SOLUCIÓN ELECTROLÍTICA NO ACUOSA Y BATERÍA SECUNDARIA DE LITIO QUE LA UTILIZA.
Una solución electrolítica no acuosa que comprende una sal de electrólito en un disolvente no acuoso,
en que la solución electrolítica no acuosa contiene además un compuesto de pentafluorofeniloxi representado por la fórmula (I), y carbonato de vinileno y/o 1,3-propanosultona: en la que R1 es un sustituyente seleccionado entre el conjunto que consiste en un grupo alquilcarbonilo que tiene de 2 a 12 átomos de carbono, un grupo alcoxicarbonilo que tiene de 2 a 12 átomos de carbono, un grupo ariloxicarbonilo que tiene de 7 a 18 átomos de carbono y un grupo alcanosulfonilo que tiene de 1 a 12 átomos de carbono, y por lo menos un átomo de hidrógeno del sustituyente puede estar sustituido por un átomo de halógeno o un grupo arilo que tiene de 6 a 18 átomos de carbono
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/JP2004/013687.
Solicitante: UBE INDUSTRIES, LTD..
Nacionalidad solicitante: Japón.
Dirección: 1978-96, O-AZA KOGUSHI UBE-SHI, YAMAGUCHI-KEN 755-8633 JAPON.
Inventor/es: ABE,KOJI, KUWATA,TAKAAKI.
Fecha de Publicación: .
Fecha Solicitud PCT: 17 de Septiembre de 2004.
Clasificación Internacional de Patentes:
- C07C309/66 QUIMICA; METALURGIA. › C07 QUIMICA ORGANICA. › C07C COMPUESTOS ACICLICOS O CARBOCICLICOS (compuestos macromoleculares C08; producción de compuestos orgánicos por electrolisiso electroforesis C25B 3/00, C25B 7/00). › C07C 309/00 Acidos sulfónicos; Sus halogenuros, ésteres o anhídridos. › Metanosulfonatos.
- H01M10/0567 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01M PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej. BATERÍAS, PARA LA CONVERSION DIRECTA DE LA ENERGIA QUIMICA EN ENERGIA ELECTRICA. › H01M 10/00 Células secundarias; Su fabricación. › caracterizados por sus aditivos.
Clasificación PCT:
- C07C309/66 C07C 309/00 […] › Metanosulfonatos.
- H01M10/0567 H01M 10/00 […] › caracterizados por sus aditivos.
Clasificación antigua:
- H01M10/40
Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.
PDF original: ES-2358515_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Campo del invento
El presente invento se refiere a una solución electrolítica no acuosa, usada ventajosamente en la producción de una batería secundaria de litio con un rendimiento excelente como batería, tales como características de ciclo, capacidad eléctrica y características de almacenamiento. El invento se refiere también a una batería secundaria de litio que la usa.
Antecedentes del invento
La batería secundaria de litio se ha usado recientemente de modo amplio, por ejemplo, como una fuente eléctrica para propulsar aparatos y sistemas electrónicos de pequeño tamaño. La batería secundaria de litio tiene una estructura básica que comprende un electrodo positivo, un electrodo negativo y una solución electrolítica no acuosa. El electrodo positivo comprende preferiblemente un óxido complejo de litio tal como LiCoO2, y el electrodo negativo comprende preferiblemente un material de carbono o litio metálico. Se ha usado ventajosamente un carbonato tal como el carbonato de etileno (EC) o el carbonato de propileno (PC) en la solución electrolítica no acuosa para la batería secundaria de litio.
La batería secundaria reciente requiere un mejoramiento adicional en el rendimiento como batería, tal como de las características de ciclo de la batería y la capacidad eléctrica.
En una batería secundaria de litio se usan LiCoO2, LiMn2O4 o LiNiO2 como el material del electrodo positivo. Un procedimiento para cargar la batería causa una oxidación local y una reacción de descomposición de una parte de un disolvente contenido en una solución electrolítica no acuosa. El producto de descomposición inhibe la reacción electroquímica ordinaria de la batería para disminuir el rendimiento como batería. La razón de esto se considera en que el disolvente es oxidado electroquímicamente a lo largo de la interfase entre el material del electrodo positivo y la solución electrolítica no acuosa.
En una batería secundaria de litio se usa un material de carbono cristalizado en alto grado, tal como un grafito natural o artificial como el material del electrodo negativo. El procedimiento para cargar la batería causa una reacción de reducción y una descomposición de una parte de los disolventes contenidos en la solución electrolítica no acuosa sobre una superficie del electrodo negativo. Se usa ampliamente carbonato de etileno (EC) como el disolvente electrolítico no acuoso. El carbonato de etileno puede ser parcialmente reducido y descompuesto para disminuir el rendimiento como batería, mientras que se repiten los procesos de carga y descarga.
La Publicación de Solicitud de Patente de los EE. UU. Nº 2002/0110735 describe una invención que consiste en añadir un compuesto de pentafluorobenceno que tiene un grupo donante de electrones, tal como el 2,3,4,5,6pentafluoroanisol, a la solución electrolítica no acuosa, con el fin de mejorar el rendimiento como batería de la batería secundaria de litio. La retención de la capacidad obtenida de una celda conformada como una moneda, después de 200 ciclos, es de 80 %, lo cual no es necesariamente satisfactorio.
La Publicación Provisional de Patente Japonesa nº 7-302614 describe un método químico para proteger a una batería contra una carga excesiva. La Publicación describe que la solución electrolítica no acuosa puede contener 2,3,4,5,6-pentafluoroanisol como un agente redox de acuerdo con el método. Sin embargo, la Publicación no dice nada acerca las características del ciclo.
La Publicación Provisional de Patente Japonesa nº 11-329490 describe que una solución electrolítica no acuosa puede contener un derivado específico de pentafluorobenceno con el fin de mejorar el rendimiento como batería de la batería secundaria de litio, tal como las características de ciclo, la capacidad eléctrica y las características de almacenamiento.
La Patente de los EE.UU. nº 5.626.981 describe que una solución electrolítica no acuosa puede contener carbonato de vinileno para mejorar la estabilidad en almacenamiento de la batería secundaria de litio.
La Patente de los EE.UU. nº 6.033.809 describe que una solución electrolítica no acuosa puede contener 1,3propanosultona y/o 1,4-butanosultona para mejorar el rendimiento como batería, tal como las características de ciclo, la capacidad eléctrica y las características de almacenamiento así como el rendimiento a una baja temperatura.
El documento US 2002/001756 A1 describe una solución electrolítica no acuosa destinada a usarse en una batería secundaria de litio, que comprende un disolvente no acuoso y un electrólito, que contiene, además, de 0,001 a 0,8 % en peso de un derivado de bifenilo (véanse los párrafos [0009] – [0013], [0018] – [0019] y el Ejemplo 10).
El documento de Solicitud de Patente Europea 1.304.758 y el documento US 6.927.001 describen unas soluciones electrolíticas no acuosas para baterías secundarias de litio, que comprenden unos disolventes de carbonatos cíclicos y lineales así como carbonato de vinileno y 1,3-propanosultona como aditivos (véanse los párrafos [001] – [0017] y los Ejemplos 16, 20-22, 26-28 + 30-48; desde la columna 2, línea 3 hasta la columna 3 línea 39 y los Ejemplos 1-11).
El documento de Solicitud de Patente Japonesa JP 2000 323169 A describe una batería secundaria de litio que comprende una solución de un electrólito no acuoso, en la que una sal de litio está disuelta en un disolvente orgánico y un compuesto de éster de ácido benzoico parcialmente fluorado está contenido como un aditivo.
El documento JP 2000 156243 A describe una batería secundaria con un electrólito no acuoso, que comprende una solución de un electrólito no acuoso que contiene como un aditivo un compuesto basado en un benceno fluorado, un compuesto basado en un bifenilo, un compuesto de naftaleno o cumarina.
El documento JP 11 329 496 A describe una solución electrolítica no acuosa, que comprende un disolvente no acuoso que incluye un compuesto aromático que contiene flúor, que tiene un átomo de flúor y un anillo aromático, y un electrólito.
El documento JP-A-9 050 822 describe una batería secundaria con un electrólito no acuoso, que comprende una solución de un electrólito no acuoso, en la que una sal del electrólito está disuelta en un disolvente no acuoso y un compuesto de benceno sustituido está contenido como un aditivo. Descripción del invento
Problemas que ha de ser resueltos por el invento
Un objeto del presente invento es el de proporcionar una batería secundaria de litio, que haya sido mejorada en sus características de ciclo durante un largo plazo y se use ventajosamente una solución electrolítica no acuosa para la producción de una batería secundaria de litio mejorada en las características de ciclo. Los autores del presente invento han completado un invento acerca de una batería secundaria de litio mejorada en las características de ciclo. La batería se puede producir añadiendo un compuesto de pentafluorofeniloxi (es decir, el compuesto representado por la fórmula (I)) tal como metanosulfonato de pentafluorofenilo, a la solución electrolítica no acuosa. Los autores del invento han presentado una Solicitud de Patente (PCT/JP03/02991) para la invención.
Los autores del presente invento han estudiado proporcionar una batería secundaria de litio mejorada 30 adicionalmente en las características de ciclo, y han llegado a la presente invención.
Medios para resolver el problema
El presente invento proporciona una solución electrolítica no acuosa que comprende una sal de electrólito en un disolvente no acuoso, en que la solución electrolítica no acuosa contiene además un compuesto de pentafluorofeniloxi, representado por la fórmula (I), y carbonato de vinileno (VC) y/o 1,3-propanosultona (PS)
**(Ver fórmula)**
en que R1 es un sustituyente seleccionado entre el conjunto que consiste en un grupo alquilcarbonilo que tiene de 2 a 12 átomos de carbono, un grupo alcoxicarbonilo que tiene de 2 a 12 átomos de carbono, un grupo ariloxicarbonilo que tiene de 7 a 18 átomos de carbono, y un grupo alcanosulfonilo que tiene de 1 a 12 átomos de carbono
40 (particularmente de 1 a 6 átomos de carbono), y por lo menos un átomo de hidrógeno del sustituyente puede estar sustituido por un átomo de halógeno o un grupo arilo que tiene de 6 a 18 átomos de carbono.
El invento proporciona también una batería secundaria... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Una solución electrolítica no acuosa que comprende una sal de electrólito en un disolvente no acuoso, en que la solución electrolítica no acuosa contiene además un compuesto de pentafluorofeniloxi representado por la fórmula (I), y carbonato de vinileno y/o 1,3-propanosultona:
**(Ver fórmula)**
en la que R1 es un sustituyente seleccionado entre el conjunto que consiste en un grupo alquilcarbonilo que tiene de 2 a 12 átomos de carbono, un grupo alcoxicarbonilo que tiene de 2 a 12 átomos de carbono, un grupo ariloxicarbonilo que tiene de 7 a 18 átomos de carbono y un grupo alcanosulfonilo que tiene de 1 a 12 átomos de carbono, y por lo menos un átomo de hidrógeno del sustituyente puede estar sustituido por un átomo de halógeno o un grupo arilo que tiene de 6 a 18 átomos de carbono.
2. La solución electrolítica no acuosa de la reivindicación 1, en la que R1 en la fórmula (I) es un grupo alcanosulfonilo que tiene de 1 a 12 átomos de carbono.
3. La solución electrolítica no acuosa de la reivindicación 1, en la que R1 en la fórmula (I) es un grupo alcanosulfonilo que tiene de 1 a 6 átomos de carbono.
5. La solución electrolítica no acuosa de la reivindicación 1, en la que la solución contiene el compuesto de pentafluorofeniloxi representado por la fórmula (I) en una proporción de 0,01 a 10 % en peso. 6. La solución electrolítica no acuosa de la reivindicación 1, en la que la solución contiene el compuesto de pentafluorofeniloxi representado por la fórmula (I) en una proporción de 0,1 a 5 % en peso. 8. La solución electrolítica no acuosa de la reivindicación 1, en la que la solución contiene el carbonato de vinileno y/o la 1,3-propanosultona en una proporción de 0,1 a 5 % en peso. 9. La solución electrolítica no acuosa de la reivindicación 1, en la que la solución contiene además por lo 25 menos un compuesto seleccionado entre el conjunto que consiste en ciclohexilbenceno, 1-fluoro-2ciclohexilbenceno, 1-fluoro-3-ciclohexilbenceno, 1-fluoro-4-ciclohexilbenceno, bifenilo, o-terfenilo, terc. butilbenceno, 1-fluoro-4-terc. butilbenceno, terc. pentilbenceno, un o-terfenilo parcialmente hidrogenado, un m-terfenilo parcialmente hidrogenado y un p-terfenilo parcialmente hidrogenado. 10. Una batería secundaria de litio que comprende un electrodo positivo, un electrodo negativo y una solución electrolítica no acuosa que comprende una sal de electrólito en un disolvente no acuoso, en la que la solución electrolítica no acuosa contiene además un compuesto de pentafluorofeniloxi representado por la fórmula (I) y carbonato de vinileno y/o 1,3-propanosultona: **(Ver fórmula)** en la que R1 es un sustituyente seleccionado entre el conjunto que consiste en un grupo alquilcarbonilo que tiene de 2 a 12 átomos de carbono, un grupo alcoxicarbonilo que tiene de 2 a 12 átomos de carbono, un grupo ariloxicarbonilo que tiene de 7 a 18 átomos de carbono y un grupo alcanosulfonilo que tiene de 1 a 12 átomos de carbono, y por lo menos un átomo de hidrógeno del sustituyente puede estar sustituido por un átomo de halógeno o un grupo arilo que tiene de 6 a 18 átomos de carbono. 15 4. La solución electrolítica no acuosa de la reivindicación 1, en la que R1 en la fórmula (I) es metanosulfonilo.
20 7. La solución electrolítica no acuosa de la reivindicación 1, en la que la solución contiene el carbonato de vinileno y/o la 1,3-propanosultona en una proporción de 0,01 a 10 % en peso.
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