Литиевый электрод и содержащая его литиевая аккумуляторная батарея

Изобретение относится к области электротехники, а именно к литиевому электроду, содержащему пористый металлический токоотвод и металлический литий, введенный в поры, присутствующие в металлическом токоотводе. Литиевый электрод увеличивает поверхность контакта между металлическим литием и токоотводом, что обеспечивает улучшение характеристик литиевой аккумуляторной батареи и предотвращает рост литиевых дендритов во время работы литиевой аккумуляторной батареи, тем самым улучшая безопасность литиевой аккумуляторной батареи. При увеличении пористости металлического токоотвода (110) и уменьшении размера пор повышается степень защиты литиевой аккумуляторной батареи при ее продолжительности работы более 100 циклов, так как предотвращается возникновение короткого замыкания. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 8 пр.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее раскрытие относится к литиевому электроду и литиевой аккумуляторной (вторичной) батарее, содержащей его, более конкретно к литиевому электроду, который может предотвращать рост литиевых дендритов в процессе работы литиевой аккумуляторной батареи, и к литиевой аккумуляторной батарее, содержащей его.

Данная заявка испрашивает приоритет Корейской патентной заявки № 10-2013-0109366, поданной в Республике Корея 11 сентября 2013, и Корейской патентной заявки № 10-2014-0115490, поданной в Республике Корея 1 сентября 2014, которые включены в данный документ посредством ссылки.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В последнее время возрос интерес к технологии аккумулирования энергии. В качестве источников энергии в областях сотовых телефонов, видеокамер, ноутбуков, ПК и электромобилей широко используются электрохимические устройства, что приводит к интенсивным исследованиям и разработке таких батарей.

В этом отношении электрохимические устройства являются одним из объектов повышенного интереса. В частности, внимание сфокусировано на развитии перезаряжаемых, аккумуляторных батарей. В последнее время исследование и разработка таких батарей фокусируется на конструкциях новых электродов и батарей для увеличения удельной емкости и удельной энергии.

В настоящее время доступны многие аккумуляторные батареи. Среди них литиевые аккумуляторные батареи, разработанные в начале 1990-х, привлекают особое внимание благодаря таким их преимуществам, как более высокие рабочие напряжения и гораздо более высокие плотности энергии, по сравнению с обычными батареями на основе водных электролитов, такими как Ni-MH, Ni-Cd и H2SO4-Pb батареи.

Как правило, аккумуляторные батареи конструируют путем встраивания электродного узла, состоящего из анода, катода и помещенного между ними сепаратора в виде ламинированной или полученной намоткой конструкции в корпус батареи и введения в него неводного раствора электролита.

В качестве анода часто используется литиевый электрод, причем литиевый электрод, как правило, образуют присоединением литиевой фольги к плоскому токоотводу.

Фиг.1 демонстрирует пути переноса электронов в обычном литиевом электроде, приготовленном присоединением литиевой фольги к плоскому токоотводу.

Обращаясь к Фиг.1, при работе батареи, имеющей обычный литиевый электрод 10, электроны переносятся через токоотвод 11 в литиевую фольгу 12, создавая однонаправленный поток. Отсюда плотность электронов на литиевой поверхности становится неравномерной, и таким образом могут образовываться литиевые дендриты.

Эти литиевые дендриты могут вызывать повреждение на сепараторе и короткое замыкание в литиевой аккумуляторной батарее, тем самым ухудшая безопасность батареи.

РАСКРЫТИЕ

Техническая проблема

Настоящее раскрытие предназначено для решения проблем предшествующего уровня техники и поэтому задача настоящего раскрытия состоит в обеспечении литиевого электрода, который может увеличить поверхность контакта между металлическим литием и токоотводом и обеспечить равномерное распределение электронов в литиевом электроде для предотвращения роста дендритов в процессе работы литиевой аккумуляторной батареи.

Техническое решение

Чтобы решить приведенную выше задачу, согласно одному аспекту настоящего раскрытия предлагается литиевый электрод, содержащий пористый металлический токоотвод; и металлический литий, введенный в поры, присутствующие в металлическом токоотводе.

Металлический литий может быть введен в количестве от 1 до 50 мас.% относительно общей массы литиевого электрода.

Металлический токоотвод может быть сделан из любого выбранного из группы, состоящей из меди, никеля, железа, хрома, цинка, нержавеющей стали и их смеси.

Металлический токоотвод может иметь пористость от 50 до 99%.

Поры могут иметь размер от 5 до 500 мкм.

Металлический токоотвод может быть в виде металлической сетки или металлической пены.

Согласно еще одному аспекту настоящего раскрытия, предлагается литиевая аккумуляторная батарея, содержащая электродный узел, включающий катод, анод и помещенный между ними сепаратор; корпус батареи для размещения электродного узла; и вводимый в корпус батареи неводный раствор электролита для пропитки электродного узла, при этом анод представляет собой упомянутый выше литиевый электрод по настоящему раскрытию.

Катод может содержать активный катодный материал, выбранный из группы, состоящей из LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2, LiNi1-x-y-zCoxM1yM2zO2 (где М1 и М2 каждый независимо выбирается из группы, состоящей из Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg и Mo, а x, y и z каждый независимо является атомной долей оксидообразующих элементов, в которых 0≤x<0,5, 0≤y<0,5, 0≤z<0,5 и x+y+z≤1) и их смесь.

Сепаратором может быть пористая подложка, сделанная из любого выбранного из группы, состоящей из полиэтилена, полипропилена, полибутилена, полипентена, полиэтилентерефталата, полибутилентерефталата, сложного полиэфира, полиацеталя, полиамида, поликарбоната, полиимида, полиэфирэфиркетона, полиэфирсульфона, полифениленоксида, полифениленсульфида, полиэтиленнафталата и их смеси.

Кроме того, неводный раствор электролита может содержать органический растворитель и электролитную соль.

Органический растворитель может быть любым, выбранным из группы, состоящей из этиленкарбоната (EC), пропиленкарбоната (PC), 1,2-бутиленкарбоната, 2,3-бутиленкарбоната, 1,2-пентиленкарбоната, 2,3-пентиленкарбоната, виниленкарбоната, винилэтиленкарбоната, фторэтиленкарбоната (FEC), диметилкарбоната (DMC), диэтилкарбоната (DEC), дипропилкарбоната, этилметилкарбоната (EMC), метилпропилкарбоната, этилпропилкарбоната, диметилового простого эфира, диэтилового простого эфира, дипропилового простого эфира, метилэтилового простого эфира, метилпропилового простого эфира, этилпропилового простого эфира, метилацетата, этилацетата, пропилацетата, метилпропионата, этилпропионата, пропилпропионата, γ-бутиролактона, γ-валеролактона, γ-капролактона, σ-валеролактона, ε-капролактона и их смеси.

Кроме того, электролитная соль может содержать анион, выбранный из группы, состоящей из F-, Cl-, Br-, I-, NO3-, N(CN)2-, BF4-, ClO4-, PF6-, (CF3)2PF4-, (CF3)3PF3-, (CF3)4PF2-, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3-, CF3CF2SO3-, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3-, CF3CO2-, CH3CO2-, SCN- и (CF3CF2SO2)2N-.

Корпус батареи может иметь цилиндрические, призматические, плоские (галетные) или дисковые формы.

Преимущественные эффекты

Литиевый электрод согласно данному раскрытию может увеличивать поверхность контакта между металлическим литием и токоотводом для улучшения характеристик литиевой аккумуляторной батареи.

Кроме этого, литиевый электрод может демонстрировать равномерное распределение электронов в ней для предотвращения роста литиевых дендритов в процессе работы литиевой аккумуляторной батареи, улучшая тем самым безопасность литиевой аккумуляторной батареи.

Описание чертежей

Прилагаемый чертеж показывает предпочтительный вариант осуществления настоящего раскрытия и совместно с изложенным раскрытием служит для предоставления дополнительного понимания технической сути настоящего раскрытия. Однако настоящее раскрытие не должно быть истолковано как ограничиваемое чертежами.

Фиг.1 показывает пути переноса электронов в обычном литиевом электроде, приготовленном посредством присоединения литиевой фольги к плоскому токоотводу.

Фиг.2 показывает пути переноса электронов в литиевом электроде, приготовленном согласно варианту осуществления настоящего раскрытия.

Фиг.3 является фотографией, полученной с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывающей поверхность литиевого электрода, приготовленного согласно варианту осуществления настоящего раскрытия.

<Объяснение ссылочных позиций>

10, 100: Литиевый электрод

11: Токоотвод

12: Литиевая фольга

110: Пористый металлический токоотвод

120: Металлический литий

НАИЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Далее предпочтительные варианты осуществления настоящего раскрытия будут подробно описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи. Перед изучением описания следует уяснить, что термины в спецификации и в прилагаемой формуле изобретения не должны быть истолкованы как ограниченные общими и словарными значениями, а должны быть интерпретированы исходя из значений и понятий, соответствующих техническим аспектам настоящего раскрытие на основе того принципа, что изобретателю позволяется характеризовать термины соответствующим образом для наилучшего пояснения.

Следовательно, конструкции, проиллюстрированные на чертежах и в вариантах осуществления, являются просто предпочтительными примерами только для цели иллюстрации, не предназначенными для ограничения объема раскрытия, так что следует понимать, что другие его эквиваленты и модификации могут быть выполнены без отступления от сущности и объема раскрытия.

Фиг.2 показывает пути переноса электронов в литиевом электроде, приготовленном согласно варианту осуществления настоящего раскрытия, а Фиг. 3 является фотографией, полученной с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывающей поверхность литиевого электрода, приготовленного согласно варианту осуществления настоящего раскрытия.

Обращаясь к Фиг. 2 и 3, литиевый электрод 100 согласно аспекту настоящего раскрытия содержит пористый металлический токоотвод 110; и металлический литий 120, введенный в поры, присутствующие в металлическом токоотводе 110.

Для того чтобы ввести металлический литий в поры, присутствующие в пористом металлическом токоотводе, на пористый металлический токоотвод 110 помещают литиевую фольгу с последующим прессованием валиком для введения литиевой фольги в поры или литиевую фольгу расплавляют и затем вводят в поры. Кроме того, металлические порошки, образующие металлический токоотвод, и порошок металлического лития смешивают друг с другом для получения суспензии и суспензией покрывают подложку посредством способов нанесения покрытий с использованием установки "comma coating", нанесения покрытий с удалением излишков с помощью планки или нанесения покрытий с помощью щелевой голoвки, тем самым приготавливая литиевый электрод 100 по настоящему раскрытию.

Традиционный литиевый электрод был приготовлен посредством присоединения литиевой фольги к плоскому токоотводу. В этом случае, пока батарея, имеющая такой литиевый электрод, работает, электроны переносятся через плоский токоотвод в литиевую фольгу с созданием однонаправленного потока, образуя тем самым литиевые дендриты. Эти литиевые дендриты могут вызывать повреждение сепаратора и короткое замыкание в литиевой аккумуляторной батарее, ухудшая тем самым безопасность батареи.

Литиевый электрод по настоящему раскрытию имеет такую конструкцию, что металлический литий вводят в поры пористого металлического токоотвода 110, и так конструкция может увеличить поверхность контакта между литием, действующим как активный электродный материал, и токоотводом для обеспечения возможности равномерного распределения электронов на поверхности лития. Это может улучшить рабочие характеристики литиевой аккумуляторной батареи и может предотвратить рост литиевых дендритов, чтобы улучшить безопасность литиевой аккумуляторной батареи.

В настоящем раскрытии металлический литий 120 может присутствовать в количестве от 1 до 50 мас.%, предпочтительно от 3 до 30 мас.%, более предпочтительно от 5 до 20 мас.% относительно общей массы литиевого электрода 120. Если такой диапазон содержания удовлетворяется, то рост литиевых дендритов может быть предотвращен, даже если процессы зарядки и разрядки продолжаются более 100 циклов, тем самым предотвращая возникновение короткого замыкания. В то же время, если содержание металлического лития 120 менее 1 мас.%, трудно функционировать в качестве литиевого электрода, а если содержание металлического лития 120 более 50 масс.%, то металлический литий 120 может заполнить полностью поры пористого металлического токоотвода 110, затрудняя получение эффекта от использования пористого металлического токоотвода 110.

В настоящем раскрытии металлический токоотвод 110 может быть сделан из любого выбранного из группы, состоящей из меди, никеля, железа, хрома, цинка, нержавеющей стали и их смеси, но не ограничен ими, если его делают из металла, который остается стабильным в областях используемого напряжения.

Кроме того, если металлический токоотвод 110 имеет более высокую пористость и меньший размер, можно получить улучшенный эффект предотвращения роста литиевых дендритов. В настоящем раскрытии металлический токоотвод 110 может иметь пористость от 50 до 99%, а поры, образованные в металлическом токоотводе 110, могут иметь размер от 5 до 500 мкм. Тем самым рост литиевых дендритов может быть предотвращен, даже если процессы зарядки и разрядки продолжаются более 100 циклов и таким образом можно предотвращать возникновение короткого замыкания.

Металлический токоотвод 110 может быть в виде металлической сетки или металлической пены.

При этом согласно еще одному аспекту настоящего раскрытия предлагается литиевая аккумуляторная батарея, содержащая электродный узел, включающий катод, анод и помещенный между ними сепаратор; корпус батареи для размещения электродного узла; и вводимый в корпус батареи неводный раствор электролита для пропитки электродного узла, при этом анод представляет собой упомянутый выше литиевый электрод по настоящему раскрытию.

Катод содержит катодный токоотвод и слой активного катодного материала, образованный на одной или на обеих поверхностях катодного токоотвода. Неограничивающие примеры катодного токоотвода включают в себя фольги, сделанные из алюминия, никеля или их комбинации. Слой активного катодного материала может содержать активный катодный материал, выбранный из группы, состоящей из LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2, LiNi1-x-y-zCoxM1yM2zO2, (где М1 и М2 каждый независимо выбирают из группы, состоящей из Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg и Mo, а x, y и z каждый независимо являются атомной долей оксидообразующих элементов, в которых 0≤x<0,5, 0≤y<0,5, 0≤z<0,5 и x+y+z≤1) и их смесь.

Слой активного катодного материала может дополнительно содержать проводящий материал для улучшения удельной электропроводности. Проводящий материал особым образом не ограничивают, если он является электропроводным материалом, который не вызывает химического изменения в электрохимическом устройстве. В качестве проводящего материала, как правило, можно использовать углеродную сажу, графит, углеволокно, углеродную нанотрубку, металлические порошки и проводящие металлические оксиды, и примеры промышленно доступного проводящего материала включают в себя ацетиленовую сажу (Chevron Chemical Company или Gulf Oil Company), сажу серии Ketjen Black EC (Armak Company), Vulkan, XC-72 (Cabot Company) и Super P (МММ Carbon Company). В частности, можно назвать ацетиленовую сажу, углеродную сажу, графит и подобные.

Кроме того, в качестве связующего, которое может удерживать активные катодные материалы на катодном токоотводе и может действовать как соединитель между активными материалами, можно использовать различные виды связующих, например сополимер поливинилиденфторида-гексафторпропилена (PVDF-co-HFP), поливинилиденфторид (PVDF), полиакрилонитрил, полиметилметакрилат, бутадиен-стирольный каучук (SBR), карбоксилметилцеллюлозу (CMC) и подобные.

При этом сепаратор, который можно использовать в настоящем раскрытии, включает в себя любой, который обычно использовали в уровне техники, например пористые мембраны или нетканые полотна, сделанные из полимера на основе полиолефина, но не ограниченные ими.

Пористые мембраны на основе полиолефина могут быть получены из полимера, выбранного из полиэтиленов, таких как полиэтилен высокой плотности, линейный полиэтилен низкой плотности, полиэтилен низкой плотности и полиэтилен с ультравысокой молекулярной массой, полипропилен, полибутилен, полипентен и их смесь.

Нетканым полотном может быть нетканое полотно на основе полиолефина или нетканое полотно, сделанное из полимера, выбранного из полиэтилентерефталата, полибутилентерефталата, сложного полиэфира, полиацеталя, полиамида, поликарбоната, полиимида, полиэфирэфиркетона, полиэфирсульфона, полифениленоксида, полифениленсульфида, полиэтиленнафталата и их смеси. Нетканое полотно может быть полотном «спанбонд» или «мелтблаун», содержащим в структуре длинное волокно.

Пористая подложка может иметь толщину от 1 до 100 мкм, предпочтительно 5-50 мкм, но особым образом не ограничена ею.

Кроме того, пористая подложка может иметь размер пор от 0,01 до 50 мкм, а пористость от 10 до 95%, но особым образом не ограничена ими.

При этом неводный раствор электролита, используемый в настоящем раскрытии, содержит литиевую соль в качестве электролитной соли. Литиевой солью может быть любая, которую обычно используют в растворе электролита для литиевой аккумуляторной батареи. Например, анионом литиевой соли может быть любой выбранный из группы, состоящей из F-, Cl-, Br-, I-, NO3-, N(CN)2-, BF4-, ClO4-, PF6-, (CF3)2PF4-, (CF3)3PF3-, (CF3)4PF2-, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3-, CF3CF2SO3-, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3-, CF3CO2-, CH3CO2-, SCN- и (CF3CF2SO2)2N-.

Неводный раствор электролита, используемый в настоящем раскрытии, содержит органический растворитель, который, как правило, используется в растворе электролита для литиевой аккумуляторной батареи, например, простые эфиры, сложные эфиры, амиды, линейные карбонаты, циклические карбонаты и их смесь.

Среди них обычно используют линейный карбонат, циклический карбонат и их смесь.

Циклический карбонат может быть выбран из группы, состоящей из этиленкарбоната (EC), пропиленкарбоната (PC), 1,2-бутиленкарбоната, 2,3-бутиленкарбоната, 1,2-пентиленкарбоната, 2,3-пентиленкарбоната, виниленкарбоната, винилэтиленкарбоната, их галогенида и их смеси. Примеры галогенида включают фторэтиленкарбонат (FEC) и подобный, но не ограничены им.

Линейный карбонат может быть выбран из группы, состоящей из диметилкарбоната (DMC), диэтилкарбоната (DEC), дипропилкарбоната, этилметилкарбоната (EМC), метилпропилкарбоната, этилпропилкарбоната и их смеси, но не ограничен ими.

В частности, среди приведенных выше органических растворителей на основе карбоната, циклические карбонаты, такие как этиленкарбонат и пропиленкарбонат имеют высокую вязкость и высокую диэлектрическую постоянную, чтобы облегчить диссоциацию литиевой соли в электролите. Такой циклический карбонат может быть смешан с линейным карбонатом с низкой вязкостью и низкой диэлектрической постоянной, таким как диметилкарбонат и диэтилкарбонат, в соответствующем соотношении для обеспечения раствора электролита с высокой удельной электропроводностью.

Кроме того, простой эфир, который можно использовать в качестве органического растворителя, представляет собой любой, выбранный из группы, состоящей из диметилового простого эфира, диэтилового простого эфира, дипропилового простого эфира, метилэтилового простого эфира, метилпропилового простого эфира, этилпропилового простого эфира и их смеси, но не ограничен ими.

Кроме того, сложный эфир, который может быть использован в качестве органического растворителя, представляет собой любой, выбранный из группы, состоящей из метилацетата, этилацетата, пропилацетата, метилпропионата, этилпропионата, γ-бутиролактона, γ-валеролактона, γ-капролактона, σ-валеролактона, ε-капролактона и их смеси, но не ограничен ими.

Введение неводного электролита может быть осуществлено на любом подходящем этапе в процессе изготовления электрохимического устройства в зависимости от процессов изготовления и желаемых физических свойств готового продукта. Конкретнее, электролит может быть введен перед сборкой батареи или на финальном этапе сборки.

Кроме того, литиевая аккумуляторная батарея по настоящему раскрытию может быть приготовлена посредством укладывания в стопку (ламинирования), свертывания и укладывания в стопку/свертывания сепаратора и электродов, а также обычным процессом намотки. Кроме того, корпус батареи может иметь цилиндрические, призматические, плоские (галетные) или дисковые формы.

Далее здесь настоящее раскрытие будет подробно описано с помощью конкретных примеров. Однако предлагаемое здесь описание является только предпочтительным примером для цели иллюстрирований, не предназначенным для ограничения объема изобретения, так что следует понимать, что примеры предоставлены для лучшего объяснения среднему специалисту в данной области техники.

1. Пример 1

(1) Приготовление катода

LiCoO2 в качестве активного катодного материала, super P в качестве проводящего материала, поливинилиденфторид (PVDF) смешивали в количестве 95 мас.%, 2,5 мас.% и 2,5 мас.% соответственно для получения суспензии активного катодного материала и этой суспензией покрывали алюминиевый токоотвод с последующей сушкой, приготовив катод.

(2) Приготовление анода

Литиевую фольгу помещали на токоотвод, являющийся медной пеной и имеющий средний размер пор 400 мкм и пористость 90%, и литиевую фольгу вводили в поры медной пены с помощью прессования валиком, приготовив анод. При этом количество лития составляло 5 мас.% относительно общей массы анода.

(3) Приготовление литиевой аккумуляторной батареи

Пористую мембрану на основе пропилена помещали между приготовленными ранее катодом и анодом с получением электродного узла. Электродный узел вводили в корпус батареи плоского (галетного) типа, в котором был неводный раствор электролита (1М LiPF6, EC:EMC = 3:7 (об./об.), с последующей полной герметизацией, приготовив литиевую аккумуляторную батарею.

2. Пример 2

Процедуры Примера 1 повторяли, за исключением того, что при приготовлении анода количество лития составляло 10 мас.% относительно общей массы анода, приготовив литиевую аккумуляторную батарею.

3. Пример 3

Процедуры Примера 1 повторяли, за исключением того, что при приготовлении анода количество лития составляло 20 мас.% относительно общей массы анода, приготовив литиевую аккумуляторную батарею.

4. Пример 4

Процедуры Примера 1 повторяли, за исключением того, что при приготовлении анода количество лития составляло 30 мас.% относительно общей массы анода, приготовив литиевую аккумуляторную батарею.

5. Пример 5

Процедуры Примера 1 повторяли, за исключением того, что при приготовлении анода количество лития составляло 50 мас.% относительно общей массы анода, приготовив литиевую аккумуляторную батарею.

6. Сравнительный Пример 1

Процедуры Примера 1 повторяли, за исключением того, что при приготовлении анода количество лития составляло 60 мас.% относительно общей массы анода, приготовив литиевую аккумуляторную батарею.

7. Сравнительный Пример 2

Процедуры Примера 1 повторяли, за исключением того, что при приготовлении анода количество лития составляло 70 мас.% относительно общей массы анода, приготовив литиевую аккумуляторную батарею.

8. Сравнительный Пример 3

Процедуры Примера 1 повторяли, за исключением того, что в качестве токоотвода вместо медной пены использовали обычную медную фольгу, на которую наслаивали литиевую фольгу, приготовив литиевую аккумуляторную батарею.

9. Оценка литиевой аккумуляторной батареи на короткое замыкание

Литиевые аккумуляторные батареи, приготовленные в Примерах и Сравнительных Примерах, оценивали в отношении интервала времени, через который происходит короткое замыкание. Для этого батареи многократно подвергали зарядке с плотностью тока 0,1С и разрядке с плотностью тока 0,1С. Эти результаты показаны в Табл. 1.

Таблица 1
Наличие короткого замыкания (цикл)
Пример 1 190
Пример 2 >400
Пример 3 320
Пример 4 250
Пример 5 200
Сравнительный Пример 1 130
Сравнительный Пример 2 130
Сравнительный Пример 3 130

Как показано в Таблице 1, интервал времени, через который происходит короткое замыкание, был короче в батареях по Сравнительным Примерам, чем в батареях по Примерам. То есть, поскольку батареи по Примерам содержат литиевый электрод, имеющий пористый металлический токоотвод, они подтвердили предотвращение роста литиевых дендритов, тем самым снижая вероятность короткого замыкания батарей. В то же время в Сравнительных Примерах 1 и 2, в которых количество лития превышало 50 мас.%, короткие замыкания происходили на том же самом цикле, что и в Сравнительном Примере 3, не имеющем пористого металлического токоотвода. Из этого следует, что избыточные количества лития, полностью покрывающего поры пористого металлического токоотвода, затрудняют получение эффекта, производимого при использовании пористого металлического токоотвода.

Вышеизложенное раскрытие дано только для иллюстрации и различные изменения и модификации в рамках сути и объема данного раскрытия станут очевидны специалистам в данной области техники из этого подробного описания. Соответственно следует понимать, что Примеры по настоящему раскрытию предоставлены только с целью иллюстраций и для лучшего объяснения специалисту, имеющему средний опыт в области техники, и не предназначены для ограничения объема настоящего раскрытия. Объем настоящего изобретения, который должен быть защищен, должен быть определен формулой изобретения, при этом всю эквивалентную ей техническую суть следует интерпретировать как попадающую в рамки объема настоящего раскрытия.

1. Литиевый электрод для литиевой аккумуляторной батареи, содержащий:

пористый металлический токоотвод и

металлический литий, введенный в поры, присутствующие в металлическом токоотводе,

при этом металлический литий присутствует в количестве от 1 до 50 мас.% в расчете на общую массу пористого металлического токоотвода и металлического лития.

2. Литиевый электрод по п. 1, в котором металлический токоотвод сделан из любого выбранного из группы, состоящей из меди, никеля, железа, хрома, цинка, нержавеющей стали и их смеси.

3. Литиевый электрод по п. 1, в котором металлический токоотвод имеет пористость от 50 до 99%.

4. Литиевый электрод по п. 1, в котором поры имеют размер от 5 до 500 мкм.

5. Литиевый электрод по п. 1, в котором металлический токоотвод находится в виде металлической сетки или металлической пены.

6. Литиевая аккумуляторная батарея, содержащая:

электродный узел, содержащий катод, анод и размещенный между ними сепаратор;

корпус батареи для размещения электродного узла и

введенный в корпус батареи неводный раствор электролита для пропитки электродного узла,

при этом анод представляет собой литиевый электрод по любому из пп. 1-5.

7. Литиевая аккумуляторная батарея по п. 6, в которой катод содержит активный катодный материал, выбранный из группы, состоящей из LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2, LiNi1-x-y-zCoxM1yM2zO2, (где M1 и M2 каждый независимо выбран из группы, состоящей из Al, Ni, Со, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Та, Mg и Мо, а х, y и z каждый независимо является атомной долей оксидообразующих элементов, в которых 0≤х<0,5, 0≤y<0,5, 0≤z<0,5 и x+y+z≤1), и их смеси.

8. Литиевая аккумуляторная батарея по п. 6, в которой сепаратор представляет собой пористую подложку, сделанную из любого выбранного из группы, состоящей из полиэтилена, полипропилена, полибутилена, полипентена, полиэтилентерефталата, полибутилентерефталата, сложного полиэфира, полиацеталя, полиамида, поликарбоната, полиимида, полиэфирэфиркетона, полиэфирсульфона, полифениленоксида, полифениленсульфида, полиэтиленнафталата и их смеси.

9. Литиевая аккумуляторная батарея по п. 6, в которой неводный раствор электролита содержит органический растворитель и электролитную соль.

10. Литиевая аккумуляторная батарея по п. 9, в которой органический растворитель представляет собой любой выбранный из группы, состоящей из этиленкарбоната (ЕС), пропиленкарбоната (PC), 1,2-бутиленкарбоната, 2,3-бутиленкарбоната, 1,2-пентиленкарбоната, 2,3-пентиленкарбоната, виниленкарбоната, винилэтиленкарбоната, фторэтиленкарбоната (FEC), диметилкарбоната (DMC), диэтилкарбоната (DEC), дипропилкарбоната, этилметилкарбоната (ЕМС), метилпропилкарбоната, этилпропилкарбоната, диметилового простого эфира, диэтилового простого эфира, дипропилового простого эфира, метилэтилового простого эфира, метилпропилового простого эфира, этилпропилового простого эфира, метилацетата, этилацетата, пропилацетата, метилпропионата, этилпропионата, пропилпропионата, γ-бутиролактона, γ-валеролактона, γ-капролактона, σ-валеролактона, ε-капролактона и их смеси.

11. Литиевая аккумуляторная батарея по п. 9, в которой электролитная соль содержит анион, выбранный из группы, состоящей из F-, Cl-, Br-, I-, NO3-, N(CN)2-, BF4-, ClO4-, PF6-, (CF3)2PF4-, (CF3)3PF3-, (CF3)4PF2-, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3-, CF3CF2SO3-, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3-, CF3CO2-, CH3CO2-, SCN- и (CF3CF2SO2)2N-.

12. Литиевая аккумуляторная батарея по п. 6, в которой корпус батареи имеет цилиндрическую, призматическую, галетную или дисковую формы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнической области и может быть использовано в транспортных и космических системах. Выбирают наноразмерный порошок катодного материала на основе соединения Li2MeSiO4, либо Li2Me1SiO4, либо LiMe1PO4, либо LiMe1O2, где Me1 - переходные металлы, например Fe, Со, Ni, Mn, после чего наносят на поверхность порошка покрытие на основе системы Lix(Me2)yO, где Ме2 - Sc, V, Ge, Nb, Mo, La, Та, Ti, толщиной 5-7 нм, затем проводят термообработку покрытых порошков при температуре 300-500°С в течение 10-12 ч.

Изобретение может быть использовано для получения катодных материалов литий-ионных аккумуляторов. Для получения сложного оксида лития и кобальта состава LiCoO2 нагревают исходный раствор, содержащий азотнокислый кобальт, соединение лития и гелирующий агент.

Изобретение относится к применению нанообъектов из не полностью фторированного углерода в качестве электродного материала для первичных литиевых элементов, к полученному в результате этого применения электроду и к литиевому элементу с таким электродом.

Изобретение относится к разделительной мембране для литий-серного аккумулятора. Мембрана содержит первый слой, включающий в себя проводящее по ионам лития соединение, имеющее функциональную группу -SО3Li, второй слой, включающий в себя частицу неорганического оксида и связующее, и третий слой, включающий в себя пористый материал основы, предусмотренный между первым слоем и вторым слоем.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к материалу для изготовления анодов литий-ионных аккумуляторов, содержащих частицы графенового углерода, который получен термически из углеродсодержащих материалов-предшественников, подвергнутых нагреву в термической зоне до температуры по меньшей мере 1000°С.

Изобретение относится к получению нанокомпозиционных порошковых катодных материалов для литий-ионных аккумуляторов. В качестве исходного материала выбирают наноразмерный порошок аэросила (SiO2) с удельной поверхностью 350-380 м2/г, который сушат в вакууме в течение 1-3 ч.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу получения нанокомпозиционных положительных электродов для литий-ионных аккумуляторов. При реализации способа выбирают наноразмерный порошок катодного материала на основе соединения Li2MeSiO4, либо LiMePO4, либо LiMeO2, где Me - переходные металлы, покрывают их тонкой пленкой на основе системы LixMeyO, где Me - V, Ge, Nb, Mo, La, Ta, Ti, толщиной 5-7 нм, затем проводят термообработку покрытых порошков при температуре 300-500°С в течение 10-12 ч, из полученного композиционного материала изготавливают положительный электрод, на который наносят пассивационное покрытие на основе Al2O3 с использованием реагента триметилалюминия (ТМА) и паров воды, далее проводят термообработку электродов в течение 10-12 ч при температуре 180-200°С.

Изобретение относится к литий-ионной батарее с неводным электролитом и способу ее изготовления. Вторичная литий-ионная батарея (100) с неводным электролитом включает токособирающую фольгу (21) отрицательного электрода и смесевой слой (22) отрицательного электрода, который расположен на токособирающей фольге отрицательного электрода, при этом смесевой слой отрицательного электрода содержит множество гранулированных частиц, каждая из которых содержит активный материал (2) отрицательного электрода и покрывающую пленку (4).

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано для производства улучшенного катодного активного материала литий-ионных аккумуляторных батарей с повышенной удельной емкостью при циклировании токами высокой плотности.

Изобретение относится к способу получения структуры тонкопленочного катода на основе системы Li2Fe0,5Mn0,5SiO4 и позволяет получить катод с монокристаллической бездефектной структурой с равномерным распределением химического состава по объему.

Изобретение может быть использовано при получении модуля для накопления энергии посредством соединения двух конденсаторов или суперконденсаторов (10). Каждый герметичный корпус (14) конденсатора или суперконденсатора содержит трубчатый элемент (16) и по меньшей мере одну крышку (18), закрывающую трубчатый элемент на его конце.

Изобретение относится к присоединению литиевого электрода к контактному выводу в перезаряжаемой батарее. Электрод содержит лист, или фольгу из лития или литиевого сплава с лепестком, выступающим от края листа или фольги.

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для соединения аккумуляторных батарей. Аккумуляторная батарея (1) разъемно соединена с несколькими однотипными аккумуляторными батареями (1a, 1b) для питания электрических устройств с разной потребляемой мощностью, причем аккумуляторная батарея содержит, по меньшей мере, четыре присоединительных полюса (5, 6; 15, 16), из которых соответственно два присоединительных полюса (5, 6), которые соответствуют двум соответственно расположенным ответным присоединительным полюсам (15, 16) смежной аккумуляторной батареи.

Изобретение относится к аккумуляторным батареям. Технический результат - уравнивание заряда на каждом аккумуляторе батареи.

Предложена система батарей, обеспечивающая электроснабжение электрических транспортных средств, преимущественно рельсовых, которая сконфигурирована путем последовательного соединения множества батарейных модулей, где каждый из множества батарейных модулей сконфигурирован путем укладки в стопу множества отдельных батарей.

Батарея // 2510547
Предложена батарея, обладающая увеличенным сроком службы. Более конкретно, раскрыта батарея, которая содержит: генерирующий электроэнергию элемент (21), в котором наслоены один или более слоев единичных ячеек, каждая из которых образована последовательным наложением или наслоением положительного электрода, электролита и отрицательного электрода; первую пластину-токосъемник (25), которая предусмотрена на поверхности самого внешнего положительного электрода генерирующего электроэнергию элемента (21); вторую пластину-токосъемник (27), которая предусмотрена на поверхности самого внешнего отрицательного электрода генерирующего электроэнергию элемента (21); выпуклую или выступающую часть (41), (42), предусмотренную на первой пластине-токосъемнике (25) и/или второй пластине-токосъемнике (27), с шириной, которая составляет не менее половины ширины концевой кромки пластины-токосъемника (25), (27); и клемму (44), (45), которая прикреплена к выпуклой части (41), (42) для отвода электрического тока из выпуклой части (41), (42).

Изобретение относится к способу и установке для соединения ушек пластин аккумулятора (положительных и отрицательных пластин) с помощью мостов и вставки полученных таким образом пакетов из пластин аккумулятора, ушки которых соединены друг с другом мостами, в аккумуляторные ящики.

Изобретение относится к устройству для накопления/разряда электроэнергии с токосъемной системой с низким внутренним сопротивлением. .

Изобретение относится к комбинируемым конструкциям, используемым в аккумуляторах с пластинчатыми электродами. .

Батарея // 2208877
Изобретение относится к электротехнике. .
Изобретение относится к области химических технологий и может быть использовано для получения катодных материалов литий-ионных аккумуляторов. Способ получения катодного материала для литий-ионных аккумуляторов включает сжигание исходного реакционного раствора, содержащего смесь нитратов соответствующих металлов и, по крайней мере, один гелирующий агент, в качестве которого используют глицин в количестве 200-400 г на 1000 г безводных нитратов, с последующей сушкой, пропиткой полученного сложного оксида d-металлов соединениями лития и отжигом, в исходный реакционный раствор вводят лимонную кислоту в количестве 650-1000 г на 1000 г безводных нитратов, а также в качестве гелирующего агента кроме глицина используют мочевину в количестве 200-350 г на 1000 г безводных нитратов.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к литиевому электроду, содержащему пористый металлический токоотвод и металлический литий, введенный в поры, присутствующие в металлическом токоотводе. Литиевый электрод увеличивает поверхность контакта между металлическим литием и токоотводом, что обеспечивает улучшение характеристик литиевой аккумуляторной батареи и предотвращает рост литиевых дендритов во время работы литиевой аккумуляторной батареи, тем самым улучшая безопасность литиевой аккумуляторной батареи. При увеличении пористости металлического токоотвода и уменьшении размера пор повышается степень защиты литиевой аккумуляторной батареи при ее продолжительности работы более 100 циклов, так как предотвращается возникновение короткого замыкания. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 8 пр.

Наверх