RU2788178C1 - Battery cell - Google Patents

Battery cell Download PDF

Info

Publication number
RU2788178C1
RU2788178C1 RU2021136223A RU2021136223A RU2788178C1 RU 2788178 C1 RU2788178 C1 RU 2788178C1 RU 2021136223 A RU2021136223 A RU 2021136223A RU 2021136223 A RU2021136223 A RU 2021136223A RU 2788178 C1 RU2788178 C1 RU 2788178C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
battery cell
lithium
metal
electrolyte
cell
Prior art date
Application number
RU2021136223A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Лаурент ЗИНК
Клаудиа ВОЛЛФАРФ
Хейде БИОЛЛАЗ
Original Assignee
Иннолит Текнолоджи Аг (Ch/Ch)
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 Иннолит Текнолоджи Аг (Ch/Ch) filed Critical Иннолит Текнолоджи Аг (Ch/Ch)
Application granted granted Critical
Publication of RU2788178C1 publication Critical patent/RU2788178C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical engineering, namely to a battery cell containing an electrolyte based on SO2. An increase in the energy density of the battery while maintaining the stability of the electrolyte is a technical result of the invention, which is achieved due to the fact that the element (2, 20, 40) of the battery containing the active metal, at least one positive electrode (4, 23, 44) with a discharge element (26), at least one a negative electrode (5, 22, 45) with a discharge element (27) containing lithium metal, the housing (1, 28) contains an electrolyte based on SO2 and at least one first conductive salt of formula (1)
Figure 00000027
where M is a metal selected from a group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, zinc and aluminum, where x is an integer from 1 to 3, the substituents R 1, R 2, R 3, R 4 are selected independently from each other from a group consisting of C1- C10 alkyl, C2-C10 alkenyl, C 2-C10 alkynyl, C3-C10 cycloalkyl, C6-C14 aryl and C5-C14 heteroaryl; Z means aluminum or boron.
EFFECT: present invention enables to increase the energy density of a battery cell while maintaining the stability of the electrolyte.
29 cl, 16 dwg, 1 tbl, 5 ex

Description

Изобретение относится к элементу аккумуляторной батареи, содержащему электролит на основе SO2.The invention relates to a battery cell containing an electrolyte based on SO 2 .

Элементы аккумуляторной батареи имеют большое значение для многих областей техники. Часто они находят применение в тех случаях, когда требуются лишь небольшие элементы аккумуляторной батареи с относительно низкой силой тока, как, например, при пользовании мобильными телефонами. Однако наряду с этим отмечается также повышенный спрос и на более крупные элементы аккумуляторной батареи, предназначенные для высокоэнергетического применения, причем сверхбольшое накопление энергии в виде аккумуляторных элементов для электрического привода автомобилей имеет особое значение.Battery cells are of great importance for many areas of technology. They are often used in applications where only small battery cells with relatively low current are required, such as when using mobile phones. However, there has also been an increased demand for larger battery cells for high-energy applications, with ultra-large energy storage in the form of battery cells for electric vehicle drive being of particular importance.

Важным требованием к таким элементам аккумуляторной батареи является высокая плотность энергии. Это означает, что элемент аккумуляторной батареи должен обладать по возможности большой электрической энергией в расчете на единицу веса и объема. В этом случае литий в качестве активного металла оказался особенно предпочтительным. Литий является металлом с наиболее низким порядковым номером и поэтому обладает максимальной теоретической удельной емкостью 3,884 мА. ч/г. Он является наиболее электроотрицательным металлом (-3,10 В vs., стандартный водородный электрод (СВЭ)), в результате чего создается максимальное напряжение аккумуляторного элемента по отношению к данному положительному электроду. Кроме того он является наиболее легким металлом (0,54 г/см3), что позволяет достичь максимальную гравиметрическую плотность энергии (Вт.ч/кг) или удельную плотность энергии (Вт/л).An important requirement for such battery cells is high energy density. This means that the battery cell must have as much electrical energy as possible per unit weight and volume. In this case, lithium as the active metal has proven to be particularly preferred. Lithium is the lowest atomic metal and therefore has a maximum theoretical specific capacitance of 3.884 mA. h/g It is the most electronegative metal (-3.10V vs. Standard Hydrogen Electrode (SHE)), resulting in maximum cell voltage with respect to that positive electrode. In addition, it is the lightest metal (0.54 g/cm 3 ), which makes it possible to reach the maximum gravimetric energy density (Wh/kg) or specific energy density (W/l).

Активным металлом элемента аккумуляторной батареи называется металл, ионы которого во время зарядки или разрядки элемента перемещаются в электролите в направлении к отрицательному или положительному электроду, участвуя там в электрохимических процессах. Эти электрохимические процессы приводят к непосредственной или косвенной отдаче электронов в наружную электрическую цепь или к поглощению электронов из наружной электрической цепи. Элементы аккумуляторной батареи с литием в качестве активного металла называются также литиевыми элементами. Положительные электроды литиевых элементов выполнены в виде электродов включения. Под понятием ''электрод включения'' в смысле настоящего изобретения подразумеваются электроды, содержащие кристаллическую структуру, в которую ионы активного материала при эксплуатации литиевого элемента внедряются и из которой они выходят.Это значит, что электродные процессы могут протекать не только на поверхности электродов, но и внутри кристаллической структуры. Положительный электрод состоит, например, из оксида лития-кобальта (LiCoO2). Во время зарядки литиевого элемента ионы активного металла выходят из положительного электрода и осаждаются на отрицательном электроде в виде металлического лития. При разрядке литиевого элемента процесс происходит обратный.The active metal of a battery cell is a metal whose ions, during charging or discharging the cell, move in the electrolyte towards the negative or positive electrode, participating there in electrochemical processes. These electrochemical processes lead to the direct or indirect donation of electrons to an external electrical circuit or to the absorption of electrons from an external electrical circuit. Battery cells with lithium as the active metal are also called lithium cells. Positive electrodes of lithium cells are made in the form of switching electrodes. The term "switch-on electrode" in the sense of the present invention refers to electrodes containing a crystal structure into which ions of the active material are introduced and exited during operation of the lithium cell. This means that electrode processes can occur not only on the surface of the electrodes, but and within the crystal structure. The positive electrode consists, for example, of lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ). During charging of the lithium cell, active metal ions exit the positive electrode and deposit on the negative electrode as lithium metal. When a lithium cell is discharged, the process is reversed.

Электролит также является важным функциональным элементом любого элемента аккумуляторной батареи. В нем содержатся в большинстве случаев растворитель или смесь растворителей и, по меньшей мере, одна проводящая соль. Например, твердые электролиты или ионные жидкости не содержат растворители, а только проводящую соль, увеличивающую электропроводность электролита. Электролит контактирует с положительным и отрицательным электродами элемента аккумуляторной батареи. По меньшей мере, один ион проводящей соли (анион или катион) обладает в электролите такой подвижностью, что в результате ионной проводимости может происходить необходимый для функционирования элемента аккумуляторной батареи перенос зарядов между электродами. Начиная с определенного верхнего напряжения элемента аккумуляторного батареи, электролит разлагается вследствие электрохимического окисления. Этот процесс часто приводит к необратимому разрушению компонентов электролита и следовательно к выходу из строя элемента аккумуляторной батареи. Также и восстановительные процессы способны вызывать разложение электролита, начиная с определенного нижнего напряжения элемента. Для предупреждения этих процессов положительный и отрицательный электроды выбираются с таким расчетом, чтобы напряжение элемента было ниже или выше напряжения разложения электролита. Таким образом электролит определяет диапазон напряжения, в котором элемент аккумуляторной батареи может обратимо эксплуатироваться, т.е. многократно заряжаться и разряжаться.The electrolyte is also an important functional element of any battery cell. It contains in most cases a solvent or mixture of solvents and at least one conductive salt. For example, solid electrolytes or ionic liquids do not contain solvents, but only a conductive salt that increases the electrical conductivity of the electrolyte. The electrolyte contacts the positive and negative electrodes of the battery cell. At least one conducting salt ion (anion or cation) has such a mobility in the electrolyte that, as a result of ionic conduction, the charge transfer between the electrodes necessary for the functioning of the battery cell can take place. Starting from a certain upper battery cell voltage, the electrolyte decomposes due to electrochemical oxidation. This process often leads to the irreversible destruction of the electrolyte components and consequently to the failure of the battery cell. Also, recovery processes can cause decomposition of the electrolyte, starting from a certain lower cell voltage. To prevent these processes, the positive and negative electrodes are selected so that the cell voltage is lower or higher than the electrolyte decomposition voltage. Thus, the electrolyte determines the voltage range in which the battery cell can be reversibly operated, i.e. repeatedly charged and discharged.

Известные из уровня техники литиевые элементы содержат электролит, состоящий из органического растворителя или смеси органических растворителей и растворенной в них проводящей соли. Такая проводящая соль представляет собой соль лития, например, гексафторфосфат лития (LiPF6). Смесь растворителей может содержать, например, этиленкарбонат (ЭК). Электролит LP57, имеющий состав 1 М LiPF6 в среде ЭК : ЭМК (этилметилкарбонат) 3 : 7 (ЕС:ЕМС), представляет собой пример такого электролита. Из-за присутствия органического растворителя или смеси органических растворителей такие литиевые элементы называется также органическими литиевыми элементами.Lithium cells known from the prior art contain an electrolyte consisting of an organic solvent or a mixture of organic solvents and a conductive salt dissolved therein. Such a conductive salt is a lithium salt, such as lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ). The solvent mixture may contain, for example, ethylene carbonate (EC). Electrolyte LP57, having a composition of 1 M LiPF 6 in EC : EMC (ethyl methyl carbonate) 3 : 7 (EC:EMC), is an example of such an electrolyte. Due to the presence of an organic solvent or a mixture of organic solvents, such lithium cells are also referred to as organic lithium cells.

Непроизвольная перезарядка органических литиевых элементов ведет к необратимому разложению компонентов электролита. При этом происходит окислительное разложение органического растворителя и/или проводящей соли на поверхности положительного электрода. Образующееся при этом разложении тепло реакции и возникающие газообразные продукты служат причиной последующего, так называемого ''теплового пробоя '' и возникающего вследствие этого разрушения органического литиевого элемента. В подавляющем большинстве протоколов зарядки таких литиевых элементов напряжение элемента фигурирует в качестве индикатора окончания зарядки. При этом аварии вследствие теплового пробоя особенно вероятны в случае применения комплекта многоэлементных батарей, в которых несколько органических литиевых элементов с несовпадающей емкостью соединены последовательно. Также восстановительное разложение органического электролита на отрицательном электроде литиевого элемента является необратимым. Органические растворители не являются в термодинамическом отношении устойчивыми по отношению к литию или же накопленному в углероде литию (LixC6). Однако многие растворители образуют на поверхности отрицательного электрода пассивирующую пленку. Эта пленка пространственно отделяет растворитель от электрода, но является ионопроводной и таким образом обеспечивает прохождение ионов лития. Пассивирующая пленка, так называемая ''твердая электролитная межфаза (Solid Electrolyte Interphase (ТЭМ)), придает системе устойчивость, что дает возможность для производства литиевых элементов аккумуляторной батареи. При образовании твердой электролитной межфазы (ТЭМ) литий встраивается в пассивирующую пленку. Этот процесс является необратимым и следовательно считается потерей емкости.Involuntary recharge of organic lithium cells leads to irreversible decomposition of electrolyte components. When this occurs, oxidative decomposition of the organic solvent and/or conductive salt on the surface of the positive electrode. The heat of reaction generated during this decomposition and the resulting gaseous products are the cause of the subsequent so-called "thermal breakdown" and the resulting destruction of the organic lithium cell. In the vast majority of charging protocols for such lithium cells, the cell voltage appears as an indicator of the end of charging. At the same time, accidents due to thermal runaway are especially likely in the case of using a set of multi-cell batteries in which several organic lithium cells with a mismatched capacity are connected in series. Also, the reductive decomposition of the organic electrolyte at the negative electrode of the lithium cell is irreversible. Organic solvents are not thermodynamically stable with respect to lithium or lithium accumulated in carbon (Li x C 6 ). However, many solvents form a passivating film on the surface of the negative electrode. This film spatially separates the solvent from the electrode, but is ion-conductive and thus allows the passage of lithium ions. The passivation film, the so-called ''Solid Electrolyte Interphase (TEM)'', gives the system stability, enabling the production of lithium battery cells. During the formation of a solid electrolyte interface (TEM), lithium is incorporated into the passivation film. This process is irreversible and is therefore considered a loss of capacity.

Невосполнимая потеря емкости, называемая также емкостью слоя покрытия, зависит от состава применяемого электролита и используемых электродов. В органических литиевых элементах разложение электролита и образование содержащих ионы лития слоев часто происходит во время последующей эксплуатации литиевого элемента и служит причиной потери емкости и следовательно сокращения срока службы элемента аккумуляторной батареи. Также во время хранения заряженных литиевых элементов могут происходить потери емкости. В основе этого так называемого саморазряда могут лежать как необратимые процессы (разложение электролита), так и обратимые процессы, при которых накопленный в отрицательном электроде литий переходит в раствор электролита и может снова использоваться при последующей зарядке.The irreplaceable loss of capacitance, also called capacitance of the coating layer, depends on the composition of the electrolyte used and the electrodes used. In organic lithium cells, the decomposition of the electrolyte and the formation of layers containing lithium ions often occurs during the subsequent operation of the lithium cell and causes a loss of capacity and therefore a reduction in the service life of the battery cell. Capacitance losses may also occur during storage of charged lithium cells. This so-called self-discharge can be based on both irreversible processes (electrolyte decomposition) and reversible processes in which lithium accumulated in the negative electrode passes into the electrolyte solution and can be used again during subsequent charging.

Поэтому органические литиевые элементы проблематичны в отношении их стойкости и долгосрочной эксплуатационной надежности. Риски относительно надежности обусловлены также, в частности, горючестью органического растворителя или смеси органических растворителей. Если органический литиевый элемент воспламеняется или даже взрывается, тогда металлический литий образует высокореакционноспособную субстанцию, а органический растворитель электролита горючий материал. Для исключения таких рисков необходимы дополнительные меры. Известное из уровня техники усовершенствование предусматривает применение электролита на основе диоксида серы (SO2) вместо органического электролита для элементов аккумуляторной батареи. Элементы аккумуляторной батареи, содержащие электролит на основе SO2, характеризуются в числе прочего большой ионной проводимостью. Под понятием ''электролит на основе SO2'' следует понимать такой электролит, в котором SO2 содержится не только в качестве добавки при низкой концентрации, но в котором также подвижность ионов проводящей соли, содержащейся в электролите и вызывающей перенос зарядов, обеспечивается, по меньшей мере, частично, большей частью или даже полностью благодаря SO2. Следовательно SO2 служит в качестве растворителя для проводящей соли. Эта проводящая соль может образовывать с газообразным SO2 сольватный комплекс, причем SO2 связывается и давление пара заметно падает по сравнению с чистым SO2. Образуются электролиты с низким давлением пара. Такие электролиты на основе SO2 обладают по сравнению с описанными выше органическими электролитами преимуществом, выражающимся в негорючести. Риски относительно надежности, вызываемые горючестью электролита, в результате этого могут быть предупреждены.Therefore, organic lithium cells are problematic in terms of their durability and long-term operational reliability. Reliability risks are also caused, in particular, by the flammability of the organic solvent or mixture of organic solvents. If an organic lithium cell ignites or even explodes, then metallic lithium forms a highly reactive substance, and an organic electrolyte solvent is a combustible material. Additional measures are needed to eliminate such risks. A prior art improvement involves the use of a sulfur dioxide (SO 2 ) based electrolyte instead of an organic electrolyte for battery cells. Battery cells containing an electrolyte based on SO 2 are characterized, among other things, by high ionic conductivity. The term "SO 2 -based electrolyte" is to be understood as an electrolyte in which SO 2 is present not only as an additive at a low concentration, but also in which the mobility of the ions of the conductive salt contained in the electrolyte and causing charge transfer is ensured, at least, partly, mostly or even entirely due to SO 2 . Hence SO 2 serves as a solvent for the conductive salt. This conductive salt can form a solvate complex with gaseous SO 2 , wherein the SO 2 binds and the vapor pressure drops markedly compared to pure SO 2 . Electrolytes with low vapor pressure are formed. Such electrolytes based on SO 2 have the advantage of non-combustibility compared to the organic electrolytes described above. Reliability risks caused by the flammability of the electrolyte can therefore be prevented.

Применение металлического лития в качестве активного металла для отрицательного электрода элемента аккумуляторной батареи привносит разные проблемы. В процессе зарядки литий осаждается не единообразно, а в виде дендритов. Неконтролируемый рост дендритов лития ведет к скоплению максимально реакционноспособного металла с большой площадью поверхности и может вызвать критичные для безопасности состояния. Термодинамическая нестабильность металлического лития обуславливает неизбежные и постоянные реакции между этим литием и электролитом. В результате образуются нежелательно толстые пассивирующие слои на поверхности металлического лития, на которые расходуются литий и компоненты электролита. Вследствие этого возрастает внутреннее сопротивление и сокращается срок службы литиевого элемента аккумуляторной батареи. При повторной зарядке и разрядке могут проявляться значительные объемные и морфологические изменения внутри анода из металлического лития. Упомянутые выше пассивирующие пленки (ТЭМ) являются слишком нестабильными для того, чтобы полностью предупредить такие значительные изменения. Как в отношении литиевых элементов с органическими растворами электролита, так и в отношении элементов с электролитами на основе SO2 ведутся поиски решений приведенных выше проблем в связи с анодами из металлического лития.The use of lithium metal as an active metal for the negative electrode of a battery cell introduces various problems. During the charging process, lithium is not deposited uniformly, but in the form of dendrites. The uncontrolled growth of lithium dendrites leads to the accumulation of the most reactive metal with a large surface area and can cause safety-critical conditions. The thermodynamic instability of lithium metal causes inevitable and constant reactions between this lithium and the electrolyte. As a result, undesirably thick passivating layers are formed on the surface of lithium metal, which consume lithium and electrolyte components. As a result, the internal resistance increases and the service life of the lithium battery cell is shortened. Upon repeated charging and discharging, significant volumetric and morphological changes can occur within the lithium metal anode. The passivation films (TEMs) mentioned above are too unstable to completely prevent such significant changes. For both lithium cells with organic electrolyte solutions and cells with SO 2 based electrolytes, solutions are being sought for solutions to the above problems in connection with lithium metal anodes.

Авторы источника информации (V1): ''Dendrite-Free Lithium Deposition Induced by Distributed Lithium Ions for Efficient Lithium Metal Batteries'', Xin-Bing Cheng, Ting-Zheng Hou, Rui Zhang, Hong-Jie Peng, Chen-Zi Zhao, Jia-Qi Huang Zhang; Adv. Mater. 2016, 28, 2888-2895'' сообщают об аккумуляторной батареи с металлическим литием и органическим электролитом. Для получения свободного от дендритов анода из металлического лития ими применялась трехмерная ткань из стекловолокон с большим количеством полярных групп для осаждения лития.Source Authors (V1): ''Dendrite-Free Lithium Deposition Induced by Distributed Lithium Ions for Efficient Lithium Metal Batteries'', Xin-Bing Cheng, Ting-Zheng Hou, Rui Zhang, Hong-Jie Peng, Chen-Zi Zhao, Jia-Qi Huang Zhang; Adv. mater. 2016, 28, 2888-2895'' report on a rechargeable battery with lithium metal and organic electrolyte. To obtain a dendrite-free anode from lithium metal, they used a three-dimensional glass fiber cloth with a large number of polar groups to deposit lithium.

В US 7,901,811 В2 (ниже V2) описан элемент из металлического лития с электролитом на основе SO2, содержащим проводящую соль тетрахлоралюминат лития (LiAICl4). Для предупреждения недостатков, связанных с дендритным осаждением, предложена образуемая частицами твердого вещества пористая структура, выполненная и расположенная таким образом, что литий, осаждаемый при зарядке элемента из металлического лития, с поверхности разрядника проникает в поры пористой структуры и там снова осаждается.US 7,901,811 B2 (below V2) describes a lithium metal cell with an SO 2 based electrolyte containing a conductive lithium tetrachloroaluminate salt (LiAICl 4 ). To prevent the disadvantages associated with dendritic deposition, a porous structure formed by particles of a solid material is proposed, made and arranged in such a way that lithium deposited during charging of a lithium metal element penetrates from the surface of the spark gap into the pores of the porous structure and is deposited there again.

Недостаток, который, в числе прочего, проявляется и в этом электролите на основе SO2, заключается в том, что возможные, образующиеся в присутствии остаточной воды продукты гидролиза реагируют с компонентами элемента аккумуляторной батареи и вследствие этого создаются нежелательные побочные продукты. Вследствие этого при изготовлении таких элементов аккумуляторной батареи с электролитом на основе SO2 необходимо следить за минимизацией остаточной воды в электролите и компонентах элемента аккумуляторной батареи.A disadvantage, which also occurs in this SO 2 -based electrolyte, among other things, is that possible hydrolysis products formed in the presence of residual water react with the components of the battery cell and, as a result, undesirable by-products are created. Therefore, when manufacturing such battery cells with an SO 2 based electrolyte, care must be taken to minimize residual water in the electrolyte and battery cell components.

Другая присущая электролитам на основе SO2 проблема заключается в том, что многие, в частности, известные по органическим литиевым элементам, проводящие соли не растворимы в среде SO2. Измерениями установлено, что SO2 является плохим растворителем для многих проводящих солей, например, для фторида лития (LiF), бромида лития (LiBr), сульфата лития (Li2SO4), бис(оксалат)бората лития (LiBOB), гексафторарсената лития (LiAsF6), тетрафторбората лития (LiBF4), трилитийгексафторалюмината (Li3AIF6), гексафторантимоната лития (LiSbF6), дифтор(оксалат)бората лития (LiBF2C2O4), бис(трифторметансульфонил)имида лития (LiTFSI), метабората лития (LiBO2), алюмината лития (LiAIO2), трифлата лития (LiCF3SO3) и хлорсульфоната лития (LiSO3Cl). Растворимость этих проводящих солей в SO2 составляет около 10-2-10-4 моль/л (см. табл. 1). При таких низких концентрациях соли следует иметь в виду, что в любом случае произойдет лишь незначительная растворимость, не являющаяся достаточной для эффективной эксплуатации элемента аккумуляторной батареи.Another problem inherent in electrolytes based on SO 2 is that many conductive salts, in particular those known from organic lithium cells, are insoluble in SO 2 . It has been measured that SO 2 is a poor solvent for many conductive salts, such as lithium fluoride (LiF), lithium bromide (LiBr), lithium sulfate (Li 2 SO 4 ), lithium bis(oxalate) borate (LiBOB), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), trilithium hexafluoroaluminate (Li 3 AIF 6 ), lithium hexafluoroantimonate (LiSbF 6 ), lithium difluoro(oxalate) borate (LiBF 2 C 2 O 4 ), lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI ), lithium metaborate (LiBO 2 ), lithium aluminate (LiAIO 2 ), lithium triflate (LiCF 3 SO 3 ), and lithium chlorosulfonate (LiSO 3 Cl). The solubility of these conductive salts in SO 2 is about 10 -2 -10 -4 mol/l (see Table 1). At such low salt concentrations, it should be borne in mind that in any case only a slight solubility will occur, which is not sufficient for efficient operation of the battery cell.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Для дополнительного улучшения возможностей применения и свойств элементов аккумуляторных батарей, содержащих электролит на основе SO2, в основу настоящего изобретения положена задача создания элемента аккумуляторной батареи с электролитом на основе SO2, который, по сравнению с известными из уровня техники элементами аккумуляторной батареи:To further improve the applicability and properties of battery cells containing SO 2 based electrolyte, the present invention is based on the task of providing a battery cell with SO 2 based electrolyte, which, in comparison with prior art battery cells:

- обладает улучшенными электрическими рабочими- has improved electrical working

характеристиками, в частности, высокой плотностью энергии;characteristics, in particular, high energy density;

- содержит на отрицательном электроде устойчивый слой покрытия, при этом емкость этого слоя должна быть низкой и при последующей эксплуатации не должно происходить восстановительного разложения электролита на отрицательном электроде;- contains a stable coating layer on the negative electrode, while the capacity of this layer should be low and during subsequent operation there should be no reductive decomposition of the electrolyte on the negative electrode;

- содержит электролит на основе SO2, способствующий по возможности однообразному осаждению металлического лития,- contains an electrolyte based on SO 2 , which contributes to the uniform deposition of lithium metal,

- содержит электролит на основе SO2, обладающий хорошей растворяющей способностью для проводящих солей, и следовательно служит хорошим проводником ионов и электронным изолятором, что упрощает перенос ионов и ограничивает до минимума саморазряд,- contains an electrolyte based on SO 2 , which has a good dissolving power for conductive salts, and therefore serves as a good conductor of ions and an electronic insulator, which facilitates the transport of ions and minimizes self-discharge,

- содержит электролит на основе SO2, который инертен по отношению к другим компонентам элемента аккумуляторной батареи, таким, как сепараторы, материалы электродов, и упаковочные материалы элементов,- contains an SO 2 based electrolyte that is inert to other battery cell components such as separators, electrode materials, and cell packaging materials,

- является устойчивым к другим неправомерным воздействиям, таким, как электрические, механические или термические;- is resistant to other undue influences, such as electrical, mechanical or thermal;

- содержит электролит на основе SO2, характеризующийся повышенной стойкостью к остаточным количествам воды в компонентах элементов аккумуляторной батареи;- contains an electrolyte based on SO 2 , characterized by increased resistance to residual amounts of water in the components of the battery cells;

- имеет широкий электрохимический диапазон, вследствие чего отсутствует окислительное разложение электролита на положительном электроде;- has a wide electrochemical range, as a result of which there is no oxidative decomposition of the electrolyte on the positive electrode;

- имеет улучшенную способность к перезарядке и глубокому разряду, а также меньший саморазряд и- has an improved ability to recharge and deep discharge, as well as less self-discharge and

- обладает повышенным сроком службы, в частности, большим числом циклов зарядки и разрядки.- has an increased service life, in particular, a large number of charge and discharge cycles.

Такие элементы аккумуляторной батареи должны обладать, в частности, очень хорошими показателями электрической энергии и рабочими характеристиками, высокой эксплуатационной надежностью и долговечностью, в частности, большим числом полезных циклов зарядки и разрядки без разложения электролита в процессе эксплуатации элементов аккумуляторной батареи.Such battery cells must have, in particular, very good electrical energy and performance characteristics, high operational reliability and durability, in particular, a large number of useful charge and discharge cycles without electrolyte decomposition during the operation of the battery cells.

Цель достигается посредством выполнения элемента аккумуляторной батареи с признаками пункта 1 формулы изобретения. В пунктах 2-29 формулы изобретения описаны предпочтительные варианты развития элемента аккумуляторной батареи согласно изобретению.The goal is achieved by performing a battery cell with the characteristics of paragraph 1 of the claims. In paragraphs 2-29 of the claims describes the preferred options for the development of the battery cell according to the invention.

Элемент аккумуляторной батареи согласно изобретению содержит активный металл, по меньшей мере, один положительный электрод с разрядным элементом, по меньшей мере, один отрицательный электрод с разрядным элементом, корпус и электролит.Отрицательный электрод содержит, по меньшей мере, в заряженном состоянии элемента аккумуляторной батареи металлический литий в качестве активного материала.The battery cell according to the invention contains an active metal, at least one positive electrode with a discharge cell, at least one negative electrode with a discharge cell, a housing and an electrolyte. lithium as active material.

Электролит основан на SO2 и содержит, по меньшей мере, одну первую проводящую соль. Эта соль отвечает формуле (1):The electrolyte is based on SO 2 and contains at least one first conductive salt. This salt corresponds to formula (1):

Figure 00000003
Figure 00000003

В формуле (I) означают: М - металл, выбираемый из группы, состоящей из: щелочных металлов, щелочноземельных металлов, цинка и алюминия, х - целое число от 1 до 3. Заместители R1, R2, R3 и R4, независимо друг от друга, выбраны из группы, состоящей из C1-C10 алкила, C2-C10 алкенила, C2-C10 алкинила, C3-C10 циклоалкила, C6-C14 арила и C5-C14 гетероарила.In the formula (I) means: M is a metal selected from the group consisting of: alkali metals, alkaline earth metals, zinc and aluminum, x is an integer from 1 to 3. Substituents R 1 , R 2 , R 3 and R 4 , independently of each other, selected from the group consisting of C 1 -C 10 alkyl, C 2 -C 10 alkenyl, C 2 -C 10 alkynyl, C 3 -C 10 cycloalkyl, C 6 -C 14 aryl and C 5 -C 14 heteroaryl.

Центральным атомом Z является атом либо алюминия, либо бора. Электролит, применяемый в выполненном согласно изобретению элементе аккумуляторной батареи и основанный на SО2, содержит SO2 не только как добавку в незначительной концентрации, но также и в концентрациях, при которых обеспечивается подвижность ионов первой проводящей соли, содержащейся в электролите и ответственной за перенос ионов, по меньшей мере, частично, большей частью или даже полностью посредством SO2. Первая проводящая соль растворена в электролите и обладает в нем очень хорошей растворимостью. Вместе с газообразным SO2 она способна образовывать жидкий сольватный комплекс, в котором SO2 связывается. В этом случае давление пара жидкого сольватного комплекса заметно снижается по сравнению с чистым SO2 и образуются электролиты с низким давлением пара. Однако в объем изобретения входит и то, что при получении электролита согласно изобретению, в зависимости от химической структуры первой проводящей соли формулы (I), может не происходить снижения давления пара. В таком случае предпочтительно, чтобы получение электролита согласно изобретению велось при низкой температуре или под давлением. В электролите могут также содержаться несколько проводящих солей формулы (I), различающихся своей химической структурой.The central atom Z is either aluminum or boron. The electrolyte used in the battery cell according to the invention and based on SO 2 contains SO 2 not only as an additive in a small concentration, but also in concentrations that ensure the mobility of the ions of the first conductive salt contained in the electrolyte and responsible for the transport of ions , at least partially, mostly or even completely through SO 2 . The first conductive salt is dissolved in the electrolyte and has very good solubility in it. Together with gaseous SO 2 it is able to form a liquid solvate complex in which SO 2 binds. In this case, the vapor pressure of the liquid solvate complex is markedly reduced compared to pure SO 2 and electrolytes with low vapor pressure are formed. However, it is also within the scope of the invention that, depending on the chemical structure of the first conductive salt of the formula (I), the vapor pressure may not decrease when the electrolyte according to the invention is prepared. In such a case, it is preferable that the preparation of the electrolyte according to the invention is carried out at low temperature or under pressure. The electrolyte may also contain several conductive salts of formula (I), which differ in their chemical structure.

Понятие ''C110 алкил'' включает в себя в смысле настоящего изобретения линейные или разветвленные насыщенные углеводородные группы, содержащие от одного до десяти атомов углерода. Сюда относятся, в частности, метил, этил, н-пропил, изопропил, н-бутил, втор, бутил, изо-бутил, трет, бутил, н-пентил, изо-пентил, 2,2-диметилпропил, н-гексил, изо-гексил, 2-этилгексил, н-гептил, изо-гептил, н-октил, изо-октил, н-нонил, н-децил и др.The term "C 1 -C 10 alkyl" includes in the sense of the present invention linear or branched saturated hydrocarbon groups containing from one to ten carbon atoms. These include in particular methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, sec, butyl, iso-butyl, tert, butyl, n-pentyl, iso-pentyl, 2,2-dimethylpropyl, n-hexyl, iso-hexyl, 2-ethylhexyl, n-heptyl, iso-heptyl, n-octyl, iso-octyl, n-nonyl, n-decyl, etc.

Понятие ''С210 алкенил '' включает в себя в смысле настоящего изобретения ненасыщенные линейные или разветвленные углеводородные группы, содержащие от двух до десяти атомов углерода, причем углеводородные группы имеют, по меньшей мере, одну двойную связь С-С. Сюда относятся, в частности, этенил, 1-пропенил, 2-пропенил, 1-н-бутенил, 2-н-бутенил, изо-бутенил, 1-пентенил, 1-гексенил, 1-гептенил, 1-октенил, 1-ноненил, 1-деценил и др.The term "C 2 -C 10 alkenyl" includes, in the sense of the present invention, unsaturated linear or branched hydrocarbon groups containing from two to ten carbon atoms, the hydrocarbon groups having at least one C-C double bond. These include, in particular, ethenyl, 1-propenyl, 2-propenyl, 1-n-butenyl, 2-n-butenyl, iso-butenyl, 1-pentenyl, 1-hexenyl, 1-heptenyl, 1-octenyl, 1- nonenyl, 1-decenyl, etc.

Понятие ''С210 алкинил '' включает в себя в смысле настоящего изобретения ненасыщенные линейные или разветвленные углеводородные группы, содержащие от двух до десяти атомов углерода, причем углеводородные группы имеют, по меньшей мере, одну тройную связь С-С. Сюда относятся, в частности, этинил, 1-пропинил, 2-пропинил, 1-н-бутинил, 2-н-бутинил, изобутинил, 1-пентинил, 1-гексинил, 1-гептинил, 1-октинил, 1-нонинил, 1-децинил и др.The term "C 2 -C 10 alkynyl" includes, in the sense of the present invention, unsaturated linear or branched hydrocarbon groups containing from two to ten carbon atoms, the hydrocarbon groups having at least one C-C triple bond. These include, in particular, ethynyl, 1-propynyl, 2-propynyl, 1-n-butynyl, 2-n-butynyl, isobutynyl, 1-pentynyl, 1-hexynyl, 1-heptynyl, 1-octynyl, 1-noninyl, 1-decynyl, etc.

Понятие ''С310 циклоалкил'' включает в себя в смысле настоящего изобретения циклические насыщенные углеводородные группы, содержащие от трех до десяти атомов углерода. Сюда относятся, в частности, циклопропил, циклобутил, циклопентил, циклогексил, циклогепсил, циклогексил, циклононил и циклодеканил.The term "C 3 -C 10 cycloalkyl" includes in the sense of the present invention cyclic saturated hydrocarbon groups containing from three to ten carbon atoms. These include, in particular, cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cyclohepsil, cyclohexyl, cyclononyl and cyclodecanyl.

Понятие ''С614 арил'' включает в себя в смысле настоящего изобретения ароматические углеводородные группы, содержащие от шести до четырнадцати кольцевых атомов углерода. Сюда относятся, в частности, фенил (группа С6Н5), нафтил (группа С10Н7) и антрацил (группа С14Н9).The term "C 6 -C 14 aryl" includes in the sense of the present invention aromatic hydrocarbon groups containing from six to fourteen ring carbon atoms. These include in particular phenyl (C 6 H 5 group), naphthyl (C 10 H 7 group) and anthracyl (C 14 H 9 group).

Понятие ''С514 гетероарил'' включает в себя в смысле настоящего изобретения ароматические углеводородные группы, содержащие от пяти до четырнадцати кольцевых углеродных атомов, в которых, по меньшей мере, один атом углеводорода заменен или замещен атомом азота, кислорода или серы. Сюда относятся, в частности, пирролил, фуранил, тиофенил, пирридинил, пиранил, тиопиранил и др. Все упомянутые выше углеводородные группы связаны через атом кислорода с центральным атомом согласно формуле (I).The term "C 5 -C 14 heteroaryl" includes in the sense of the present invention aromatic hydrocarbon groups containing from five to fourteen ring carbon atoms in which at least one hydrocarbon atom is replaced or replaced by a nitrogen, oxygen or sulfur atom . These include, in particular, pyrrolyl, furanyl, thiophenyl, pyrridinyl, pyranyl, thiopyranyl, etc. All the above-mentioned hydrocarbon groups are linked via an oxygen atom to the central atom according to formula (I).

Элемент аккумуляторной батареи с таким электролитом имеет то преимущество по сравнению с элементами аккумуляторной батареи с электролитами, известными из предшествующего уровня техники, что содержащаяся в нем первая проводящая соль обладает повышенной стойкостью к окислению и вследствие этого по существу не подвержена разложению при повышенных напряжениях элемента. Этот электролит устойчив к окислению предпочтительно, по меньшей мере, при верхнем потенциале до 4,0 В, предпочтительно, по меньшей мере, при верхнем потенциале до 4,2 В, предпочтительно, по меньшей мере, при верхнем потенциале до 4,4 В, предпочтительно, по меньшей мере, при верхнем потенциале до 4,6 В, предпочтительно, по меньшей мере, при верхнем потенциале до 4,8 В, особо предпочтительно, в частности, при верхнем потенциале до 5,0 В. Таким образом при использовании такого электролита в элементе аккумуляторной батареи происходит лишь незначительное разложение или даже не происходит разложения электролита в пределах рабочего потенциала, т.е. в диапазоне между конечным напряжением заряда и конечным напряжением разряда обоих электродов элемента аккумуляторной батареи. В результате элементы аккумуляторной батареи могут иметь конечное напряжение заряда, равное, по меньшей мере, 4,0 В, предпочтительно равное, по меньшей мере, 4,4 В, предпочтительно равное, по меньшей мере, 4,8 В, предпочтительно равное, по меньшей мере, 5,2 В, предпочтительно равное, по меньшей мере, 5,6 В, особо предпочтительно равное, по меньшей мере, 6,0 В.A battery cell with such an electrolyte has the advantage over prior art battery cells with electrolytes that the first conductive salt contained therein has improved resistance to oxidation and is therefore substantially immune to degradation at elevated cell voltages. This electrolyte is resistant to oxidation preferably at least at an upper potential up to 4.0 V, preferably at least at an upper potential up to 4.2 V, preferably at least at an upper potential up to 4.4 V, preferably at least at an upper potential of up to 4.6 V, preferably at least at an upper potential of up to 4.8 V, particularly preferably at an upper potential of up to 5.0 V. Thus, when using such electrolyte in the battery cell, there is only a slight decomposition or even no decomposition of the electrolyte within the operating potential, i.e. in the range between the final charge voltage and the final discharge voltage of both electrodes of the battery cell. As a result, the battery cells can have a final charge voltage of at least 4.0 V, preferably at least 4.4 V, preferably at least 4.8 V, preferably at least at least 5.2 V, preferably at least 5.6 V, particularly preferably at least 6.0 V.

Срок службы элемента аккумуляторной батареи с таким электролитом заметно возрос по сравнению с элементом аккумуляторной батареи с известным из уровня техники электролитом.The service life of a battery cell with such an electrolyte is markedly increased compared to a battery cell with an electrolyte known from the prior art.

Кроме того элемент аккумуляторной батареи с таким электролитом обладает стойкостью к низким температурам. При температуре, например, -40°С, может еще происходить разряжение 61% заряженной емкости. Электропроводность электролита при низких температурах остается достаточной для эксплуатации элемента аккумуляторной батареи.In addition, a battery cell with such an electrolyte is resistant to low temperatures. At a temperature of, for example, -40° C., 61% of the charged capacity can still be discharged. The electrical conductivity of the electrolyte at low temperatures remains sufficient for the operation of the battery cell.

Кроме того элемент аккумуляторной батареи с таким электролитом обладает повышенной стойкостью к остаточным количествам воды. Если в электролите еще содержатся незначительные остатки воды (в диапазоне нескольких частей на миллион), то электролит или первая проводящая соль образует с водой, по сравнению с известными из уровня техники электролитами на основе SO2, продукты гидролиза, являющиеся заметно менее агрессивными по отношению к компонентам элемента. Вследствие этого отсутствие воды в электролите играет менее значительную роль по сравнению с электролитами на основе SO2, известными из уровня техники. Эти преимущества электролита согласно изобретению преобладают над недостатком, обусловленным тем фактом, что первая проводящая соль формулы (I) имеет анионы значительно большего размера по сравнению с известными из уровня техники проводящими солями. Такой увеличенный размер анионов вызывает, по сравнению с электропроводностью LiAICl4, более низкую электропроводность первой проводящей соли формулы (I).In addition, a battery cell with such an electrolyte has an increased resistance to residual amounts of water. If the electrolyte still contains small amounts of water (in the range of a few parts per million), then the electrolyte or the first conductive salt forms with water, in comparison with electrolytes based on SO 2 known from the prior art, hydrolysis products that are noticeably less aggressive with respect to element components. As a result, the absence of water in the electrolyte plays a less significant role compared to prior art SO 2 based electrolytes. These advantages of the electrolyte according to the invention outweigh the disadvantage due to the fact that the first conductive salt of formula (I) has significantly larger anions compared to the conductive salts known from the prior art. This increased anion size causes, compared to the electrical conductivity of LiAICl 4 , a lower electrical conductivity of the first conductive salt of formula (I).

Отрицательный электрод.negative electrode.

Активным материалом отрицательного электрода служит металлический литий. Это означает, что литий является также активным металлом повторно заряжаемой аккумуляторной батареи. Он осаждается при зарядке аккумуляторной батареи на разрядном элементе отрицательного электрода. Это значит, что отрицательный электрод имеет помимо металлического лития в качестве активного материала также разрядный элемент. Согласно другому предпочтительному варианту развития элемента аккумуляторной батареи по изобретению предусмотрено, что отрицательный электрод имеет разрядный элемент. Это значит, что отрицательный электрод содержит наряду с активным материалом или материалом внедрения также разрядный элемент. Этот разрядный элемент предназначен для обеспечения необходимого проводящего электроны подключения активного материала отрицательного электрода. Для этого разрядный элемент контактирует с активным материалом, участвующим в протекающей на отрицательном электроде реакции. При разрядке элемента аккумуляторной батареи металлический литий преобразуется в ионы лития, при этом ионы лития перемещаются от отрицательного электрода к положительному. Поскольку положительный электрод выполнен в виде интеркалярного электрода, то ионы лития находятся в незаряженном состоянии элемента аккумуляторной батареи, по меньшей мере, частично в основной матрице активного материала положительного интеркалярного электрода.The active material of the negative electrode is lithium metal. This means that lithium is also the active metal of the rechargeable battery. It is deposited when the battery is charged on the discharge element of the negative electrode. This means that the negative electrode, in addition to metallic lithium, also has a discharge element as an active material. According to another preferred embodiment of the battery cell according to the invention, it is provided that the negative electrode has a discharge cell. This means that the negative electrode contains, in addition to the active or interstitial material, also a discharge element. This discharge element is designed to provide the necessary electron-conductive connection of the negative electrode active material. To do this, the discharge element is in contact with the active material involved in the reaction taking place on the negative electrode. When a battery cell is discharged, lithium metal is converted to lithium ions, with the lithium ions moving from the negative electrode to the positive. Since the positive electrode is made in the form of an intercalary electrode, the lithium ions are in the uncharged state of the battery cell, at least partially in the main matrix of the active material of the positive intercalary electrode.

Ниже описаны предпочтительные варианты развития выполненного согласно изобретению элемента аккумуляторной батареи относительно отрицательного электрода.The preferred embodiments of the battery cell according to the invention with respect to the negative electrode are described below.

Согласно предпочтительному варианту развития выполненного по изобретению элемента аккумуляторной батареи предусмотрено, что имеющий электронную проводимость разрядный элемент отрицательного электрода в разряженном состоянии элемента аккумуляторной батареи не содержит металлического лития. При зарядке элемента аккумуляторной батареи металлический литий осаждается на имеющем электронную проводимость разрядном элементе отрицательного электрода. При разрядке металлический литий по существу целиком растворяется и в виде ионов поступает в основную матрицу активного материала положительного электрода.According to a preferred development of the battery cell according to the invention, it is provided that the electronically conductive negative electrode discharge element in the discharged state of the battery cell does not contain lithium metal. When the battery cell is being charged, lithium metal is deposited on the electronically conductive negative electrode discharge cell. Upon discharging, the lithium metal substantially dissolves completely and enters in the form of ions into the main matrix of the positive electrode active material.

Согласно другому предпочтительному варианту развития элемента аккумуляторной батареи предусмотрено, что проводящий электроны разрядный элемент отрицательного электрода уже до первой зарядки элемента аккумуляторной батареи содержит металлический литий. Во время зарядки элемента аккумуляторной батареи дополнительный металлический литий осаждается на проводящем электроны разрядном элементе. При разрядке металлический литий полностью или частично растворяется и поступает в виде ионов в основную матрицу активного материала положительного электрода.According to another advantageous development of the battery cell, it is provided that the electron-conducting negative electrode discharge element contains lithium metal already before the first charging of the battery cell. During charging of the battery cell, additional lithium metal is deposited on the electron-conducting discharge cell. When discharging, lithium metal completely or partially dissolves and enters in the form of ions into the main matrix of the active material of the positive electrode.

Металлический литий, уже находящийся на разрядном элементе, может быть, во-первых, нанесен на разрядный элемент до сборки элемента аккумуляторной батареи и затем вместе с ним встроен в элемент аккумуляторной батареи. Во-вторых, металлический литий может быть осажден на разрядном элементе отрицательного электрода до эксплуатации элемента аккумуляторной батареи, т.е. перед первой зарядкой и разрядкой путем предшествующего инициализирующего процесса зарядки.Lithium metal already present on the discharge cell can firstly be deposited on the discharge cell prior to assembly of the battery cell and then integrated into the battery cell together with it. Secondly, lithium metal may be deposited on the negative electrode discharge cell prior to the battery cell being used, i.e. before the first charging and discharging by the previous initializing charging process.

Согласно предпочтительному варианту развития выполненного согласно изобретению элемента аккумуляторной батареи предусмотрено, чтобы проводящий электроны разрядный элемент отрицательного электрода не содержал металлического лития перед первой зарядкой элемента аккумуляторной батареи. При зарядке элемента аккумуляторной батареи металлический литий осаждается на проводящем электроны разрядном элементе. При разрядке металлический литий растворяется полностью или частично и поступает в виде ионов в основную матрицу активного материала положительного электрода.According to a preferred development of the battery cell according to the invention, it is provided that the electron-conducting discharge element of the negative electrode does not contain any metallic lithium before the first charging of the battery cell. When a battery cell is being charged, lithium metal is deposited on the electron-conducting discharge cell. When discharging, lithium metal dissolves completely or partially and enters in the form of ions into the main matrix of the active material of the positive electrode.

Согласно предпочтительному варианту развития выполненного согласно изобретению элемента аккумуляторной батареи предусмотрено, что разрядный элемент отрицательного электрода выполнен, по меньшей мере, частично, из накапливающего литий материала. Согласно этому варианту выполнения при зарядке элемента аккумуляторной батареи сначала накапливается часть выходящего из электродной реакции лития в проводящем электроны разрядном элементе, выполненном из накапливающего литий материала. При последующей зарядке элемента аккумуляторной батареи металлический литий осаждается на проводящем электроны разрядном элементе. При разрядке металлический литий полностью или только частично растворяется и в виде ионов поступает в основную матрицу активного материала положительного электрода.According to a preferred development of the battery cell according to the invention, it is provided that the negative electrode discharge cell is made at least in part of a lithium storage material. According to this embodiment, when the battery cell is charged, a portion of the lithium discharged from the electrode reaction is first accumulated in an electron-conducting discharge cell made of lithium storage material. When the battery cell is subsequently charged, lithium metal is deposited on the electron-conducting discharge cell. When discharging, lithium metal completely or only partially dissolves and enters in the form of ions into the main matrix of the active material of the positive electrode.

Накапливающим литий материалом может служить, например, материал внедрения в виде углерода, в частности, в виде графита. Им может быть также образующий с литием сплав материал, например, накапливающие литий металлы и сплавы металлов (например, Si, Ge, Sn, SnCo9xCy, SnSix и др., предпочтительно кремний) или оксиды накапливающих литий металлов или сплавов металлов (например, SnOx, SiOx, оксидные стекла Sn, Si и др.) или литиевый интеркалярный материал без содержания углерода, например, титанаты лития, в частности, Li4Ti5O12. Также конверсионные материалы, например, оксиды переходных металлов, могут применяться в качестве накапливающих литий материалов.The lithium storage material can be, for example, an interstitial material in the form of carbon, in particular in the form of graphite. It can also be a material that forms an alloy with lithium, for example, lithium storage metals and metal alloys (for example, Si, Ge, Sn, SnCo9 x C y , SnSi x , etc., preferably silicon) or oxides of lithium storage metals or metal alloys ( eg SnO x , SiO x , oxide glasses Sn, Si, etc.) or a carbon-free lithium intercalary material, eg lithium titanates, in particular Li 4 Ti 5 O 12 . Also, conversion materials, such as transition metal oxides, can be used as lithium storage materials.

Согласно предпочтительному варианту развития выполненного согласно изобретению элемента аккумуляторной батареи предусмотрено, что разрядный элемент отрицательного электрода выполнен плоским в виде тонкого металлического листа или тонкой металлической фольги. Предпочтительно тонкая металлическая фольга имеет дырчатую или сетчатую структуру. Плоский разрядный элемент может состоять также из полимерной пленки с металлическим покрытием. Такие металлические покрытия имеют толщину в диапазоне от 0,1 до 20 мкм. Активный материал отрицательного электрода наносится предпочтительно на поверхность тонкого металлического листа, тонкой металлической фольги или полимерной пленки с металлическом покрытием. Нанесение активного материала может производиться на лицевую и/или оборотную сторону плоского разрядного элемента. Подобные плоские разрядные элементы имеют толщину в диапазоне от 5 до 50 мкм. Предпочтительно толщина плоского разрядного элемента составляет от 10 до 30 мкм. При использовании плоских разрядных элементов общая толщина отрицательного электрода может составить, по меньшей мере, 20 мкм, предпочтительно, по меньшей мере, 40 мкм, особо предпочтительно, по меньшей мере, 60 мкм. Максимальная толщина составляет не более 200 мкм, предпочтительно не более 150 мкм, особо предпочтительно не более 100 мкм. Поверхностно-удельная емкость отрицательного электрода, отнесенная к покрытию на одной стороне, составляет при использовании плоского разрядного элемента в заряженном состоянии элемента аккумуляторной батареи преимущественно, по меньшей мере, 0,5 мА.ч/см2, причем в этой последовательности предпочтительными являются следующие показатели: 1 мА.ч/см2, 3 мА.ч/см2, 5 мА.ч/см2, 10 мА.ч/см2, 15 мА.ч/см2, 20 мА.ч/см2, 25 мА.ч/см2.According to a preferred development of the battery element according to the invention, it is provided that the negative electrode discharge element is made flat in the form of a thin metal sheet or a thin metal foil. Preferably, the thin metal foil has a perforated or mesh structure. The flat discharge element may also consist of a metal-coated polymer film. Such metallic coatings have a thickness in the range of 0.1 to 20 µm. The negative electrode active material is preferably deposited on the surface of a thin metal sheet, a thin metal foil or a metal-coated polymer film. The application of the active material can be carried out on the front and/or back side of the flat discharge element. Such flat discharge elements have a thickness in the range from 5 to 50 μm. Preferably, the thickness of the flat discharge element is 10 to 30 µm. When flat discharge elements are used, the total thickness of the negative electrode may be at least 20 µm, preferably at least 40 µm, particularly preferably at least 60 µm. The maximum thickness is at most 200 µm, preferably at most 150 µm, particularly preferably at most 100 µm. The surface-specific capacitance of the negative electrode, referred to the coating on one side, is preferably at least 0.5 mAh/cm 2 when using a flat discharge cell in the charged state of the battery cell, and in this sequence the following indicators are preferable : 1 mAh/cm 2 , 3 mAh/cm 2 , 5 mAh/cm 2 , 10 mAh/cm 2 , 15 mAh/cm 2 , 20 mAh/cm 2 , 25 mAh/cm 2 .

Кроме того присутствует возможность того, что разрядный элемент может быть выполнен трехмерным в виде пористой металлической структуры, в частности, в виде металлической пены. Понятие ''трехмерная пористая металлическая структура'' включает в себя любую структуру из металла, которая простирается не только по длине и ширине плоского электрода, как это происходит у тонкого металлического листа или металлической фольги, но также и по его толщине. Трехмерная пористая металлическая структура настолько пориста, что активный материал отрицательного электрода, т.е. металлический литий, может осаждаться в порах металлической структуры. Количеством осажденного активного материала определяется заряд отрицательного электрода. Если разрядный элемент выполнен трехмерным в виде пористой металлической структуры, в частности, в виде металлической пены, тогда толщина отрицательного электрода составит преимущественно, по меньшей мере, 0,2 мм, предпочтительно, по меньшей мере, 0,3 мм, преимущественно, по меньшей мере, 0,4 мм, преимущественно, по меньшей мере, 0,5 мм, особо предпочтительно, по меньшей мере, 0,6 мм. Толщина электродов в этом случае заметно больше по сравнению с отрицательными электродами, применяемыми в органических литиевых элементах аккумуляторной батареи.In addition, there is the possibility that the discharge element can be made three-dimensional in the form of a porous metal structure, in particular in the form of metal foam. The term "three-dimensional porous metal structure" includes any metal structure that extends not only along the length and width of a flat electrode, as occurs with a thin metal sheet or metal foil, but also along its thickness. The three-dimensional porous metal structure is so porous that the active material of the negative electrode, i.e. metal lithium, can be deposited in the pores of the metal structure. The amount of deposited active material determines the charge of the negative electrode. If the discharge element is made three-dimensional in the form of a porous metal structure, in particular in the form of a metal foam, then the thickness of the negative electrode will be preferably at least 0.2 mm, preferably at least 0.3 mm, preferably at least at least 0.4 mm, preferably at least 0.5 mm, particularly preferably at least 0.6 mm. The thickness of the electrodes in this case is noticeably larger compared to the negative electrodes used in organic lithium batteries.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения предусмотрено, что поверхностно-удельная емкость отрицательного электрода в заряженном состоянии элемента аккумуляторной батареи составляет при использовании трехмерного разрядного элемента, в частности, в виде металлической пены, предпочтительно, по меньшей мере, 2,5 мА.ч/см2, причем в этой последовательности предпочтительны следующие показатели: 5 мА.ч/см2, 15 мА.ч/см2, 25 мА.ч/см2, 35 мА.ч/см2, 45 мА.ч/см2.According to another preferred embodiment, it is provided that the surface specific capacity of the negative electrode in the charged state of the battery cell is, when using a three-dimensional discharge cell, in particular in the form of a metal foam, preferably at least 2.5 mAh/cm 2 , and in this sequence the following indicators are preferred: 5 mAh/cm 2 , 15 mAh/cm 2 , 25 mAh/cm 2 , 35 mAh/cm 2 , 45 mAh/cm 2 .

Согласно другому предпочтительному варианту развития выполненного согласно изобретению элемента аккумуляторной батареи предусмотрено, что разрядный элемент содержит связующее. Этим связующим является предпочтительно фторированное связующее, в частности, поливинилиденфторид и/или тройной сополимер, состоящий из тетрафторэтилена, гексафторпропилена и винилиденфторида. Однако возможно и связующее, состоящее из одного полимера, образованного мономерными структурными звеньями сопряженной карбоновой кислоты, или из соли щелочного металла, соли щелочноземельного металла или соли аммония сопряженной карбоновой кислоты или их комбинации. Также связующее может состоять из полимера на основе мономерных структурных звеньев стирола и бутадиена. Кроме того связующее может происходить из группы карбоксиметилцеллюлоз. Связующее присутствует в отрицательном электроде преимущественно при концентрации не более 20 вес.%, предпочтительно не более 15 вес.%, предпочтительно не более 10 вес.%, предпочтительно не более 7 вес.%, предпочтительно не более 5 вес.%, особо предпочтительно не более 2 вес.%, от общего веса отрицательного электрода. Электролит.According to another preferred development of the battery cell according to the invention, it is provided that the discharge cell contains a binder. This binder is preferably a fluorinated binder, in particular polyvinylidene fluoride and/or a terpolymer consisting of tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene and vinylidene fluoride. However, a binder is also possible, consisting of a single polymer formed by monomeric structural units of a conjugated carboxylic acid, or from an alkali metal salt, an alkaline earth metal salt or an ammonium salt of a conjugated carboxylic acid, or a combination thereof. Also, the binder may consist of a polymer based on monomeric structural units of styrene and butadiene. In addition, the binder may come from the group of carboxymethyl celluloses. The binder is present in the negative electrode preferably at a concentration of at most 20 wt.%, preferably at most 15 wt.%, preferably at most 10 wt.%, preferably at most 7 wt.%, preferably at most 5 wt.%, particularly preferably not more than 2 wt.%, based on the total weight of the negative electrode. Electrolyte.

Ниже описаны предпочтительные варианты развития элемента аккумуляторной батареи применительно к электролиту на основе SO2.The preferred battery cell developments in relation to SO 2 -based electrolyte are described below.

Согласно предпочтительному варианту выполнения элемента аккумуляторной батареи заместители R1, R2, R3, R4 первой проводящей соли выбираются независимо друг от друга из группы, состоящей из:According to a preferred embodiment of the battery cell, the substituents R 1 , R 2 , R 3 , R 4 of the first conductive salt are independently selected from the group consisting of:

- C16 алкила, предпочтительно С24 алкила, особо предпочтительно алкильных групп 2-пропил, метил и этил;- C 1 -C 6 alkyl, preferably C 2 -C 4 alkyl, particularly preferably alkyl groups 2-propyl, methyl and ethyl;

- С26 алкенила, предпочтительно С24 алкенила, особо предпочтительно алкенильных групп этенил и пропенил;- C 2 -C 6 alkenyl, preferably C 2 -C 4 alkenyl, particularly preferably ethenyl and propenyl alkenyl groups;

- С26 алкинила, предпочтительно С24 алкинила;- C 2 -C 6 alkynyl, preferably C 2 -C 4 alkynyl;

- С36 циклоалкила;- C 3 -C 6 cycloalkyl;

- фенила;- phenyl;

- С57 гетероарила.- C 5 -C 7 heteroaryl.

В случае этого предпочтительного варианта выполнения электролита на основе SO2 понятие ''C16 алкил'' означает линейные или разветвленные насыщенные углеводородные группы, содержащие от одного до шести атомов углерода, в частности, метил, этил, н-пропил, изопропил, н-бутил, втор-бутил, изобутил, трет-бутил, н-пентил, изопентил, 2,2-диметилпропил, н-гексил и изогексил. Из них предпочтительны С24 алкилы. Особенно предпочтительны С24 алкилы, 2-пропил, метил и этил.In the case of this preferred embodiment of the electrolyte based on SO 2 , the term "C 1 -C 6 alkyl" means linear or branched saturated hydrocarbon groups containing from one to six carbon atoms, in particular methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl , n-butyl, sec-butyl, isobutyl, tert-butyl, n-pentyl, isopentyl, 2,2-dimethylpropyl, n-hexyl and isohexyl. Of these, C 2 -C 4 alkyls are preferred. Especially preferred are C 2 -C 4 alkyl, 2-propyl, methyl and ethyl.

В случае предпочтительного варианта выполнения электролита на основе SO2 понятие ''С26 алкенил'' означает ненасыщенные линейные или разветвленные углеводородные группы, содержащие от двух до шести атомов углерода, при этом указанные углеводородные группы имеют по меньшей мере одну двойную связь С-С. Они включают, в частности, этенил, 1-пропенил, 2-пропенил, 1-н-бутенил, 2-н-бутенил, изобутенил, 1-пентенил и 1-гексенил, при этом С24 алкенилы являются предпочтительными. Особенно предпочтительны этенил и 1-пропенил.In the case of a preferred embodiment of the electrolyte based on SO 2 , the term "C 2 -C 6 alkenyl" means unsaturated linear or branched hydrocarbon groups containing from two to six carbon atoms, while these hydrocarbon groups have at least one C double bond -FROM. They include in particular ethenyl, 1-propenyl, 2-propenyl, 1-n-butenyl, 2-n-butenyl, isobutenyl, 1-pentenyl and 1-hexenyl, with C 2 -C 4 alkenyls being preferred. Especially preferred are ethenyl and 1-propenyl.

В случае этого предпочтительного варианта выполнения электролита на основе SO2 понятие ''С26 алкинил'' означает ненасыщенные линейные или разветвленные углеводородные группы, содержащие от двух до шести атомов углерода, при этом указанные углеводородные группы имеют по меньшей мере одну тройную связь С-С. Они включают, в частности, этинил, 1-пропинил, 2-пропинил, 1-н-бутинил, 2-н-бутинил, изобутинил, 1-пентинил и 1-гексинил. Из них предпочтительны С24 алкинилы.In the case of this preferred embodiment of the electrolyte based on SO 2 , the term "C 2 -C 6 alkynyl" means unsaturated linear or branched hydrocarbon groups containing from two to six carbon atoms, while these hydrocarbon groups have at least one triple bond S-S. These include, in particular, ethynyl, 1-propynyl, 2-propynyl, 1-n-butynyl, 2-n-butynyl, isobutynyl, 1-pentynyl and 1-hexynyl. Of these, C 2 -C 4 alkynyls are preferred.

В случае этого предпочтительного варианта выполнения электролита на основе SO2 понятие ''С36 циклоалкил'' означает циклические насыщенные углеводородные группы, содержащие от трех до шести атомов углерода. Они включают, в частности, циклопропил, циклобутил, циклопентил и циклогексил.In the case of this preferred embodiment of the electrolyte based on SO 2 the term "C 3 -C 6 cycloalkyl" means cyclic saturated hydrocarbon groups containing from three to six carbon atoms. They include in particular cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl and cyclohexyl.

В случае этого предпочтительного варианта выполнения электролита на основе SO2 понятие ''С57 гетероарил'' означает фенил и нафтил.In the case of this preferred embodiment of the electrolyte based on SO 2 the term "C 5 -C 7 heteroaryl" means phenyl and naphthyl.

В целях увеличения растворимости первой проводящей соли в электролите на основе SO2 заместители R1, R2, R3, R4 являются замещенными в другом предпочтительном варианте выполнения элемента аккумуляторной батареи, по меньшей мере, одним атомом фтора и/или, по меньшей мере, одной химической группой, причем эта группа выбирается из группы, состоящей из С14 алкила, С24 алкенила, С24 алкинила, фенила и бензила. Химические группы С14 алкил, С24 алкенил, С24 алкинил, фенил, и бензил обладают теми же свойствами или химическими структурами, что и описанные ранее углеводородные группы. В этой связи понятие ''замещенный'' означает, что отдельные атомы или группы атомов заместителей R1, R2, R3, R4 заменены атомом фтора и/или химической группой.In order to increase the solubility of the first conductive salt in the SO 2 electrolyte, the substituents R 1 , R 2 , R 3 , R 4 are substituted in another preferred embodiment of the battery cell with at least one fluorine atom and/or at least , one chemical group, and this group is selected from the group consisting of C 1 -C 4 alkyl, C 2 -C 4 alkenyl, C 2 -C 4 alkynyl, phenyl and benzyl. The chemical groups C 1 -C 4 alkyl, C 2 -C 4 alkenyl, C 2 -C 4 alkynyl, phenyl, and benzyl have the same properties or chemical structures as the previously described hydrocarbon groups. In this regard, the term "substituted" means that individual atoms or groups of atoms of substituents R 1 , R 2 , R 3 , R 4 are replaced by a fluorine atom and/or a chemical group.

Особенно большая растворимость первой проводящей соли в электролите на основе SO2 может достигаться в том случае, когда, по меньшей мере, один из заместителей R1, R2, R3, R4 является группой CF3 или группой OSO2CF3.Particularly high solubility of the first conductive salt in the SO 2 -based electrolyte can be achieved when at least one of the substituents R 1 , R 2 , R 3 , R 4 is a CF 3 group or an OSO 2 CF 3 group.

В другом предпочтительном варианте развития элемента аккумуляторной батареи первая проводящая соль выбирается из группы, состоящей из:In another preferred development of the battery cell, the first conductive salt is selected from the group consisting of:

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Для приведения электропроводности и/или других свойств электролита в соответствие с требуемым показателем электролит содержит, согласно предпочтительному варианту выполнения элемента аккумуляторной батареи по изобретению, по меньшей мере, одну вторую проводящую соль, отличающуюся от первой проводящей соли формулы (I). Это означает, что электролит может содержать помимо первой проводящей соли, также и вторую или вторые проводящие соли, которые по своему химическому составу и химической структуре отличаются от первой проводящей соли.In order to bring the electrical conductivity and/or other properties of the electrolyte in line with the desired indicator, the electrolyte contains, according to a preferred embodiment of the battery cell according to the invention, at least one second conductive salt, different from the first conductive salt of formula (I). This means that the electrolyte can contain, in addition to the first conductive salt, also the second or second conductive salts, which differ in their chemical composition and chemical structure from the first conductive salt.

В другом предпочтительном варианте выполнения элемента аккумуляторной батареи согласно изобретению вторая проводящая соль, является соединением щелочного металла, в частности, соединением лития. Соединение щелочного металла или лития выбирается из группы, состоящей из алюмината, галогенида, оксалата, бората, фосфата, арсената и галлата. Предпочтительно второй проводящей солью является тетрагалогеналюминат лития, в частности, LiAICL4.In another preferred embodiment of the battery cell according to the invention, the second conductive salt is an alkali metal compound, in particular a lithium compound. The alkali metal or lithium compound is selected from the group consisting of aluminate, halide, oxalate, borate, phosphate, arsenate and gallate. Preferably the second conductive salt is lithium tetrahaloaluminate, in particular LiAICL 4 .

Кроме того, согласно другому предпочтительному варианту выполнения элемента аккумуляторной батареи по изобретению, в электролите содержится, по меньшей мере, одна добавка. Эта добавка предпочтительно выбирается из группы, состоящей из виниленкарбоната и его производных, винилэтиленкарбоната и его производных, метилэтиленкарбоната и его производных, (бис-оксилат)бората лития, дифтор(оксалат)бората лития, тетрафтор(оксалат)фосфата лития, оксалата лития, 2-винилпиридина, 4-винилпиридина, циклических экзометиленкарбонатов, сультонов, циклических и ациклических сульфонатов, ациклических сульфитов, циклических и ациклических сульфинатов, органических сложных эфиров неорганических кислот, ациклических и циклических алканов, которые (ациклические и циклические алканы) имеют точку кипения при давлении 1 ат, по меньшей мере, 36°С, ароматических соединений, галогенизированных циклических и ациклических сульфонилимидов, галогенизированных циклических и ациклических сложных эфиров фосфата, галогенизированных циклических и ациклических фосфинов, галогенизированных циклических и ациклических фосфитов, галогенизированных циклических и ациклических фосфазенов, галогенизированных циклических и ациклических силиламинов, галогенизированных циклических и ациклических сложных эфиров, галогенизированных циклических и ациклических амидов, галогенизированных циклических и ациклических ангидридов и галогенизированных органических гетероциклов.In addition, according to another preferred embodiment of the battery cell according to the invention, the electrolyte contains at least one additive. This additive is preferably selected from the group consisting of vinylene carbonate and its derivatives, vinylethylene carbonate and its derivatives, methylethylene carbonate and its derivatives, lithium (bis-oxylate)borate, lithium difluoro(oxalate)borate, lithium tetrafluoro(oxalate)phosphate, lithium oxalate, 2 -vinylpyridine, 4-vinylpyridine, cyclic exomethylene carbonates, sultones, cyclic and acyclic sulfonates, acyclic sulfites, cyclic and acyclic sulfinates, organic esters of inorganic acids, acyclic and cyclic alkanes, which (acyclic and cyclic alkanes) have a boiling point at a pressure of 1 atm at least 36°C, aromatic compounds, halogenated cyclic and acyclic sulfonylimides, halogenated cyclic and acyclic phosphate esters, halogenated cyclic and acyclic phosphines, halogenated cyclic and acyclic phosphites, halogenated cyclic and acyclic phosphazenes, halogenated cyclic and acyclic silylamines, halogenated cyclic and acyclic esters, halogenated cyclic and acyclic amides, halogenated cyclic and acyclic anhydrides, and halogenated organic heterocycles.

В предпочтительном варианте развития элемента аккумуляторной батареи электролит имеет следующий состав в соотнесении к общему весу электролита:In a preferred embodiment of a battery cell, the electrolyte has the following composition, based on the total weight of the electrolyte:

(i) 5 - 99,4 вес.% диоксида серы,(i) 5 - 99.4 wt.% sulfur dioxide,

(ii) 0,6 - 95 вес.% первой проводящей соли,(ii) 0.6 - 95% by weight of the first conductive salt,

(iii) 0 - 25 вес.% второй проводящей соли,(iii) 0 - 25% by weight of the second conductive salt,

(iv) 0 - 10 вес.% добавки.(iv) 0-10 wt% additive.

Как уже упоминалось выше, в электролите могут находиться не только одна первая проводящая соль формулы (1) и одна вторая проводящая соль, но также и несколько первых проводящих солей формулы (1) и несколько вторых проводящих солей. Приведенные выше процентные доли содержат в себе в последнем случае также несколько первых и несколько вторых проводящих солей. Концентрация первой проводящей соли составляет от 0,01 до 10 моль/л, предпочтительно от 0,05 до 10 моль/л, предпочтительно от 0,1 до 6 моль/л, особо предпочтительно от 0,2 до 3,5 моль/л, от общего объема электролита.As mentioned above, not only one first conductive salt of formula (1) and one second conductive salt, but also several first conductive salts of formula (1) and several second conductive salts can be present in the electrolyte. The percentages given above also include, in the latter case, a few first and a few second conductive salts. The concentration of the first conductive salt is 0.01 to 10 mol/l, preferably 0.05 to 10 mol/l, preferably 0.1 to 6 mol/l, particularly preferably 0.2 to 3.5 mol/l , from the total electrolyte volume.

Согласно другому предпочтительному варианту развития элемента аккумуляторной батареи согласно изобретению предусмотрено, что в электролите содержится, по меньшей мере, 0,1 моль SO2, предпочтительно, по меньшей мере, 1 моль SO2, предпочтительно, по меньшей мере, 5 моль SO2, предпочтительно, по меньшей мере, 10 моль SO2, особо предпочтительно, по меньшей мере, 20 моль SO2, на 1 моль проводящей соли. В электролите могут также содержаться очень большие молярные доли SO2, при этом предпочтительный верхний предел может составлять 2600 моль SO2 на одну моль проводящей соли, причем в этой последовательности являются предпочтительными верхние пределы: 1500, 1000, 500 и 100 моль SO2 на 1 моль проводящей соли. Понятие ''на 1 моль проводящей соли'' относится при этом ко всем содержащимся в электролите проводящим солям. Электролиты на основе SO2 с таким соотношением концентраций между SO2 и проводящей солью имеют то преимущество, что они по сравнению с известными из уровня техники электролитами, которые основаны, например, на смеси органических растворителей, могут растворять большее количество проводящей соли. В рамках изобретения неожиданно установили, что электролит с относительно низкой концентрацией проводящей соли, несмотря на связанное с этим повышенное давление пара, является предпочтительным, в частности, в связи с его стойкостью на протяжении многих циклов зарядки и разрядки элемента аккумуляторной батареи. Концентрация SO2 в электролите влияет на его электропроводность. Следовательно посредством выбора концентрации SO2 можно приводить в соответствие электропроводность электролита с запланированным применением элемента аккумуляторной батареи с таким электролитом.According to another preferred embodiment of the battery cell according to the invention, it is provided that the electrolyte contains at least 0.1 mol SO 2 , preferably at least 1 mol SO 2 , preferably at least 5 mol SO 2 , preferably at least 10 mol SO 2 , particularly preferably at least 20 mol SO 2 , per 1 mol of conductive salt. The electrolyte may also contain very high mole fractions of SO 2 , with a preferred upper limit being 2600 moles SO 2 per mole of conductive salt, with the upper limits being preferred in this order: 1500, 1000, 500 and 100 moles SO 2 per 1 mole of conductive salt. The term "per mole of conductive salt" refers here to all the conductive salts contained in the electrolyte. Electrolytes based on SO 2 with this concentration ratio between SO 2 and conductive salt have the advantage that they can dissolve a larger amount of conductive salt compared to electrolytes known from the prior art, which are based, for example, on a mixture of organic solvents. Surprisingly, it has been found within the scope of the invention that an electrolyte with a relatively low concentration of conductive salt, despite the increased vapor pressure associated therewith, is preferred, in particular because of its durability over many charging and discharging cycles of the battery cell. The concentration of SO 2 in the electrolyte affects its electrical conductivity. Therefore, by selecting the SO 2 concentration, it is possible to match the electrical conductivity of the electrolyte with the intended use of a battery cell with such an electrolyte.

Общее содержание SO2 и первой проводящей соли может составлять более 50 вес.% от веса электролита, предпочтительно более 60 вес.%, предпочтительно более 70 вес.%, предпочтительно более 80 вес.%, предпочтительно более 85 вес.%, предпочтительно более 90 вес.%, предпочтительно более 95 вес.%, предпочтительно более 99 вес.%.The total content of SO 2 and the first conductive salt may be more than 50 wt.% of the weight of the electrolyte, preferably more than 60 wt.%, preferably more than 70 wt.%, preferably more than 80 wt.%, preferably more than 85 wt.%, preferably more than 90 wt.%, preferably more than 95 wt.%, preferably more than 99 wt.%.

В электролите может содержаться, по меньшей мере, 5 вес.% SO2 от общего количества содержащегося в элементе аккумуляторной батареи электролита, причем предпочтительными являются показатели 20 вес.%, 40 вес.%. и 60 вес.% SO2. Электролит может также содержать до 95 вес.% SO2, причем в этом ряду предпочтительными являются максимальные значения 80 вес.% и 90 вес.% SO2.The electrolyte may contain at least 5 wt.% SO 2 from the total amount of electrolyte contained in the battery cell, with 20 wt.%, 40 wt.% being preferred. and 60 wt.% SO 2 . The electrolyte may also contain up to 95 wt.% SO 2 , with the maximum values of 80 wt.% and 90 wt.% SO 2 being preferred in this range.

В рамках изобретения предусмотрено, что в электролите содержится предпочтительно лишь незначительная процентная доля, по меньшей мере, одного органического растворителя или он совсем не содержится. Предпочтительно доля органического растворителя в электролите, например, в виде одного растворителя или смеси из нескольких растворителей, может составлять не более 50 вес.% от веса электролита. Особо предпочтительны меньшие доли, составляющие не более 40 вес.%, не более 30 вес.%, не более 20 вес.%, не более 15 вес.%, не более 10 вес.%, не более 5 вес.% или не более 1 вес.% от веса электролита. Также предпочтителен электролит без содержания органических растворителей. Вследствие присутствия лишь незначительной доли органических растворителей или даже их полного отсутствия электролит является либо слабо горючим, либо не горючим. Это повышает эксплуатационную надежность элемента аккумуляторной батареи, в котором применяется такой электролит на основе SO2. Особо предпочтителен электролит на основе SO2, не содержащий по существу органических растворителей.Within the scope of the invention, it is provided that the electrolyte preferably contains only a small percentage of at least one organic solvent or is not present at all. Preferably, the proportion of the organic solvent in the electrolyte, for example in the form of a single solvent or a mixture of several solvents, may not exceed 50% by weight of the electrolyte. Particularly preferred are smaller proportions of at most 40 wt%, at most 30 wt%, at most 20 wt%, at most 15 wt%, at most 10 wt%, at most 5 wt%, or at most 1 wt.% of the weight of the electrolyte. An electrolyte free of organic solvents is also preferred. Due to the presence of only a small proportion of organic solvents, or even their complete absence, the electrolyte is either slightly flammable or non-flammable. This improves the serviceability of a battery cell using such an SO 2 -based electrolyte. Particularly preferred is an SO 2 based electrolyte containing substantially no organic solvents.

Согласно предпочтительному варианту развития элемента аккумуляторной батареи электролит, в соотнесении к его общему весу, имеет следующий состав:According to a preferred development of the battery cell, the electrolyte, in relation to its total weight, has the following composition:

(i) 5 - 99,4 вес.% диоксида серы,(i) 5 - 99.4 wt.% sulfur dioxide,

(ii) 0,6 - 95 вес.% первой проводящей соли,(ii) 0.6 - 95% by weight of the first conductive salt,

(iii) 0 - 25 вес.% второй проводящей соли,(iii) 0 - 25% by weight of the second conductive salt,

(iv) 0 - 10 вес.% добавки,(iv) 0-10 wt.% additive,

(v) 0 - 50 вес.% органического растворителя. Положительный электрод.(v) 0-50 wt% organic solvent. positive electrode.

Ниже описаны предпочтительные варианты развития элемента аккумуляторной батареи согласно изобретению применительно к положительному электроду.The preferred embodiments of the battery cell according to the invention in relation to the positive electrode are described below.

Согласно предпочтительному варианту развития выполненного согласно изобретению элемента аккумуляторной батареи предусмотрено, что положительный электрод может заряжаться, по меньшей мере, до верхнего потенциала 4,0 В, предпочтительно, по меньшей мере, до потенциала 4,4 В, предпочтительно, по меньшей мере, до потенциала 4,8 В, предпочтительно, по меньшей мере, до 5,2 В, предпочтительно, по меньшей мере, до потенциала 5,56 В, особо предпочтительно, по меньшей мере, до потенциала 6,0 В.According to a preferred development of the battery cell according to the invention, it is provided that the positive electrode can be charged to at least an upper potential of 4.0 V, preferably to at least a potential of 4.4 V, preferably to at least a potential of 4.8 V, preferably at least up to 5.2 V, preferably at least up to a potential of 5.56 V, particularly preferably at least up to a potential of 6.0 V.

Согласно предпочтительному варианту развития выполненного согласно изобретению элемента аккумуляторной батареи положительный электрод содержит, по меньшей мере один активный материал. Этот материал может накапливать ионы активного металла и при эксплуатации элемента аккумуляторной батареи отдавать и снова поглощать ионы активного металла.According to a preferred development of the battery cell according to the invention, the positive electrode contains at least one active material. This material can accumulate active metal ions and give off and reabsorb active metal ions during the operation of the battery cell.

Согласно предпочтительному варианту развития выполненного согласно изобретению элемента аккумуляторной батарее положительный электрод содержит, по меньшей мере, одно интеркалярное соединение. Под понятием ''интеркалярное соединение'' подразумевается в смысле настоящего изобретения подгруппа ранее описанных материалов внедрения. Такое интеркалярное соединение действует как основная матрица с вакансиями, связанными между собой. В эти вакансии могут диффундировать ионы активного металла в процессе разрядки элемента аккумуляторной батареи и оставаться внедренными. В рамках такого внедрения ионов активного металла в основной матрице происходят лишь незначительные или вообще не происходят структурные изменения.According to a preferred development of the battery cell according to the invention, the positive electrode contains at least one intercalary compound. The term ''intercalary compound'' refers in the sense of the present invention to a subset of the previously described intercalation materials. Such an intercalary compound acts as a host matrix with vacancies linked together. Active metal ions can diffuse into these vacancies during the discharge of the battery cell and remain embedded. As part of this introduction of active metal ions, only minor or no structural changes occur in the main matrix.

Согласно другому предпочтительному варианту развития выполненного согласно изобретению элемента аккумуляторной батареи положительный электрод содержит в качестве активного материала, по меньшей мере, одно способное к превращению соединение. Под понятием «способное к превращению соединение» следует понимать в смысле настоящего изобретения материалы, которые во время электрохимической активности образуют другие материалы, т.е. во время зарядки и разрядки элемента аккумуляторной батареи разрушаются и вновь создаются химические связи. Во время поглощения или отдачи ионов активного металла в матрице способного к превращению соединения происходят структурные изменения.According to another preferred development of the battery cell according to the invention, the positive electrode contains at least one convertible compound as active material. The term "transformable compound" is understood in the sense of the present invention to be materials which, during electrochemical activity, form other materials, i.e. During the charging and discharging of a battery cell, chemical bonds are broken and re-formed. During absorption or release of active metal ions, structural changes occur in the matrix of the convertible compound.

Согласно предпочтительному варианту развития выполненного согласно изобретению элемента аккумуляторной батареи активный материал имеет состав LixM'yM''zOa, в котором означают:According to a preferred development of the battery cell according to the invention, the active material has the composition Li x M' y M'' z O a , which means:

- M' по меньшей мере, один металл, выбираемый из группы, состоящей из элементов Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn;- M' at least one metal selected from the group consisting of the elements Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn;

- M'' по меньшей мере, один элемент, выбираемый из группы, состоящей из элементов групп 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 и 16- M'' at least one element selected from the group consisting of elements of groups 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 and 16

Периодической системы элементов;Periodic system of elements;

- x и y независимо друг от друга, числа более 0;- x and y independently of each other, numbers greater than 0;

- z число, более или равное 0,- z is a number greater than or equal to 0,

- а число, более 0.- a number greater than 0.

Индексы y, z в составе LixM'yM''zOa относятся к совокупности металлов и элементов, обозначаемых посредством M'yM''. Если, например, M' означает два металла M'1 и M'2, то будет действительно для индекса y: y=y1+y2, при этом y1 и y2 являются индексами металлов M'1 и M'2. Индексы x, y, z, a должны выбираться так, чтобы в составе обеспечивалась нейтральность заряда. Примерами соединений, в которых M' означает два металла, являются оксиды лития-никеля- марганца-кобальта состава LixNiy1Mny2CozO2, где M'1=Ni, M'2=Mn и M''=Co.Indices y, z in the composition Li x M' y M'' z O a refer to the totality of metals and elements, denoted by M' y M''. If, for example, M' means two metals M' 1 and M' 2 , then it will be valid for the index y: y=y1+y2, while y1 and y2 are the indices of the metals M' 1 and M' 2 . Indices x, y, z, a must be chosen so that the charge neutrality is ensured in the composition. Examples of compounds in which M' means two metals are oxides of lithium-nickel-manganese-cobalt composition Li x Ni y1 Mn y2 Co z O 2 where M' 1 =Ni, M' 2 =Mn and M''=Co .

Примерами соединений, в которых z=0, которые следовательно не содержат другой металл или элемент М'', являются оксиды лития-кобальта LixCoyOa. Если, например, М'' включает в себя два элемента, во-первых, металл в виде М''1 и, во-вторых, фосфор в виде М''2, то будет действительно для индекса z: z=z1+z2, причем z1 и z2 являются индексами металла М''1 и фосфора (М''2). Индексы x, у, z, а должны и в этом случае выбираться так, чтобы внутри состава достигалась нейтральность заряда. Примерами соединений, у которых означают М'' - металл М''1 и фосфор в виде М''2, являются фосфаты лития-железа-марганца LixFeyMnz1Pz2O4, где M'=Fe, М''1=Mn, М''2=Р и z2=1. В другом составе М'' может включать в себя два неметалла, например, фтор в виде М''1 и серу в виде М''2. Примерами таких соединений служат сульфаты лития-железа-фтора LixFeyFz1Sz2O4, где M'=Fe, M''1=F, М''2=Р.Examples of compounds in which z=0, which therefore do not contain another metal or element M'', are oxides of lithium-cobalt Li x Co y O a . If, for example, M'' includes two elements, firstly a metal in the form of M''1 and, secondly, phosphorus in the form of M'' 2 , then it will be valid for the index z: z=z1+z2 , and z1 and z2 are indices of metal M'' 1 and phosphorus (M'' 2 ). Indices x, y, z, and in this case should be chosen so that charge neutrality is achieved within the composition. Examples of compounds in which M'' - metal M'' 1 and phosphorus in the form of M'' 2 are lithium-iron-manganese phosphates Li x Fe y Mn z1 P z2 O 4 , where M'=Fe, M'' 1 =Mn, M'' 2 =P and z2=1. In another composition, M'' may include two non-metals, for example, fluorine as M'' 1 and sulfur as M'' 2 . Examples of such compounds are sulfates of lithium-iron-fluorine Li x Fe y F z1 S z2 O 4 , where M'=Fe, M'' 1 =F, M'' 2 =P.

Согласно предпочтительному варианту развития выполненного по изобретению элемента аккумуляторной батареи предусмотрено, что M' означает металлы никель и марганец, М'' означает кобальт. При этом имеются в виду составы формулы LixNiy1 Mny2CozO2 (НМК), т.е. оксиды лития-никеля-марганца-кобальта, обладающие структурой слоистых оксидов. Примерами таких активных материалов из оксида лития-никеля-марганца-кобальта являются LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 (НМК111), LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 (НМК622) и LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 (НМК811). Другие соединения из оксида лития-никеля-марганца-кобальта могут иметь состав LiNi0,5Mn10,3Co0,2O2, LiNi0,5Mn0,25Co0,25O2, LiNi0,52Mn0,32Co0,16O2, LiNi0,55Mn0,30Co0,15O2, LiNi0,58Mn0,14Co0,28O2, LiNi0,64Mn0,18Co0,18O2, LiNi0,65Mn0,27Co0,08O2, LiNi0,7Mn0,2Co0,1O2, LiNi0,7Mn0,15Co0,15O2, LiNi0,72Mn0,10Co0,18O2, LiNi0,76Mn0,14Co0,10O2, LiNi0,86Mn0,04Co0,10O2, LiNi0,90Mn0,05Co0,05O2, LiNi0,95Mn0,025Co0,025O2 или их комбинация.According to a preferred development of the battery cell according to the invention, it is provided that M' denotes the metals nickel and manganese, M'' denotes cobalt. In this case, we mean the compositions of the formula Li x Ni y1 Mn y2 Co z O 2 (NMC), i.e. oxides of lithium-nickel-manganese-cobalt having the structure of layered oxides. Examples of such active materials from lithium-nickel-manganese-cobalt oxide are LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 (NMK111), LiNi 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 O 2 (NMK622) and LiNi 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 O 2 (НМК811). Other lithium-nickel-manganese-cobalt oxide compounds may have the composition LiNi 0.5 Mn 10.3 Co 0.2 O 2 , LiNi 0.5 Mn 0.25 Co 0.25 O 2 , LiNi 0.52 Mn 0 ,32 Co 0.16 O 2 , LiNi 0.55 Mn 0.30 Co 0.15 O 2 , LiNi 0.58 Mn 0.14 Co 0.28 O 2 , LiNi 0.64 Mn 0.18 Co 0, 18 O 2 , LiNi 0.65 Mn 0.27 Co 0.08 O 2 , LiNi 0.7 Mn 0.2 Co 0.1 O 2 , LiNi 0.7 Mn 0.15 Co 0.15 O 2 , LiNi 0.72 Mn 0.10 Co 0.18 O 2 , LiNi 0.76 Mn 0.14 Co 0.10 O 2 , LiNi 0.86 Mn 0.04 Co 0.10 O 2 , LiNi 0.90 Mn 0 .05 Co 0.05 O 2 , LiNi 0.95 Mn 0.025 Co 0.025 O 2 or a combination thereof.

Из этих соединений могут быть изготовлены положительные электроды для элементов аккумуляторной батареи с напряжением элемента свыше 4,6 В.These compounds can be used to make positive electrodes for battery cells with cell voltages above 4.6 V.

Согласно другому предпочтительному варианту развития выполненного согласно изобретению элемента аккумуляторной батареи предусмотрено, что активным материалом является богатый содержанием лития и марганца оксид металла. Такие материалы описываются следующими формулами: LixMnyM''zOa. М' в приведенной выше формуле LixM'yM''zOa означает металл марганец (Mn). Здесь индекс x означает число, которое больше или равно 1, индекс у означает число, которое больше индекса z или больше суммы индексов z1+z2+z3 и т.д.According to another preferred development of the battery cell according to the invention, it is provided that the active material is a metal oxide rich in lithium and manganese. Such materials are described by the following formulas: Li x Mn y M'' z O a . M' in the above formula Li x M' y M'' z O a means the metal manganese (Mn). Here, index x means a number that is greater than or equal to 1, index y means a number that is greater than index z or greater than the sum of indices z1+z2+z3, and so on.

Если, например, М'' означает два металла М''1 и М''2 с индексами z1 и z2 (например, Li1.2Mn0.525Ni0.175Co0.1O2, где М''1=Ni, z1=0,175 и М''2=Со, z2=0,1), то будет действительно для индекса у: y>z1+z2. Индекс z является числом, которое больше или равно 0, индекс а является числом, которое больше 0. Индексы x, у, z, а должны выбираться так, чтобы внутри состава достигалась нейтральность заряда. Оксиды металлов, богатые содержанием лития и марганца, могут быть также описаны формулой mLi2MnO3⋅(1-m)LiM'O2, где 0<m<1. Примерами таких соединений служат Li1.2Mn0.525Ni0.175Co0.1O2, Li1.2Mn0.6Ni0.2O2 или Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2.If, for example, M'' means two metals M'' 1 and M'' 2 with indices z1 and z2 (for example, Li 1.2 Mn 0.525 Ni 0.175 Co 0. 1O 2 , where M'' 1 =Ni, z1=0.175 and M'' 2 =Co, z2=0.1), then it will be valid for index y: y>z1+z2. The index z is a number that is greater than or equal to 0, the index a is a number that is greater than 0. The indices x, y, z, a must be chosen so that charge neutrality is achieved within the composition. Metal oxides rich in lithium and manganese can also be described by the formula mLi 2 MnO 3 ⋅(1-m)LiM'O 2 where 0<m<1. Examples of such compounds are Li 1.2 Mn 0.525 Ni 0.175 Co 0.1 O 2 , Li 1.2 Mn 0.6 Ni 0.2 O 2 or Li 1.2 Ni 0.13 Co 0.13 Mn 0.54 O 2 .

Согласно предпочтительному варианту развития выполненного согласно изобретению элемента аккумуляторной батареи предусмотрено, что состав имеет формулу LixM'yM''zO4. Эти соединения имеют структуру шпинели. Например, означают: М' - кобальт, М'' - марганец. В этом случае активным материалом выступает оксид лития-кобальта-марганца (LiCoMnO4). Из LiCoMnO4 могут изготавливаться положительные электроды для выполненных согласно изобретению элементов аккумуляторной батареи с напряжением элемента свыше 4,6 В. В этом LiCoMnO4 предпочтительно не содержится Mn3+. В другом примере могут означать: М' - никель, М'' - марганец. В этом случае активным материалом выступает оксид лития-никеля-марганца (LiNiMnO4). Молярные доли обоих металлов М' и М'' могут варьироваться. Так, например, оксид лития-никеля-марганца может иметь состав: LiNi0,5Mn1,5O4.According to a preferred development of the battery cell according to the invention, it is provided that the composition has the formula Li x M' y M'' z O 4 . These compounds have a spinel structure. For example, they mean: M' - cobalt, M'' - manganese. In this case, the active material is lithium-cobalt-manganese oxide (LiCoMnO 4 ). LiCoMnO 4 can be used to produce positive electrodes for battery cells according to the invention with cell voltages above 4.6 V. This LiCoMnO 4 preferably does not contain Mn 3+ . In another example, they can mean: M' - nickel, M'' - manganese. In this case, the active material is lithium-nickel-manganese oxide (LiNiMnO 4 ). The mole fractions of both metals M' and M'' may vary. For example, lithium-nickel-manganese oxide may have the composition: LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 .

Согласно другому предпочтительному варианту развития выполненного согласно изобретению элемента аккумуляторной батареи положительный электрод содержит в качестве активного материала, по меньшей мере, один активный материал в виде способного к превращению соединения. Во время поглощения активного металла, например, лития или натрия, способные к превращению соединения участвуют в твердотельной окислительно-восстановительной реакции, в ходе которой изменяется кристаллическая структура материала. Это сопровождается разрушением и рекомбинацией химических связей. Полностью обратимые реакции способных к превращению соединений могут быть записаны, например, следующим образом:According to another preferred development of the battery cell according to the invention, the positive electrode contains as active material at least one active material in the form of a convertible compound. During absorption of an active metal, such as lithium or sodium, the convertible compounds participate in a solid-state redox reaction, during which the crystal structure of the material changes. This is accompanied by the destruction and recombination of chemical bonds. Completely reversible reactions of convertible compounds can be written, for example, as follows:

тип А: MXz ↔ +у Li М+z Li(y/z)Xtype A: MXz ↔ +y Li M+z Li (y/z) X

тип В: X ↔ +у Li LiyX.type B: X ↔ +y Li Li y X.

Примерами способных к превращению соединений являются: FeF2, FeFβ, CoF2, CuF2, NiF2, BiF3, FeCl3, FeCl2, CoCl2, NiCl2, CuCl2, AgCl, LiCl, S, Li2S, Se, Li2Se, Те, I и Lil.Examples of convertible compounds are: FeF 2 , FeF β , CoF 2 , CuF 2 , NiF 2 , BiF 3 , FeCl 3 , FeCl 2 , CoCl 2 , NiCl 2 , CuCl 2 , AgCl, LiCl, S, Li 2 S, Se, Li 2 Se, Te, I and Lil.

Согласно предпочтительному варианту развития выполненного согласно изобретению элемента аккумуляторной батареи соединение имеет состав LixM'yM''1 z1M''2 z2O4, в котором М''2 означает фосфор, z2 равно 1. Соединение состава LixM'yM''1 z1M''2 z2O4 представляет собой металлические фосфаты лития. В частности, это соединение имеет состав LixFeyMnzPz2O4.Примерами металлических фосфатов лития служат фосфат лития-железа (LiFePO4) или фосфаты лития-железа-марганца (Li(FeyMnz)PO4). Примером фосфата лития-железа-марганца является фосфат состава Li(Fe0,3Mn0,7)PO4. Также металлические фосфаты лития других составов применимы в выполненном согласно изобретению элементе аккумуляторной батареи.According to a preferred development of the battery cell according to the invention, the compound has the composition Li x M' y M'' 1 z1 M'' 2 z2 O 4 , where M'' 2 is phosphorus, z2 is 1. The compound has the composition Li x M' y M'' 1 z1 M'' 2 z2 O 4 are lithium metal phosphates. In particular, this compound has the composition Li x Fe y Mn z P z2 O 4 . Examples of lithium metal phosphates are lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) or lithium iron manganese phosphates (Li(Fe y Mn z )PO 4 ). An example of lithium-iron-manganese phosphate is Li(Fe 0.3 Mn 0.7 )PO 4 phosphate. Also, lithium metal phosphates of other compositions are applicable in the battery cell according to the invention.

Согласно другому предпочтительному варианту развития выполненного согласно изобретению элемента аккумуляторной батареи предусмотрено, что положительный электрод содержит, по меньшей мере, одно соединение металла. Это соединение металла выбирается из группы, состоящей из оксида металла, галогенида металла или фосфата металла. Предпочтительно металлом этого соединения служит переходный металл с порядковым номером от 22 до 28 Периодической системы элементов, в частности, кобальт, никель, марганец или железо.According to another preferred development of the battery cell according to the invention, it is provided that the positive electrode contains at least one metal compound. This metal compound is selected from the group consisting of a metal oxide, a metal halide or a metal phosphate. Preferably, the metal of this compound is a transition metal with an atomic number of 22 to 28 of the Periodic Table of the Elements, in particular cobalt, nickel, manganese or iron.

Согласно другому предпочтительному варианту развития выполненного согласно изобретению элемента аккумуляторной батареи предусмотрено, что положительный электрод содержит, по меньшей мере, одно соединение металла, имеющее химическую структуру шпинели, слоистого оксида, способного к превращению соединения или полианионного соединения.According to another preferred development of the battery cell according to the invention, it is provided that the positive electrode contains at least one metal compound having the chemical structure of a spinel, a layered oxide, a convertible compound or a polyanionic compound.

Также изобретением предусмотрено, что положительный электрод содержит в качестве активного материала, по меньшей мере, одно из описанных соединений или их комбинацию. Под комбинацией соединений понимается положительный электрод, содержащий, по меньшей мере, два из описанных материалов.The invention also provides that the positive electrode contains as an active material at least one of the described compounds or a combination thereof. By compound combination is meant a positive electrode containing at least two of the described materials.

Согласно предпочтительному варианту развития выполненного согласно изобретению элемента аккумуляторной батареи предусмотрено, что положительный электрод содержит разрядный элемент. Это означает, что в положительном электроде помимо активного материала содержится также разрядный элемент. Этот разрядный элемент предназначен для того, чтобы можно было обеспечить необходимое проводящее электроны подключение активного материала положительного электрода. Для этого разрядный элемент контактирует с активным материалом, участвующим в реакции на положительном электроде.According to a preferred development of the battery cell according to the invention, it is provided that the positive electrode comprises a discharge cell. This means that in addition to the active material, the positive electrode also contains a discharge element. This discharge element is designed to be able to provide the necessary electron-conducting connection of the active material of the positive electrode. To do this, the discharge element is in contact with the active material involved in the reaction at the positive electrode.

Данный разрядный элемент выполнен плоским в виде тонкого металлического листа или тонкой металлической фольги. Предпочтительно тонкая металлическая фольга имеет дырчатую или сетчатую структуру. Плоский разрядный элемент может состоять также из полимерной пленки с металлическим покрытием. Такие металлические покрытия имеют толщину в диапазоне от 0,1 до 20 мкм. Активный материал положительного электрода наносится предпочтительно на поверхность тонкого металлического листа, тонкой металлической фольги или полимерной пленки с металлическом покрытием. Нанесение активного материала может производиться на лицевую и/или оборотную сторону плоского разрядного элемента. Подобные плоские разрядные элементы имеют толщину в диапазоне от 5 до 50 мкм. Предпочтительно толщина плоского разрядного элемента составляет от 10 до 30 мкм. При использовании плоских разрядных элементов общая толщина положительного электрода может составлять, по меньшей мере, 20 мкм, предпочтительно, по меньшей мере, 40 мкм, особо предпочтительно, по меньшей мере, 60 мкм. Максимальная толщина составляет не более 200 мкм, предпочтительно не более 150 мкм, особо предпочтительно не более 100 мкм. Поверхностно-удельная емкость положительного электрода, отнесенная к покрытию на одной стороне, составляет при использовании плоского разрядного элемента преимущественно, по меньшей мере, 0,5 мА.ч/см2, причем в этой последовательности предпочтительными являются следующие показатели: 1 мА.ч/см2, 3 мА.ч/см2, 5 мА.ч/см2, 10 мА.ч/см2, 15 мА.ч/см2, 20 мА.ч/см2.This bit element is made flat in the form of a thin metal sheet or thin metal foil. Preferably, the thin metal foil has a perforated or mesh structure. The flat discharge element may also consist of a metal-coated polymer film. Such metallic coatings have a thickness in the range of 0.1 to 20 µm. The positive electrode active material is preferably deposited on the surface of a thin metal sheet, a thin metal foil or a metal-coated polymer film. The application of the active material can be carried out on the front and/or back side of the flat discharge element. Such flat discharge elements have a thickness in the range from 5 to 50 μm. Preferably, the thickness of the flat discharge element is 10 to 30 µm. When using flat discharge elements, the total thickness of the positive electrode can be at least 20 µm, preferably at least 40 µm, particularly preferably at least 60 µm. The maximum thickness is at most 200 µm, preferably at most 150 µm, particularly preferably at most 100 µm. The surface-specific capacitance of the positive electrode, referred to the coating on one side, is preferably at least 0.5 mA.h/cm 2 when using a flat discharge element, with the following values being preferred in this order: 1 mA.h/ cm 2 , 3 mAh / cm 2 , 5 mAh / cm 2 , 10 mAh / cm 2 , 15 mAh / cm 2 , 20 mAh / cm 2 .

Кроме того присутствует возможность того, что разрядный элемент положительного электрода может быть выполнен трехмерным в виде пористой металлической структуры, в частности, в виде металлической пены. Трехмерная пористая металлическая структура настолько пориста, что активный материал положительного электрода может внедряться в поры металлической структуры. Количеством внедрившегося или нанесенного активного материала определяется заряд положительного электрода. Если разрядный элемент выполнен трехмерным в виде пористой металлической структуры, в частности, в виде металлической пены, тогда толщина положительного электрода составит предпочтительно, по меньшей мере, 0,2 мм, предпочтительно, по меньшей мере, 0,3 мм, предпочтительно, по меньшей мере, 0,4 мм, предпочтительно, по меньшей мере, 0,5 мм, особо предпочтительно, по меньшей мере, 0,6 мм.In addition, there is the possibility that the positive electrode discharge element can be made three-dimensional in the form of a porous metal structure, in particular in the form of a metal foam. The three-dimensional porous metal structure is so porous that the positive electrode active material can be embedded in the pores of the metal structure. The amount of active material incorporated or deposited determines the charge on the positive electrode. If the discharge element is made three-dimensional in the form of a porous metal structure, in particular in the form of a metal foam, then the thickness of the positive electrode is preferably at least 0.2 mm, preferably at least 0.3 mm, preferably at least at least 0.4 mm, preferably at least 0.5 mm, particularly preferably at least 0.6 mm.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения предусмотрено, что поверхностно-удельная емкость положительного электрода составляет при использовании трехмерного разрядного элемента, в частности, в виде металлической пены, предпочтительно, по меньшей мере, 2,5 мА.ч/см2, причем в этой последовательности предпочтительны следующие показатели: 5 мА.ч/см2, 15 мА.ч/см2, 25 мА.ч/см2, 35 мА.ч/см2, 45 мА.ч/см2, 55 мА.ч/см2, 65 мА.ч/см2, 75 мА.ч/см2. Если разрядный элемент выполнен трехмерным в виде пористой металлической структуры, в частности, в виде металлической пены, то количество активного материала положительного электрода, т.е. заряд электрода, в соотнесении с его поверхностью, составляет, по меньшей мере, 10 мг/см2, предпочтительно, по меньшей мере, 20 мг/см2, предпочтительно, по меньше мере, 40 мг/см2, предпочтительно, по меньшей мере, 60 мг/см2, предпочтительно, по меньшей мере, 80 мг/см2, особо предпочтительно, по меньшей мере, 100 мг/см2. Такой заряд положительного электрода благоприятно сказывается на процессе зарядки и разрядки элемента аккумуляторной батареи.According to another preferred embodiment, it is provided that the surface specific capacity of the positive electrode, when using a three-dimensional discharge element, in particular in the form of a metal foam, is preferably at least 2.5 mA.h/cm 2 , and in this sequence, we prefer the following indicators: 5 mAh / cm 2 , 15 mAh / cm 2 , 25 mAh / cm 2 , 35 mAh / cm 2 , 45 mAh / cm 2 , 55 mAh / cm 2 , 65 mAh/cm 2 , 75 mAh/cm 2 . If the discharge element is made three-dimensional in the form of a porous metal structure, in particular in the form of a metal foam, then the amount of positive electrode active material, i.e. the charge of the electrode, in relation to its surface, is at least 10 mg/cm 2 , preferably at least 20 mg/cm 2 , preferably at least 40 mg/cm 2 , preferably at least , 60 mg/cm 2 , preferably at least 80 mg/cm 2 , particularly preferably at least 100 mg/cm 2 . Such a charge of the positive electrode favorably affects the process of charging and discharging the battery cell.

Согласно другому варианту развития выполненного согласно изобретению элемента аккумуляторной батареи положительный электрод содержит, по меньшей мере, одно связующее. Этим связующим является предпочтительно фторированное связующее, в частности, поливинилиденфторид и/или тройной сополимер, состоящий из тетрафторэтилена, гексафторпропилена и винилиденфторида. Однако возможно и связующее, состоящее из одного полимера, образованного мономерными структурными звеньями сопряженной карбоновой кислоты, или из соли щелочного металла, соли щелочноземельного металла иди соли аммония сопряженной карбоновой кислоты или их комбинации. Также связующее может состоять из полимера на основе мономерных структурных звеньев стирола и бутадиена. Кроме того связующее может происходить из группы карбоксиметилцеллюлоз. Связующее присутствует в положительном электроде преимущественно при концентрации не более 20 вес. %, предпочтительно не более 15 вес.%, предпочтительно не более 10 вес.%, предпочтительно не более 7 вес.%, предпочтительно не более 5 вес.% особо предпочтительно не более 2 вес.%, от общего веса положительного электрода. Структура элемента аккумуляторной батареи.According to another development of the battery cell according to the invention, the positive electrode contains at least one binder. This binder is preferably a fluorinated binder, in particular polyvinylidene fluoride and/or a terpolymer consisting of tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene and vinylidene fluoride. However, a binder is also possible, consisting of a single polymer formed by monomeric structural units of a conjugated carboxylic acid, or an alkali metal salt, an alkaline earth metal salt, or an ammonium salt of a conjugated carboxylic acid, or a combination thereof. Also, the binder may consist of a polymer based on monomeric structural units of styrene and butadiene. In addition, the binder may come from the group of carboxymethyl celluloses. The binder is present in the positive electrode mainly at a concentration of not more than 20 wt. %, preferably not more than 15 wt.%, preferably not more than 10 wt.%, preferably not more than 7 wt.%, preferably not more than 5 wt.%, particularly preferably not more than 2 wt.%, based on the total weight of the positive electrode. The structure of the battery cell.

Ниже приводятся предпочтительные варианты развития элемента аккумуляторной батареи согласно изобретению применительно к его структуре.Below are the preferred developments of the battery cell according to the invention in relation to its structure.

Для дальнейшего усовершенствования функции элемента аккумуляторной батареи другим предпочтительным вариантом развития элемента аккумуляторной батареи согласно изобретению предусмотрено, что этот элемент содержит множество отрицательных и несколько положительных электродов, которые попеременно уложены в стопку внутри корпуса. При этом положительные и отрицательные электроды электрически разделены между собой сепараторами.To further improve the function of the battery cell, another preferred development of the battery cell according to the invention provides that the cell contains a plurality of negative and a plurality of positive electrodes which are alternately stacked within a housing. In this case, the positive and negative electrodes are electrically separated from each other by separators.

Сепаратор может состоять из нетканого материала, мембраны, тканого материала, трикотажного материала, органического материала, неорганического материала или их комбинации. Органические сепараторы могут быть выполнены из незамещенных полиолефинов (например, полипропилена или полиэтилена), частично или полностью галогензамещенных полиолефинов (например, частично или полностью фторзамещенных, в частности, поливинилиденфторида (ПВДФ), этилентетрафторэтилена (ЭТФЭ), политетрафторэтилена (ПТФЭ)), сложных полиэфиров, полиамидов или полисульфонов. Сепараторами, содержащими комбинацию из органических и неорганических материалов, являются, например, текстильные материалы из стекловолокон, у которых стекловолокна имеют соответствующее полимерное покрытие. Покрытие содержит предпочтительно фторсодержащий полимер, например, политетрафторэтилен (ПТФЭ), этилентетрафторэтилен (ЭТФЭ), перфторэтилен-пропилен (ФЭП), тройной сополимер из тетрафторэтилена, гексафторэтилена и винилиденфторида (ТГВ), перфторалкоксиполимер (ПФА), аминосилан, полипропилен или полиэтилен (ПЭ). Сепаратор может быть сложен в корпусе элемента аккумуляторной батареи, например, в виде так называемой ''Z-образной складки''. При такой Z-образной складке полосовой сепаратор загибается Z-образно через электроды или вокруг них. Также сепаратор может быть выполнен в виде разделительной бумаги.The separator may be comprised of a nonwoven material, a membrane, a woven material, a knitted material, an organic material, an inorganic material, or a combination thereof. Organic separators can be made from unsubstituted polyolefins (for example, polypropylene or polyethylene), partially or completely halogenated polyolefins (for example, partially or completely fluorine-substituted, in particular polyvinylidene fluoride (PVDF), ethylenetetrafluoroethylene (ETFE), polytetrafluoroethylene (PTFE)), polyesters , polyamides or polysulfones. Separators containing a combination of organic and inorganic materials are, for example, textile materials made of glass fibers, in which the glass fibers have a corresponding polymer coating. The coating preferably contains a fluorine-containing polymer, such as polytetrafluoroethylene (PTFE), ethylenetetrafluoroethylene (ETFE), perfluoroethylene-propylene (FEP), a terpolymer of tetrafluoroethylene, hexafluoroethylene and vinylidene fluoride (THF), perfluoroalkoxypolymer (PFA), aminosilane, polypropylene or polyethylene (PE) . The separator may be folded into the battery cell housing, for example in a so-called ''Z-fold''. With such a Z-fold, the strip separator is folded in a Z-shape through or around the electrodes. Also, the separator can be made in the form of separating paper.

В рамках изобретения сепаратор может быть выполнен в виде оболочки, при этом ею закрыт каждый положительный и отрицательный электрод. Оболочка может состоять из нетканого материала, мембраны, ткани, трикотажа, органического материала, неорганического материала или их комбинации.Within the framework of the invention, the separator can be made in the form of a shell, while each positive and negative electrode is covered with it. The shell may consist of a nonwoven material, a membrane, a fabric, a knitted fabric, an organic material, an inorganic material, or a combination thereof.

Оболочка положительного электрода обеспечивает равномерное перемещение и распределение ионов в элементе аккумуляторной батареи. Чем равномернее распределение ионов, в частности, в отрицательном электроде, тем больше возможная зарядка отрицательного электрода с активным материалом и следовательно полезная емкость элемента аккумуляторной батареи. Одновременно исключаются риски, которые могут быть связаны с неравномерной зарядкой и результирующим отсюда осаждением активного металла. Эти преимущества достигаются прежде всего в том случае, когда положительные электроды элемента аккумуляторной батареи закрыты оболочкой.The positive electrode sheath ensures uniform movement and distribution of ions in the battery cell. The more uniform the distribution of ions, in particular in the negative electrode, the greater the possible charging of the negative electrode with the active material and hence the useful capacity of the battery cell. At the same time, the risks that may be associated with uneven charging and the resulting precipitation of the active metal are eliminated. These advantages are achieved primarily when the positive electrodes of the battery cell are covered by a sheath.

Размеры поверхности электродов и оболочки могут согласовываться между собой таким образом, чтобы наружные размеры оболочки и наружные размеры не закрытых электродов совпали, по меньшей мере, по одному размеру.The dimensions of the surface of the electrodes and the shell can be coordinated with each other so that the outer dimensions of the shell and the outer dimensions of the uncovered electrodes coincide, at least in one dimension.

Размер поверхности оболочки может предпочтительно превышать размер поверхности электрода. В таком случае оболочка выходит за пределы электрода. Поэтому оба покрывающих электрод с обеих сторон слоя оболочки могут быть соединены между собой по краю положительного электрода краевой связью.The surface area of the sheath may preferably be larger than the surface area of the electrode. In this case, the shell extends beyond the electrode. Therefore, both covering the electrode on both sides of the sheath layer can be connected to each other along the edge of the positive electrode by an edge bond.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения элемента аккумуляторной батареи согласно изобретению отрицательные электроды имеют оболочку, а у положительных электродов она отсутствует.According to another preferred embodiment of the battery cell according to the invention, the negative electrodes are sheathed, while the positive electrodes are not.

Другие оптимальные свойства изобретения подробнее описаны и объяснены ниже со ссылкой на чертежи, примеры и эксперименты:Other optimal features of the invention are described and explained in more detail below with reference to the drawings, examples and experiments:

фиг. 1 показывает первый пример выполнения элемента аккумуляторной батареи согласно изобретению в поперечном сечении;fig. 1 shows a first example of a battery cell according to the invention in cross section;

фиг. 2 показывает полученный с помощью электронного микроскопа снимок трехмерной пористой структуры металлической пены согласно первому примеру выполнения на фиг. 1 в виде детального изображения;fig. 2 shows an electron microscope image of a three-dimensional pore structure of a metal foam according to the first embodiment in FIG. 1 as a detailed view;

фиг. 3 показывает второй пример выполнения элемента аккумуляторной батареи согласно изобретению в поперечном сечении;fig. 3 shows a second example of a battery cell according to the invention in cross section;

фиг. 4 показывает деталь второго примера выполнения на фиг. 3;fig. 4 shows a detail of the second embodiment in FIG. 3;

фиг. 5 показывает третий пример выполнения элемента аккумуляторной батареи согласно изобретению в разобранном виде;fig. 5 shows a third exemplary embodiment of a battery cell according to the invention, exploded;

фиг. 6 показывает кривую потенциала (в Вольтах) во время двух циклов зарядки/разрядки, как функцию зарядки в процентах испытуемого целого элемента аккумуляторной батареи с металлическим литием в качестве активного материала отрицательного электрода, причем ток зарядки и разрядки составляет 0,1 мА/см2;fig. 6 shows a curve of potential (in Volts) during two charge/discharge cycles as a function of the percent charge of a test whole battery cell with lithium metal as the negative electrode active material, with a charge and discharge current of 0.1 mA/cm 2 ;

фиг. 7 показывает кривую потенциала (в Вольтах) во время двух циклов зарядки/разрядки, как функцию зарядки в процентах испытуемого целого элемента аккумуляторной батареи с металлическим литием в качестве активного материала отрицательного электрода, причем до обоих циклов зарядки / разрядки проводился инициализирующий цикл, ток зарядки / разрядки составлял 0,1 мА/см2;fig. 7 shows the curve of the potential (in Volts) during two charge/discharge cycles as a function of the percentage charge of the tested whole battery cell with lithium metal as the active material of the negative electrode, with an initialization cycle being carried out before both charge/discharge cycles, the charge current / discharge was 0.1 mA/cm 2 ;

фиг. 8 показывает кривую потенциала (в Вольтах) во время двух циклов зарядки/разрядки, как функцию зарядки в процентах испытуемого целого элемента аккумуляторной батареи с металлическим литием в качестве активного материала отрицательного электрода, причем снаружи было приложено давление на аккумуляторный элемент, до обоих циклов зарядки / разрядки проводился инициализирующий цикл, ток зарядки / разрядки составлял 0,1 мА/см2;fig. 8 shows the curve of the potential (in Volts) during two charge/discharge cycles as a function of the percentage charge of the tested whole battery cell with lithium metal as the negative electrode active material, with external pressure applied to the battery cell, prior to both charge cycles / discharging, an initializing cycle was performed, the charging/discharging current was 0.1 mA/cm 2 ;

фиг. 9 показывает отрицательный электрод, полученный после разборки второго испытуемого целого элемента аккумуляторной батареи в эксперименте 1;fig. 9 shows the negative electrode obtained after disassembling the second test whole battery cell in Experiment 1;

фиг. 10 показывает кривую потенциала (в Вольтах) во время двух циклов зарядки/разрядки, как функцию зарядки в процентах испытуемого целого элемента аккумуляторной батареи с металлическим литием в качестве активного материала отрицательного электрода, причем до обоих циклов зарядки / разрядки проводился инициализирующий цикл, ток зарядки / разрядки составлял 0,5 мА/см2;fig. 10 shows the curve of the potential (in Volts) during two charge/discharge cycles as a function of the percentage charge of the tested whole battery cell with lithium metal as the active material of the negative electrode, with an initialization cycle being carried out before both charge/discharge cycles, the charge current / discharge was 0.5 mA/cm 2 ;

фиг. 11 показывает кривую потенциала (в Вольтах) во время двух циклов зарядки/разрядки, как функцию зарядки в процентах испытуемого целого элемента аккумуляторной батареи с металлическим литием в качестве активного материала отрицательного электрода, причем до обоих циклов зарядки / разрядки проводился инициализирующий цикл, ток зарядки / разрядки составлял 1,0 мА/см2;fig. 11 shows the curve of the potential (in Volts) during two charge/discharge cycles as a function of the percentage charge of the tested whole battery cell with lithium metal as the active material of the negative electrode, with an initialization cycle being carried out before both charge/discharge cycles, the charge current / discharge was 1.0 mA/cm 2 ;

фиг. 12 показывает эффективность цикла в %, как функцию числа циклов, проводившихся с испытуемым целым элементом аккумуляторной батареи с металлическим литием в качестве активного материала отрицательного электрода, при этом ток зарядки / разрядки составлял 1,0 мА/см2;fig. 12 shows the cycle efficiency in % as a function of the number of cycles carried out with the test whole battery cell with lithium metal as the negative electrode active material, while the charge/discharge current was 1.0 mA/cm 2 ;

фиг. 13 показывает эффективность цикла в %, как функцию числа циклов, проводившихся с тремя испытуемыми целыми элементами аккумуляторной батареи с металлическим литием в качестве активного материала отрицательного электрода, при этом два испытуемых целых элемента аккумуляторной батареи содержали электролит 1, один испытуемый целый элемент аккумуляторной батареи содержал контрольный электролит;fig. 13 shows the cycle efficiency in % as a function of the number of cycles conducted with three test whole battery cells with lithium metal as the negative electrode active material, two test whole battery cells containing electrolyte 1, one tested whole battery cell containing the control electrolyte;

фиг. 14 показывает электропроводность в мС/см электролита 1 в зависимости от концентрации соединения 1;fig. 14 shows the electrical conductivity in mS/cm of electrolyte 1 as a function of the concentration of compound 1;

фиг. 15 показывает электропроводность в мС/см электролита 3 в зависимости от концентрации соединения 3;fig. 15 shows the electrical conductivity in mS/cm of electrolyte 3 as a function of the concentration of compound 3;

фиг. 16 показывает электропроводность в мС/см электролита 4 в зависимости от концентрации соединения 4.fig. 16 shows the electrical conductivity in mS/cm of electrolyte 4 as a function of the concentration of compound 4.

На фиг. 1 представлен первый пример выполнения элемента 2 аккумуляторной батареи согласно изобретению в поперечном сечении. Элемент 2 аккумуляторной батареи выполнен в виде призматической фигуры и содержит в числе прочего корпус 1. Этим корпусом 1 охватывается электродное устройство 3, состоящее из трех положительных электродов 4 и четырех отрицательных электродов 5. Положительные 4 и отрицательные 5 электроды расположены в электродном устройстве 3 в виде стопки, чередуясь в ней. Однако корпус 1 может вместить и большее количество положительных электродов 4 и/или отрицательных электродов 5. В целом предпочтительно, чтобы количество отрицательных электродов 5 было на единицу больше количества положительных электродов 4. Это связано с тем, что наружные торцевые поверхности электродной стопки образуются поверхностями отрицательных электродов 5. Электроды 4, 5 через свои выводы 6, 7 соединены с соответствующими соединительными контактами 9, 10 элемента 2 аккумуляторной батареи. Элемент 2 заполнен электролитом на основе SO2 таким образом, что электролит по возможности полностью проникает во все поры или пустоты, в частности, внутрь электродов 4, 5. На фиг. 1 электролит не показан. В данном примере выполнения положительные электроды 4 содержат интеркалярное соединение в качестве активного материала. Этим интеркалярным соединением служит LiCoMnO4 со структурой шпинели.In FIG. 1 shows a first example of a battery cell 2 according to the invention in cross section. The battery cell 2 is made in the form of a prismatic figure and includes, among other things, a housing 1. This housing 1 covers the electrode device 3, consisting of three positive electrodes 4 and four negative electrodes 5. The positive 4 and negative 5 electrodes are located in the electrode device 3 in the form stacks, alternating in it. However, the housing 1 can accommodate more positive electrodes 4 and/or negative electrodes 5. In general, it is preferable that the number of negative electrodes 5 be one more than the number of positive electrodes 4. This is due to the fact that the outer end surfaces of the electrode stack are formed by the surfaces of the negative electrodes 5. The electrodes 4, 5 are connected through their terminals 6, 7 to the corresponding connecting contacts 9, 10 of the battery cell 2. The cell 2 is filled with an electrolyte based on SO 2 in such a way that the electrolyte penetrates as completely as possible into all pores or voids, in particular into the electrodes 4, 5. FIG. 1 electrolyte is not shown. In this exemplary embodiment, the positive electrodes 4 contain an intercalary compound as an active material. This intercalary compound is LiCoMnO 4 with a spinel structure.

В данном примере выполнения электроды 4, 5 выполнены плоскими, т.е. в виде слоев толщиной, которая незначительна по сравнению с их поверхностной протяженностью. Соответственно они разделены между собой сепараторами 11. Корпус 1 элемента 2 аккумуляторной батареи выполнен по существу прямоугольной формы, причем электроды 4, 5 и показанные в сечении стенки корпуса 1 расположены перпендикулярно плоскости чертежа и выполнены преимущественно прямыми и ровными. Однако элемент 2 аккумуляторной батареи может быть также выполнен витым, у которого электроды состоят из тонких слоев, которые намотаны вместе с материалом сепаратора. Сепараторы 11, во-первых, разделяют положительные 4 и отрицательные 5 электроды пространственно и электрически и, во-вторых, являются проницаемыми, в числе прочего, для ионов активного металла. Таким образом создаются большие активные в электрохимическом отношении поверхности, обеспечивающие соответственно большой выход тока.In this exemplary embodiment, the electrodes 4, 5 are flat, i. in the form of layers with a thickness that is negligible compared to their surface extent. Accordingly, they are separated from each other by separators 11. The housing 1 of the battery cell 2 is made essentially rectangular in shape, and the electrodes 4, 5 and the walls of the housing 1 shown in section are located perpendicular to the plane of the drawing and are predominantly straight and even. However, the battery cell 2 can also be coiled, in which the electrodes consist of thin layers that are wound together with a separator material. Separators 11, firstly, separate the positive 4 and negative 5 electrodes spatially and electrically and, secondly, are permeable, among other things, to active metal ions. In this way, large electrochemically active surfaces are created, which provide a correspondingly large current output.

Кроме того электроды 4, 5 имеют разрядный элемент, предназначенный для обеспечения электронной проводимости подключения активного материала соответствующего электрода. Этот разрядный элемент контактирует с активным материалом, участвующим в реакции на соответствующем электроде 4, 5 (на фиг. 1 не показан). Разрядный элемент выполнен в виде пористой металлической пены 18. Металлическая пена 18 располагается по толщине электродов 4, 5. Активный материал положительных электродов 4 и отрицательных электродов 5 проникает в поры этой металлической пены 18, равномерно заполняя ее поры по всей толще структуры металла. Для повышения механической прочности положительные электроды 4 содержат связующее. Под этим связующим подразумевается фторполимер. Отрицательные электроды 5 содержат в качестве активного материала литий.In addition, the electrodes 4, 5 have a discharge element designed to provide electronic conductivity of the connection of the active material of the corresponding electrode. This bit element is in contact with the active material involved in the reaction on the corresponding electrode 4, 5 (not shown in Fig. 1). The discharge element is made in the form of a porous metal foam 18. The metal foam 18 is located along the thickness of the electrodes 4, 5. The active material of the positive electrodes 4 and negative electrodes 5 penetrates into the pores of this metal foam 18, uniformly filling its pores throughout the thickness of the metal structure. To increase the mechanical strength, the positive electrodes 4 contain a binder. By this binder is meant a fluoropolymer. The negative electrodes 5 contain lithium as an active material.

На фиг. 2 приведен выполненный под электронным микроскопом снимок трехмерной пористой структуры металлической пены 18 из первого примера выполнения на фиг. 1. Посредством указанного масштаба можно определить, что диаметр пор Р составляет в среднем свыше 100 мкм, т.е. является относительно большим. Под этой металлической пеной имеется в виду металлическая пена из никеля.In FIG. 2 is an electron microscope image of the 3D porous structure of the metal foam 18 of the first embodiment in FIG. 1. Using the indicated scale, it can be determined that the pore diameter P is on average over 100 µm, i.e. is relatively large. This metal foam refers to nickel metal foam.

На фиг. 3 приведен второй пример выполнения элемента 20 аккумуляторной батареи согласно изобретению в поперечном сечении. Этот второй пример выполнения отличается от первого на фиг. 1 тем, что электродное устройство содержит один положительный электрод 23 и два отрицательных электрода 22. Соответственно они разделены между собой сепараторами 21 и закрыты корпусом 28. Положительный электрод 23 содержит разрядный элемент 26 в виде плоской металлической фольги, на которую нанесен с обеих сторон активный материал 24 положительного электрода 23. Отрицательные электроды 22 также имеют разрядный элемент 27 в виде плоской металлической фольги, на которую с обеих сторон нанесен активный материал 25 отрицательного электрода 22. В качестве альтернативы плоские разрядные элементы краевых электродов, т.е. электродов, замыкающих электродную стопку, могут иметь только одностороннее покрытие активным материалом. Не покрытая сторона обращена к стенке корпус. Электроды 22, 23 через свои выводы 29, 30 подключены к соответствующим соединительным контактам 31, 32 элемента 20 аккумуляторной батареи.In FIG. 3 shows a second example of a battery cell 20 according to the invention in cross section. This second embodiment differs from the first in FIG. 1 by the fact that the electrode device contains one positive electrode 23 and two negative electrodes 22. Accordingly, they are separated from each other by separators 21 and closed by a housing 28. The positive electrode 23 contains a discharge element 26 in the form of a flat metal foil, on which an active material is deposited on both sides 24 of the positive electrode 23. The negative electrodes 22 also have a discharge element 27 in the form of a flat metal foil, on which the active material 25 of the negative electrode 22 is deposited on both sides. electrodes closing the electrode stack can only have one-sided coating with active material. The uncoated side faces the housing wall. The electrodes 22, 23 are connected through their terminals 29, 30 to the corresponding connecting contacts 31, 32 of the battery cell 20.

На фиг. 4 показана плоская металлическая фольга, которая используется в качестве разрядного элемента 26, 27 для положительных электродов 23 и отрицательных электродов 22 во втором примере выполнения на фиг. 3. Эта металлическая фольга имеет дырчатую или сетчатую структуру и толщину 20 мкм.In FIG. 4 shows a flat metal foil which is used as the discharge element 26, 27 for positive electrodes 23 and negative electrodes 22 in the second embodiment of FIG. 3. This metal foil has a hole or mesh structure and a thickness of 20 microns.

На фиг. 5 приведен третий пример выполнения элемента 40 аккумуляторной батареи согласно изобретению в разобранном виде. Этот третий пример выполнения отличается от двух ранее рассмотренных примеров выполнения тем, что положительный электрод 44 закрыт оболочкой 13. При этом поверхностная протяженность оболочки 13 превышает поверхностную протяженность положительного электрода 44, граница 14 которого на фиг. 5 показана пунктирной линией. Два покрывающих с обеих сторон положительный электрод 44 слоя 15, 16 оболочки 13 соединены между собой на оборотном крае положительного электрода 44 краевой связью 17. Оба отрицательных электрода 45 оболочкой не закрыты. Электроды 44 и 45 могут контактировать через свои выводы 46, 47.In FIG. 5 shows a third exemplary embodiment of a battery cell 40 according to the invention, exploded. This third embodiment differs from the two previously discussed embodiments in that the positive electrode 44 is covered by sheath 13. In this case, the surface extent of sheath 13 exceeds the surface extent of positive electrode 44, the boundary 14 of which in FIG. 5 is shown with a dotted line. Two layers 15, 16 of the shell 13 covering both sides of the positive electrode 44 are connected to each other at the reverse edge of the positive electrode 44 by an edge connection 17. Both negative electrodes 45 are not covered by the shell. The electrodes 44 and 45 can make contact through their leads 46, 47.

Пример 1: Приготовление контрольного электролита.Example 1: Preparation of control electrolyte.

Используемый в описываемых ниже примерах контрольный электролит был приготовлен способом, раскрытым в описании изобретения к патенту ЕР 2 954 588 В1 (ниже V3). Сначала сушили хлорид лития (LiCl) в вакууме при 120°С в течение трех суток. Алюминиевые частицы (AI) сушили в вакууме в течение двух суток при 450°С. LiCl, хлорид алюминия (AlCl3) и AI смешали между собой в мольном соотношении AlCl3 : LiCl : AI=1 : 1,06 : 0,35 в стеклянном сосуде с отверстием для отвода газа. Затем эту смесь постепенно термически обрабатывали до получения солевого расплава. После охлаждения фильтровали образовавшийся солевой расплав, охладили до комнатной температуры и подвели SO2 для достижения требуемого молярного соотношения между SO2 и LiAlCl4. Полученный при этом контрольный электролит имел состав LiAlCl4*×SO2, при этом x зависел от подведенного количества SO2.Used in the examples described below, the control electrolyte was prepared by the method disclosed in the description of the invention to the patent EP 2 954 588 B1 (below V3). First, lithium chloride (LiCl) was dried in vacuum at 120°C for three days. Aluminum particles (AI) were dried in vacuum for two days at 450°C. LiCl, aluminum chloride (AlCl 3 ) and AI were mixed together in a molar ratio of AlCl 3 : LiCl : AI=1 : 1.06 : 0.35 in a glass vessel with a gas outlet. This mixture was then gradually thermally treated until a salt melt was obtained. After cooling, the formed salt melt was filtered, cooled to room temperature, and SO 2 was added to achieve the required molar ratio between SO 2 and LiAlCl 4 . The reference electrolyte thus obtained had the composition LiAlCl 4 *×SO 2 , with x depending on the amount of SO 2 supplied.

Пример 2. Приготовление электролита на основе SO2 для элемента аккумуляторной батареи в четырех примерах выполнения 1, 2, 3 и 4.Example 2 Preparation of an SO 2 electrolyte for a battery cell in four embodiments 1, 2, 3 and 4.

Для описываемых ниже экспериментов в четырех примерах выполнения 1, 2, 3 и 4 были приготовлены электролиты на основе SO2 (ниже обозначены как электролиты 1, 2, 3 и 4). Сначала для этого приготовили четыре разных первых проводящих соли по формуле (1) с применением способа, описанного в следующих источниках информации [V4], [V5] и [V6]:For the experiments described below, in four exemplary embodiments 1, 2, 3 and 4, electrolytes based on SO 2 were prepared (hereinafter referred to as electrolytes 1, 2, 3 and 4). First, four different first conductive salts were prepared for this according to the formula (1) using the method described in the following sources of information [V4], [V5] and [V6]:

[V4] „I. Krossing, Chem. Eur. J. 2001, 7, 490;[V4] „I. Crossing, Chem. Eur. J. 2001, 7, 490;

[V5] СМ. Иванова и др.., Chem. Eur. J. 2001, 7, 503;[V5] SEE. Ivanova et al., Chem. Eur. J. 2001, 7, 503;

[V6] Tsujioka и др., J. Electrochem. Soc, 2004, 151, A1418''[V6] Tsujioka et al., J. Electrochem. Soc, 2004, 151, A1418''

Эти четыре разных первых проводящих соли формулы (1) обозначены ниже как соединения 1, 2, 3 и 4. Они происходят из группы полифторалкоксиалюминатов и приготовлены по следующему уравнению реакции на основе LiAlH4 и соответствующего спирта R-OH в гексане, гдеThese four different first conductive salts of formula (1) are referred to below as compounds 1, 2, 3 and 4. They come from the group of polyfluoroalkoxyaluminates and are prepared according to the following reaction equation based on LiAlH4 and the corresponding alcohol R-OH in hexane, where

R1=R2=R3=R4.R 1 \u003d R 2 \u003d R 3 \u003d R 4 .

Figure 00000006
Figure 00000006

В результате образовались приведенные ниже соединения 1, 2, 3, 4 с суммарными и структурными формулами:As a result, the following compounds 1, 2, 3, 4 were formed with the total and structural formulas:

Figure 00000007
Figure 00000007

Для очистки соединения 1, 2, 3, 4 сначала подвергли перекристаллизации. В результате из первой проводящей соли были удалены остатки реагента LiAlH4, поскольку этот реагент вероятно способен вызывать образование искры при взаимодействии с возможно присутствующими следами воды в SO2. Затем последовало растворение соединений 1, 2, 3, 4 в SO2. При этом отмечено, что соединения 1, 2, 3, 4 хорошо растворимы в SO2. Приготовление электролитов 1, 2, 3 и 4 проводилось при низкой температуре или под давлением в соответствии с приведенными ниже технологическими операциями 1 - 4:To purify compounds 1, 2, 3, 4, they were first subjected to recrystallization. As a result, the remainder of the LiAlH 4 reagent was removed from the first conductive salt, since this reagent is likely to be able to generate a spark when interacting with possibly present traces of water in SO 2 . This was followed by the dissolution of compounds 1, 2, 3, 4 in SO 2 . It was noted that compounds 1, 2, 3, 4 are well soluble in SO 2 . The preparation of electrolytes 1, 2, 3 and 4 was carried out at low temperature or under pressure in accordance with the following technological operations 1 - 4:

1) помещение соответствующего соединения 1, 2, 3, 4 в напорную колбу со стояком,1) placing the corresponding connection 1, 2, 3, 4 in a pressure flask with a riser,

2) вакуумирование напорной колбы,2) evacuation of the pressure flask,

3) впуск жидкого SO2,3) liquid SO 2 inlet,

4) повтор операций 2+3, пока не будет введено целевое количество SO2. Концентрация соединений 1, 2, 3, 4 в электролитах 1, 2, 3, 4 составила 0,6 моль/л (количество вещества на 1 л электролита), если в описании эксперимента не указано иное. С применением электролитов 1, 2, 3, 4 и контрольного электролита проводились описанные ниже эксперименты.4) repeat operations 2+3 until the target amount of SO 2 is introduced. The concentration of compounds 1, 2, 3, 4 in electrolytes 1, 2, 3, 4 was 0.6 mol/l (amount of substance per 1 liter of electrolyte), unless otherwise indicated in the description of the experiment. Using electrolytes 1, 2, 3, 4 and the control electrolyte, the experiments described below were carried out.

Пример 3. Изготовление испытуемых целых элементов аккумуляторной батареи.Example 3: Manufacture of tested whole battery cells.

Применявшиеся в описанных ниже экспериментах испытуемые целые элементы аккумуляторной батареи представляли собой элементы аккумуляторной батареи с двумя отрицательными электродами и одним положительным электродом, которые были разделены сепаратором. Положительные электроды содержали активный материал, активатор проводимости и связующее. Активный материал положительного электрода указан в описании соответствующего эксперимента. Отрицательные электроды содержали в качестве активного материала металлический литий, осажденный или уже присутствовавший на разрядном элементе отрицательного электрода. Разрядный элемент положительных и отрицательных электродов состоял из никеля. Испытуемые целые элементы аккумуляторной батареи были заполнены необходимыми для экспериментов электролитами, т.е. либо контрольным электролитом, либо электролитами 1, 2, 3 или 4.The whole battery cells used in the experiments described below were battery cells with two negative electrodes and one positive electrode, which were separated by a separator. The positive electrodes contained an active material, a conduction activator and a binder. The active material of the positive electrode is specified in the description of the corresponding experiment. The negative electrodes contained as active material lithium metal deposited or already present on the negative electrode discharge element. The discharge element of the positive and negative electrodes consisted of nickel. The tested whole cells of the storage battery were filled with electrolytes necessary for the experiments, i.e. either control electrolyte or electrolytes 1, 2, 3 or 4.

Для каждого эксперимента изготовили несколько, т.е. от 2 до 4, идентичных испытуемых целых элементов аккумуляторной батареи. Полученные в ходе экспериментов результаты соответственно усреднены на основе замеренных величин для идентичных испытуемых целых элементов аккумуляторной батареи.Several experiments were made for each experiment, i.e. 2 to 4 identical test whole battery cells. The results obtained during the experiments are respectively averaged on the basis of measured values for identical tested whole cells of the battery.

Пример 4. Измерения испытуемых целых элементов аккумуляторной батареи.Example 4. Measurements of the tested whole cells of the battery.

Емкость слоя покрытия.Coating capacity.

Емкость, израсходованная на первом цикле на образование слоя покрытия на отрицательном электроде, является важным критерием качества элемента аккумуляторной батареи. Такой покровный слой образуется при первой зарядке испытуемого целого элемента аккумуляторной батареи на отрицательном электроде. При этом образовании слоя покрытия невосполнимо расходуются ионы лития (емкость покровного слоя), вследствие чего испытуемый целый элемент аккумуляторной батареи при последующих циклах располагает меньшей участвующей в цикле емкостью. Емкость слоя покрытия в процентах от теоретической, израсходованная на образование слоя покрытия на отрицательном электроде, рассчитывалась по следующей формуле:The capacity consumed in the first cycle for the formation of a coating layer on the negative electrode is an important criterion for the quality of a battery cell. Such a coating layer is formed when the tested whole battery cell is first charged at the negative electrode. In this formation of the coating layer, lithium ions are irreplaceably consumed (capacity of the coating layer), as a result of which the tested whole battery cell has a smaller capacity participating in the cycle in subsequent cycles. The capacitance of the coating layer as a percentage of the theoretical one, spent on the formation of the coating layer on the negative electrode, was calculated using the following formula:

емкость слоя покрытия (% от теоретической)=(QIad (х мА.ч) - Q (у мА.ч) / QNEL.coating layer capacity (% of theory)=(Q Iad (x mAh) - Q (y mAh) / Q NEL .

QNEL означает заданное количество заряда в мА.ч в соответствующем эксперименте; Qent описывает количество заряда в мА.ч, которое было получено при последующей разрядке испытуемого целого элемента аккумуляторной батареи. QNEL означает теоретическую емкость применяемого отрицательного электрода. Теоретическая емкость составляет, например, в случае с графитом 372 мА.ч/г.Q NEL means the given amount of charge in mAh in the corresponding experiment; Q ent describes the amount of charge, in mAh, that was obtained when the whole battery cell under test was subsequently discharged. Q NEL means the theoretical capacitance of the applied negative electrode. The theoretical capacity is, for example, in the case of graphite 372 mAh/g.

Номинальная емкость определяется путем вычитания емкости слоя покрытия из теоретической емкости положительного электрода (=QIad(x мА.ч)). Разрядная емкость.The nominal capacitance is determined by subtracting the capacitance of the coating layer from the theoretical capacitance of the positive electrode (=Q Iad (x mAh)). discharge capacity.

При измерениях в испытуемых целых элементах аккумуляторной батареи определяли, например, разрядную емкость через число циклов. Для этого испытуемые целые элементы аккумуляторной батареи заряжали при определенной силе зарядного тока до достижения определенного верхнего потенциала. Соответствующий определенный верхний потенциал поддерживался в течении столь длительного времени, пока зарядный ток не снижался до определенной величины. Затем производилась разрядка при определенной силе разрядного тока до достижения определенного разрядного потенциала. При таком методе зарядки речь идет о зарядке I/U (сила тока / напряжение тока). В зависимости от требуемого числа циклов этот процесс может повторяться.When measuring in the tested whole cells of the battery, for example, the discharge capacity was determined through the number of cycles. To do this, the tested whole cells of the battery were charged at a certain strength of the charging current until a certain upper potential was reached. The corresponding certain upper potential was maintained for such a long time until the charging current decreased to a certain value. Then the discharge was carried out at a certain strength of the discharge current until a certain discharge potential was reached. With this charging method, we are talking about I/U (current / voltage) charging. Depending on the required number of cycles, this process may be repeated.

Верхние потенциалы или разрядный потенциал и соответствующая сила тока при зарядке или разрядке указаны в описании экспериментов. Показатель, до которого должен снизиться зарядный ток, также указан в описании экспериментов.The upper potentials or discharge potential and the corresponding current during charging or discharging are indicated in the description of the experiments. The indicator to which the charging current should decrease is also indicated in the description of the experiments.

Понятие «верхний потенциал» применяется как синоним для понятий «зарядный потенциал», «зарядное напряжение», «конечное напряжение зарядки» и «верхний предел потенциала». Эти понятия означают напряжение / потенциал, до которого аккумуляторный элемент или батарея заряжаются с помощью зарядного устройства.The concept of "upper potential" is used as a synonym for the concepts of "charging potential", "charging voltage", "final charging voltage" and "upper potential limit". These terms refer to the voltage/potential to which a battery cell or battery is charged using a charger.

Предпочтительно зарядка батареи проводится при норме тока С/2 и температуре 22°С. При скорости зарядки или разрядки 1С номинальная емкость элемента аккумуляторной батареи по определению заряжается или разряжается в течение одного часа. В соответствии с этим скорость зарядки С/2 означает время зарядки, равное 2 часам.Preferably, the battery is charged at a C/2 current rate and a temperature of 22°C. At a charging or discharging rate of 1C, the nominal capacity of a battery cell is, by definition, charged or discharged in one hour. Accordingly, the charging rate C/2 means a charging time of 2 hours.

Понятие «потенциал разрядки» является синонимом понятия «нижнее напряжение элемента аккумуляторной батареи». Этим обозначается напряжение / потенциал, до которого аккумуляторный элемент или батарея разряжаются с помощью зарядного устройства. Предпочтительно разрядка аккумуляторной батареи проводится при норме тока С/2 и температуре 22°С.The concept of "discharge potential" is synonymous with the concept of "low battery cell voltage". This indicates the voltage/potential to which the cell or battery is discharged by the charger. Preferably, the battery is discharged at a C/2 current rate and a temperature of 22°C.

Разрядная емкость выводится из разрядного тока и времени, необходимого для выполнения критериев окончания разрядки. На соответствующих фигурах показаны средние показатели разрядной емкости, как функции числа циклов. Эти средние показатели разрядной емкости выражены в % от номинальной емкости.The discharge capacity is derived from the discharge current and the time required to fulfill the end of discharge criteria. The corresponding figures show the average discharge capacity as a function of the number of cycles. These average discharge capacities are expressed as % of nominal capacity.

Соотношение между разрядной емкостью Qent и зарядной емкостью Qiad передает эффективность цикла: Z=Qent/Qiad. Зарядная емкость задается посредством параметров зарядки. Разрядную емкость, как описано выше, определяют для каждого цикла.The ratio between the discharge capacity Q ent and the charging capacity Q iad conveys the efficiency of the cycle: Z=Q ent /Q iad . The charging capacity is set via the charging parameters. The discharge capacity, as described above, is determined for each cycle.

Эксперимент 1. Проведение циклов с испытуемыми целыми элементами аккумуляторной батареи с применением зарядного и разрядного тока силой 0,1 мА/см2.Experiment 1. Carrying out cycles with the tested whole cells of the battery using charging and discharging current of 0.1 mA/cm 2 .

С применением металлического лития в качестве активного материала отрицательного электрода провели три разных эксперимента с испытуемыми целыми элементами аккумуляторной батареи согласно примеру 3. Три испытуемых целых элемента аккумуляторной батареи заполнили описанным в примере 2 электролитом 1. Положительные электроды содержали в качестве активного материала оксид лития-никеля-марганца-кобальта. Было проведено два цикла зарядки / разрядки и определена разрядная емкость. С первым испытуемым целым элементом аккумуляторной батареи провели непосредственно два цикла зарядки/разрядки. Со вторым испытуемым целым элементом аккумуляторной батареи выполнили, перед проведением двух циклов зарядки / разрядки, инициализирующий цикл. При этом металлический литий осаждали в течение 3 мин. током 12 мА и затем до конца зарядки с применением 0,1 мА/см2. Затем следовала разрядка. После этого начали проводить два цикла зарядки / разрядки. С помощью третьего испытуемого целого элемента аккумуляторной батареи исследовалось влияние наружного давления. Для этого корпус испытуемого целого элемента аккумуляторной батареи был определенным образом спрессован снаружи под давлением ок. 50 Н/см2. Затем провели инициализирующий цикл, как описано для второго испытуемого целого элемента аккумуляторной батареи, и после этого два цикла зарядки / разрядки.Using lithium metal as the active material of the negative electrode, three different experiments were carried out with the tested whole cells of the battery according to example 3. Three tested whole cells of the battery were filled with the electrolyte 1 described in example 2. The positive electrodes contained lithium nickel oxide as an active material. manganese-cobalt. Two charge/discharge cycles were carried out and the discharge capacity was determined. With the first tested whole battery cell, two charge/discharge cycles were carried out directly. With the second tested whole cell of the battery, an initialization cycle was performed before carrying out two charge/discharge cycles. In this case, lithium metal was precipitated for 3 min. current 12 mA and then until the end of charging using 0.1 mA/cm 2 . Then came the discharge. After that, two cycles of charging / discharging began. With the help of the third tested whole battery cell, the effect of external pressure was investigated. To do this, the housing of the whole battery cell under test was pressed in a certain way from the outside under a pressure of approx. 50 N/cm2 . An initialization cycle was then carried out as described for the second test whole battery cell, followed by two charge/discharge cycles.

Зарядка испытуемых целых элементов аккумуляторной батареи происходила с применением тока 0,1 мА/см2 до достижения верхнего потенциала 4,4 В и зарядной емкости 8 мА.ч/см2. Затем проводилась разрядка током 0,1 мА/см2 до достижения потенциала 2,9 В.The whole cells of the battery under test were charged using a current of 0.1 mA/cm 2 until an upper potential of 4.4 V and a charging capacity of 8 mAh/cm 2 were reached. Then, discharge was carried out with a current of 0.1 mA/cm2 until a potential of 2.9 V was reached.

На фигурах 6, 7 и 8 показан соответственно потенциал в Вольтах трех испытуемых целых элементов аккумуляторной батареи во время зарядки и разрядки, как функции заряда в %, соотнесенного с максимальным зарядом. Также на фигурах можно видеть по каждому испытуемому целому элементу аккумуляторной батареи эффективность изображенных двух циклов.Figures 6, 7 and 8 show, respectively, the potential in Volts of three test whole battery cells during charging and discharging as a function of charge in %, correlated with the maximum charge. Also in the figures, one can see for each tested whole battery cell the efficiency of the depicted two cycles.

Все три испытуемых целых элемента аккумуляторной батареи имели схожую кривую потенциала при цикле 1 и при цикле 2. Эффективность цикла составила для всех испытуемых целых элементов аккумуляторной батареи свыше 90%, и она несколько лучше у испытуемых целых элементов аккумуляторной батареи, с которыми проводился инициализирующий цикл.All three tested whole battery cells had a similar potential curve in cycle 1 and in cycle 2. The cycle efficiency was over 90% for all tested whole battery cells, and it is somewhat better in the tested whole battery cells with which the initialization cycle was carried out.

Эксперимент 2. Морфология осаждения лития.Experiment 2. Morphology of lithium deposition.

Для определения морфологии осажденного металлического лития был разобран второй испытуемый целый элемент аккумуляторной батареи после нескольких циклов в эксперименте 1. На фиг. 9 показан этот отрицательный электрод, на котором можно видеть однородное и компактное осаждение лития. Не отмечено выборочного осаждения лития, поскольку весь электрод имел равномерное покрытие. Такое оптимальное осаждение лития указывает на хорошую цикловую стабильность лития в применяемом электролите 1.To determine the morphology of the deposited lithium metal, the second test whole battery cell was disassembled after several cycles in Experiment 1. FIG. 9 shows this negative electrode, on which one can see a uniform and compact deposition of lithium. No selective deposition of lithium was noted, since the entire electrode had a uniform coating. This optimal lithium deposition indicates good cycle stability of lithium in the electrolyte 1 used.

Эксперимент 3. Проведение циклов с испытуемыми целыми элементами аккумуляторной батареи с применением тока зарядки/разрядки силой 0,5 и 1,0 мА/см2.Experiment 3. Carrying out cycles with the tested whole cells of the battery using a charge/discharge current of 0.5 and 1.0 mA/cm 2 .

Для исследования процессов зарядки и разрядки повышенными токами было изготовлено два дополнительных испытуемых целых элемента аккумуляторной батареи, как описано в эксперименте 1. С применением первого из них элемента проведено два цикла по зарядке и разрядке током зарядки и разрядки 0,5 мА/см2. Во время применения второго испытуемого целого элемента аккумуляторной батареи ток зарядки/разрядки составлял 1,0 мА/см2. Этот элемент 21 раз заряжали и разряжали. У обоих испытуемых целых элементов аккумуляторной батареи до циклов зарядки/разрядки проводился инициализирующий цикл. Зарядка испытуемых целых элементов аккумуляторной батареи производилась током 0,5 мА/см2 и 1,0 мА/см2 до достижения потенциала 4,4 В и зарядной емкости 8 мА.ч/см2. Затем следовала разрядка током 0,5 и 1,0 мА/см2 до достижения потенциала 2,9 В.To study the processes of charging and discharging with increased currents, two additional tested whole cells of the battery were made, as described in experiment 1. Using the first of them, two cycles of charging and discharging with a charging and discharging current of 0.5 mA/cm 2 were carried out. During the application of the second test whole battery cell, the charging/discharging current was 1.0 mA/cm 2 . This element was charged and discharged 21 times. For both tested whole cells of the battery, an initialization cycle was carried out before the charge/discharge cycles. Charging of the tested entire cells of the battery was carried out with a current of 0.5 mA/cm 2 and 1.0 mA/cm 2 until a potential of 4.4 V and a charging capacity of 8 mAh/cm 2 were reached. This was followed by discharge with a current of 0.5 and 1.0 mA/cm2 until a potential of 2.9 V was reached.

На фигурах 10 и 11 можно видеть соответственно потенциал в Вольтах двух испытуемых целых элементов аккумуляторной батареи при зарядке и разрядке, как функцию зарядки в %, соотнесенную с максимальным зарядом. На этих же фигурах также представлены по каждому испытуемому цельному элементу аккумуляторной батареи показатели эффективности двух изображенных циклов. Оба испытуемых целых элемента аккумуляторной батареи показали схожую кривую потенциала при цикле 1 и цикле 2. Цикловая эффективность обоих испытуемых целых элементов аккумуляторной батареи составила свыше 97% и явилась несколько большей у испытуемого целого элемента аккумуляторной батареи, для которого применялся ток силой 1 мА/см2. С применением этого испытуемого целого элемента аккумуляторной батареи (1 мА/см2) проводили последующие циклы. На фиг. 12 показана цикловая эффективность в %, как функция числа циклов. Цикловая эффективность указывает на устойчивую кривую, и на 21-м цикле составляла все еще ок. 95%.In Figures 10 and 11 one can see, respectively, the potential in Volts of the two tested whole cells of the battery during charging and discharging, as a function of charge in %, correlated with the maximum charge. The same figures also show, for each single battery cell tested, the performance of the two depicted cycles. Both tested whole battery cells showed a similar potential curve in cycle 1 and cycle 2. The cycle efficiency of both tested whole battery cells was over 97% and was somewhat higher in the tested whole battery cell, for which a current of 1 mA/cm 2 was applied. . Using this test whole battery cell (1 mA/cm 2 ), subsequent cycles were carried out. In FIG. 12 shows the cycle efficiency in % as a function of the number of cycles. Cycle efficiency shows a steady curve and at cycle 21 was still approx. 95%.

Эксперимент 4. Цикловая эффективность испытуемых целых элементов аккумуляторной батареи с электролитом 1 в сравнении с испытуемыми целыми элементами аккумуляторной батареи с контрольным электролитом.Experiment 4. Cycle efficiency of tested whole battery cells with electrolyte 1 compared to tested whole battery cells with control electrolyte.

Для сравнения цикловой эффективности испытуемых целых элементов аккумуляторной батареи с электролитом 1 с той же эффективностью испытуемого целого элемента аккумуляторной батареи с контрольным электролитом сначала были изготовлены испытуемые целые элементы аккумуляторной батареи с контрольным электролитом. Испытуемые целые элементы аккумуляторной батареи содержали фосфат лития-железа в качестве активного материала положительного электрода и металлический литий в качестве активного материала отрицательного электрода. Испытуемый целый элемент аккумуляторной батареи содержал контрольный электролит состава LiAICl4×6SO2.To compare the cycle efficiency of the tested whole battery cells with electrolyte 1 with the same efficiency of the tested whole battery cell with the reference electrolyte, the test whole cells with the reference electrolyte were first made. The whole battery cells tested contained lithium iron phosphate as the positive electrode active material and lithium metal as the negative electrode active material. The tested whole battery cell contained a control electrolyte of composition LiAICl 4 ×6SO 2 .

Для предупреждения коррозии лития, т.е. потери участвующего в циклах лития в данном электролите, был выбран ток 7,5 мА.ч/см2 для быстрой зарядки и разрядки. Этим током испытуемые целые элементы аккумуляторной батареи заряжали до достижения потенциала 3,6 В и затем разряжали до потенциала 2,5 В. Для сравнения применили второй испытуемый целый элемент аккумуляторной батареи из эксперимента 1 (ток зарядки/разрядки 0,1 мА/см2) и второй испытуемый целый элемент аккумуляторной батареи из эксперимента 3 (ток зарядки/разрядки 1 мА/см2), оба имели электролит 1.To prevent corrosion of lithium, i.e. losses of lithium participating in the cycles in this electrolyte, a current of 7.5 mAh/cm 2 was chosen for fast charging and discharging. With this current, the test whole cells of the battery were charged to a potential of 3.6 V and then discharged to a potential of 2.5 V. For comparison, the second test whole cell of the battery from experiment 1 was used (charging/discharging current 0.1 mA/cm 2 ) and the second test subject whole battery cell from experiment 3 (charging/discharging current 1 mA/cm 2 ), both had electrolyte 1.

На фиг. 13 показана цикловая эффективность в %, как функция числа циклов, первых четырех циклов зарядки/разрядки испытуемого целого элемента аккумуляторной батареи при использовании тока зарядки/разрядки 0,1 мА/см2, первых семи циклов зарядки/разрядки испытуемого целого элемента аккумуляторной батареи током зарядки/разрядки 1 мА/см2 и первых семи циклов зарядки/разрядки испытуемого целого элемента аккумуляторной батареи с контрольным электролитом. Цикловая эффективность испытуемых целых элементов аккумуляторной батареи с электролитом 1 показала очень стабильную кривую. После четырех циклов первый испытуемый целый элемент аккумуляторной батареи достиг цикловую эффективность 98%, второй испытуемый целый элемент аккумуляторной батареи достиг после семи циклов цикловую эффективность 92%. Испытуемый целый элемент аккумуляторной батареи с контрольным электролитом показал существенно худший результат. Он достиг на 7-м цикле эффективность, равную лишь около 68%.In FIG. 13 shows the cycle efficiency in %, as a function of the number of cycles, of the first four charge/discharge cycles of the whole battery cell under test using a charge/discharge current of 0.1 mA/cm2, the first seven charge/discharge cycles of the whole battery cell under test with the charging current. /discharge 1 mA/cm 2 and the first seven cycles of charge/discharge of the tested whole battery cell with a control electrolyte. The cycle efficiency of the tested whole battery cells with electrolyte 1 showed a very stable curve. After four cycles, the first tested battery cell achieved a cycle efficiency of 98%, the second tested battery cell reached a cycle efficiency of 92% after seven cycles. The tested whole battery cell with control electrolyte showed a significantly worse result. He achieved on the 7th cycle an efficiency equal to only about 68%.

Эксперимент 5. Определение электропроводности электролитов 1, 3 и 4.Experiment 5. Determination of the electrical conductivity of electrolytes 1, 3 and 4.

Для определения электропроводности приготовили электролиты 1, 3 и 4 с разной концентрацией соединений 1, 3 и 4. По каждой концентрации разных соединений определяли электропроводность электролитов, применяя для этого кондуктивный метод измерения. При этом после термостатирования двухэлектродный датчик выдерживали с обеспечением контакта в растворе электролита и производили измерение в диапазоне 0-50 мС/см. Во время измерений следили за тем, чтобы датчик мог реагировать с содержащим SO2 раствором электролита.To determine the electrical conductivity, electrolytes 1, 3, and 4 were prepared with different concentrations of compounds 1, 3, and 4. For each concentration of different compounds, the electrical conductivity of the electrolytes was determined using the conductive measurement method. At the same time, after temperature control, the two-electrode sensor was kept in contact with the electrolyte solution and measurements were made in the range of 0–50 mS/cm. During measurements, care was taken to ensure that the sensor could react with the electrolyte solution containing SO 2 .

На фиг. 14 показана электропроводность электролита 1 в зависимости от концентрации соединения 1. Отмечается максимальная электропроводность при концентрации соединения 1 от 0,6 до 0,7 моль/л, составившая около 37,9 мС/см. По сравнению с этим известные из уровня техники органические электролиты, например, LP30 (1 М LJPF6 / ЭК-ЭМК (1:1 по весу) показали электропроводность, составившую только около 10 мС/см.In FIG. 14 shows the electrical conductivity of electrolyte 1 as a function of the concentration of compound 1. The maximum electrical conductivity is noted at a concentration of compound 1 from 0.6 to 0.7 mol/l, which was about 37.9 mS/cm. In comparison, prior art organic electrolytes such as LP30 (1 M LJPF6 / EC-EMC (1:1 by weight) showed an electrical conductivity of only about 10 mS/cm.

На фигурах 15 (электролит 3) и 16 (электролит 4) показаны полученные при разных концентрациях показатели электропроводности электролитов 3 и 4. При использовании электролита 4 достигнуто не более 18 мС/см при концентрации проводящей соли 1 моль/л. Электролит 3 показал свою максимальную электропроводность, составившую 0,5 мС/см при концентрации проводящей соли 0,6 моль/л. И хотя электролит 3 показал меньшую электропроводность, зарядка и разрядка испытуемого целого элемента аккумуляторной батареи, как следует из эксперимента 4, вполне возможны.Figures 15 (electrolyte 3) and 16 (electrolyte 4) show the electrical conductivity of electrolytes 3 and 4 obtained at different concentrations. When using electrolyte 4, no more than 18 mS/cm was achieved at a conductive salt concentration of 1 mol/l. Electrolyte 3 showed its maximum electrical conductivity of 0.5 mS/cm at a conductive salt concentration of 0.6 mol/l. And although electrolyte 3 showed a lower electrical conductivity, charging and discharging the tested whole battery cell, as follows from experiment 4, is quite possible.

Claims (65)

1. Элемент (2, 20, 40) аккумуляторной батареи, содержащий активный металл, по меньшей мере один положительный электрод (4, 23, 44) с разрядным элементом (26), по меньшей мере один отрицательный электрод (5, 22, 45) с разрядным элементом (27), корпус (1, 28) и электролит,1. Battery cell (2, 20, 40) containing active metal, at least one positive electrode (4, 23, 44) with discharge cell (26), at least one negative electrode (5, 22, 45) with discharge element (27), housing (1, 28) and electrolyte, при этом отрицательный электрод (5, 22, 45) содержит, по меньшей мере, в заряженном состоянии элемента аккумуляторной батареи металлический литий в качестве активного материала, электролит основан на SO2 и содержит по меньшей мере одну первую проводящую соль, отвечающую формуле (1)wherein the negative electrode (5, 22, 45) contains, at least in the charged state of the battery cell, lithium metal as an active material, the electrolyte is based on SO 2 and contains at least one first conductive salt corresponding to the formula (1)
Figure 00000008
Figure 00000008
гдеwhere - Μ означает металл, выбранный из группы, состоящей из щелочных металлов, щелочноземельных металлов, цинка и алюминия;- Μ means a metal selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, zinc and aluminum; - x целое число от 1 до 3;- x integer from 1 to 3; - заместители R1, R2, R3 и R4 выбраны независимо друг от друга из группы, состоящей из С110 алкила, С210 алкенила, С210 алкинила, С310 циклоалкила, С614 арила и C5-C14 гетероарила,- substituents R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are selected independently of each other from the group consisting of C 1 -C 10 alkyl, C 2 -C 10 alkenyl, C 2 -C 10 alkynyl, C 3 -C 10 cycloalkyl , C 6 -C 14 aryl and C 5 -C 14 heteroaryl, - Z алюминий или бор.- Z aluminum or boron. 2. Элемент (2, 20, 40) аккумуляторной батареи по п. 1, в котором металлический литий осаждается во время зарядки элемента аккумуляторной батареи на разрядном элементе (27) отрицательного электрода (5, 22, 45).2. Battery cell (2, 20, 40) according to claim 1, wherein lithium metal is deposited during charging of the battery cell on the discharge cell (27) of the negative electrode (5, 22, 45). 3. Элемент (2, 20, 40) аккумуляторной батареи по п. 1 или 2, в котором металлический литий в заряженном состоянии элемента аккумуляторной батареи находится на разрядном элементе (27) отрицательного электрода (5, 22, 45).3. The battery cell (2, 20, 40) according to claim 1 or 2, wherein the lithium metal in the charged state of the battery cell is located on the discharge cell (27) of the negative electrode (5, 22, 45). 4. Элемент (2, 20, 40) аккумуляторной батареи по любому из пп. 1-3, в котором металлический литий находится на разрядном элементе (27) отрицательного электрода (5, 22, 45) еще до первой зарядки элемента аккумуляторной батареи.4. Element (2, 20, 40) battery according to any one of paragraphs. 1-3, in which the lithium metal is on the discharge cell (27) of the negative electrode (5, 22, 45) even before the first charge of the battery cell. 5. Элемент (2, 20, 40) аккумуляторной батареи по любому из предыдущих пунктов, в котором разрядный элемент (27) отрицательного электрода (5, 22, 45) выполнен:5. Battery cell (2, 20, 40) according to any one of the previous paragraphs, in which the bit element (27) of the negative electrode (5, 22, 45) is made: - либо плоским в виде металлического листа или металлической фольги,- either flat in the form of a metal sheet or metal foil, - либо трехмерным в виде пористой металлической структуры, в частности металлической пены (18).- or three-dimensional in the form of a porous metal structure, in particular metal foam (18). 6. Элемент (2, 20, 40) аккумуляторной батареи по любому из предыдущих пунктов, в котором разрядный элемент (27) отрицательного электрода (5, 22, 45) выполнен, по меньшей мере, частично из накапливающего литий материала, выбираемого из группы, состоящей из:6. The battery cell (2, 20, 40) according to any one of the preceding claims, wherein the discharge cell (27) of the negative electrode (5, 22, 45) is made at least partially of a lithium storage material selected from the group consisting of: - углерода, в частности, имеющего вид графита,- carbon, in particular in the form of graphite, - материала, образующего с литием сплав,- a material that forms an alloy with lithium, - литиевого интеркалярного материала без содержания углерода, в частности титаната лития (например, Li4Ti5O12),- a carbon-free lithium intercalary material, in particular lithium titanate (eg Li 4 Ti 5 O 12 ), - конверсионного материала, в частности оксида переходного металла.- conversion material, in particular transition metal oxide. 7. Элемент (2, 20, 40) аккумуляторной батареи по п. 6, в котором материал, образующий с литием сплав, выбирается из:7. Cell (2, 20, 40) of the battery according to claim 6, in which the material that forms an alloy with lithium is selected from: - группы, состоящей из накапливающих литий металлов и металлических сплавов, преимущественно из Si, Ge, Sn, SnCoxCy, SnSix, или- a group consisting of lithium storage metals and metal alloys, mainly from Si, Ge, Sn, SnCo x C y , SnSi x , or - группы, состоящей из оксидов накапливающих литий металлов и металлических сплавов, преимущественно SnOx, SiOx, оксидных стекол Sn и Si.- a group consisting of oxides of lithium-accumulating metals and metal alloys, mainly SnO x , SiO x , oxide glasses Sn and Si. 8. Элемент (2, 20, 40) аккумуляторной батареи по любому из предыдущих пунктов, в котором положительный электрод (4, 23, 44) содержит в качестве активного материала по меньшей мере одно соединение, имеющее предпочтительно состав: LixM'yM''zOa, в котором:8. Battery cell (2, 20, 40) according to any one of the preceding claims, wherein the positive electrode (4, 23, 44) contains as active material at least one compound having preferably the composition: Li x M' y M '' z O a , in which: - М' означает по меньшей мере один металл, выбираемый из группы, состоящей из элементов Ti, V, Cr, Mn, Fe, Со, Ni, Cu, Zn,- M' means at least one metal selected from the group consisting of the elements Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, - Μ'' означает по меньшей мере один элемент, выбираемый из группы, состоящей из элементов групп 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 и 16 Периодической системы элементов;- Μ'' means at least one element selected from the group consisting of elements of groups 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 and 16 of the Periodic Table of the Elements; - x, y независимо друг от друга числа более 0;- x, y independently from each other numbers greater than 0; - z число более или равное 0,- z is a number greater than or equal to 0, - а - число более 0.- a is a number greater than 0. 9. Элемент (2, 20, 40) аккумуляторной батареи по п. 8, в котором соединение имеет состав LixM'yM''zOa, где означают: М' - марганец, М'' - кобальт, при этом предпочтительно х, у, z равны 1, а равно 4.9. Cell (2, 20, 40) of the battery according to claim 8, in which the compound has the composition Li x M' y M'' z O a , where mean: M' - manganese, M'' - cobalt, while preferably x, y, z are equal to 1 and equal to 4. 10. Элемент (2, 20, 40) аккумуляторной батареи по п. 8 или 9, в котором соединение имеет состав LixM'yM''zOa, где означают: М' - никель и марганец, М''- кобальт, и имеет формулу LixNiyiMny2CozOa.10. Battery cell (2, 20, 40) according to claim 8 or 9, in which the compound has the composition LixM' y M''zOa, where M' is nickel and manganese, M'' is cobalt, and has formula Li x Ni y iMn y 2CozOa. 11. Элемент (2, 20, 40) аккумуляторной батареи по п. 8, в котором соединение имеет состав LixM'yM''1 z1M''2 z2O4, где М''2 означает фосфор, z2 равно 1.11. The cell (2, 20, 40) of the battery according to claim 8, in which the compound has the composition Li x M' y M'' 1 z1 M'' 2 z2 O 4 where M'' 2 means phosphorus, z2 is 1. 12. Элемент (2, 20, 40) аккумуляторной батареи по п. 11, в котором соединение имеет состав LixM'yM''1 z1PO4, где означают: М' - железо, М''1 - марганец, при этом соединение имеет предпочтительно состав Li(Fe0.3Mn0.7)PO4.12. Battery cell (2, 20, 40) according to claim 11, in which the compound has the composition Li x M' y M'' 1 z1 PO 4 , where M' is iron, M'' 1 is manganese, wherein the compound preferably has the composition Li(Fe 0.3 Mn 0.7 )PO 4 . 13. Элемент (2, 20, 40) аккумуляторной батареи по любому из предыдущих пунктов, в котором заместители R1, R2, R3, R4 первой проводящей соли выбраны независимо друг от друга из группы, состоящей из:13. Cell (2, 20, 40) of the battery according to any of the previous paragraphs, in which the substituents R 1 , R 2 , R 3 , R 4 of the first conductive salt are selected independently from each other from the group consisting of: - С16 алкила, предпочтительно С24 алкила, особо предпочтительно алкильных групп 2-пропил, метил и этил;- C 1 -C 6 alkyl, preferably C 2 -C 4 alkyl, particularly preferably the alkyl groups 2-propyl, methyl and ethyl; - С26 алкенила, предпочтительно С24 алкенила, особо предпочтительно алкенильных групп этенил и пропенил;- C 2 -C 6 alkenyl, preferably C 2 -C 4 alkenyl, particularly preferably ethenyl and propenyl alkenyl groups; - С26 алкинила, предпочтительно С24 алкинила;- C 2 -C 6 alkynyl, preferably C 2 -C 4 alkynyl; - С57 циклоалкила;- C 5 -C 7 cycloalkyl; - фенила;- phenyl; - С57 гетероарила.- C 5 -C 7 heteroaryl. 14. Элемент (2, 20, 40) аккумуляторной батареи по любому из предыдущих пунктов, в котором по меньшей мере один из заместителей R1, R2, R3, R4 первой проводящей соли замещен, по меньшей мере, одним атомом фтора и/или по меньшей мере одной химической группой, при этом химическая группа выбирается из группы, состоящей из С14 алкила, С24 алкенила, С24 алкинила, фенила и бензила.14. Cell (2, 20, 40) of the battery according to any one of the previous paragraphs, in which at least one of the substituents R 1 , R 2 , R 3 , R 4 of the first conductive salt is replaced by at least one fluorine atom and /or at least one chemical group, wherein the chemical group is selected from the group consisting of C 1 -C 4 alkyl, C 2 -C 4 alkenyl, C 2 -C 4 alkynyl, phenyl and benzyl. 15. Элемент (2, 20, 40) аккумуляторной батареи по любому из предыдущих пунктов, в котором по меньшей мере один из заместителей R1, R2, R3, R4 первой проводящей соли является группой CF3 или группой OSO2CF3.15. The battery cell (2, 20, 40) according to any one of the preceding claims, wherein at least one of the substituents R 1 , R 2 , R 3 , R 4 of the first conductive salt is a CF 3 group or an OSO 2 CF 3 group . 16. Элемент (2, 20, 40) аккумуляторной батареи по любому из предыдущих пунктов, в котором первая проводящая соль выбирается из группы, состоящей из16. Battery cell (2, 20, 40) according to any one of the preceding claims, wherein the first conductive salt is selected from the group consisting of
Figure 00000009
Figure 00000009
17. Элемент (2, 20, 40) аккумуляторной батареи по любому из предыдущих пунктов, в котором электролит содержит по меньшей мере одну вторую проводящую соль, отличающуюся от первой проводящей соли формулы (1).17. Battery cell (2, 20, 40) according to any one of the preceding claims, wherein the electrolyte contains at least one second conductive salt different from the first conductive salt of formula (1). 18. Элемент (2, 20, 40) аккумуляторной батареи по п. 17, в котором вторая проводящая соль электролита является соединением щелочного металла, в частности соединением лития, выбираемым из группы, состоящей из алюмината, галогенида, оксалата, бората, фосфата, арсената и галлата.18. Battery cell (2, 20, 40) according to claim 17, wherein the second conductive electrolyte salt is an alkali metal compound, in particular a lithium compound, selected from the group consisting of aluminate, halide, oxalate, borate, phosphate, arsenate and gallate. 19. Элемент (2, 20, 40) аккумуляторной батареи по п. 17 или 18, в котором второй проводящей солью электролита является тетрагалогеналюминат лития, в частности тетрахлоралюминат лития.19. Battery cell (2, 20, 40) according to claim 17 or 18, wherein the second conductive electrolyte salt is lithium tetrahaloaluminate, in particular lithium tetrachloroaluminate. 20. Элемент (2, 20, 40) аккумуляторной батареи по любому из предыдущих пунктов, в котором электролит содержит по меньшей мере одну добавку.20. Battery cell (2, 20, 40) according to any one of the preceding claims, wherein the electrolyte contains at least one additive. 21. Элемент (2, 20, 40) аккумуляторной батареи по п. 20, в котором добавка для электролита выбирается из группы, состоящей из виниленкарбоната и его производных, винилэтиленкарбоната и его производных, метилэтиленкарбоната и его производных, (бис-оксилат)бората лития, дифтор(оксалат)бората лития, тетрафтор(оксалат)фосфата лития, оксалата лития, 2-винилпиридина, 4-винилпиридина, циклических экзометиленкарбонатов, сультонов, циклических и ациклических сульфонатов, ациклических сульфитов, циклических и ациклических сульфинатов, органических сложных эфиров неорганических кислот, ациклических и циклических алканов, которые (ациклические и циклические алканы) имеют точку кипения при давлении 1 ат, по меньшей мере 36°С, ароматических соединений, галогенизированных циклических и ациклических сульфонилимидов, галогенизированных циклических и ациклических сложных эфиров фосфата, галогенизированных циклических и ациклических фосфинов, галогенизированных циклических и ациклических фосфитов, галогенизированных циклических и ациклических фосфазенов, галогенизированных циклических и ациклических силиламинов, галогенизированных циклических и ациклических сложных эфиров, галогенизированных циклических и ациклических амидов, галогенизированных циклических и ациклических ангидридов и галогенизированных органических гетероциклов.21. Battery cell (2, 20, 40) according to claim 20, wherein the electrolyte additive is selected from the group consisting of vinylene carbonate and its derivatives, vinylethylene carbonate and its derivatives, methylethylene carbonate and its derivatives, lithium (bis-oxylate) borate , lithium difluoro(oxalate)borate, lithium tetrafluoro(oxalate)phosphate, lithium oxalate, 2-vinylpyridine, 4-vinylpyridine, cyclic exomethylene carbonates, sultones, cyclic and acyclic sulfonates, acyclic sulfites, cyclic and acyclic sulfinates, organic esters of inorganic acids, acyclic and cyclic alkanes, which (acyclic and cyclic alkanes) have a boiling point at a pressure of 1 atm, at least 36°C, aromatic compounds, halogenated cyclic and acyclic sulfonylimides, halogenated cyclic and acyclic phosphate esters, halogenated cyclic and acyclic phosphines, halogenated cyclic and acyclic phosphites, halogen halogenated cyclic and acyclic phosphazenes, halogenated cyclic and acyclic silylamines, halogenated cyclic and acyclic esters, halogenated cyclic and acyclic amides, halogenated cyclic and acyclic anhydrides, and halogenated organic heterocycles. 22. Элемент (2, 20, 40) аккумуляторной батареи по любому из предыдущих пунктов, в котором электролит имеет следующий состав, соотнесенный с общим весом электролита:22. Battery cell (2, 20, 40) according to any of the preceding claims, wherein the electrolyte has the following composition, related to the total weight of the electrolyte: (i) 5-99,4 вес. % диоксида серы,(i) 5-99.4 wt. % sulfur dioxide, (ii) 0,6-95 вес. % первой проводящей соли,(ii) 0.6-95 wt. % first conductive salt, (iii) 0-25 вес. % второй проводящей соли,(iii) 0-25 wt. % second conductive salt, (iv) 0-10 вес. % добавки.(iv) 0-10 wt. % additive. 23. Элемент (2, 20, 40) аккумуляторной батареи по любому из предыдущих пунктов, в котором концентрация первой проводящей соли составляет от 0,01 до 10 моль/л, предпочтительно от 0,05 до 10 моль/л, предпочтительно от 0,1 до 6 моль/л, особо предпочтительно от 0,2 до 3,5 моль/л от общего объема электролита.23. Cell (2, 20, 40) of the battery according to any of the previous paragraphs, in which the concentration of the first conductive salt is from 0.01 to 10 mol/l, preferably from 0.05 to 10 mol/l, preferably from 0, 1 to 6 mol/l, particularly preferably 0.2 to 3.5 mol/l, based on the total electrolyte volume. 24. Элемент (2, 20, 40) аккумуляторной батареи по любому из предыдущих пунктов, в котором электролит содержит по меньшей мере 0,1 моль SO2, предпочтительно по меньшей мере 1 моль SO2, предпочтительно по меньшей мере 5 моль SO2, предпочтительно по меньшей мере 10 моль SO2, особо предпочтительно по меньшей мере 20 моль SO2, на 1 моль проводящей соли.24. Battery cell (2, 20, 40) according to any one of the preceding paragraphs, wherein the electrolyte contains at least 0.1 mol SO 2 , preferably at least 1 mol SO 2 , preferably at least 5 mol SO 2 , preferably at least 10 mol SO 2 , particularly preferably at least 20 mol SO 2 , per 1 mol of conductive salt. 25. Элемент (2, 20, 40) аккумуляторной батареи по любому из предыдущих пунктов, в котором положительный электрод (4, 23, 44) содержит по меньшей мере одно соединение металла, выбираемое из группы, состоящей из металлоида, галогенида металла и фосфата металла, при этом металл соединения является предпочтительно переходным металлом порядкового номера 22-28 Периодической системы элементов, в частности кобальтом, никелем, марганцем или железом.25. Battery cell (2, 20, 40) according to any of the preceding claims, wherein the positive electrode (4, 23, 44) contains at least one metal compound selected from the group consisting of a metalloid, a metal halide, and a metal phosphate , wherein the metal of the compound is preferably a transition metal of serial number 22-28 of the Periodic Table of the Elements, in particular cobalt, nickel, manganese or iron. 26. Элемент (2, 20, 40) аккумуляторной батареи по любому из предыдущих пунктов, в котором положительный электрод (4, 23, 44) содержит по меньшей мере одно соединение металла, имеющее химическую структуру шпинели, слоистого оксида, способного к превращению соединения или полианионного соединения.26. The battery cell (2, 20, 40) according to any one of the preceding claims, wherein the positive electrode (4, 23, 44) contains at least one metal compound having the chemical structure of a spinel, a layered oxide capable of converting a compound, or polyanionic compound. 27. Элемент (2, 20, 40) аккумуляторной батареи по любому из предыдущих пунктов, в котором положительный электрод (4, 23, 44) содержит разрядный элемент (34), выполненный предпочтительно:27. Battery cell (2, 20, 40) according to any one of the previous paragraphs, in which the positive electrode (4, 23, 44) contains a discharge cell (34), preferably made: - либо плоским в виде металлического листа или металлической фольги,- either flat in the form of a metal sheet or metal foil, - либо трехмерным в виде пористой металлической структуры, в частности металлической пены (18).- or three-dimensional in the form of a porous metal structure, in particular metal foam (18). 28. Элемент (2, 20, 40) аккумуляторной батареи по любому из предыдущих пунктов, в котором положительный электрод (4, 23, 44) и/или отрицательный электрод (5) содержат по меньшей мере одно связующее, предпочтительно фторированное связующее, в частности поливинилиденфторид, и/или тройной сополимер, состоящий из тетрафторэтилена, гексафторпропилена и винилиденфтортида,28. Cell (2, 20, 40) of the battery according to any of the previous paragraphs, in which the positive electrode (4, 23, 44) and/or the negative electrode (5) contain at least one binder, preferably a fluorinated binder, in particular polyvinylidene fluoride, and/or a terpolymer consisting of tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene and vinylidene fluoride, или связующее из полимера, образованного мономерными структурными звеньями сопряженной карбоновой кислоты, или солью щелочного металла, щелочноземельного металла или аммония этой сопряженной карбоновой кислоты или их комбинацией,or a polymer binder formed by monomeric structural units of a conjugated carboxylic acid, or an alkali metal, alkaline earth metal or ammonium salt of this conjugated carboxylic acid, or a combination thereof, или связующее из полимера, основанного на мономерных структурных звеньях стирола и бутадиена, или связующее из группы карбоксиметилцеллюлоз,or a binder made of a polymer based on the monomeric structural units of styrene and butadiene, or a binder from the group of carboxymethyl celluloses, при этом связующее содержится предпочтительно в количестве не более 20 вес. %, предпочтительно не более 15 вес. %, предпочтительно не более 10 вес. %, предпочтительно, не более 7 вес. %, предпочтительно не более 5 вес. %, особо предпочтительно не более 2 вес. %, от общего веса положительного электрода.while the binder is preferably contained in an amount of not more than 20 wt. %, preferably not more than 15 wt. %, preferably not more than 10 wt. %, preferably not more than 7 wt. %, preferably not more than 5 wt. %, particularly preferably not more than 2 wt. %, based on the total weight of the positive electrode. 29. Элемент (2, 20, 40) аккумуляторной батареи по любому из предыдущих пунктов, в котором содержатся несколько отрицательных электродов (5, 22, 45) и несколько положительных электродов (4, 23, 44), которые, перемежаясь, расположены в виде стопки внутри корпуса (1, 28), при этом положительные (4, 23, 44) и отрицательные (5, 22, 45) электроды предпочтительно электрически разделены между собой сепараторами (11, 13, 21).29. Cell (2, 20, 40) of the battery according to any of the previous paragraphs, which contains several negative electrodes (5, 22, 45) and several positive electrodes (4, 23, 44), which, intermittently, are arranged in the form stacks inside the housing (1, 28), while the positive (4, 23, 44) and negative (5, 22, 45) electrodes are preferably electrically separated from each other by separators (11, 13, 21).
RU2021136223A 2019-07-31 2020-07-30 Battery cell RU2788178C1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19189435.1 2019-07-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2788178C1 true RU2788178C1 (en) 2023-01-17

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001143750A (en) * 1999-11-15 2001-05-25 Central Glass Co Ltd Electorlyte for electrochemical device
RU2325014C1 (en) * 2004-05-28 2008-05-20 Эл Джи Кем. Лтд. Lithium secondary batteries with cutoff voltage more than 4,35 v
WO2008147751A1 (en) * 2007-05-22 2008-12-04 Tiax, Llc Non-aqueous electrolytes and electrochemical devices including the same
RU2343601C2 (en) * 2003-09-23 2009-01-10 Гюнтер ХАМБИЦЕР Accumulator battery cell
JP4306858B2 (en) * 1999-02-22 2009-08-05 三洋電機株式会社 Solute for non-aqueous electrolyte battery and non-aqueous electrolyte battery
US9263745B2 (en) * 2010-02-12 2016-02-16 Alevo Research Ag Rechargeable electrochemical battery cell

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4306858B2 (en) * 1999-02-22 2009-08-05 三洋電機株式会社 Solute for non-aqueous electrolyte battery and non-aqueous electrolyte battery
JP2001143750A (en) * 1999-11-15 2001-05-25 Central Glass Co Ltd Electorlyte for electrochemical device
RU2343601C2 (en) * 2003-09-23 2009-01-10 Гюнтер ХАМБИЦЕР Accumulator battery cell
RU2325014C1 (en) * 2004-05-28 2008-05-20 Эл Джи Кем. Лтд. Lithium secondary batteries with cutoff voltage more than 4,35 v
WO2008147751A1 (en) * 2007-05-22 2008-12-04 Tiax, Llc Non-aqueous electrolytes and electrochemical devices including the same
US9263745B2 (en) * 2010-02-12 2016-02-16 Alevo Research Ag Rechargeable electrochemical battery cell

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11901504B2 (en) Rechargeable battery cell having an SO2-based electrolyte
JP2024504479A (en) SO2 based electrolyte and rechargeable battery cells for rechargeable battery cells
RU2788178C1 (en) Battery cell
RU2786631C1 (en) Battery cell
RU2772791C1 (en) Battery cell element
RU2787017C1 (en) Battery cell
RU2784564C1 (en) Accumulator battery element
RU2814179C1 (en) So2-based electrolyte for storage battery cell and storage battery cell
RU2772790C1 (en) So2 based electrolyte for battery cell and battery cell
US20230378541A1 (en) Rechargeable battery cell
US20230378540A1 (en) Rechargeable battery cell
Zinck et al. Rechargeable battery cell having an SO 2-based electrolyte