RU2592646C2 - Низкотемпературный литий-фторуглеродный элемент - Google Patents
Низкотемпературный литий-фторуглеродный элемент Download PDFInfo
- Publication number
- RU2592646C2 RU2592646C2 RU2014145735/07A RU2014145735A RU2592646C2 RU 2592646 C2 RU2592646 C2 RU 2592646C2 RU 2014145735/07 A RU2014145735/07 A RU 2014145735/07A RU 2014145735 A RU2014145735 A RU 2014145735A RU 2592646 C2 RU2592646 C2 RU 2592646C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- crown
- electrolyte
- low
- lfe
- mixture
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Primary Cells (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Изобретение относится к литиевым источникам тока, а именно к разработке литий-фторуглеродных элементов (ЛФЭ), обладающих улучшенными разрядными характеристиками при низких температурах. Низкотемпературный ЛФЭ содержит фторуглеродный катод, анод из металлического лития, сепаратор и электролит, содержащий соль, растворенную в смеси растворителей, при этом электролит включает соль LiPF6 в смеси этиленкарбонат/диметилкарбонат/метилэтилкарбонат (1:1:3). Электролит дополнительно может содержать добавку краун-эфира в количестве 0,5-50 об. %. В качестве добавки электролит может содержать «15-краун-5». Улучшение разрядных характеристик литиевой батареи в условиях пониженных температур является техническим результатом изобретения. 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 пр.
Description
Настоящее изобретение относится к разработке литий-фторуглеродных элементов (ЛФЭ), обладающих улучшенными разрядными характеристиками при низких температурах.
Известен ЛФЭ с литиевым анодом, фторуглеродным катодом и электролитом с органическим растворителем (см. патент РФ №2187177 С2, кл. Н01М 6/14, 2002).
Недостатком этого ЛФЭ являются низкие разрядные характеристики при отрицательных температурах.
Из известных ЛФЭ наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является ЛФЭ с литиевым анодом, фторуглеродным катодом и электролитом, включающим соль, растворенную в смеси растворителей (см. патент РФ №2119699, Кл. Н01М 6/16, 1998). Недостатком этого известного ЛФЭ являются низкие разрядные характеристики при отрицательных температурах.
Техническим результатом изобретения является разработка ЛФЭ, обладающих улучшенными разрядными характеристиками при низких отрицательных температурах.
Указанный технический результат достигается тем, что ЛФЭ содержит фторуглеродный катод, анод из металлического лития, сепаратор и электролит, включающий соль, растворенную в смеси растворителей, при этом электролит включает соль LiPF6 в смеси этиленкарбонат/диметилкарбонат/метилэтилкарбонат (1:1:3). Указанный ЛФЭ обладает улучшенными разрядными характеристиками при отрицательных температурах за счет использования в качестве электролита раствора соли LiPF6 в смеси этиленкарбонат/диметилкарбонат/метилэтилкарбонат (1:1:3).
Целесообразно, чтобы электролит дополнительно содержал добавку краун-эфира в количестве 0,5-50 об. %, при этом в качестве краун-эфира могут использоваться краун-эфиры: 15-краун-5; 3-пентадецил-2,4-диоксо-16-краун-5; 3-пентадецил-2,4-диоксо-16-краун-5; 3-тетрадецил-2,4-диоксо-16-краун-5; 3-тридецил-2,4-диоксо-16-краун-5; 3-додецил-2,4-диоксо-16-краун-5; 3-ундецил-2,4-диоксо-16-краун-5; 3-децил-2,4-диоксо-16-краун-5; 3-нонил-2,4-диоксо-16-краун-5; 3-октил-2,4-диоксо-16-краун-5; 3-гептил-2,4-диоксо-16-краун-5; 3-гексил-2,4-диоксо-16-краун-5; 3-пентил-2,4-диоксо-16-краун-5; 3-бутил-2,4-диоксо-16-краун-5; 3-пропил-2,4-диоксо-16-краун-5; 3-этил-2,4-диоксо-16-краун-5; 3-метил-2,4-диоксо-16-краун-5; 2,4-диоксо-16-краун-5; 18-краун-6; дибензо-18-краун-6.
Добавка краун-эфира приводит к тому, что в условиях пониженных температур она адсорбируется на поверхности электрода и образует подобие твердоэлектролитного слоя, что облегчает электродные процессы и способствует улучшению разрядных характеристик (О.В. Ярмоленко, Г.З. Тулибаева "Прикладные и теоретические аспекты использования краун-эфиров в литиевых электрохимических системах" // Альтернативная энергетика и экология, 2013, №01/1(117), С. 60-72.
Ярмоленко О.В. Влияние краун-эфиров на образование наноструктурированных высокопроводящих слоев на поверхности литиевых электродов / Органические и гибридные наноматериалы: получение, исследование, применение. Под ред. Разумова В.Ф., Клюева М.В. - Иваново: Иван. гос.ун-т.- 2011. - ISBN 978-5-7807-0917-4. - С. 94-113).
Кроме этого, во время разряда в объеме катодного материала CFx образуется соединение LiF, которое растворяется при участии краун-эфира (патент ЕР 2054961 А2, кл. Н01М 6/16, Н01М 6/04, 2009).
Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».
Сущность изобретения поясняется чертежами и примером практической реализации.
На фиг. 1 представлена разрядная характеристика ячеек при -45°C с электролитами: 1 - 1 М LiBF4 в ГБЛ; 2 - 1 М LiBF4 в ГБЛ+2 об. % краун-эфира.
На фиг. 2 представлена разрядная характеристика ячеек при -50°C с электролитами: 1 - 1М LiPF6 в ЭК/ДМК/МЭК (1:1:3); 2 - 1М LiPF6 в ЭК/ДМК/МЭК (1:1:3)+2 об. % краун-эфира.
На фиг. 3 представлены ДСК-диаграммы электролитов: 1 - 1 М LiPF6 в ЭК/ДМК/МЭК (1:1:3); 2 - 1 М LiPF6 в ЭК/ДМК/МЭК (1:1:3)+2 об. % 15-краун-5.
На фиг. 4 представлены ДСК-диаграммы электролитов: 1 - 1 М LiBF4 в ГБЛ; 2 - 1 М LiBF4 в ГБЛ+2 об. % 15-краун-5
Пример практической реализации
Для проведения сравнительных испытаний были изготовлены две экспериментальные ячейки. В качестве катодного материала в ячейках использовали порошкообразный фторированный углерод марки ИТГ-О-1, изготовленный в ОАО НИИЭИ с содержанием фтора 63 масс. % с размером частиц менее 40 мкм. Катодную массу напрессовывали на титановый токосъем. Двусторонний катод с рабочей поверхностью 12 см2 оборачивали микропористой трехслойной мембраной Celgard 2325, используемой как сепаратор.
В качестве анода использовали металлический литий, раскатанный на вальцах в фольгу толщиной 250 мкм, которой оборачивали катод с 2-х сторон.
В качестве электролита использовали следующие составы:
1) 1 М LiBF4 в гамма-бутиролактоне;
2) 1 М LiPF6 в этиленкарбонате/диметилкарбонате/метилэтилкарбонате в соотношении 1:1:3.
В каждый из электролитов добавляли 2 об. % 15-краун-5.
Исследование электрохимических ячеек проводили при комнатной температуре и при температуре -45°C (для электролита состава 1, фиг. 1), при -50°C (для электролита состава 2, фиг. 2).
Электролит для ячейки (2) на основе 1 М LiPF6 в смеси этиленкарбонат/диметилкарбонат/метилэтилкарбонат (1:1:3), который, как показывает метод дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) (фиг. 3), не замерзает вплоть до ~ -100°C. Добавка 15-краун-5 не только меняет физико-химические параметры самого электролита, но также улучшает электродную реакцию, особенно при низких температурах, что подтверждается в разрядных кривых экспериментальных ячеек при -45÷-50°C.
Сравнительные испытания ячеек показали, что для ячейки (1) на ДСК-диаграмме (фиг. 4) наблюдаются пики 1-го рода кристаллизации и плавления. При -49°C электролит замерзает и становится непроводящим.
Для ячейки (2) на ДСК-диаграмме (фиг. 3) наблюдаем только переход 2-го рода, что говорит о гомогенности системы и сохранении ее в жидком состоянии до -105÷-113°C.
Исследования разрядных характеристик при -50°C показали, что ячейка с электролитом 1 М LiPF6 в ЭК/ДМК/МЭК (1:1:3)+2 об. % 15-краун-5 в отличие от ячейки без добавки краун-эфира имеет плато разрядной кривой при 1,35 В и ее разрядная емкость составляет 113 мАч/г.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленный ЛФЭ может быть реализован на практике с достижением заявленного технического результата, т.е. он соответствует критерию «промышленная применимость».
Claims (3)
1. Низкотемпературный литий-фторуглеродный элемент (ЛФЭ), содержащий фторуглеродный катод, анод из металлического лития, сепаратор и электролит, включающий соль, растворенную в смеси растворителей, отличающийся тем, что электролит включает соль LiPF6 в смеси этиленкарбонат/диметилкарбонат/метилэтилкарбонат (1:1:3).
2. Низкотемпературный ЛФЭ по п. 1, отличающийся тем, что электролит дополнительно содержит добавку краун-эфира в количестве 0,5-50 об. %.
3. Низкотемпературный ЛФЭ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве добавки электролит содержит «15-краун-5».
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014145735/07A RU2592646C2 (ru) | 2014-11-14 | 2014-11-14 | Низкотемпературный литий-фторуглеродный элемент |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014145735/07A RU2592646C2 (ru) | 2014-11-14 | 2014-11-14 | Низкотемпературный литий-фторуглеродный элемент |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014145735A RU2014145735A (ru) | 2016-06-10 |
RU2592646C2 true RU2592646C2 (ru) | 2016-07-27 |
Family
ID=56114766
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014145735/07A RU2592646C2 (ru) | 2014-11-14 | 2014-11-14 | Низкотемпературный литий-фторуглеродный элемент |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2592646C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2682323C1 (ru) * | 2016-12-26 | 2019-03-19 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Раствор неводного электролита, вторичная батарея с неводным электролитом и способ изготовления вторичной батареи с неводным электролитом |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2119699C1 (ru) * | 1996-07-01 | 1998-09-27 | Ангарский электролизный химический комбинат | Химический источник тока |
RU2187177C2 (ru) * | 2000-05-11 | 2002-08-10 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Катодный материал для литиевого источника тока и способ его изготовления |
EP2054961A2 (en) * | 2006-08-11 | 2009-05-06 | California Institute of Technology | Dissociating agents, formulations and methods providing enhanced solubility of fluorides |
CN102324566A (zh) * | 2011-09-20 | 2012-01-18 | 南京林业大学 | 一种离子液体电解液的制备方法 |
JP2012182060A (ja) * | 2011-03-02 | 2012-09-20 | Hiroshima Univ | イオン伝導性結晶およびそれを用いた固体電解質、電池用セパレータ、電池 |
-
2014
- 2014-11-14 RU RU2014145735/07A patent/RU2592646C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2119699C1 (ru) * | 1996-07-01 | 1998-09-27 | Ангарский электролизный химический комбинат | Химический источник тока |
RU2187177C2 (ru) * | 2000-05-11 | 2002-08-10 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Катодный материал для литиевого источника тока и способ его изготовления |
EP2054961A2 (en) * | 2006-08-11 | 2009-05-06 | California Institute of Technology | Dissociating agents, formulations and methods providing enhanced solubility of fluorides |
JP2012182060A (ja) * | 2011-03-02 | 2012-09-20 | Hiroshima Univ | イオン伝導性結晶およびそれを用いた固体電解質、電池用セパレータ、電池 |
CN102324566A (zh) * | 2011-09-20 | 2012-01-18 | 南京林业大学 | 一种离子液体电解液的制备方法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2682323C1 (ru) * | 2016-12-26 | 2019-03-19 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Раствор неводного электролита, вторичная батарея с неводным электролитом и способ изготовления вторичной батареи с неводным электролитом |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014145735A (ru) | 2016-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Safa et al. | Polymeric ionic liquid gel electrolyte for room temperature lithium battery applications | |
Balo et al. | Flexible gel polymer electrolyte based on ionic liquid EMIMTFSI for rechargeable battery application | |
Costa et al. | Poly (vinylidene fluoride)-based, co-polymer separator electrolyte membranes for lithium-ion battery systems | |
Yoon et al. | Lithium electrochemistry and cycling behaviour of ionic liquids using cyano based anions | |
Wang et al. | Polyethylene separators modified by ultrathin hybrid films enhancing lithium ion transport performance and Li-metal anode stability | |
US10176935B2 (en) | Electrolyte composition comprising fluorinated carbonate, and battery comprising the same | |
KR20190099196A (ko) | 보호된 애노드 및 이를 제조하고 사용하는 방법 | |
JP5306749B2 (ja) | 電気化学デバイス | |
US20080066297A1 (en) | Forming Solid Electrolyte Interface Layer on Lithium-Ion Polymer Battery Electrode | |
Boltersdorf et al. | Electrochemical performance of lithium-ion capacitors evaluated under high temperature and high voltage stress using redox stable electrolytes and additives | |
Li et al. | Improved electrochemical performance of LiMO2 (M= Mn, Ni, Co)–Li2MnO3 cathode materials in ionic liquid-based electrolyte | |
JP2020074477A (ja) | リチウムイオンキャパシタ | |
Hu et al. | A composite gel polymer electrolyte with high voltage cyclability for Ni-rich cathode of lithium-ion battery | |
ES2946916T3 (es) | Mezcla de sales de litio y sus usos como electrolito de batería | |
JP2003308875A (ja) | 非水系二次電池 | |
Kim et al. | Study on the cycling performance of Li4Ti5O12/LiCoO2 cells assembled with ionic liquid electrolytes containing an additive | |
JP2016164832A (ja) | リチウムイオン二次電池 | |
Chien et al. | Cellulose separators with integrated carbon nanotube interlayers for lithium-sulfur batteries: An investigation into the complex interplay between cell components | |
Wei et al. | Glyme-based electrolytes for lithium metal batteries using insertion electrodes: An electrochemical study | |
Aravindan et al. | Comparison among the performance of LiBOB, LiDFOB and LiFAP impregnated polyvinylidenefluoride-hexafluoropropylene nanocomposite membranes by phase inversion for lithium batteries | |
JP2017515271A (ja) | 静水圧にさらされる電気化学セル | |
Smith et al. | Electrolytes containing fluorinated ester co-solvents for low-temperature Li-ion cells | |
Bitenc et al. | Effect of Cl− and TFSI− anions on dual electrolyte systems in a hybrid Mg/Li4Ti5O12 battery | |
KR101872086B1 (ko) | 비수 전해질 이차 전지의 제조 방법 | |
RU2592646C2 (ru) | Низкотемпературный литий-фторуглеродный элемент |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HE4A | Change of address of a patent owner | ||
RH4A | Copy of patent granted that was duplicated for the russian federation |
Effective date: 20161122 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161115 |