[go: up one dir, main page]

RU2431908C2 - Chemical source of electric energy - Google Patents

Chemical source of electric energy Download PDF

Info

Publication number
RU2431908C2
RU2431908C2 RU2008116153/07A RU2008116153A RU2431908C2 RU 2431908 C2 RU2431908 C2 RU 2431908C2 RU 2008116153/07 A RU2008116153/07 A RU 2008116153/07A RU 2008116153 A RU2008116153 A RU 2008116153A RU 2431908 C2 RU2431908 C2 RU 2431908C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lithium
electrolyte
sulfur
polysulfides
stage
Prior art date
Application number
RU2008116153/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008116153A (en
Inventor
Владимир КОЛОСНИЦИН (RU)
Владимир КОЛОСНИЦИН
Елена КАРАСЕВА (RU)
Елена КАРАСЕВА
Original Assignee
Оксис Энерджи Лимитед
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
Priority claimed from GB0519491A external-priority patent/GB2430542B/en
Application filed by Оксис Энерджи Лимитед filed Critical Оксис Энерджи Лимитед
Publication of RU2008116153A publication Critical patent/RU2008116153A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2431908C2 publication Critical patent/RU2431908C2/en

Links

Classifications

    • 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

  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: rechargeable chemical source of electric energy comprises a positive electrode (cathode), containing sulfur or sulfur-based organic compounds, sulfur-based polymer compounds or sulfur-based inorganic compounds as a depolarisator, a negative electrode (anode) made of metal lithium and from lithium-containing alloys, and electrolyte containing solution of at least one salt in at least one aprotonic dissolvent. The chemical source of electric energy generates soluble polysulfides in electrolyte at the first stage of a double-stage discharging process. Besides, amount of sulfur in the depolarisator and volume of electrolyte are selected so that after the first stage of cathode discharge (down to potential of 2.1-1.9 V), concentration of soluble lithium polysulfides in electrolyte makes at least 70% of lithium polysulfides saturation concentration in electrolyte.
EFFECT: increased specific energy.
4 cl, 10 tbl, 1 dwg, 8 ex

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение в общем имеет отношение к электрохимической энергетике, а в частности имеет отношение к химическим источникам электрической энергии (к гальваническим элементам или батареям), которые имеют отрицательные электроды, изготовленные из щелочных металлов, и положительные электроды, содержащие серу и/или неорганические соединения на базе серы или органические (в том числе полимерные) соединения на базе серы в качестве материала деполяризатора электрода.The present invention generally relates to electrochemical energy, and in particular relates to chemical sources of electrical energy (to galvanic cells or batteries), which have negative electrodes made of alkali metals, and positive electrodes containing sulfur and / or inorganic compounds on sulfur-based or organic (including polymer) sulfur-based compounds as an electrode depolarizer material.

Предпосылки к созданию изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION

Литий-серная электрохимическая система имеет высокую теоретическую удельную энергию, составляющую 2600 Wh/kg (ватт-часов на кг) (D.Linden, T.B.Reddy, Handbook of batteries, third ed., McGraw-Hill, New-York, 2001), и поэтому в настоящее время представляет большой интерес. Удельную энергию определяют как отношение энергии, вырабатываемой гальваническим элементом или батареей, к весу и выражают ее в ватт-часах на кг (Wh/kg). Термин удельная энергия эквивалентен термину гравиметрическая плотность энергии.The lithium sulfur electrochemical system has a high theoretical specific energy of 2600 Wh / kg (watt hours per kg) (D.Linden, TBReddy, Handbook of batteries, third ed., McGraw-Hill, New York, 2001), and therefore, it is currently of great interest. Specific energy is defined as the ratio of the energy produced by a galvanic cell or battery to weight and is expressed in watts per kg (Wh / kg). The term specific energy is equivalent to the term gravimetric energy density.

Уже было предложено использовать различные материалы в качестве материала деполяризатора положительного электрода в литий-серных батареях, в том числе: элементарную серу (US 5,789,108; US 5,814,420), сераорганические соединения (US 6,090,504), содержащие серу полимеры (US 6,201,100; US 6.174,621; US 6.117,590) и растворы полисульфидов серы или лития в апротонных системах электролита (Rauh R.D., Abraham K.M., Pearson G.F., Surprenant J.K., Brummer S.B.: "A lithium/dissolved sulfur battery with organic electrolyte", J.Electrochem. Soc. 1979, vol.126, no.4, pp.523-527; Yamin H., Peled E.: "Electrochemistry of nonaqueous lithium/sulfur cell", J. of Power Sources, 1983, vol.9, pp.281-287).It has already been proposed to use various materials as the positive electrode depolarizer material in lithium-sulfur batteries, including elemental sulfur (US 5,789,108; US 5,814,420), organosulfur compounds (US 6,090,504) containing sulfur polymers (US 6,201,100; US 6,174,621 ; US 6.117,590) and solutions of sulfur or lithium polysulfides in aprotic electrolyte systems (Rauh RD, Abraham KM, Pearson GF, Surprenant JK, Brummer SB: "A lithium / dissolved sulfur battery with organic electrolyte", J. Electrochem. Soc. 1979, vol. 126, no.4, pp. 523-527; Yamin H., Peled E .: "Electrochemistry of nonaqueous lithium / sulfur cell", J. of Power Sources, 1983, vol. 9, pp. 281- 287).

Растворы солей лития в апротонных биполярных растворителях (а типично в линейных или циклических эфирах) или их смеси уже используют в качестве электролитов в литий-серных батареях (Yamin H., Penciner J., Gorenshtain., Elam M., Peled E.: "The electrochemical behavior of polysulphides in tetrahydrofuran", J. of Power Sources, 1985, vol.14, pp.129-134; Yamin H., Gorenshtein., Penciner J., Stemberg Y., Peled E.: "Lithium sulfur battery. Oxidation/reduction mechanisms of polysulphides in THF solution", J Electrochem Soc., 1988, vol. 135, no.5, pp.1045-1048; Duck-Rye Chang, Suck-Hyun Lee, Sun-Wook Kim, Hee-Tak Kim: "Binary electrolyte based on tetra(ethylene glycol) dimethyl etner and 1,3-dioxolane for lithium-sulfur battery", J. of Power Sources, 2002, vol.112, pp.452-460).Solutions of lithium salts in aprotic bipolar solvents (and typically in linear or cyclic ethers) or mixtures thereof are already used as electrolytes in lithium-sulfur batteries (Yamin H., Penciner J., Gorenshtain., Elam M., Peled E .: " The electrochemical behavior of polysulphides in tetrahydrofuran ", J. of Power Sources, 1985, vol. 14, pp. 129-134; Yamin H., Gorenshtein., Penciner J., Stemberg Y., Peled E .:" Lithium sulfur battery . Oxidation / reduction mechanisms of polysulphides in THF solution, "J Electrochem Soc., 1988, vol. 135, no.5, pp. 1045-1048; Duck-Rye Chang, Suck-Hyun Lee, Sun-Wook Kim, Hee- Tak Kim: "Binary electrolyte based on tetra (ethylene glycol) dimethyl etner and 1,3-dioxolane for lithium-sulfur battery", J. of Power Sources, 2002, vol. 112, pp. 452-460).

Практическая удельная энергия типичного химического источника электрической энергии обычно достигает 20-30% теоретического максимального значения удельной энергии используемой электрохимической системы. Это происходит потому, что различные вспомогательные элементы (сепаратор, коллекторы тока электродов, электролит и другие компоненты) батареи увеличивают ее вес в дополнение к электродным деполяризаторам. Вспомогательные элементы батареи сами участия в электрохимической реакции не принимают, однако они необходимы для облегчения протекания реакции и для содействия нормальному функционированию батареи.The practical specific energy of a typical chemical source of electrical energy usually reaches 20-30% of the theoretical maximum value of the specific energy of the used electrochemical system. This is because various auxiliary elements (separator, electrode current collectors, electrolyte and other components) of the battery increase its weight in addition to electrode depolarizers. The auxiliary battery cells themselves do not take part in the electrochemical reaction, however, they are necessary to facilitate the reaction and to facilitate the normal functioning of the battery.

Значение практической удельной энергии для лабораторных литий-серных гальванических элементов обычно достигает только 10-15% теоретического значения удельной энергии и типично составляет около 250-350 Wh/kg (J.Broadhead, T.Skotheim: "A safe, fast-charge, two-volt lithium/polymer cathode 'AA'-size cell with greater than 250 Wh kg-1 energy density". Journal of Power Sources, 65 (1997), 1-2, 213-218; Peled E., Gorenshtein., Segal M., Stemberg Y.: "Rechargeable lithium-sulfur battery (extended abstract)", J. of Power Sources, 1989, vol.26, pp.269-271).The value of the practical specific energy for laboratory lithium-sulfur galvanic cells usually reaches only 10-15% of the theoretical value of the specific energy and typically is about 250-350 Wh / kg (J.Broadhead, T.Skotheim: "A safe, fast-charge, two -volt lithium / polymer cathode 'AA'-size cell with greater than 250 Wh kg-1 energy density ". Journal of Power Sources, 65 (1997), 1-2, 213-218; Peled E., Gorenshtein., Segal M., Stemberg Y .: "Rechargeable lithium-sulfur battery (extended abstract)", J. of Power Sources, 1989, vol. 26, pp. 269-271).

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Если не учитывать вес вспомогательных элементов батареи, то можно сказать, что различие между теоретическим и практическим значениями удельной энергии лабораторных литий-серных гальванических элементов вызвано недостаточным использованием деполяризатора положительного электрода (серы или соединений на базе серы) и чрезмерным количеством обычно вводимого электролита.If you do not take into account the weight of the auxiliary elements of the battery, then we can say that the difference between the theoretical and practical values of the specific energy of laboratory lithium-sulfur galvanic cells is caused by the insufficient use of the depolarizer of the positive electrode (sulfur or sulfur-based compounds) and the excessive amount of the usually introduced electrolyte.

Варианты настоящего изобретения направлены по меньшей мере в значительной степени на оптимизацию количества электролита в литий-серных гальванических элементах, чтобы за счет этого повысить их практическую удельную энергию.Embodiments of the present invention are directed, at least in large part, to optimizing the amount of electrolyte in lithium-sulfur electrochemical cells in order to thereby increase their practical specific energy.

Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Удельная энергия химического источника электрической энергии определяется как теоретической удельной энергией выбранной электрохимической системы, так и весом вспомогательных компонентов, которые требуются для обеспечения надлежащей работы химического источника электрической энергии (например, таких как сепаратор, коллекторы тока электродов, связующий материал, токопроводящие добавки, электролит и другие компоненты), а также степенью (эффективностью) использования деполяризатора. Вес вспомогательных компонентов обычно составляет до 70-80% полного веса гальванического элемента. Для повышения значений удельной энергии необходимо снижать вес вспомогательных компонентов.The specific energy of a chemical source of electrical energy is determined by both the theoretical specific energy of the selected electrochemical system and the weight of auxiliary components that are required to ensure the proper operation of the chemical source of electrical energy (for example, such as a separator, electrode current collectors, binder material, conductive additives, electrolyte and other components), as well as the degree (effectiveness) of using a depolarizer. The weight of auxiliary components is usually up to 70-80% of the total weight of the galvanic cell. To increase the specific energy values, it is necessary to reduce the weight of auxiliary components.

Вес электролита образует значительную часть полного веса химического источника электрической энергии. Электролит выполняет дополнительные функции в химических источниках электрической энергии с твердыми деполяризаторами, например поддерживает процесс электрохимической реакции и обеспечивает перенос ионов между электродами. Поэтому в таких системах желательно снижать до минимума количество электролита.The weight of the electrolyte forms a significant part of the total weight of the chemical source of electrical energy. The electrolyte performs additional functions in chemical sources of electric energy with solid depolarizers, for example, it supports the process of electrochemical reaction and ensures the transfer of ions between the electrodes. Therefore, in such systems, it is desirable to minimize the amount of electrolyte.

Однако в химических источниках электрической энергии, содержащих жидкие катоды, электролит может содержать раствор соли в жидком деполяризаторе (например, раствор тетрахлоралюмината лития в тионил хлориде), или раствор соли в смеси жидкого деполяризатора и апротонного растворителя (например, раствор бромида лития в смеси серного ангидрида и ацетонитрила), или раствор соли в растворе жидкого деполяризатора в апротонном растворителе (например раствор перхлората лития в растворе полисульфида лития в тетрагидрофуране) (D.Linden, T.B.Reddy: "Handbook of batteries", third ed., McGraw-Hill, New York, 2001).However, in chemical sources of electrical energy containing liquid cathodes, the electrolyte may contain a salt solution in a liquid depolarizer (for example, a solution of lithium tetrachloroaluminate in thionyl chloride), or a salt solution in a mixture of a liquid depolarizer and an aprotic solvent (for example, a solution of lithium bromide in a mixture of sulfuric anhydride and acetonitrile), or a salt solution in a solution of a liquid depolarizer in an aprotic solvent (for example, a solution of lithium perchlorate in a solution of lithium polysulfide in tetrahydrofuran) (D.Linden, TBReddy: "Handbook of b atteries ", third ed., McGraw-Hill, New York, 2001).

Электролит в химических источниках электрической энергии, содержащих жидкие катоды, выполняет более широкий диапазон функций, чем электролит, используемый в системах, имеющих твердые катоды. Электролит не только поддерживает электрохимическую реакцию и обеспечивает перенос ионов между электродами, но служит в качестве растворителя для деполяризатора положительного электрода. Таким образом, когда апротонные растворители используют как компонент жидкого катода, характеристики удельной мощности химических источников электрической энергии с жидкими катодами зависят от содержания апротонных растворителей и, следовательно, от содержания жидкого катода.The electrolyte in chemical sources of electrical energy containing liquid cathodes performs a wider range of functions than the electrolyte used in systems having solid cathodes. The electrolyte not only supports the electrochemical reaction and ensures the transfer of ions between the electrodes, but also serves as a solvent for the depolarizer of the positive electrode. Thus, when aprotic solvents are used as a component of a liquid cathode, the characteristics of the specific power of chemical sources of electrical energy with liquid cathodes depend on the content of aprotic solvents and, therefore, on the content of the liquid cathode.

Несмотря на то, что сера и сульфид лития плохо растворяются в апротонных растворителях, литий-серные батареи классифицируют как батареи с жидкими катодами. Это связано с тем, что в ходе зарядки и разрядки таких батарей образуются хорошо растворимые продукты.Despite the fact that sulfur and lithium sulfide are poorly soluble in aprotic solvents, lithium-sulfur batteries are classified as batteries with liquid cathodes. This is due to the fact that during the charging and discharging of such batteries, soluble products are formed.

Жидкий катод образуют в литий-серных батареях в ходе разрядки серного электрода. Электрохимическое окисление серы протекает в два этапа. На первой стадии полисульфиды лития с длинной цепью (которые хорошо растворимы в апротонных электролитах) образуются в ходе электрохимического окисления элементарной серы, которая нерастворима или плохо растворима в большинстве электролитных систем (Уравнение 1).A liquid cathode is formed in lithium-sulfur batteries during the discharge of a sulfur electrode. Electrochemical oxidation of sulfur proceeds in two stages. In the first stage, long-chain lithium polysulfides (which are readily soluble in aprotic electrolytes) are formed during the electrochemical oxidation of elemental sulfur, which is insoluble or poorly soluble in most electrolyte systems (Equation 1).

Figure 00000001
Figure 00000001

Раствор полисульфидов лития в электролите, который образуется на начальной фазе разрядки, является жидким катодом.The solution of lithium polysulfides in the electrolyte, which is formed in the initial phase of the discharge, is a liquid cathode.

На второй стадии протекает электрохимическая реакция растворимых полисульфидов лития (Уравнение 2). Во время этой фазы образуются анионы сульфидов или дисульфидов, которые за счет реакции с катионами лития образуют нерастворимые продукты: сульфид лития и дисульфид лития.In the second stage, the electrochemical reaction of soluble lithium polysulfides proceeds (Equation 2). During this phase, anions of sulfides or disulfides are formed, which, due to reaction with lithium cations, form insoluble products: lithium sulfide and lithium disulfide.

Figure 00000002
Figure 00000002

Восстановление растворимых полисульфидов лития сопровождается реакциями диспропорционирования (Уравнение 3).The reduction of soluble lithium polysulfides is accompanied by disproportionation reactions (Equation 3).

Figure 00000003
Figure 00000003

Двухэтапный механизм восстановления серы четко виден на кривых разрядки литий-серных батарей, показанных на чертеже. Эти кривые имеют две области разрядки: первую область при напряжении в диапазоне от 2.5-2.4 В до 2.1-1.9 В, которая соответствует первой фазе разрядки (Уравнение 1); и вторую область при напряжении в диапазоне от 2.1-1.9 В до 1.8-1.5 В, которая соответствует второй фазе разрядки (Уравнение 2).The two-stage sulfur recovery mechanism is clearly visible on the discharge curves of lithium-sulfur batteries shown in the drawing. These curves have two discharge regions: the first region at a voltage in the range from 2.5-2.4 V to 2.1-1.9 V, which corresponds to the first phase of the discharge (Equation 1); and the second region at a voltage in the range from 2.1-1.9 V to 1.8-1.5 V, which corresponds to the second phase of the discharge (Equation 2).

Эффективность использования серы в литий-серных батареях определяется количественным отношением серы к электролиту.The efficiency of using sulfur in lithium-sulfur batteries is determined by the quantitative ratio of sulfur to electrolyte.

Когда количество электролита является относительно низким, не вся сера и полисульфиды лития с длинной цепью претерпевают последующее электрохимическое восстановление по причине образования имеющих высокую вязкость насыщенных растворов полисульфидов. Это приводит к снижению практической удельной энергии литий-серных батарей.When the amount of electrolyte is relatively low, not all sulfur and long chain lithium polysulfides undergo subsequent electrochemical reduction due to the formation of high viscosity saturated polysulfide solutions. This leads to a decrease in the practical specific energy of lithium-sulfur batteries.

Когда имеется избыток электролита, удельная энергия литий-серных батарей будет еще более низкой в сравнении с максимально возможной за счет количественного избытка электролита, который повышает полный вес гальванического элемента. Особое отношение серы к электролиту следует поддерживать для каждого типа электролита, чтобы достичь или по меньшей мере приблизиться к максимально возможной практической удельной энергии.When there is an excess of electrolyte, the specific energy of lithium-sulfur batteries will be even lower compared to the maximum possible due to a quantitative excess of electrolyte, which increases the total weight of the galvanic cell. A special ratio of sulfur to electrolyte should be maintained for each type of electrolyte in order to achieve, or at least approach, the maximum practical specific energy.

Это отношение зависит от свойств системы электролита. В частности, это отношение зависит от растворимости исходного, промежуточного и конечного компонентов.This ratio depends on the properties of the electrolyte system. In particular, this ratio depends on the solubility of the starting, intermediate and final components.

Для достижения наилучших характеристик практической удельной энергии литий-серных батарей содержание электролита в батареях следует выбирать так, чтобы обеспечивать полное растворение полисульфидов лития (образованных на первой стадии) с образованием жидких катодов с умеренной вязкостью. Заявитель настоящего изобретения обнаружил, что такое условие выполняется в том случае, когда в ходе разрядки серного электрода концентрация растворимых полисульфидов лития в электролите составляет по меньшей мере 70%, а преимущественно от 70 до 90% концентрации насыщения.To achieve the best practical characteristics of the specific energy of lithium-sulfur batteries, the electrolyte content in the batteries should be chosen so as to ensure complete dissolution of lithium polysulfides (formed in the first stage) with the formation of liquid cathodes with moderate viscosity. The applicant of the present invention has found that this condition is satisfied when, during the discharge of the sulfur electrode, the concentration of soluble lithium polysulfides in the electrolyte is at least 70%, and preferably from 70 to 90%, of the saturation concentration.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается химический источник электрической энергии, который содержит положительный электрод (катод), содержащий серу или органические соединения на базе серы, полимерные соединения на базе серы или неорганические соединения на базе серы в качестве деполяризатора, отрицательный электрод (анод), изготовленный из металлического лития или из содержащих литий сплавов, и электролит, содержащий раствор по меньшей мере одной соли по меньшей мере в одном апротонном растворителе, причем химический источник электрической энергии конфигурирован так, чтобы вырабатывать растворимые полисульфиды в электролите во время первой стадии двухстадийного процесса разрядки, отличающийся тем, что количество серы в деполяризаторе и объем электролита выбраны так, что после первой стадии разрядки катода концентрация растворимых полисульфидов лития в электролите составляет по меньшей мере 70% концентрации насыщения полисульфидов лития в электролите.The present invention provides a chemical source of electrical energy that contains a positive electrode (cathode) containing sulfur or sulfur-based organic compounds, sulfur-based polymeric compounds or sulfur-based inorganic compounds as a depolarizer, a negative electrode (anode) made from lithium metal or from lithium-containing alloys, and an electrolyte containing a solution of at least one salt in at least one aprotic solvent, the chemical The electric energy meter is configured to produce soluble polysulfides in the electrolyte during the first stage of the two-stage discharge process, characterized in that the amount of sulfur in the depolarizer and the volume of the electrolyte are selected so that after the first stage of cathode discharge the concentration of soluble lithium polysulfides in the electrolyte is at least 70% saturation concentration of lithium polysulfides in the electrolyte.

Преимущественно количество серы в положительном электроде и объем электролита выбраны так, что после первой стадии разрядки катода концентрация растворимых полисульфидов лития в электролите составляет от 70% до 90% концентрации насыщения полисульфидов лития в электролите.Mostly the amount of sulfur in the positive electrode and the volume of the electrolyte are selected such that after the first stage of cathode discharge, the concentration of soluble lithium polysulfides in the electrolyte is from 70% to 90% of the saturation concentration of lithium polysulfides in the electrolyte.

В соответствии со специфическим вариантом деполяризатор содержит серу, углеродную сажу и полиэтилен оксид.In a specific embodiment, the depolarizer contains sulfur, carbon black and polyethylene oxide.

Электролит может содержать раствор одной или нескольких солей лития, выбранных из группы, в которую входят трифторметансульфонат лития, перхлорат лития, трифторметансульфонимид лития, гексафторфосфат лития, гексафторарсенат лития, тетрахлоралюминат лития, тетраалкиламмоний лития, хлорид лития, бромид лития и иодид лития; в одном или нескольких растворителях, выбранных из группы, в которую входят диоксолан, тетрагидрофуран, диметоксиэтан, диглим, триглим, тетраглим, диалкил карбонаты, сульфолан и бутиролактон.The electrolyte may contain a solution of one or more lithium salts selected from the group consisting of lithium trifluoromethanesulfonate, lithium perchlorate, lithium trifluoromethanesulfonimide, lithium hexafluorophosphate, lithium hexafluoroarsenate, lithium tetrachloroaluminate, lithium tetraalkylammonium, lithium chloride and iodine; in one or more solvents selected from the group consisting of dioxolane, tetrahydrofuran, dimethoxyethane, diglyme, triglyme, tetrahlim, dialkyl carbonates, sulfolane and butyrolactone.

В тексте описания настоящего изобретения и в формуле изобретения слова "содержит" и "включает в себя" и их производные, такие как, например, "содержащий", означают " включает в себя, но без ограничения " и не предназначены для того, чтобы исключать (и не исключают) использование других долей, добавок, компонентов, целых чисел или операций способа.In the text of the description of the present invention and in the claims, the words “comprises” and “includes” and their derivatives, such as, for example, “comprising”, mean “includes, but not limited to” and are not intended to exclude (and do not exclude) the use of other proportions, additives, components, integers or method operations.

В тексте описания настоящего изобретения и в формуле изобретения использование единственного числа не исключает использование множественного числа, если только обратное не следует из контекста.In the text of the description of the present invention and in the claims, the use of the singular does not exclude the use of the plural, unless the contrary follows from the context.

Характеристики, признаки, целые числа, соединения, химические доли или группы, описанные в сочетании с конкретным аспектом, вариантом или примером изобретения, применимы к любому другому его аспекту, варианту или примеру, если только нет несовместимости с ними.The characteristics, features, integers, compounds, chemical fractions or groups described in combination with a particular aspect, variant or example of the invention are applicable to any other aspect, variant or example thereof, unless there is incompatibility with them.

Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, данного в качестве примера, не имеющего ограничительного характера и приведенного со ссылкой на сопроводительный чертеж.The foregoing and other features of the invention will be more apparent from the following detailed description, given by way of example, not of a restrictive nature and given with reference to the accompanying drawing.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На чертеже показан график двухстадийного процесса разрядки литий-серной батареи в соответствии с вариантом настоящего изобретения.The drawing shows a graph of a two-stage process for discharging a lithium-sulfur battery in accordance with a variant of the present invention.

ПРИМЕРЫEXAMPLES

Пример 1Example 1

Положительный электрод, содержащий 70% элементарной сублимированной серы (закупленной на фирме Fisher Scientific, Loughborough, Великобритания), 10% электропроводящей углеродной сажи (марки Ketjenblack® EC-600JD, закупленной на фирме Akzo Nobel Polymer Chemicals BV, Нидерланды) и 20% полиэтилен оксида (РЕО, молекулярная масса 4.000,000, закупленного на фирме Sigma-Aldrich Company Ltd., Gillingham, Великобритания), был получен при помощи следующего процесса.Positive electrode containing 70% elemental freeze-dried sulfur (purchased from Fisher Scientific, Loughborough, UK), 10% electrically conductive carbon black (Ketjenblack® EC-600JD, purchased from Akzo Nobel Polymer Chemicals BV, Netherlands) and 20% polyethylene oxide (PEO, molecular weight 4,000,000, purchased from Sigma-Aldrich Company Ltd., Gillingham, UK) was obtained using the following process.

Сухую смесь указанных компонентов размалывали в имеющей высокую скорость мельнице типа Microtron® MB550 в течение 10-15 минут. Затем к сухой смеси добавили ацетонитрил в качестве растворителя и суспензию перемешивали в течение 15-20 часов в лабораторной мешалке типа DLH. Содержание твердых веществ в суспензии составляет 10-15%. Полученную указанным образом суспензию наносили при помощи автоматического аппликатора пленки типа Elcometer® SPRL на одну сторону алюминиевой фольги толщиной 12 мкм, имеющей электропроводное углеродное покрытие (Продукт No. 60303, закупленный на фирме Rexam Graphics, South Hadley, Mass., США) в качестве коллектора тока.A dry mixture of these components was ground in a high speed mill of the Microtron® MB550 type for 10-15 minutes. Then acetonitrile as a solvent was added to the dry mixture, and the suspension was stirred for 15-20 hours in a DLH type laboratory stirrer. The solids content in the suspension is 10-15%. The suspension thus obtained was applied using an Elcometer® SPRL type automatic film applicator on one side of a 12 μm thick aluminum foil having an electrically conductive carbon coating (Product No. 60303, purchased from Rexam Graphics, South Hadley, Mass., USA) as a collector current.

Покрытие сушили в условиях окружающей среды в течение 20 часов и затем в вакууме при 50°С в течение 5 часов. Полученный сухой активный слой катода имеет толщину 19 мкм и содержит 2.01 мг/см2 катодной смеси. Удельная поверхностная емкость электрода составляет 2.35 мА* ч/см2.The coating was dried at ambient conditions for 20 hours and then under vacuum at 50 ° C for 5 hours. The resulting dry active cathode layer has a thickness of 19 μm and contains 2.01 mg / cm 2 of the cathode mixture. The specific surface capacitance of the electrode is 2.35 mA * h / cm 2 .

Пример 2Example 2

Положительный электрод из Примера 1 был использован в небольшой сборке гальванических элементов, изготовленной из нержавеющей стали. Площадь поверхности катода составила 5.1 см2. Давление 400 кг/см2 было приложено к электроду до того, как он был использован в гальваническом элементе. Толщина катода после сжатия составила 16 мкм. 1.0М раствор трифторметансульфоната лития (закупленного на фирме 3М Corporation, St. Paul, Minn., США) в сульфолане был использован в качестве электролита. Материал Celgard® 2500 (торговая марка материала фирмы Tonen Chemical Corporation, Tokyo, Япония, который также может быть закуплен на фирме Mobil Chemical Company, Films Division, Pittsford, N.Y., США) был использован в качестве сепаратора. Эти компоненты были собраны для создания слоистой конструкции, содержащей положительный электрод/ сепаратор/ анод, вместе с жидким электролитом, заполняющим свободный объем сепаратора и положительного электрода. Сборку гальванических элементов производили следующим образом. Сначала был введен положительный электрод. Затем 4 микролитра электролита были нанесены на электрод с использованием шприца с постоянным расходом типа CR-700 (Hamilton Co). Сепаратор был помещен сверху на смоченный электрод и 3 микролитра электролита были нанесены на сепаратор. Затем литиевый электрод, изготовленный из литиевой фольги толщиной 38 мкм, был помещен сверху на сепаратор. После сборки электродного пакета гальванический элемент был герметично уплотнен при помощи крышки, имеющей уплотнение из тефлона. Отношение серы к электролиту составляет 1 мл электролита на 1 г серы. После полного растворения серы в виде полисульфида лития в ходе разрядки гальванического элемента измеренная максимальная концентрация серы в электролите составляет 31.25 моль на литр.The positive electrode from Example 1 was used in a small assembly of galvanic cells made of stainless steel. The surface area of the cathode was 5.1 cm 2 . A pressure of 400 kg / cm 2 was applied to the electrode before it was used in a galvanic cell. The thickness of the cathode after compression was 16 μm. A 1.0 M solution of lithium trifluoromethanesulfonate (purchased from 3M Corporation, St. Paul, Minn., USA) in sulfolane was used as an electrolyte. Celgard® 2500 (a trademark of material from Tonen Chemical Corporation, Tokyo, Japan, which can also be purchased from Mobil Chemical Company, Films Division, Pittsford, NY, USA) was used as a separator. These components were assembled to create a layered structure containing a positive electrode / separator / anode, together with a liquid electrolyte filling the free volume of the separator and positive electrode. Assembly of galvanic cells was carried out as follows. First, a positive electrode was introduced. Then 4 microliters of electrolyte were deposited onto the electrode using a constant-flow syringe such as CR-700 (Hamilton Co). The separator was placed on top of the wetted electrode and 3 microliters of electrolyte were deposited on the separator. Then, a lithium electrode made of 38 μm thick lithium foil was placed on top of the separator. After assembly of the electrode package, the cell was sealed using a cap having a Teflon seal. The ratio of sulfur to electrolyte is 1 ml of electrolyte per 1 g of sulfur. After the complete dissolution of sulfur in the form of lithium polysulfide during the discharge of the galvanic cell, the measured maximum sulfur concentration in the electrolyte is 31.25 mol per liter.

Циклы зарядки-разрядки гальванического элемента проводили при токе 1.5 мА, что было эквивалентно плотности тока 0.3 мА/см2, с напряжением отсечки разрядки 1.5 В и окончанием зарядки при 2.8 В. Полный вес гальванического элемента и распределение веса между компонентами гальванического элемента приведены в Таблице 1, а характеристики гальванического элемента показаны в Таблице 2.The charge-discharge cycles of the galvanic cell were carried out at a current of 1.5 mA, which was equivalent to a current density of 0.3 mA / cm 2 , with a discharge cut-off voltage of 1.5 V and the end of charging at 2.8 V. The total weight of the galvanic cell and the weight distribution between the components of the galvanic cell are shown in the Table 1, and the characteristics of the cell are shown in Table 2.

Удельная энергия гальванического элемента была рассчитана из емкости на втором цикле путем деления емкости на вес электродного пакета, включая электролит.The specific energy of the galvanic cell was calculated from the capacitance in the second cycle by dividing the capacitance by the weight of the electrode stack, including the electrolyte.

Таблица 1.Table 1. Распределение массы между компонентами литий-серного гальванического элемента в соответствии с Примером 2Mass distribution between the components of the lithium-sulfur cell in accordance with Example 2 Компонент гальванического элемента:Cell Component: Вес, гWeight g Доля, %Share% ЛитийLithium 0.005510.00551 13.113.1 СераSulfur 0.007150.00715 1717 Связующий материалBinder material 0.002040.00204 4,84.8 УглеродCarbon 0.001020.00102 2.42.4 Подложка (+)Substrate (+) 0.010210.01021 243243 СепараторSeparator 0.006130.00613 14.614.6 ЭлектролитElectrolyte 0.010010.01001 23.823.8 Полный вес гальванического элементаTotal cell weight 0.042070.04207 100.0100.0

Таблица 2.Table 2. Параметры литий-серного гальванического элемента в соответствии с Примером 2The parameters of the lithium-sulfur cell in accordance with Example 2 Полное количество электролита, млThe total amount of electrolyte, ml 0.0070.007 Количество электролита на 1 г серы, млThe amount of electrolyte per 1 g of sulfur, ml 1one Количество электролита на 1 мАч емкости положительного электрода, мл/мАчThe amount of electrolyte per 1 mAh capacity of the positive electrode, ml / mAh 0.000580.00058 Расчетная концентрация полисульфида лития в электролите после 1-й стадии, моль/литрThe estimated concentration of lithium polysulfide in the electrolyte after the 1st stage, mol / liter 31.2531.25 Удельная энергия, Wh/kgSpecific Energy, Wh / kg 119119 Плотность энергии, Wh/lEnergy density, Wh / l 130130

Пример 3Example 3

Был собран литий-серный гальванический элемент аналогично тому, что описано в Примере 2, за исключением того, что 11 микролитров электролита были нанесены на положительный электрод и 3 микролитра электролита были нанесены на сепаратор. Полное содержание электролита в гальваническом элементе составляет 14 микролитров, что дает 2 мл электролита на 1 г серы. Циклические испытания гальванического элемента проводили аналогично описанному в Примере 2. Параметры гальванического элемента приведены в Таблицах 3 и 4.A lithium-sulfur cell was assembled similarly to that described in Example 2, except that 11 microliters of electrolyte were deposited on a positive electrode and 3 microliters of electrolyte were deposited on a separator. The total electrolyte content in the galvanic cell is 14 microliters, which gives 2 ml of electrolyte per 1 g of sulfur. The cyclic tests of the galvanic cell were carried out as described in Example 2. The parameters of the galvanic cell are shown in Tables 3 and 4.

Таблица 3.Table 3. Распределение массы между компонентами литий-серного гальванического элемента в соответствии с Примером 3Mass distribution between the components of the lithium-sulfur cell in accordance with Example 3 Компонент гальванического элемента:Cell Component: Вес, гWeight g Доля, %Share% ЛитийLithium 0.005510.00551 10.610.6 СераSulfur 0.007150.00715 13.713.7 Связующий материалBinder material 0.002040.00204 3.93.9 УглеродCarbon 0.001020.00102 22 Подложка (+)Substrate (+) 0.010210.01021 19.619.6 СепараторSeparator 0,006130,00613 11.811.8 ЭлектролитElectrolyte 0.020020.02002 38.438.4 Полный вес гальванического элементаTotal cell weight 0.052080.05208 100one hundred

Таблица 4.Table 4. Параметры литий-серного гальванического элемента в соответствии с Примером 3The parameters of the lithium-sulfur cell in accordance with Example 3 Полное количество электролита, млThe total amount of electrolyte, ml 0.0140.014 Количество электролита на 1 г серы, млThe amount of electrolyte per 1 g of sulfur, ml 1,961.96 Количество электролита на 1 мАч емкости положительного электрода, мл/мАчThe amount of electrolyte per 1 mAh capacity of the positive electrode, ml / mAh 0.001170.00117 Расчетная концентрация полисульфида лития в электролите после 1-й стадии, моль/литрThe estimated concentration of lithium polysulfide in the electrolyte after the 1st stage, mol / liter 15.6215.62 Удельная энергия, Wh/kgSpecific Energy, Wh / kg 265265 Плотность энергии, Wh/lEnergy density, Wh / l 301301

Пример 4Example 4

Был собран литий-серный гальванический элемент аналогично тому, что описано в Примере 2, за исключением того, что 22 микролитра электролита были нанесены на положительный электрод и 3 микролитра электролита были нанесены на сепаратор. Полное содержание электролита в гальваническом элементе составляет 25 микролитров, что дает 3.5 мл электролита на 1 г серы. Циклические испытания гальванического элемента проводили аналогично описанному в Примере 2. Параметры гальванического элемента приведены в Таблицах 5 и 6.A lithium-sulfur cell was assembled similarly to that described in Example 2, except that 22 microliters of electrolyte were deposited on the positive electrode and 3 microliters of electrolyte were deposited on the separator. The total electrolyte content in the galvanic cell is 25 microliters, which gives 3.5 ml of electrolyte per 1 g of sulfur. Cyclic tests of a galvanic cell were performed as described in Example 2. The parameters of a galvanic cell are shown in Tables 5 and 6.

Таблица 5.Table 5. Распределение массы между компонентами литий-серного гальванического элемента в соответствии с Примером 4Mass distribution between components of a lithium-sulfur cell according to Example 4 Компонент гальванического элемента:Cell Component: Вес, гWeight g Доля, %Share% ЛитийLithium 0.005510.00551 8.28.2 СераSulfur 0.007150.00715 10.810.8 Связующий материалBinder material 0.002040.00204 33 УглеродCarbon 0,001020.00102 1.51.5 Подложка (+)Substrate (+) 0.010210.01021 15.215.2 СепараторSeparator 0.006130.00613 9.19.1 ЭлектролитElectrolyte 0.035040.03504 52.252.2 Полный вес гальванического элементаTotal cell weight 0.06710.0671 100.0100.0

Таблица 6.Table 6. Параметры литий-серного гальванического элемента в соответствии с Примером 4The parameters of the lithium-sulfur cell in accordance with Example 4 Полное количество электролита, млThe total amount of electrolyte, ml 0,0250,025 Количество электролита на 1 г серы, млThe amount of electrolyte per 1 g of sulfur, ml 3.53.5 Количество электролита на 1 мАч емкости положительного электрода, мл/мАчThe amount of electrolyte per 1 mAh capacity of the positive electrode, ml / mAh 0.00210.0021 Расчетная концентрация полисульфида лития в электролите после 1-й стадии, моль/литрThe estimated concentration of lithium polysulfide in the electrolyte after the 1st stage, mol / liter 8.9288.928 Удельная энергия, Wh/kgSpecific Energy, Wh / kg 300300 Плотность энергии, Wh/1Energy Density, Wh / 1 355355

Пример 5Example 5

Был собран литий-серный гальванический элемент аналогично тому, что описано в Примере 2, за исключением того, что 49 микролитров электролита были нанесены на положительный электрод и 3 микролитра электролита были нанесены на сепаратор. Полное содержание электролита в гальваническом элементе составляет 52 микролитра, что дает 5.2 мл электролита на 1 г серы. Циклические испытания гальванического элемента проводили аналогично описанному в Примере 2. Параметры гальванического элемента приведены в Таблицах 7 и 8.A lithium-sulfur cell was assembled similarly to that described in Example 2, except that 49 microliters of electrolyte were deposited on a positive electrode and 3 microliters of electrolyte were deposited on a separator. The total electrolyte content in the galvanic cell is 52 microliters, which gives 5.2 ml of electrolyte per 1 g of sulfur. The cyclic tests of the galvanic cell were carried out as described in Example 2. The parameters of the galvanic cell are shown in Tables 7 and 8.

Таблица 7.Table 7. Распределение массы между компонентами литий-серного гальванического элемента в соответствии с Примером 5Mass distribution between the components of the lithium-sulfur cell in accordance with Example 5 Компонент гальванического элемента:Cell Component: Вес, гWeight g Доля, %Share% ЛитийLithium 0.005510.00551 5.35.3 СераSulfur 0.007150.00715 6969 Связующий материалBinder material 0.002040.00204 22 УглеродCarbon 0.001020.00102 1one Подложка (+)Substrate (+) 0.010210.01021 9.89.8 СепараторSeparator 0.006130.00613 5.85.8 ЭлектролитElectrolyte 0.072070.07207 69.269.2 Полный вес гальванического элементаTotal cell weight 0.104130.10413 100.0100.0

Таблица 8.Table 8. Параметры литий-серного гальванического элемента в соответствии с Примером 6The parameters of the lithium-sulfur cell in accordance with Example 6 Полное количество электролита, млThe total amount of electrolyte, ml 0.0520.052 Количество электролита на 1 г серы, млThe amount of electrolyte per 1 g of sulfur, ml 7.27.2 Количество электролита на 1 мАч емкости положительного электрода, мл/мАчThe amount of electrolyte per 1 mAh capacity of the positive electrode, ml / mAh 0.00430.0043 Расчетная концентрация полисульфида лития в электролите после 1-й стадии, моль/литрThe estimated concentration of lithium polysulfide in the electrolyte after the 1st stage, mol / liter 4.3444.344 Удельная энергия, Wh/kgSpecific Energy, Wh / kg 193193 Плотность энергии, Wh/lEnergy density, Wh / l 242242

Пример 6Example 6

Был собран литий-серный гальванический элемент аналогично тому, что описано в Примере 2, за исключением того, что 69 микролитров электролита были нанесены на положительный электрод и 3 микролитра электролита были нанесены на сепаратор. Полное содержание электролита в гальваническом элементе составляет 72 микролитра, что дает 7.2 мл электролита на 1 г серы. Циклические испытания гальванического элемента проводили аналогично описанному в Примере 2. Параметры гальванического элемента приведены в Таблицах 9 и 10.A lithium-sulfur cell was assembled similarly to that described in Example 2, except that 69 microliters of electrolyte were deposited on the positive electrode and 3 microliters of electrolyte were deposited on the separator. The total electrolyte content in the galvanic cell is 72 microliters, which gives 7.2 ml of electrolyte per 1 g of sulfur. The cyclic tests of the galvanic cell were carried out as described in Example 2. The parameters of the galvanic cell are shown in Tables 9 and 10.

Таблица 9.Table 9. Распределение массы между компонентами литий-серного гальванического элемента в соответствии с Примером 6Mass distribution between the components of the lithium-sulfur cell in accordance with Example 6 Компонент гальванического элемента:Cell Component: Вес, гWeight g Доля, %Share% ЛитийLithium 0.005510.00551 4.24.2 СераSulfur 0.007150.00715 5.55.5 Связующий материалBinder material 0.002040.00204 1.51.5 УглеродCarbon 0.001020.00102 0.80.8 Подложка (+)Substrate (+) 0.010210.01021 7.77.7 СепараторSeparator 0.006130.00613 4.64.6 ЭлектролитElectrolyte 0.10010.1001 75.775.7 Полный вес гальванического элементаTotal cell weight 0.132160.13216 100.0100.0

Таблица 10.Table 10. Параметры литий-серного гальванического элемента в соответствии с Примером 6The parameters of the lithium-sulfur cell in accordance with Example 6 Полное количество электролита, млThe total amount of electrolyte, ml 0.0720.072 Количество электролита на 1 г серы, млThe amount of electrolyte per 1 g of sulfur, ml 1010 Количество электролита на 1 мАч емкости положительного электрода, мл/мАчThe amount of electrolyte per 1 mAh capacity of the positive electrode, ml / mAh 0.0060.006 Расчетная концентрация полисульфида лития в электролите после 1-й стадии, моль/литрThe estimated concentration of lithium polysulfide in the electrolyte after the 1st stage, mol / liter 3.1283.128 Удельная энергия, Wh/kgSpecific Energy, Wh / kg 162162 Плотность энергии, Wh/lEnergy density, Wh / l 207207

Пример 7Example 7

Была проведена оценка конечной растворимости или растворимости насыщения серы в виде октасульфата лития в 1.0 М растворе трифторметансульфоната лития в сульфолане. Оценку растворимости проводили следующим образом: 1.0 г смеси сульфида лития и серы (при содержании серы в смеси 0.86 г) при молярном отношении 1:7 поместили в герметичный стеклянный реактор в воздушном термостате, причем указанный реактор был снабжен механическим смесителем и измерительным устройством. Температуру термостата повышали до 30°С. 1.0 М раствор трифторметансульфоната лития в сульфолане добавляли небольшими порциями в реактор при постоянном перемешивании. После добавления каждой новой порции реакционную смесь тщательно перемешивали в течение 5-6 часов, так чтобы установить термодинамическое равновесие. Растворимость твердой фазы оценивали визуально. Если реакционная смесь содержит некоторые остатки твердой фазы, то тогда добавляли дополнительную порцию электролита. Эксперимент проводили до полного растворения твердой фазы. Результаты показывают, что 1.0 г смеси сульфида лития и серы при молярном отношении 1:7 полностью растворяется в 3.3 мл раствора электролита; другими словами, было установлено, что растворимость серы в виде октосульфида лития составляет около 0.96М/ литр электролита.The final solubility or saturation solubility of sulfur in the form of lithium octasulfate in a 1.0 M solution of lithium trifluoromethanesulfonate in sulfolane was evaluated. The solubility was evaluated as follows: 1.0 g of a mixture of lithium sulfide and sulfur (with a sulfur content of 0.86 g in a mixture) with a molar ratio of 1: 7 was placed in a sealed glass reactor in an air thermostat, and the specified reactor was equipped with a mechanical mixer and a measuring device. The temperature of the thermostat was raised to 30 ° C. A 1.0 M solution of lithium trifluoromethanesulfonate in sulfolane was added in small portions to the reactor with constant stirring. After adding each new portion, the reaction mixture was thoroughly mixed for 5-6 hours, so as to establish thermodynamic equilibrium. The solubility of the solid phase was evaluated visually. If the reaction mixture contained some solid phase residues, then an additional portion of the electrolyte was added. The experiment was carried out until the solid phase was completely dissolved. The results show that 1.0 g of a mixture of lithium sulfide and sulfur at a molar ratio of 1: 7 is completely dissolved in 3.3 ml of an electrolyte solution; in other words, it was found that the solubility of sulfur in the form of lithium octosulfide is about 0.96 M / liter of electrolyte.

Пример 8Example 8

Результаты Примеров 2-7 суммированы на чертеже, где показана зависимость удельной энергии голого литий-серного гальванического элемента от отношения электролита к сере. Можно видеть, что эта зависимость имеет максимум, который достигается при отношении электролита к сере около 3. Другими словами, максимальная емкость литий-серного гальванического элемента достигается при объемно-весовом отношении электролита к сере, которое близко к конечной растворимости или растворимости насыщения октосульфида лития в электролите.The results of Examples 2-7 are summarized in the drawing, which shows the dependence of the specific energy of the bare lithium-sulfur cell on the ratio of electrolyte to sulfur. You can see that this dependence has a maximum that is achieved with an electrolyte to sulfur ratio of about 3. In other words, the maximum capacity of a lithium-sulfur cell is achieved with a volume-weight ratio of electrolyte to sulfur, which is close to the final solubility or saturation solubility of lithium octosulfide in electrolyte.

Наличие максимума объясняется тем фактом, что при низких значениях отношения электролита к сере эффективность использования серы является низкой, в то время как при более высоких отношениях избыток электролита создает дополнительную массу гальванического элемента, в результате чего снижается удельная энергия.The presence of a maximum is explained by the fact that at low ratios of the electrolyte to sulfur, the sulfur utilization efficiency is low, while at higher ratios the excess electrolyte creates an additional mass of the galvanic cell, resulting in a decrease in specific energy.

Claims (4)

1. Перезаряжаемый химический источник электрической энергии, который содержит положительный электрод (катод), содержащий серу или органические соединения на базе серы, полимерные соединения на базе серы или неорганические соединения на базе серы в качестве деполяризатора, отрицательный электрод (анод), изготовленный из металлического лития или из содержащих литий сплавов, и электролит, содержащий раствор по меньшей мере одной соли по меньшей мере в одном апротонном растворителе, причем химический источник электрической энергии вырабатывает растворимые полисульфиды в электролите во время первой стадии двухстадийного процесса разрядки, отличающийся тем, что количество серы в деполяризаторе и объем электролита выбраны так, что после первой стадии разрядки катода концентрация растворимых полисульфидов лития в электролите составляет по меньшей мере 70% концентрации насыщения полисульфидов лития в электролите.1. A rechargeable chemical source of electrical energy that contains a positive electrode (cathode) containing sulfur or sulfur-based organic compounds, sulfur-based polymeric compounds or sulfur-based inorganic compounds as a depolarizer, a negative electrode (anode) made of lithium metal or from lithium-containing alloys, and an electrolyte containing a solution of at least one salt in at least one aprotic solvent, wherein a chemical source of electrical energy produces soluble polysulfides in the electrolyte during the first stage of the two-stage discharge process, characterized in that the amount of sulfur in the depolarizer and the volume of the electrolyte are selected so that after the first stage of cathode discharge the concentration of soluble lithium polysulfides in the electrolyte is at least 70% of the saturation concentration of lithium polysulfides in electrolyte. 2. Источник электрической энергии по п.1, в котором количество серы в деполяризаторе и объем электролита выбраны так, что после полной разрядки катода концентрация растворимых полисульфидов лития в электролите составляет от 70 до 90% концентрации насыщения полисульфидов лития в электролите.2. The electric energy source according to claim 1, wherein the amount of sulfur in the depolarizer and the volume of the electrolyte are selected so that after the cathode is completely discharged, the concentration of soluble lithium polysulfides in the electrolyte is from 70 to 90% of the saturation concentration of lithium polysulfides in the electrolyte. 3. Источник электрической энергии по п.1, в котором деполяризатор содержит серу, углеродную сажу и полиэтилен оксид.3. The electric energy source according to claim 1, wherein the depolarizer contains sulfur, carbon black and polyethylene oxide. 4. Источник электрической энергии по одному из пп.1-3, в котором электролит содержит раствор одной или нескольких солей лития, выбранных из группы, в которую входят трифторметансульфонат лития, перхлорат лития, трифторметансульфонимид лития, гексафторфосфат лития, гексафторарсенат лития, тетрахлоралюминат лития, тетраалкиламмоний лития, хлорид лития, бромид лития и иодид лития; в одном или нескольких растворителях, выбранных из группы, в которую входят диоксолан, тетрагидрофуран, диметоксиэтан, диглим, триглим, тетраглим, диалкил карбонаты, сульфолан и бутиролактон. 4. The electric energy source according to one of claims 1 to 3, in which the electrolyte contains a solution of one or more lithium salts selected from the group consisting of lithium trifluoromethanesulfonate, lithium perchlorate, lithium trifluoromethanesulfonimide, lithium hexafluorophosphate, lithium hexafluoroarsenate, lithium tetrachloroaluminate, lithium tetraalkylammonium, lithium chloride, lithium bromide and lithium iodide; in one or more solvents selected from the group consisting of dioxolane, tetrahydrofuran, dimethoxyethane, diglyme, triglyme, tetrahlim, dialkyl carbonates, sulfolane and butyrolactone.
RU2008116153/07A 2005-09-26 2006-09-21 Chemical source of electric energy RU2431908C2 (en)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB05119491.5 2005-09-26
GB0519491A GB2430542B (en) 2005-09-26 2005-09-26 Lithium-sulphur battery with high specific energy
GB0519491.5 2005-09-26
US72106205P 2005-09-28 2005-09-28
US60/721,062 2005-09-28
US60/734,320 2005-11-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008116153A RU2008116153A (en) 2009-11-10
RU2431908C2 true RU2431908C2 (en) 2011-10-20

Family

ID=41354145

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008116153/07A RU2431908C2 (en) 2005-09-26 2006-09-21 Chemical source of electric energy

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2431908C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2619080C1 (en) * 2013-08-16 2017-05-11 ЭлДжи КЕМ, ЛТД. Cathode for lithium-sulfur battery and method of its preparation
WO2017115151A3 (en) * 2015-12-28 2017-08-24 Пауэрмерс Инк. Cathode for a metal-air current source, metal-air current source containing same
RU2713912C1 (en) * 2016-11-28 2020-02-11 Тойота Дзидося Кабусики Кайся Liquid electrolyte for lithium-ion accumulator batteries, method of producing liquid electrolyte and lithium-ion accumulator battery
RU2796628C2 (en) * 2022-07-19 2023-05-29 Общество С Ограниченной Ответственностью "Даглитий" Method for producing lithium-sulfur cathode

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2084391A (en) * 1980-09-19 1982-04-07 Univ Ramot Alkali metal-sulphur non-aqueous cell
RU99114422A (en) * 1999-07-12 2001-05-20 Игорь Касьянович Мешковский NON-AQUEOUS ELECTROLYTE FOR A LITHIUM-SULFUR BATTERY
EP1178555A2 (en) * 2000-08-02 2002-02-06 Samsung SDI Co., Ltd. Lithium-sulfur batteries
US20020192557A1 (en) * 2001-06-01 2002-12-19 Samsung Sdi Co., Ltd. Lithium-sulfur batteries

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2084391A (en) * 1980-09-19 1982-04-07 Univ Ramot Alkali metal-sulphur non-aqueous cell
RU99114422A (en) * 1999-07-12 2001-05-20 Игорь Касьянович Мешковский NON-AQUEOUS ELECTROLYTE FOR A LITHIUM-SULFUR BATTERY
EP1178555A2 (en) * 2000-08-02 2002-02-06 Samsung SDI Co., Ltd. Lithium-sulfur batteries
US20020192557A1 (en) * 2001-06-01 2002-12-19 Samsung Sdi Co., Ltd. Lithium-sulfur batteries

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2619080C1 (en) * 2013-08-16 2017-05-11 ЭлДжи КЕМ, ЛТД. Cathode for lithium-sulfur battery and method of its preparation
WO2017115151A3 (en) * 2015-12-28 2017-08-24 Пауэрмерс Инк. Cathode for a metal-air current source, metal-air current source containing same
US11482746B2 (en) 2015-12-28 2022-10-25 Powermers Inc. Cathode for metal-air current sources metal-air current sources containing the same
RU2713912C1 (en) * 2016-11-28 2020-02-11 Тойота Дзидося Кабусики Кайся Liquid electrolyte for lithium-ion accumulator batteries, method of producing liquid electrolyte and lithium-ion accumulator battery
RU2796628C2 (en) * 2022-07-19 2023-05-29 Общество С Ограниченной Ответственностью "Даглитий" Method for producing lithium-sulfur cathode

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008116153A (en) 2009-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5947774B2 (en) Lithium-sulfur battery with high specific energy
RU2402842C2 (en) Electrolyte cell and method of its fabrication
JP5297383B2 (en) High specific energy lithium-sulfur battery and method of operation thereof
RU2402840C2 (en) Electrolyte and electrolyte cell
US7247404B2 (en) Electrolyte for lithium secondary batteries and lithium secondary battery comprising the same
CN101278426B (en) Lithium-sulphur battery with high specific energy
RU2431908C2 (en) Chemical source of electric energy
ES2683019T3 (en) A lithium-sulfur battery with a high specific energy and a procedure to operate it
CN101128954B (en) Lithium sulphide battery and method of producing the same
GB2422244A (en) Improvements relating to electrolyte compositions for batteries using sulphur or sulphur compounds