Низкотемпературный литий-фторуглеродный элемент



Низкотемпературный литий-фторуглеродный элемент
Низкотемпературный литий-фторуглеродный элемент
Низкотемпературный литий-фторуглеродный элемент
Низкотемпературный литий-фторуглеродный элемент
Низкотемпературный литий-фторуглеродный элемент

 


Владельцы патента RU 2592646:

Открытое Акционерное Общество " Научно-исследовательский и проектно-технологический институт электроугольных изделий" (RU)

Изобретение относится к литиевым источникам тока, а именно к разработке литий-фторуглеродных элементов (ЛФЭ), обладающих улучшенными разрядными характеристиками при низких температурах. Низкотемпературный ЛФЭ содержит фторуглеродный катод, анод из металлического лития, сепаратор и электролит, содержащий соль, растворенную в смеси растворителей, при этом электролит включает соль LiPF6 в смеси этиленкарбонат/диметилкарбонат/метилэтилкарбонат (1:1:3). Электролит дополнительно может содержать добавку краун-эфира в количестве 0,5-50 об. %. В качестве добавки электролит может содержать «15-краун-5». Улучшение разрядных характеристик литиевой батареи в условиях пониженных температур является техническим результатом изобретения. 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 пр.

 

Настоящее изобретение относится к разработке литий-фторуглеродных элементов (ЛФЭ), обладающих улучшенными разрядными характеристиками при низких температурах.

Известен ЛФЭ с литиевым анодом, фторуглеродным катодом и электролитом с органическим растворителем (см. патент РФ №2187177 С2, кл. Н01М 6/14, 2002).

Недостатком этого ЛФЭ являются низкие разрядные характеристики при отрицательных температурах.

Из известных ЛФЭ наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является ЛФЭ с литиевым анодом, фторуглеродным катодом и электролитом, включающим соль, растворенную в смеси растворителей (см. патент РФ №2119699, Кл. Н01М 6/16, 1998). Недостатком этого известного ЛФЭ являются низкие разрядные характеристики при отрицательных температурах.

Техническим результатом изобретения является разработка ЛФЭ, обладающих улучшенными разрядными характеристиками при низких отрицательных температурах.

Указанный технический результат достигается тем, что ЛФЭ содержит фторуглеродный катод, анод из металлического лития, сепаратор и электролит, включающий соль, растворенную в смеси растворителей, при этом электролит включает соль LiPF6 в смеси этиленкарбонат/диметилкарбонат/метилэтилкарбонат (1:1:3). Указанный ЛФЭ обладает улучшенными разрядными характеристиками при отрицательных температурах за счет использования в качестве электролита раствора соли LiPF6 в смеси этиленкарбонат/диметилкарбонат/метилэтилкарбонат (1:1:3).

Целесообразно, чтобы электролит дополнительно содержал добавку краун-эфира в количестве 0,5-50 об. %, при этом в качестве краун-эфира могут использоваться краун-эфиры: 15-краун-5; 3-пентадецил-2,4-диоксо-16-краун-5; 3-пентадецил-2,4-диоксо-16-краун-5; 3-тетрадецил-2,4-диоксо-16-краун-5; 3-тридецил-2,4-диоксо-16-краун-5; 3-додецил-2,4-диоксо-16-краун-5; 3-ундецил-2,4-диоксо-16-краун-5; 3-децил-2,4-диоксо-16-краун-5; 3-нонил-2,4-диоксо-16-краун-5; 3-октил-2,4-диоксо-16-краун-5; 3-гептил-2,4-диоксо-16-краун-5; 3-гексил-2,4-диоксо-16-краун-5; 3-пентил-2,4-диоксо-16-краун-5; 3-бутил-2,4-диоксо-16-краун-5; 3-пропил-2,4-диоксо-16-краун-5; 3-этил-2,4-диоксо-16-краун-5; 3-метил-2,4-диоксо-16-краун-5; 2,4-диоксо-16-краун-5; 18-краун-6; дибензо-18-краун-6.

Добавка краун-эфира приводит к тому, что в условиях пониженных температур она адсорбируется на поверхности электрода и образует подобие твердоэлектролитного слоя, что облегчает электродные процессы и способствует улучшению разрядных характеристик (О.В. Ярмоленко, Г.З. Тулибаева "Прикладные и теоретические аспекты использования краун-эфиров в литиевых электрохимических системах" // Альтернативная энергетика и экология, 2013, №01/1(117), С. 60-72.

Ярмоленко О.В. Влияние краун-эфиров на образование наноструктурированных высокопроводящих слоев на поверхности литиевых электродов / Органические и гибридные наноматериалы: получение, исследование, применение. Под ред. Разумова В.Ф., Клюева М.В. - Иваново: Иван. гос.ун-т.- 2011. - ISBN 978-5-7807-0917-4. - С. 94-113).

Кроме этого, во время разряда в объеме катодного материала CFx образуется соединение LiF, которое растворяется при участии краун-эфира (патент ЕР 2054961 А2, кл. Н01М 6/16, Н01М 6/04, 2009).

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».

Сущность изобретения поясняется чертежами и примером практической реализации.

На фиг. 1 представлена разрядная характеристика ячеек при -45°C с электролитами: 1 - 1 М LiBF4 в ГБЛ; 2 - 1 М LiBF4 в ГБЛ+2 об. % краун-эфира.

На фиг. 2 представлена разрядная характеристика ячеек при -50°C с электролитами: 1 - 1М LiPF6 в ЭК/ДМК/МЭК (1:1:3); 2 - 1М LiPF6 в ЭК/ДМК/МЭК (1:1:3)+2 об. % краун-эфира.

На фиг. 3 представлены ДСК-диаграммы электролитов: 1 - 1 М LiPF6 в ЭК/ДМК/МЭК (1:1:3); 2 - 1 М LiPF6 в ЭК/ДМК/МЭК (1:1:3)+2 об. % 15-краун-5.

На фиг. 4 представлены ДСК-диаграммы электролитов: 1 - 1 М LiBF4 в ГБЛ; 2 - 1 М LiBF4 в ГБЛ+2 об. % 15-краун-5

Пример практической реализации

Для проведения сравнительных испытаний были изготовлены две экспериментальные ячейки. В качестве катодного материала в ячейках использовали порошкообразный фторированный углерод марки ИТГ-О-1, изготовленный в ОАО НИИЭИ с содержанием фтора 63 масс. % с размером частиц менее 40 мкм. Катодную массу напрессовывали на титановый токосъем. Двусторонний катод с рабочей поверхностью 12 см2 оборачивали микропористой трехслойной мембраной Celgard 2325, используемой как сепаратор.

В качестве анода использовали металлический литий, раскатанный на вальцах в фольгу толщиной 250 мкм, которой оборачивали катод с 2-х сторон.

В качестве электролита использовали следующие составы:

1) 1 М LiBF4 в гамма-бутиролактоне;

2) 1 М LiPF6 в этиленкарбонате/диметилкарбонате/метилэтилкарбонате в соотношении 1:1:3.

В каждый из электролитов добавляли 2 об. % 15-краун-5.

Исследование электрохимических ячеек проводили при комнатной температуре и при температуре -45°C (для электролита состава 1, фиг. 1), при -50°C (для электролита состава 2, фиг. 2).

Электролит для ячейки (2) на основе 1 М LiPF6 в смеси этиленкарбонат/диметилкарбонат/метилэтилкарбонат (1:1:3), который, как показывает метод дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) (фиг. 3), не замерзает вплоть до ~ -100°C. Добавка 15-краун-5 не только меняет физико-химические параметры самого электролита, но также улучшает электродную реакцию, особенно при низких температурах, что подтверждается в разрядных кривых экспериментальных ячеек при -45÷-50°C.

Сравнительные испытания ячеек показали, что для ячейки (1) на ДСК-диаграмме (фиг. 4) наблюдаются пики 1-го рода кристаллизации и плавления. При -49°C электролит замерзает и становится непроводящим.

Для ячейки (2) на ДСК-диаграмме (фиг. 3) наблюдаем только переход 2-го рода, что говорит о гомогенности системы и сохранении ее в жидком состоянии до -105÷-113°C.

Исследования разрядных характеристик при -50°C показали, что ячейка с электролитом 1 М LiPF6 в ЭК/ДМК/МЭК (1:1:3)+2 об. % 15-краун-5 в отличие от ячейки без добавки краун-эфира имеет плато разрядной кривой при 1,35 В и ее разрядная емкость составляет 113 мАч/г.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленный ЛФЭ может быть реализован на практике с достижением заявленного технического результата, т.е. он соответствует критерию «промышленная применимость».

1. Низкотемпературный литий-фторуглеродный элемент (ЛФЭ), содержащий фторуглеродный катод, анод из металлического лития, сепаратор и электролит, включающий соль, растворенную в смеси растворителей, отличающийся тем, что электролит включает соль LiPF6 в смеси этиленкарбонат/диметилкарбонат/метилэтилкарбонат (1:1:3).

2. Низкотемпературный ЛФЭ по п. 1, отличающийся тем, что электролит дополнительно содержит добавку краун-эфира в количестве 0,5-50 об. %.

3. Низкотемпературный ЛФЭ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве добавки электролит содержит «15-краун-5».



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве первичных литиевых источников тока. Способ получения электролита для первичных литиевых источников тока осуществляется путем смешения лития хлорнокислого, диметоксиэтана и пропиленкарбоната.

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники, в частности к производству первичных химических источников тока (ХИТ) на основе сплава лития, и может быть использовано в качестве источника автономного питания бортовой аппаратуры и специальной техники.
Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве первичных литиевых источников тока. Способ получения электролита для литиевых химических источников тока осуществляется путем растворения лития хлорнокислого в пропиленкарбонате.

Изобретение относится к композиционным электролитам и химическим источникам электрической энергии. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к батареям на основе литиевых химических источников тока (ЛХИТ). .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к литиевым химическим источникам тока (ЛХИТ). .

Изобретение относится к литий-воздушному аккумулятору, состоящему из металлического литиевого анода, находящегося в герметичной камере, заполненной неводным литий-проводящим электролитом, катода, находящегося в катодной камере, имеющей доступ к кислороду и заполненной неводным литий-проводящим электролитом.

Изобретение относится к технологии получения материала на основе смешанного оксида лития и марганца со структурой шпинели для использования его во вторичных батареях.

Литий-алюминиевые аноды применяются в литиевых источниках тока (ЛИТ), которые используются в качестве источников питания длительного хранения и поддержки памяти; в сложном технологическом оборудовании, работающем по заданной программе; в системах учета и анализа расхода жидкостей и газов; в медицинской технике как наиболее надежные и компактные.

Группа изобретений относится к электрическим тяговым системам транспортных средств с питанием от собственных источников энергоснабжения. Предложены силовая установка электромобиля, электромобиль с такой силовой установкой и способ обогрева аккумуляторной батареи электромобиля.

Изобретение относится к подаче электроэнергии к вспомогательному оборудованию транспортных средств с электротягой. Система контроля работы электромобиля содержит: обогревательный контур (11), нагрузочный конденсатор (С12), распределительное устройство (20) и модуль управления переключателями (200).

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано для производства улучшенного катодного активного материала литий-ионных аккумуляторных батарей.

Изобретение относится к способу получения высокоемких анодных материалов на основе соединений включения лития в графитную спель и способу изготовления из них отрицательных электродов для литий-ионных аккумуляторов.

Изобретение относится к силовым установкам гибридного автомобиля. Технический результат - повышение эксплуатационных параметров аккумуляторной батареи.
Изобретение относится к способам получения керамических твердых электролитов с высокой проводимостью по иону лития и может быть использовано в электротехнической промышленности, преимущественно при изготовлении твердотельных литий-ионных аккумуляторов.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу получения поверхностно-модифицированного литированного оксида кобальта (LiCoO2), используемого в качестве катодного материала для литий-ионных аккумуляторов.

Изобретение предлагает удерживатель электролита для литиевой аккумуляторной батареи, способный удерживать электролитический раствор внутри электродов или на границе раздела между удерживателем (сепаратором) и каждым из электродов, предотвращать нехватку электролита внутри электродов и ограничивать осаждение и рост дендритов в литиевой аккумуляторной батарее. Повышение циклического ресурса литиевой аккумуляторной батареи является техническим результатом изобретения. Удерживатель (3) электролита выполнен из многослойной структуры, имеющей по меньшей мере два гидрофильных волокнистых слоя (A, B) с различными пористостями. Удерживатель (3) расположен между катодом (2) и анодом (1) и обеспечивает проникновение органического электролитического раствора в группу электродов, или группа электродов погружается в органический электролитический раствор. Пористость (40%-80%) волокнистого слоя (A), расположенного на границе раздела между волокнистым слоем (A) и анодом (1), задана меньшей, чем пористость (60%-90%) волокнистого слоя (B), расположенного на границе раздела между волокнистым слоем (B) и катодом (2). Средняя пористость волокнистого слоя в целом задана не меньшей чем 50%. Волокнистые слои образованы с использованием целлюлозных волокон в качестве их основного материала. Активное вещество для использования в аноде (1) представляет собой углеродный материал. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл.
Наверх