2 true RU2175798C2 (ru) | 2001-11-10 |
Family
ID=7816040
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99116263/09A RU2175798C2 (ru) | 1996-12-23 | 1997-12-19 | Способ и анод для улучшения удельной мощности литиевых вторичных аккумуляторных батарей |
Country Status (10)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0948826A1 (ru) |
JP (1) | JP2001506799A (ru) |
KR (1) | KR20000062304A (ru) |
AU (1) | AU731463B2 (ru) |
BR (1) | BR9714165A (ru) |
CA (1) | CA2275969A1 (ru) |
DE (1) | DE19654057C2 (ru) |
IL (1) | IL130566A0 (ru) |
RU (1) | RU2175798C2 (ru) |
WO (1) | WO1998028807A1 (ru) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6150053A (en) * | 1997-06-06 | 2000-11-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
DE19910968A1 (de) | 1999-03-12 | 2000-11-09 | Merck Patent Gmbh | Anwendung von Additiven in Elektrolyten für elektrochemische Zellen |
KR100553736B1 (ko) * | 1999-09-02 | 2006-02-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬 2차 전지용 활물질 조성물 |
EP1292633A4 (en) | 2000-06-16 | 2003-07-23 | Univ Arizona State | CONDUCTIVE POLYMER COMPOSITIONS FOR LITHIUM BATTERIES |
US7527899B2 (en) | 2000-06-16 | 2009-05-05 | Arizona Board Of Regents For And On Behalf Of Arizona State University | Electrolytic orthoborate salts for lithium batteries |
KR20020023145A (ko) | 2000-09-21 | 2002-03-28 | 가나이 쓰도무 | 유기 보레이트 리튬 화합물 및 이를 이용한 비수전해액 |
JP5666225B2 (ja) * | 2010-09-16 | 2015-02-12 | 株式会社豊田中央研究所 | リチウムイオン二次電池用負極及びリチウムイオン二次電池 |
CN102964369B (zh) * | 2012-10-24 | 2016-04-06 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一类聚合物型硼酸酯锂盐及其制备方法和应用 |
CN104183867B (zh) * | 2014-08-12 | 2018-06-19 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种单离子导体纳米颗粒增强锂电池隔膜或聚合物电解质的制备方法和应用 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4195120A (en) * | 1978-11-03 | 1980-03-25 | P. R. Mallory & Co. Inc. | Hydrogen evolution inhibitors for cells having zinc anodes |
JPH0448709A (ja) * | 1990-06-15 | 1992-02-18 | Japan Carlit Co Ltd:The | 固体電解コンデンサの製造方法 |
WO1994018714A1 (en) * | 1993-02-12 | 1994-08-18 | Valence Technology, Inc. | Electrodes for rechargeable lithium batteries |
DE4316104A1 (de) * | 1993-05-13 | 1994-11-17 | Manfred Wuehr | Elektrolyt zur Anwendung in einer galvanischen Zelle |
DE69429131T2 (de) * | 1993-06-18 | 2002-07-11 | Hitachi Maxell Ltd., Osaka | Elektrochemisches Element mit flüssigem organischem Elektrolyten |
JP3208243B2 (ja) * | 1993-11-18 | 2001-09-10 | 三洋電機株式会社 | 非水系電池 |
US5597663A (en) * | 1995-05-30 | 1997-01-28 | Motorola, Inc. | Low temperature molten lithium salt electrolytes for electrochemical cells |
DE19633027A1 (de) * | 1996-08-16 | 1998-02-19 | Merck Patent Gmbh | Verfahren zur Herstellung von neuen Lithium-Borat-Komplexen |
-
1996
- 1996-12-23 DE DE19654057A patent/DE19654057C2/de not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-12-19 AU AU57484/98A patent/AU731463B2/en not_active Ceased
- 1997-12-19 CA CA002275969A patent/CA2275969A1/en not_active Abandoned
- 1997-12-19 JP JP52822998A patent/JP2001506799A/ja active Pending
- 1997-12-19 EP EP97953650A patent/EP0948826A1/de not_active Withdrawn
- 1997-12-19 IL IL13056697A patent/IL130566A0/xx unknown
- 1997-12-19 KR KR1019997005724A patent/KR20000062304A/ko not_active Application Discontinuation
- 1997-12-19 BR BR9714165-8A patent/BR9714165A/pt unknown
- 1997-12-19 RU RU99116263/09A patent/RU2175798C2/ru active
- 1997-12-19 WO PCT/DE1997/002974 patent/WO1998028807A1/de not_active Application Discontinuation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0948826A1 (de) | 1999-10-13 |
BR9714165A (pt) | 2002-01-02 |
AU5748498A (en) | 1998-07-17 |
KR20000062304A (ko) | 2000-10-25 |
CA2275969A1 (en) | 1998-07-02 |
DE19654057C2 (de) | 2001-06-21 |
JP2001506799A (ja) | 2001-05-22 |
IL130566A0 (en) | 2000-06-01 |
WO1998028807A1 (de) | 1998-07-02 |
AU731463B2 (en) | 2001-03-29 |
DE19654057A1 (de) | 1998-06-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8168333B2 (en) | Plastic crystal electrolyte for lithium batteries | |
Komaba et al. | Inorganic electrolyte additives to suppress the degradation of graphite anodes by dissolved Mn (II) for lithium-ion batteries | |
US4118550A (en) | Aprotic solvent electrolytes and batteries using same | |
US4869977A (en) | Electrolyte additive for lithium-sulfur dioxide electrochemical cell | |
EP3298642B1 (en) | Electrochemical cell | |
WO2012133556A1 (ja) | リチウム二次電池用電解液及びリチウム二次電池 | |
CN106133979A (zh) | 长寿命锂离子电池 | |
US20220302503A1 (en) | An electrolyte solution comprising an alkali metal bis (oxalato)borate salt | |
CN100474682C (zh) | 有机电解质溶液和含有该溶液的锂-硫电池 | |
RU2175798C2 (ru) | Способ и анод для улучшения удельной мощности литиевых вторичных аккумуляторных батарей | |
CN115275354A (zh) | 一种适用于碱金属离子电池的无碳酸乙烯酯电解液及应用 | |
JPH02250273A (ja) | 二次電池 | |
AU593980B2 (en) | Electrolyte for lithium-sulfur dioxide electrochemical cell | |
Yu et al. | Solid electrolyte interphase-ization of Mg2+-blocking layers for lithium ions in anode-free rechargeable lithium metal batteries | |
Xu et al. | An artificial zinc phosphide interface toward stable zinc anodes | |
CN101107733A (zh) | 关于使用硫或硫化合物的电池的电解质组合物的改进 | |
Rao et al. | The Li/TiS2 cell with LiSCN electrolyte | |
CN115395108B (zh) | 含季铵盐型两性离子添加剂的水系电解质制备方法和应用 | |
JPH07142090A (ja) | 添加剤を含有するリチウム二次電池用電解液 | |
USH1422H (en) | High voltage lithium rechargeable electrochemical cell | |
CN117293415A (zh) | 一种含有添加剂的锌离子电池电解液及其制备方法和电池 | |
MXPA99005927A (en) | Method and anode for improving the power density of lithium secondary batteries | |
Shair et al. | Lithium Nickel-Halide Batteries | |
CN114024027A (zh) | 一种高浓度电解液及其制备方法和应用 | |
CN117133983A (zh) | 高电压lnmo电池高循环特性电解液及锂离子纽扣电池 |