[go: up one dir, main page]

ES2397522T3 - Electrolyte for lithium-sulfur batteries and lithium-sulfur batteries that use it - Google Patents

Electrolyte for lithium-sulfur batteries and lithium-sulfur batteries that use it Download PDF

Info

Publication number
ES2397522T3
ES2397522T3 ES05818427T ES05818427T ES2397522T3 ES 2397522 T3 ES2397522 T3 ES 2397522T3 ES 05818427 T ES05818427 T ES 05818427T ES 05818427 T ES05818427 T ES 05818427T ES 2397522 T3 ES2397522 T3 ES 2397522T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
electrolyte
lithium
sulfur
solution
battery
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
ES05818427T
Other languages
Spanish (es)
Inventor
Vladimir Kolosnitsyn
Elena Karaseva
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oxis Energy Ltd
Original Assignee
Oxis Energy Ltd
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 Oxis Energy Ltd filed Critical Oxis Energy Ltd
Priority claimed from PCT/GB2005/004572 external-priority patent/WO2006059085A1/en
Application granted granted Critical
Publication of ES2397522T3 publication Critical patent/ES2397522T3/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566Liquid materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M2010/4292Aspects relating to capacity ratio of electrodes/electrolyte or anode/cathode
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Un electrolito para una batería de litio-azufre, comprendiendo el electrolito una disolución de al menos una sal de electrolito en al menos dos disolventes apróticos, caracterizado en que el primer disolvente aprótico es sulfolano y el segundo disolvente aprótico, es una sulfona, y en donde las concentraciones de los componentes de la disolución se seleccionan de manera que la disolución esté en su concentración eutéctica o en como mucho ±30% de su concentración eutéctica.An electrolyte for a lithium-sulfur battery, the electrolyte comprising a solution of at least one electrolyte salt in at least two aprotic solvents, characterized in that the first aprotic solvent is sulfolane and the second aprotic solvent, is a sulfone, and in where the concentrations of the components of the solution are selected so that the solution is at its eutectic concentration or at most ± 30% of its eutectic concentration.

Description

Electrolito para baterías de litio-azufre y baterías de litio-azufre que lo usan. Electrolyte for lithium-sulfur batteries and lithium-sulfur batteries that use it.

Campo técnico Technical field

La presente invención pertenece generalmente al campo de composiciones de electrolito no acuosas para el uso en fuentes químicas de energía eléctrica que incorporan electrodos negativos que comprenden metales alcalinos altamente reactivos. Más particularmente, la presente invención pertenece a las composiciones de electrolito no acuosas que comprenden unos disolventes, sales y aditivos de electrolito no acuosos y que son adecuados para el uso en células secundarias productoras de electricidad. La presente invención pertenece además a fuentes químicas de energía eléctrica que comprenden dichas composiciones de electrolito. The present invention generally pertains to the field of non-aqueous electrolyte compositions for use in chemical sources of electrical energy incorporating negative electrodes comprising highly reactive alkali metals. More particularly, the present invention pertains to non-aqueous electrolyte compositions comprising non-aqueous electrolyte solvents, salts and additives and which are suitable for use in secondary electricity producing cells. The present invention also pertains to chemical sources of electrical energy comprising said electrolyte compositions.

Fundamento Basis

A lo largo de esta solicitud, se hace referencia a diversas publicaciones, patentes y solicitudes de patente publicadas mediante una citación identificadora. Las descripciones de las publicaciones, patentes y memorias de patente publicadas referenciadas en esta solicitud, describen de forma más completa el estado de la técnica a la que pertenece la invención. Throughout this application, reference is made to various publications, patents and patent applications published by means of an identification citation. The descriptions of published publications, patents and patent memories referenced in this application, more fully describe the state of the art to which the invention pertains.

Debido a que la rápida evolución de las baterías continúa, y en particular, debido a que las baterías eléctricas secundarias tales como las baterías de ión litio y metal de litio se han aceptado más ampliamente para una variedad de usos, la necesidad de células recargables seguras, de larga duración (más de 300 ciclos), con un amplio intervalo de temperatura de trabajo, resulta cada vez más importante. Las patentes de EE.UU. núms. 5.460.905, 5.462.566, Because the rapid evolution of batteries continues, and in particular, because secondary electric batteries such as lithium ion and lithium metal batteries have been more widely accepted for a variety of uses, the need for safe rechargeable cells , of long duration (more than 300 cycles), with a wide range of working temperature, is increasingly important. U.S. patents no. 5,460,905, 5,462,566,

5.582.623 y 5.587.253, describen los elementos básicos y las necesidades de funcionamiento de las baterías de litio secundarias y sus componentes. Una característica clave en el desarrollo de baterías secundarias de alta energía es la elección de la composición de electrolito para mejorar la vida del ciclo, intervalo de temperatura de trabajo y seguridad de la batería. 5,582,623 and 5,587,253 describe the basic elements and operating needs of secondary lithium batteries and their components. A key feature in the development of high energy secondary batteries is the choice of electrolyte composition to improve cycle life, working temperature range and battery safety.

Uno de los muchos problemas encontrados en el procedimiento de producción de elementos de electrolito es que hay una dificultad en la obtención de buena eficiencia de ciclado, vida de ciclo, estabilidad de temperatura y seguridad de las células debido a la reactividad del elemento del electrolito con los elementos del electrodo, particularmente debido a las reacciones con el ánodo. Esto es especialmente cierto con ánodos que comprenden litio, que es altamente reactivo. Las reacciones del litio con el electrolito son indeseables ya que llevan a la autodescarga y el fallo temprano de la batería. La reacción del litio con disolventes orgánicos de electrolito puede además dar por resultado la formación de una película superficial en el ánodo, lo que reduce posteriormente la eficacia del ánodo, y puede provocar el revestimiento irregular que puede llevar a la formación de dendritas. Estos factores limitan el número de composiciones de electrolito potenciales que pueden usarse para formar el elemento del electrolito. One of the many problems encountered in the process of producing electrolyte elements is that there is a difficulty in obtaining good cycling efficiency, cycle life, temperature stability and cell safety due to the reactivity of the electrolyte element with Electrode elements, particularly due to reactions with the anode. This is especially true with anodes comprising lithium, which is highly reactive. The reactions of lithium with the electrolyte are undesirable since they lead to self-discharge and early battery failure. The reaction of lithium with organic electrolyte solvents can also result in the formation of a surface film at the anode, which subsequently reduces the effectiveness of the anode, and can cause irregular coating that can lead to dendrite formation. These factors limit the number of potential electrolyte compositions that can be used to form the electrolyte element.

Los elementos de electrolito deseables proporcionan alta eficacia de ciclado, buena conductividad iónica, buena estabilidad térmica y coste razonable. El número de veces que puede recargarse una batería de litio es dependiente de la eficacia de cada ciclo de carga y descarga de la célula y proporciona una medida de la eficacia de ciclado. Por eficacia de ciclado se entiende el porcentaje del litio (u otro material del ánodo) que se reviste o reduce en el ánodo en la carga completa en comparación con la cantidad de litio recién decapado u oxidado desde el ánodo en la descarga completa anterior de la célula. Cualquier desviación en este porcentaje de 100 por cien representa el litio que se ha perdido en términos de disponibilidad útil para la realización de la carga/descarga de la célula. La eficacia de ciclado es principalmente una función de la calidad de la composición del electrolito. Desirable electrolyte elements provide high cycling efficiency, good ionic conductivity, good thermal stability and reasonable cost. The number of times a lithium battery can be recharged is dependent on the efficiency of each cell's charge and discharge cycle and provides a measure of cycling efficiency. Cycling efficiency means the percentage of lithium (or other anode material) that is coated or reduced at the anode at full charge compared to the amount of freshly pickled or oxidized lithium from the anode at the previous full discharge of the cell. Any deviation in this percentage of 100 percent represents the lithium that has been lost in terms of useful availability for carrying out the load / discharge of the cell. Cycling efficiency is primarily a function of the quality of the electrolyte composition.

Los factores de seguridad que afectan a la elección de los disolventes del electrolito incluyen el margen de seguridad frente a la sobrecarga de la célula. El margen de seguridad por sobrecarga se determina por la diferencia de voltaje entre la finalización de la recarga de los electrodos y la descomposición del electrolito. Por ejemplo, en las células de ión litio, la diferencia en potencial del ánodo y el cátodo es aproximadamente 4 V. Tarascón y Guyomard, Safety factors that affect the choice of electrolyte solvents include the safety margin against cell overload. The overload safety margin is determined by the difference in voltage between the end of the electrode recharge and the electrolyte breakdown. For example, in lithium-ion cells, the potential difference of the anode and cathode is approximately 4 V. Tarascon and Guyomard,

J. Electrochem. Soc., 1991, 138, 2864-2868, describen el intervalo superior de voltaje de un barrido de potencial que está limitado a 4,5 V frente a Li/Li+ por la ruptura del electrolito a potenciales superiores (4,6 V frente a Li/Li+) en un electrolito de LiClO4 1M 50:50 EC (carbonato de etileno): DME (dimetoxietano). Además, por ejemplo, Ein-Eli et al., J. Electrochem. Soc., 1991, 138, 2864-2868, describe the upper voltage range of a potential sweep that is limited to 4.5 V versus Li / Li + by electrolyte breakdown to higher potentials (4.6 V versus Li / Li +) in a 1M 50:50 EC (ethylene carbonate) LiClO4 electrolyte: DME (dimethoxyethane). In addition, for example, Ein-Eli et al.,

J. Electrochem. Soc., 1997, 144, L205-L207, presenta el comienzo de la oxidación del electrolito a 5,1 V para una composición de electrolito que comprende LiPF6 1,2M carbonato de etileno:carbonato de dimetilo (2:3 por volumen). La necesidad de composiciones de electrolito que no se descomponen a altos potenciales se enfatiza por la reciente recomendación de Zhong et al., J. Electrochem. Soc., 1997, 144, 205-213, que ciertos materiales de cátodo de ión litio deberían cargarse a aproximadamente 5 V. J. Electrochem. Soc., 1997, 144, L205-L207, presents the beginning of electrolyte oxidation at 5.1 V for an electrolyte composition comprising LiPF6 1.2M ethylene carbonate: dimethyl carbonate (2: 3 by volume). The need for electrolyte compositions that do not decompose at high potentials is emphasized by the recent recommendation of Zhong et al., J. Electrochem. Soc., 1997, 144, 205-213, that certain lithium-ion cathode materials should be charged at approximately 5 V.

Factores adicionales que afectan la elección de las composiciones de electrolito pueden ilustrarse por referencia a células que comprenden electrodos de carbono intercalados. Ein-Eli et al., J. Electrochem. Soc., 1996, 143, L273277, presentan que los electrodos de grafito, que son normalmente sensibles a la composición de la disolución del electrolito, pueden ciclarse con éxito a altas capacidades reversibles en los electrodos que comprenden carbonato de etilmetilo. Estos resultados son interesantes porque los iones de litio no pueden intercalarse en grafito en disoluciones de carbonato de dietilo y ciclan pobremente en disoluciones de carbonato de dimetilo. Additional factors that affect the choice of electrolyte compositions can be illustrated by reference to cells comprising intercalated carbon electrodes. Ein-Eli et al., J. Electrochem. Soc., 1996, 143, L273277, show that graphite electrodes, which are normally sensitive to the composition of the electrolyte solution, can be successfully cycled to high reversible capacities in electrodes comprising ethylmethyl carbonate. These results are interesting because lithium ions cannot be sandwiched in graphite in diethyl carbonate solutions and cycle poorly in dimethyl carbonate solutions.

Un gran número de disolventes orgánicos no acuosos se han sugerido e investigado como electrolitos en conexión con diversos tipos de células que contienen electrodos de litio. Las patentes de EE.UU. núms. 3.185.590, 3.578.500, 3.778.310, 3.877.983, 4.163.829, 4.118.550, 4.252.876, 4.499.161, 4.740.436 y 5.079.109, describen muchas posibles combinaciones de elementos de electrolito y disolventes de electrolito, tal como boratos, éteres sustituidos y no sustituidos, éteres cíclicos, poliéteres, ésteres, sulfonas, carbonatos de alquileno, sulfitos orgánicos, sulfatos orgánicos, nitritos orgánicos y nitrocompuestos orgánicos. A large number of non-aqueous organic solvents have been suggested and investigated as electrolytes in connection with various types of cells containing lithium electrodes. U.S. patents no. 3,185,590, 3,578,500, 3,778,310, 3,877,983, 4,163,829, 4,118,550, 4,252,876, 4,499,161, 4,740,436 and 5,079,109 describe many possible combinations of electrolyte elements and solvents of electrolyte, such as borates, substituted and unsubstituted ethers, cyclic ethers, polyethers, esters, sulfones, alkylene carbonates, organic sulphites, organic sulfates, organic nitrites and organic nitro compounds.

Una clase de disolventes de electrolito orgánicos que han recibido atención como un componente de elementos de electrolito para células electroquímicas y otros dispositivos son las sulfonas. Las sulfonas pueden dividirse en dos tipos: i) sulfonas cíclicas o aromáticas, y ii) sulfonas alifáticas. Las sulfonas forman un grupo potencialmente atractivo de disolventes orgánicos que presentan una alta estabilidad química y térmica. One class of organic electrolyte solvents that have received attention as a component of electrolyte elements for electrochemical cells and other devices are sulfones. The sulfones can be divided into two types: i) cyclic or aromatic sulfones, and ii) aliphatic sulfones. Sulfones form a potentially attractive group of organic solvents that have high chemical and thermal stability.

Se ha investigado el uso de sulfonas cíclicas, sulfolano (tetrametilensulfona) junto con sus derivados sustituidos con alquilo, 3-metilsulfolano y 2,4-dimetilsulfolano, como disolventes de electrolito. The use of cyclic sulfones, sulfolane (tetramethylene sulfone) together with its alkyl-substituted derivatives, 3-methylsulfolane and 2,4-dimethylsulfolane, as electrolyte solvents has been investigated.

La patente de EE.UU. núm. 3.907.597 de Mellors describe un electrolito orgánico líquido que consiste esencialmente en sulfolano o sus derivados líquidos sustituidos con alquilo en combinación con un co-disolvente, preferiblemente un disolvente de baja viscosidad tal como 1,3-dioxolano, y una sal ionizable. El sulfolano y sus derivados líquidos sustituidos con alquilo, tal como 3-metilsulfolano, son buenos disolventes no acuosos aunque tienen la desventaja de que tienen una viscosidad relativamente alta. Así, cuando las sales metálicas se disuelven en estos disolventes con el propósito de mejorar la conductividad iónica de los disolventes, la viscosidad del disolvente y la sal se vuelve demasiado alta para su uso eficiente como un electrolito para aplicaciones de células no acuosas. Por ejemplo, en la patente .597, se usa sulfolano en combinación con un co-disolvente de baja viscosidad para superar el problema de la viscosidad. U.S. Pat. no. 3,907,597 to Mellors describes a liquid organic electrolyte consisting essentially of sulfolane or its alkyl substituted liquid derivatives in combination with a co-solvent, preferably a low viscosity solvent such as 1,3-dioxolane, and an ionizable salt. Sulfolane and its alkyl substituted liquid derivatives, such as 3-methylsulfolane, are good non-aqueous solvents although they have the disadvantage that they have a relatively high viscosity. Thus, when the metal salts dissolve in these solvents in order to improve the ionic conductivity of the solvents, the viscosity of the solvent and the salt becomes too high for efficient use as an electrolyte for non-aqueous cell applications. For example, in .597, sulfolane is used in combination with a low viscosity co-solvent to overcome the viscosity problem.

Las publicaciones de patente japonesa números JP 08-298229, publicada el 12 de noviembre de 1996 y JP 08298230, publicada el 12 de noviembre de 1996, describen electrolitos para condensadores eléctricos de doble capa que comprenden sulfolano como uno de los componentes del electrolito. Japanese patent publications numbers JP 08-298229, published on November 12, 1996 and JP 08298230, published on November 12, 1996, describe electrolytes for double layer electric capacitors comprising sulfolane as one of the electrolyte components.

La patente de EE.UU. núm. 4.725.927 de Morimoto et al., describe el uso de sulfolano y sus derivados, 3metilsulfolano y 2,4-dimetilsulfolano, para el uso de condensadores eléctricos de doble capa. Sin embargo, se anota que el disolvente de sulfolano tiene una alta viscosidad y una temperatura de solidificación relativamente alta. Por lo tanto, cuando se usa para una disolución de electrolito, la conductividad iónica tiende a ser baja. U.S. Pat. no. 4,725,927 to Morimoto et al., Describes the use of sulfolane and its derivatives, 3-methylsulfolane and 2,4-dimethylsulfolane, for the use of double-layer electric capacitors. However, it is noted that the sulfolane solvent has a high viscosity and a relatively high solidification temperature. Therefore, when used for an electrolyte solution, the ionic conductivity tends to be low.

La patente de EE.UU. núm. 5.079.109 de Takami et al., describe una mezcla de disolventes de electrolito no acuosos que puede comprender sulfolano como uno de los componentes para el uso de batería secundarias de litio recargables. La patente de EE.UU. núm. 5.219.684 de Wilkinson et al., describe un electrolito que consiste esencialmente en sulfolano y un glyme para una célula electroquímica que comprende un ánodo que contienen litio y un cátodo que incluye material activo de cátodo LixMnO2. U.S. Pat. no. 5,079,109 by Takami et al., Describes a mixture of non-aqueous electrolyte solvents that may comprise sulfolane as one of the components for the use of secondary rechargeable lithium batteries. U.S. Pat. no. 5,219,684 to Wilkinson et al., Describes an electrolyte consisting essentially of sulfolane and a glyme for an electrochemical cell comprising a lithium-containing anode and a cathode that includes LixMnO2 active cathode material.

La patente de EE.UU. núm. 4.550.064 de Yen et al., describe electrolitos con disolventes tipo sulfolano que tienen constantes dieléctricas relativamente altas y baja presión de vapor. Los electrolitos que contienen sulfolano muestran además eficacia de ciclado de decapado/revestimiento mejorada por la excelente estabilidad de reducción. Sin embargo, el uso de disolventes de sulfolano se inhibe por incompatibilidad del líquido de sulfolano polar con el separador hidrófobo y con el aglutinante no polar del cátodo. Se describen métodos para mejorar la humectabilidad del separador y el electrodo del cátodo. U.S. Pat. no. 4,550,064 by Yen et al., Describes electrolytes with sulfolane type solvents having relatively high dielectric constants and low vapor pressure. Sulfolane-containing electrolytes also show pickling / coating cycling efficiency enhanced by excellent reduction stability. However, the use of sulfolane solvents is inhibited by incompatibility of the polar sulfolane liquid with the hydrophobic separator and with the non-polar cathode binder. Methods for improving the wettability of the separator and the cathode electrode are described.

El uso de las sulfonas alifáticas, dimetilsulfona y dipropilsulfona, se ha investigado como disolventes de electrolitos. La patente de EE.UU. núm. 4.690.877 de Gabano et al., presenta composiciones de electrolito que contienen al menos una sulfona aromática o alifática lineal para el uso en células operables a temperaturas entre 100ºC y 200ºC. Se prefiere particularmente la dimetilsulfona. The use of aliphatic sulfones, dimethylsulfone and dipropylsulfone, has been investigated as electrolyte solvents. U.S. Pat. no. 4,690,877 to Gabano et al., Presents electrolyte compositions containing at least one linear aromatic or aliphatic sulfone for use in operable cells at temperatures between 100 ° C and 200 ° C. Dimethylsulfone is particularly preferred.

Los electrolitos basados en sulfona que comprenden dimetilsulfona, dipropilsulfona y sulfolano se han descrito por J. Pereira-Ramos et al., J. Power Sources, 1985, 16, 193-204 para el uso en baterías de intercalado de litio. La dimetilsulfona fundida a 150ºC como un electrolito para una batería recargable de γ-MnO2 litio se describe por Bach et al., J. Power Sources, 1993, 43-44, 569-575. Sulfone-based electrolytes comprising dimethylsulfone, dipropylsulfone and sulfolane have been described by J. Pereira-Ramos et al., J. Power Sources, 1985, 16, 193-204 for use in lithium interleaving batteries. Melted dimethylsulfone at 150 ° C as an electrolyte for a rechargeable γ-MnO2 lithium battery is described by Bach et al., J. Power Sources, 1993, 43-44, 569-575.

Las patentes de EE.UU. núms. 4.060.674 y 4.104.451 de Klemann y Newman, describen composiciones de electrolito para células reversibles de metal alcalino que consisten esencialmente en un disolvente y una sal de metal alcalino electrónicamente activa. Los disolventes de electrolito orgánicos empleados son generalmente los seleccionados del grupo que consiste en éteres, ésteres, sulfonas, sulfitos orgánicos, sulfatos orgánicos, nitritos orgánicos o nitrocompuestos orgánicos, sustituidos de forma inerte y no sustituidos. Ejemplos de disolventes orgánicos incluyen carbonato de propileno, tetrahidrofurano, dioxolano, furano, sulfolano, sulfito de dimetilo, nitrobenceno, nitrometano y similares. Los disolventes preferidos son éteres, y se prefiere un disolvente de electrolito que contenga dioxolano. U.S. patents no. 4,060,674 and 4,104,451 of Klemann and Newman describe electrolyte compositions for reversible alkali metal cells consisting essentially of a solvent and an electronically active alkali metal salt. The organic electrolyte solvents employed are generally those selected from the group consisting of ethers, esters, sulfones, organic sulphites, organic sulfates, organic nitrites or organic nitro compounds, inertly substituted and unsubstituted. Examples of organic solvents include propylene carbonate, tetrahydrofuran, dioxolane, furan, sulfolane, dimethyl sulphite, nitrobenzene, nitromethane and the like. Preferred solvents are ethers, and an electrolyte solvent containing dioxolane is preferred.

La publicación de patente JP número JP 09-147913, publicada el 6 de junio de 1997, describe disolventes de electrolito que contienen sulfonas de la fórmula R1-SO2-R2, donde R1 y R2 son grupos alquilo C1-4, y R1 y R2 son diferentes. Preferiblemente los ánodos son ánodos carbonáceos de interacción de Li. JP Patent Publication No. JP 09-147913, published June 6, 1997, describes electrolyte solvents containing sulfones of the formula R1-SO2-R2, where R1 and R2 are C1-4 alkyl groups, and R1 and R2 They are different. Preferably the anodes are carbonaceous anodes of interaction of Li.

La mayoría de sistemas de electrolito propuestos para las baterías de ión litio no son útiles en baterías de litioazufre. Las sulfonas de bajo peso molecular son buenos disolventes para los sistemas de electrolito de baterías Li-S, aunque estas sulfonas tienen altas temperaturas de fusión, lo que significa que no pueden usarse a bajas temperaturas. La patente de EE.UU. núm. 6.245.465 propone (como disolventes para baterías de Li-S) sulfonas no cíclicas o sulfonas no cíclicas no simétricas fluoradas, que poseen menores temperaturas de fusión. Esta patente describe además el uso de mezclas de las sulfonas mencionadas anteriormente con otros disolventes tales como carbonatos, glymes, siloxanos y otros. Sin embargo, las temperaturas de fusión de las sulfonas propuestas no son suficientemente bajas para producir electrolitos con las propiedades de baja temperatura deseables. Por otro lado, las sulfonas propuestas son muy caras, y esto restringe su amplio uso. Most of the electrolyte systems proposed for lithium-ion batteries are not useful in lithium-sulfur batteries. Low molecular weight sulfones are good solvents for Li-S battery electrolyte systems, although these sulfones have high melting temperatures, which means they cannot be used at low temperatures. U.S. Pat. no. 6,245,465 proposes (as solvents for Li-S batteries) non-cyclic sulfones or fluorinated non-symmetric non-cyclic sulfones, which have lower melting temperatures. This patent further describes the use of mixtures of the aforementioned sulfones with other solvents such as carbonates, glymes, siloxanes and others. However, the melting temperatures of the proposed sulfones are not low enough to produce electrolytes with desirable low temperature properties. On the other hand, the proposed sulfones are very expensive, and this restricts their wide use.

A pesar de los numerosos disolventes de electrolito propuestos para el uso en células recargables, permanece una necesidad para mejorar las composiciones de electrolito no acuosas que proporcione efectos beneficiosos durante la vida útil de las fuentes químicas de energía eléctrica, y que pueden incorporarse fácilmente y completamente en la célula sin coste extra significativo. Despite the numerous electrolyte solvents proposed for use in rechargeable cells, there remains a need to improve non-aqueous electrolyte compositions that provide beneficial effects over the life of chemical sources of electrical energy, and which can be easily and completely incorporated in the cell without significant extra cost.

Las realizaciones de la presente invención se buscan para proporcionar una composición de electrolito no acuoso mejorado que es adecuado para el uso en células recargables. The embodiments of the present invention are sought to provide an improved non-aqueous electrolyte composition that is suitable for use in rechargeable cells.

Las realizaciones de la presente invención pueden buscarse además para proporcionar unos contenidos de electrolito no acuoso que tengan mayor estabilidad de sobrecarga. The embodiments of the present invention can also be sought to provide non-aqueous electrolyte contents that have greater overload stability.

Las realizaciones de la presente invención pueden buscarse además para proporcionar un disolvente de electrolito no acuoso con alta conductividad iónica y baja volatilidad del disolvente. The embodiments of the present invention can be further sought to provide a non-aqueous electrolyte solvent with high ionic conductivity and low volatility of the solvent.

Las realizaciones de la presente invención pueden buscarse además para proporcionar una composición de electrolito no acuosa mejorada para fuentes químicas de energía eléctrica que comprenden electrodos negativos de metal alcalino (que incluye litio). The embodiments of the present invention can also be sought to provide an improved non-aqueous electrolyte composition for chemical sources of electrical energy comprising negative alkali metal electrodes (including lithium).

Las realizaciones de la presente invención pueden además buscarse para proporcionar composiciones de electrolito no acuosas que son útiles tanto con ánodos de metal de litio y de ión de litio para células de batería secundarias. The embodiments of the present invention can also be sought to provide non-aqueous electrolyte compositions that are useful with both lithium metal and lithium ion anodes for secondary battery cells.

Las realizaciones de la presente invención pueden buscarse además para proporcionar composiciones de electrolito no acuosas que proporcionan el intercalado reversible de litio a grafito. The embodiments of the present invention can be further sought to provide non-aqueous electrolyte compositions that provide reversible interleaving of lithium to graphite.

Las realizaciones de la presente invención pueden buscarse además para proporcionar composiciones de electrolito no acuosas que aumentan la vida del ciclo y la seguridad de las células secundarias. The embodiments of the present invention can also be sought to provide non-aqueous electrolyte compositions that increase cycle life and safety of secondary cells.

Las realizaciones de la presente invención pueden buscarse además para proporcionar composiciones de electrolito no acuosas que proporcionan mejor estabilidad de temperatura. The embodiments of the present invention can be further sought to provide non-aqueous electrolyte compositions that provide better temperature stability.

Las realizaciones de la presente invención pueden buscarse además para proporcionar células de litio secundarias que emplean los electrolitos de la presente invención. The embodiments of the present invention can be further sought to provide secondary lithium cells that employ the electrolytes of the present invention.

Según un primer aspecto de la presente invención, se ha proporcionado un electrolito como se define en la reivindicación 1. According to a first aspect of the present invention, an electrolyte has been provided as defined in claim 1.

Preferiblemente, las concentraciones de los componentes de la disolución se seleccionan de manera que la disolución está en como mucho ±20% de su concentración eutéctica, e incluso más preferiblemente en como mucho ±10% de su concentración eutéctica. Preferably, the concentrations of the components of the solution are selected such that the solution is at most ± 20% of its eutectic concentration, and even more preferably at most ± 10% of its eutectic concentration.

El uso de composiciones eutécticas o casi eutécticas mejora dramáticamente las propiedades de funcionamiento a baja temperatura del electrolito. Se obtiene una reducción significativa del límite de la capacidad de funcionamiento de las baterías de litio-azufre a temperaturas reducidas, ya que es una mejora en las características de capacidad y potencia a baja temperatura. Además, puede ampliarse la vida del ciclo de la batería a bajas temperaturas. The use of eutectic or almost eutectic compositions dramatically improves the low temperature operating properties of the electrolyte. A significant reduction of the limit of the capacity of lithium-sulfur batteries at reduced temperatures is obtained, since it is an improvement in the characteristics of capacity and power at low temperature. In addition, the battery cycle life can be extended at low temperatures.

La sulfona que está presente además del sulfolano tiene preferiblemente un peso molecular de 94 a 150. The sulfone that is present in addition to the sulfolane preferably has a molecular weight of 94 to 150.

La sal de electrolito puede ser al menos una sal o una mezcla de sales seleccionadas de un grupo que comprende: hexafluorofosfato de litio (LiPF6), hexafluoroarseniato de litio (LiAsF4), perclorato de litio (LiClO4), sulfonilimida trifluorometano de litio (LiN(CF3SO2)2) y trifluorosulfonato de litio (CF3SO3Li). The electrolyte salt may be at least one salt or a mixture of salts selected from a group comprising: lithium hexafluorophosphate (LiPF6), lithium hexafluoroarseniate (LiAsF4), lithium perchlorate (LiClO4), lithium sulfonylimide trifluoromethane (LiN ( CF3SO2) 2) and lithium trifluorosulfonate (CF3SO3Li).

La concentración del al menos una sal de electrolito es preferiblemente entre 0,1M y una concentración de saturación. The concentration of the at least one electrolyte salt is preferably between 0.1M and a saturation concentration.

El electrolito puede incluir además uno o más aditivos orgánicos o no orgánicos para la contribución a una formación de fase de interfaz de electrolito sólido (IES) en una superficie de un electrodo negativo (ánodo) y para mejorar un ciclado del electrodo negativo. El aditivo puede ser al menos una sustancia o una mezcla de sustancias seleccionadas de un grupo que comprende: S, Li2Sn, CO2, SO2, N2O, Cl2, Br, I y aminas. The electrolyte may further include one or more organic or non-organic additives for the contribution to a solid electrolyte interface (IES) phase formation on a surface of a negative electrode (anode) and to improve cycling of the negative electrode. The additive may be at least one substance or a mixture of substances selected from a group comprising: S, Li2Sn, CO2, SO2, N2O, Cl2, Br, I and amines.

5 La cantidad de aditivo está preferiblemente entre 0,2% y 10% de la masa total del electrolito. The amount of additive is preferably between 0.2% and 10% of the total mass of the electrolyte.

Según un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona una batería de litio-azufre que comprende un electrodo negativo que incluye un material que contiene litio, un electrodo positivo que incluye un material que contiene azufre y un electrolito del primer aspecto. According to a second aspect of the present invention, a lithium-sulfur battery is provided comprising a negative electrode that includes a lithium-containing material, a positive electrode that includes a sulfur-containing material and an electrolyte of the first aspect.

El electrodo negativo puede incluir un material electroquímicamente activo negativo seleccionado de una lista que The negative electrode may include a negative electrochemically active material selected from a list that

10 comprende: litio metálico, aleación que contiene litio, litio combinado con azufre no activo, un compuesto que puede intercalar de forma reversible iones de litio (tal como polvos metálicos, intercalados de metal litio-carbono y metal litio-grafito y mezclas de los mismos), y compuestos que pueden experimentar de forma reversible un procedimiento de reducción-oxidación con iones de litio. 10 comprises: metallic lithium, lithium-containing alloy, lithium combined with non-active sulfur, a compound that can reversibly interleave lithium ions (such as metal powders, intercalated lithium-carbon metal and lithium-graphite metal and mixtures thereof). same), and compounds that can reversibly undergo a reduction-oxidation process with lithium ions.

El electrodo positivo puede incluir un material electroquímicamente activo positivo que comprende al menos un The positive electrode may include a positive electrochemically active material comprising at least one

15 material basado en azufre seleccionado de una lista que comprende: azufre elemental, compuestos de Li2Sn (con n ≥ 1), compuestos orgánicos de azufre y polímeros que contienen azufre. Sulfur-based material selected from a list comprising: elemental sulfur, Li2Sn compounds (with n ≥ 1), organic sulfur compounds and sulfur-containing polymers.

Para una mejor comprensión de la presente invención y para mostrar cómo puede efectuarse, se hará referencia actualmente por medio del ejemplo al dibujo que se acompaña, en que: For a better understanding of the present invention and to show how it can be done, reference will now be made by way of the example to the accompanying drawing, in which:

FIGURA 1 es un diagrama de constitución de un sistema de sulfolano-metilpropilsulfona. FIGURE 1 is a constitution diagram of a sulfolane-methylpropylsulfone system.

20 Ejemplo 1 20 Example 1

Se sintetizaron sulfonas de bajo peso molecular. Sus propiedades se estudiaron y los resultados se presentan en la tabla. Low molecular weight sulfones were synthesized. Its properties were studied and the results are presented in the table.

Nombre Name
Masa molecular Densidad 103*kg/m3 Viscosidad N*s/m2, 103 Volumen Molar, m3/mol*106 Temperatura de Congelación ºC Índice de refracción nD Permisividad ε Molecular mass Density 103 * kg / m3 Viscosity N * s / m2, 103 Molar Volume, m3 / mol * 106 Freezing Temperature ºC Refractive index nD Permission ε

Metilensulfona * Methylene Sulfone *
108,2 1,1638* 4,75* 93,0* 34,5 1,4453 57,5 108.2 1.1638 * 4.75 * 93.0 * 34.5 1,4453 57.5

Metilpropilsulfona Methylpropylsulfone
122,2 1,1081 5,22 110,3 32,5 1,4472 40,2 122.2 1,1081 5.22 110.3 32.5 1,4472 40.2

Metilbutilisulfona Methylbutyl Sulfone
136,2 1,0686 6,58 127,5 30,3 1,4485 35,1 136.2 1,0686 6.58 127.5 30.3 1,4485 35.1

Sulfolano Sulfolane
120,2 1,2594 9,04 95,4 28,4 1,4820 42,9 120.2 1,2594 9.04 95.4 28.4 1.4820 42.9

2,4-metilsulfolano 2,4-methylsulfolane
148,2 1,1263 6,74 131,6 18,0 1,4708 30,0 148.2 1,1263 6.74 131.6 18.0 1,4708 30.0

*t=40ºC * t = 40 ° C

Ejemplo 2 Example 2

Se preparó una composición desde 0,8 ml de metilpropilsulfona (temperatura de fusión 32,5ºC) y 0,2 ml de sulfolano (temperatura de fusión 28,4ºC). La temperatura de fusión de la mezcla fue +21ºC. A composition was prepared from 0.8 ml of methylpropylsulfone (melting temperature 32.5 ° C) and 0.2 ml of sulfolane (melting temperature 28.4 ° C). The melting temperature of the mixture was + 21 ° C.

Ejemplo 3 Example 3

Se preparó una composición desde 0,6 ml de metilpropilsulfona (temperatura de fusión 32,5ºC) y 0,4 ml de sulfolano (temperatura de fusión 28,4ºC). La temperatura de fusión de la mezcla fue +6ºC. A composition was prepared from 0.6 ml of methylpropylsulfone (melting temperature 32.5 ° C) and 0.4 ml of sulfolane (melting temperature 28.4 ° C). The melting temperature of the mixture was + 6 ° C.

Ejemplo 4 Example 4

Se preparó una composición desde 0,4 ml de metilpropilsulfona (temperatura de fusión 32,5ºC) y 0,6 ml de sulfolano (temperatura de fusión 28,4ºC). La temperatura de fusión de la mezcla fue -8,5ºC. A composition was prepared from 0.4 ml of methylpropylsulfone (melting temperature 32.5 ° C) and 0.6 ml of sulfolane (melting temperature 28.4 ° C). The melting temperature of the mixture was -8.5 ° C.

Ejemplo 5 Example 5

Se preparó una composición desde 0,2 ml de metilpropilsulfona (temperatura de fusión 32,5ºC) y 0,8 ml de sulfolano (temperatura de fusión 28,4ºC). La temperatura de fusión de la mezcla fue +0,5ºC. A composition was prepared from 0.2 ml of methylpropylsulfone (melting temperature 32.5 ° C) and 0.8 ml of sulfolane (melting temperature 28.4 ° C). The melting temperature of the mixture was + 0.5 ° C.

El diagrama de constitución de la Figura 1 muestra las temperaturas de fusión del sulfolano puro y la metilpropilsulfona pura, y además las temperaturas de fusión de las mezclas de las mismas. La extrapolación proporciona la composición de la mezcla eutéctica y su temperatura de fusión. Los datos obtenidos indican que la temperatura de fusión de la mezcla eutéctica es aproximadamente -17ºC, que es aproximadamente 47ºC menos que la de los componentes de sulfona iniciales. The constitution diagram of Figure 1 shows the melting temperatures of pure sulfolane and pure methylpropylsulfone, and also the melting temperatures of the mixtures thereof. Extrapolation provides the composition of the eutectic mixture and its melting temperature. The data obtained indicate that the melting temperature of the eutectic mixture is approximately -17 ° C, which is approximately 47 ° C less than that of the initial sulfone components.

Ejemplo 6 (Comparativa) Example 6 (Comparison)

Se produjo una batería de litio-azufre, comprendiendo la batería un ánodo hecho de lámina de litio metálico, un separador Celgard® y un cátodo de azufre que contiene azufre elemental (70% en peso) como un despolarizador, aditivo conductor de carbono (Ketjenblack EC-600JD, 10% en peso) y un aglutinante (óxido de polietileno con masa molecular 4000000, 20% en peso). La energía específica del cátodo se midió para ser 2 mAh/cm2. La batería montada se llenó con un electrolito en forma de una disolución 1M de LiClO4 en sulfolano. La batería se cicló con una densidad de corriente de 0,3 mA/cm2 a 25ºC. La capacidad de descarga en el primer ciclo fue 1,45 mAh/cm2. El grado de utilización de azufre fue 72,5%. A lithium-sulfur battery was produced, the battery comprising an anode made of metallic lithium foil, a Celgard® separator and a sulfur cathode containing elemental sulfur (70% by weight) as a depolarizer, carbon conductive additive (Ketjenblack EC-600JD, 10% by weight) and a binder (polyethylene oxide with molecular mass 4000000, 20% by weight). The specific energy of the cathode was measured to be 2 mAh / cm2. The mounted battery was filled with an electrolyte in the form of a 1M solution of LiClO4 in sulfolane. The battery was cycled with a current density of 0.3 mA / cm2 at 25 ° C. The discharge capacity in the first cycle was 1.45 mAh / cm2. The degree of sulfur utilization was 72.5%.

Ejemplo 7 (Comparativa) Example 7 (Comparison)

Se produjo una batería de litio-azufre como se describe en el Ejemplo 6. La batería se cicló con una densidad de corriente de 0,3 mA/cm2 a 0ºC. La capacidad de descarga en el primer ciclo fue 0,42 mAh/cm2. El grado de utilización de azufre fue 21%. A lithium-sulfur battery was produced as described in Example 6. The battery was cycled with a current density of 0.3 mA / cm2 at 0 ° C. The discharge capacity in the first cycle was 0.42 mAh / cm2. The degree of sulfur utilization was 21%.

Ejemplo 8 (Comparativa) Example 8 (Comparison)

Se produjo una batería de litio-azufre como se describe en el Ejemplo 6. La batería se cicló con una densidad de corriente de 0,3 mA/cm2 a -10ºC. La capacidad de descarga en el primer ciclo fue 0,02 mAh/cm2. El grado de utilización de azufre fue 1%. A lithium-sulfur battery was produced as described in Example 6. The battery was cycled with a current density of 0.3 mA / cm2 at -10 ° C. The discharge capacity in the first cycle was 0.02 mAh / cm2. The degree of sulfur utilization was 1%.

Ejemplo 9 Example 9

Se produjo una batería de litio-azufre como se describe en el Ejemplo 6, aunque usando en cambio, como el electrolito, una disolución 1M de LiClO4 en una mezcla eutéctica de sulfolano (2M) y etilbutilsulfona (dM). La batería se cicló con una densidad de corriente de 0,3 mA/cm2 a 25ºC. La capacidad de descarga en el primer ciclo fue 1,53 mAh/cm2. El grado de utilización de azufre fue 76,5%. A lithium-sulfur battery was produced as described in Example 6, although using, instead, as the electrolyte, a 1M solution of LiClO4 in a eutectic mixture of sulfolane (2M) and ethylbutyl sulfone (dM). The battery was cycled with a current density of 0.3 mA / cm2 at 25 ° C. The discharge capacity in the first cycle was 1.53 mAh / cm2. The degree of sulfur utilization was 76.5%.

Ejemplo 10 Example 10

Se produjo una batería de litio-azufre como se describe en el Ejemplo 6, aunque usando en cambio, como el electrolito, una disolución de LiClO4 en una mezcla eutéctica de sulfolano (2M) y etilbutilsulfona (1M). La batería se cicló con una densidad de corriente de 0,3 mA/cm2 a -10ºC. La capacidad de descarga en el primer ciclo fue 1,01 mAh/cm2. El grado de utilización de azufre fue 50,5%. A lithium-sulfur battery was produced as described in Example 6, although using, instead, as the electrolyte, a solution of LiClO4 in a eutectic mixture of sulfolane (2M) and ethylbutyl sulfone (1M). The battery was cycled with a current density of 0.3 mA / cm2 at -10 ° C. The discharge capacity in the first cycle was 1.01 mAh / cm2. The degree of sulfur utilization was 50.5%.

Ejemplo 11 (Comparativa) Example 11 (Comparison)

Se produjo una batería de litio-azufre como se describe en el Ejemplo 6, aunque usando en cambio, como el electrolito, una disolución 1M de LiClO4 en 2,4-dimetilsulfoleno. La batería se cicló con una densidad de corriente de 0,3 mA/cm2 a -10ºC. La capacidad de descarga en el primer ciclo fue 0,13 mAh/cm2. El grado de utilización de azufre fue 6,5%. A lithium-sulfur battery was produced as described in Example 6, although using, instead, as the electrolyte, a 1M solution of LiClO4 in 2,4-dimethylsulfolene. The battery was cycled with a current density of 0.3 mA / cm2 at -10 ° C. The discharge capacity in the first cycle was 0.13 mAh / cm2. The degree of sulfur utilization was 6.5%.

Los ejemplos enumerados anteriormente demuestran las ventajas de las baterías con electrolitos hechos de disoluciones de sales de electrolito en mezclas eutécticas de sulfonas. A temperaturas reducidas (0ºC a -10ºC) la capacidad de descarga y el grado de utilización de azufre son respectivamente 2,5 y 6 veces mayores que para disoluciones de electrolito no eutécticas. The examples listed above demonstrate the advantages of electrolyte batteries made from solutions of electrolyte salts in eutectic sulfone mixtures. At reduced temperatures (0 ° C to -10 ° C) the discharge capacity and the degree of sulfur utilization are respectively 2.5 and 6 times higher than for non-eutectic electrolyte solutions.

5 A lo largo de la descripción y reivindicaciones de esta memoria, las palabras “comprender” y “contener” y variaciones de las palabras, por ejemplo “que comprenden” y “comprende”, significan “que están incluidas aunque no limitadas a”, y no se pretende excluir (o no hacerlo) otros componentes, enteros, restos, aditivos o etapas. 5 Throughout the description and claims herein, the words "understand" and "contain" and variations of the words, for example "that comprise" and "understand", mean "that they are included but not limited to", and it is not intended to exclude (or not do) other components, integers, residues, additives or stages.

A lo largo de la descripción y reivindicaciones de esta memoria, el singular abarca el plural a menos que el contexto necesite otra cosa. En particular, donde se usa el artículo indefinido, se va a entender que la memoria contempla la Throughout the description and claims in this report, the singular encompasses the plural unless the context needs otherwise. In particular, where the indefinite article is used, it will be understood that the memory contemplates the

10 pluralidad además de la singularidad, a menos que el contexto necesite otra cosa. 10 plurality in addition to the singularity, unless the context needs something else.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1.one.
Un electrolito para una batería de litio-azufre, comprendiendo el electrolito una disolución de al menos una sal de electrolito en al menos dos disolventes apróticos, caracterizado en que el primer disolvente aprótico es sulfolano y el segundo disolvente aprótico, es una sulfona, y en donde las concentraciones de los componentes de la disolución se seleccionan de manera que la disolución esté en su concentración eutéctica o en como mucho ±30% de su concentración eutéctica.  An electrolyte for a lithium-sulfur battery, the electrolyte comprising a solution of at least one electrolyte salt in at least two aprotic solvents, characterized in that the first aprotic solvent is sulfolane and the second aprotic solvent, is a sulfone, and in where the concentrations of the components of the solution are selected so that the solution is at its eutectic concentration or at most ± 30% of its eutectic concentration.
2.2.
Un electrolito como se reivindica en la reivindicación 1, en donde las concentraciones de los componentes de la disolución se seleccionan de manera que la disolución esté en como mucho ±20% de su concentración eutéctica.  An electrolyte as claimed in claim 1, wherein the concentrations of the components of the solution are selected so that the solution is at most ± 20% of its eutectic concentration.
3.3.
Un electrolito como se reivindica en la reivindicación 1, en donde las concentraciones de los componentes de la disolución se seleccionan de manera que la disolución esté en como mucho ±10% de su concentración eutéctica.  An electrolyte as claimed in claim 1, wherein the concentrations of the components of the solution are selected such that the solution is at most ± 10% of its eutectic concentration.
4.Four.
Un electrolito como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el segundo disolvente aprótico es una sulfona que tiene un peso molecular de 94 a 150.  An electrolyte as claimed in any of the preceding claims, wherein the second aprotic solvent is a sulfone having a molecular weight of 94 to 150.
5.5.
Un electrolito como se reivindica en cualquier reivindicación anterior, en donde la sal de electrolito es al menos una sal o una mezcla de sales seleccionadas de un grupo que comprende: hexafluorofosfato de litio (LiPF6), hexafluoroarseniato de litio (LiAsF6), perclorato de litio (LiClO4), sulfonilimida trifluorometano de litio (LiN(CF3SO2)2) y trifluorosulfonato de litio (CF3SO3Li).  An electrolyte as claimed in any preceding claim, wherein the electrolyte salt is at least one salt or a mixture of salts selected from a group comprising: lithium hexafluorophosphate (LiPF6), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF6), lithium perchlorate (LiClO4), lithium sulfonylimide trifluoromethane (LiN (CF3SO2) 2) and lithium trifluorosulfonate (CF3SO3Li).
6.6.
Un electrolito como se reivindica en cualquier reivindicación anterior, en donde la concentración de la al menos una sal de electrolito está entre 0,1M y una concentración de saturación.  An electrolyte as claimed in any preceding claim, wherein the concentration of the at least one electrolyte salt is between 0.1M and a saturation concentration.
7.7.
Un electrolito como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye además como un aditivo uno o más aditivos orgánicos o no orgánicos para contribuir a una formación de fase de interfaz de electrolito sólido (IES) en una superficie de un electrodo negativo y para mejorar un ciclado del electrodo negativo.  An electrolyte as claimed in any one of the preceding claims, which further includes as an additive one or more organic or non-organic additives to contribute to a solid electrolyte interface (IES) phase formation on a surface of a negative electrode and for improve a negative electrode cycling.
8. 8.
Un electrolito como se reivindica en la reivindicación 7, en donde dicho aditivo es al menos una sustancia o una mezcla de sustancias seleccionada de un grupo que comprende: S, Li2Sn, CO2, SO2, N2O, Cl2, Br, I y aminas. An electrolyte as claimed in claim 7, wherein said additive is at least one substance or a mixture of substances selected from a group comprising: S, Li2Sn, CO2, SO2, N2O, Cl2, Br, I and amines.
9.9.
Un electrolito como se reivindica en la reivindicación 8 o 9, en donde la cantidad de aditivo está entre 0,2% y 10% de la masa total del electrolito.  An electrolyte as claimed in claim 8 or 9, wherein the amount of additive is between 0.2% and 10% of the total mass of the electrolyte.
10.10.
Una batería de litio-azufre que comprende un electrodo negativo que incluye un material que contiene litio, un electrodo positivo que incluye un material que contiene azufre y un electrolito como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.  A lithium-sulfur battery comprising a negative electrode that includes a lithium-containing material, a positive electrode that includes a sulfur-containing material and an electrolyte as claimed in any one of claims 1 to 9.
11.eleven.
Una batería como se reivindica en la reivindicación 10, en donde el electrodo negativo incluye un material electroquímicamente activo negativo seleccionado de una lista que comprende: litio metálico, aleación que contiene litio, litio combinado con azufre no activo, un compuesto que puede intercalar de forma reversible iones de litio (que incluye aunque no está limitado a polvos metálicos, intercalados de metal de litio-carbono y metal de litio-grafito y mezclas de los mismos, y compuestos que pueden experimentar de forma reversible un procedimiento de oxidaciónreducción con iones de litio.  A battery as claimed in claim 10, wherein the negative electrode includes a negative electrochemically active material selected from a list comprising: metallic lithium, lithium-containing alloy, lithium combined with non-active sulfur, a compound that can intercalate reversible lithium ions (which includes but is not limited to metallic powders, sandwiched with lithium-carbon metal and lithium-graphite metal and mixtures thereof, and compounds that can reversibly undergo an oxidation reduction process with lithium ion .
12.12.
Una batería como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 10 u 11, en donde el electrodo positivo incluye un material electroquímicamente activo positivo que comprende al menos un material basado en azufre seleccionado de una lista que comprende: azufre elemental, compuestos de Li2Sn (con n ≥ 1), compuestos de azufre orgánico y polímeros que contienen azufre.  A battery as claimed in any one of claims 10 or 11, wherein the positive electrode includes a positive electrochemically active material comprising at least one sulfur-based material selected from a list comprising: elemental sulfur, Li2Sn compounds (with n ≥ 1), organic sulfur compounds and sulfur-containing polymers.
13.13.
El uso de un electrolito como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 como un electrolito en una batería de litio azufre.  The use of an electrolyte as claimed in any one of claims 1 to 9 as an electrolyte in a sulfur lithium battery.
ES05818427T 2004-12-02 2005-11-29 Electrolyte for lithium-sulfur batteries and lithium-sulfur batteries that use it Expired - Lifetime ES2397522T3 (en)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004135236/09A RU2321104C2 (en) 2004-12-02 2004-12-02 Electrolyte for lithium-sulfur batteries and lithium-sulfur batteries using this electrolyte
RU2004135236 2004-12-02
US65743605P 2005-03-02 2005-03-02
GB0504290A GB2420907B (en) 2004-12-02 2005-03-02 Electrolyte for lithium-sulphur batteries and lithium-sulphur batteries using the same
GB0504290 2005-03-02
US657436P 2005-03-02
PCT/GB2005/004572 WO2006059085A1 (en) 2004-12-02 2005-11-29 Electrolyte for lithium-sulphur batteries and lithium-sulphur batteries using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2397522T3 true ES2397522T3 (en) 2013-03-07

Family

ID=34432630

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES05818427T Expired - Lifetime ES2397522T3 (en) 2004-12-02 2005-11-29 Electrolyte for lithium-sulfur batteries and lithium-sulfur batteries that use it

Country Status (4)

Country Link
CN (1) CN101084595B (en)
ES (1) ES2397522T3 (en)
GB (1) GB2420907B (en)
RU (1) RU2321104C2 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0615870D0 (en) * 2006-08-10 2006-09-20 Oxis Energy Ltd An electrolyte for batteries with a metal lithium electrode
EP2698350B8 (en) 2011-04-11 2021-03-10 Mitsubishi Chemical Corporation Nonaqueous electrolyte solution, and nonaqueous electrolyte secondary battery
JP6185909B2 (en) * 2012-04-02 2017-08-23 住友精化株式会社 Electrolyte for lithium air battery and lithium air battery
CN109449356B (en) 2012-04-13 2021-07-13 阿科玛股份有限公司 Battery based on organosulfur species
US10243237B2 (en) 2012-04-13 2019-03-26 Arkema Inc. Battery based on organosulfur species
ES2546609T3 (en) * 2013-03-25 2015-09-25 Oxis Energy Limited A method to charge a lithium-sulfur cell
ES2671399T3 (en) * 2013-03-25 2018-06-06 Oxis Energy Limited A method to charge a lithium-sulfur cell
JP6939307B2 (en) * 2017-09-19 2021-09-22 トヨタ自動車株式会社 Method for manufacturing water-based lithium-ion secondary battery, negative electrode active material composite, and method for manufacturing water-based lithium-ion secondary battery
US20230361351A1 (en) * 2022-05-03 2023-11-09 Lin-Shu Du Sulfolane Based Electrolyte For High Voltage Rechargeable Lithium Batteries

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2334660A1 (en) * 1973-07-07 1975-01-23 Varta Batterie ELECTRIC ACCUMULATOR WITH NEGATIVE LITHIUM ELECTRODE
GB1502378A (en) * 1976-08-12 1978-03-01 Nat Res Dev High temperature secondary batteries
ZA771433B (en) * 1977-03-09 1978-10-25 South African Inventions Cathode and cell incorporating such a cathode
FR2576712B1 (en) * 1985-01-30 1988-07-08 Accumulateurs Fixes NON-AQUEOUS ELECTROCHEMICAL ELECTROCHEMICAL GENERATOR
KR100326468B1 (en) * 2000-07-25 2002-02-28 김순택 An Electrolyte for Lithium Sulfur batteries
JP2002075446A (en) * 2000-08-02 2002-03-15 Samsung Sdi Co Ltd Lithium-sulfur battery
KR100467456B1 (en) * 2002-09-10 2005-01-24 삼성에스디아이 주식회사 Electrolyte for lithium-sulfur battery and lithium-sulfur battery comprising same
US7115333B2 (en) * 2003-02-07 2006-10-03 Gas Technology Institute High temperature composite proton exchange membranes

Also Published As

Publication number Publication date
CN101084595A (en) 2007-12-05
GB2420907A (en) 2006-06-07
GB2420907B (en) 2006-09-13
CN101084595B (en) 2012-11-28
RU2004135236A (en) 2006-05-10
GB0504290D0 (en) 2005-04-06
RU2321104C2 (en) 2008-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8679684B2 (en) Electrolyte for lithium-sulphur batteries and lithium-sulphur batteries using the same
JP5651284B2 (en) Lithium-sulfur battery
JP4864726B2 (en) Electrolytes for lithium-sulfur electrochemical cells
KR100467453B1 (en) Electrolyte for lithium secondary batteries and lithium secondary batteries comprising the same
JP2008522376A5 (en)
ES2946916T3 (en) Mixture of lithium salts and their uses as battery electrolyte
EP1815546B1 (en) Electrolyte for lithium-sulphur batteries and lithium-sulphur batteries using the same
ES2702604T3 (en) Immune glimmers for electrolyte compositions
ES2397522T3 (en) Electrolyte for lithium-sulfur batteries and lithium-sulfur batteries that use it
JP3705774B2 (en) Nonaqueous electrolyte and nonaqueous electrolyte battery for nonaqueous electrolyte battery
US20140154590A1 (en) Electrolyte For Lithium-Based Energy Stores
JP4493197B2 (en) Electrolyte for lithium secondary battery
JP4104294B2 (en) Electrolytes for electrochemical devices, electrolytes or solid electrolytes thereof, and batteries
JP5615171B2 (en) Additives for lithium ion batteries
JP3730855B2 (en) Electrolytes for electrochemical devices, electrolytes or solid electrolytes thereof, and batteries
US9209489B2 (en) Battery and mixed molten liquid
JP3730860B2 (en) Electrolytes for electrochemical devices, electrolytes or solid electrolytes thereof, and batteries
JP2002015768A (en) Manufacturing method of non-aqueous electrolyte secondary battery
ES2677021T3 (en) Improvements related to electrolytic compositions for batteries that use sulfur or sulfur compounds
JP4104292B2 (en) Electrolytes for electrochemical devices, electrolytes or solid electrolytes thereof, and batteries
JPH0722068A (en) Secondary battery having non-aqueous solvent electrolyte
KR102863501B1 (en) Composition comprising bis(fluorosulfonyl) imide lithium salt and propionate
EP2913833A1 (en) An electrolyte composition for hybrid capacitor and hybrid capacitor comprising the same
JP4076727B2 (en) Lithium battery and electrolyte for lithium ion battery, electrolyte solution or solid electrolyte thereof, and lithium battery or lithium ion battery
JP4104289B2 (en) Electrolyte for electrochemical device, electrolyte or solid electrolyte thereof, and battery