Célula secundaria de litio y electrolito no acuoso.

Una batería secundaria de litio que comprende un electrodo positivo de un óxido de metal compuesto quecomprende litio y un metal seleccionado del grupo constituido por cobalto y níquel,

un electrodo negativo quecomprende un metal de litio, una aleación de litio o un material capaz de bloquear y liberar litio y una soluciónelectrolítica acuosa que comprende un electrolito en un disolvente no acuoso, caracterizada porque la soluciónelectrolítica no acuosa contiene adicionalmente 1 a 5 % en peso de una combinación de un derivado deterc-alquilbenceno y ciclohexilbenceno.

Célula secundaria de litio y electrolito no acuoso [Campo de la invención]

La presente invención se refiere a una batería de litio secundaria y a una solución electrolítica no acuosa que es empleable favorablemente para la batería secundaria de litio. La invención se refiere específicamente a una batería secundaria de litio mejorada en características de batería tales como funcionamiento del ciclo, capacidad de batería y comportamiento en almacenamiento y adicionalmente en su seguridad tal como prevención de generación de calor repentino que se produzca en caso de sobrecarga y una solución electrolítica no acuosa que es favorablemente empleable para la batería secundaria cíclica.

[Antecedentes de la invención]

Actualmente, una batería secundaria de litio se emplea generalmente como una fuente eléctrica para dirigir dispositivos electrónicos pequeños. La batería secundaria de litio no se espera solamente para el uso de una herramienta electrónica/de comunicación portátil tal como videocámara pequeña, teléfono portátil y ordenador personal de tamaño de nota sino también como una fuente eléctrica de automóvil. La batería secundaria de litio comprende un electrodo positivo, una solución electrolítica no acuosa, separador y un electrodo negativo. Se usa generalmente una batería secundaria de litio que utiliza un electrodo positivo de óxido de compuesto de litio tal como LiCoO2 y un electrodo negativo de material carbonoso o de metal litio. Como la solución electrolítica, se usa generalmente un carbonato tal como carbonato de etileno (EC) o carbonato de propileno (PC) .

Cuando la batería secundaria de litio se sobrecarga a un nivel superior que el voltaje de trabajo ordinario, se libera una cantidad excesiva de litio del electrodo positivo y simultáneamente se deposita excesivo litio en el electrodo negativo y se produce dendrita. Por lo tanto, tanto el electrodo positivo como el electrodo negativo se vuelven químicamente inestables. Si tanto los electrodos positivos como los negativos llegan a ser químicamente inestables, reaccionarán pronto con carbamato en la solución no acuosa de electrolito para descomponer el carbonato y tendrá lugar reacción exotérmica repentina. De acuerdo con ello, la batería como tal genera calor anormal y tiene lugar problema de bajada de seguridad de baterías. El problema será más serio en el caso de que la densidad de energía de una batería secundaria de litio se incremente.

La Solicitud Provisional de Patente Japonesa 7-302614, por ejemplo, propone que se añada una pequeña cantidad de un compuesto aromático a la solución electrolítica de tal forma que la seguridad a la que se pueda asegurar la sobrecarga y el problema descrito anteriormente puedan obviarse. La Publicación Provisional de la Patente Japonesa 7-302614 describe derivados de anisol que tienen un peso molecular de de no más de 500 y un orbital de electrones n que muestra un potencial de oxidación-reducción reversible a un potencial más noble que el potencial de electrodo positivo en el caso de carga completa. Ello explica que el derivado de anisol funcione como una lanzadera redox en la batería tal como para asegurar seguridad de la batería cuando la batería se sobrecarga.

La Publicación de Patente Japonesa 9-106835 revela un procedimiento para asegurar la seguridad de una batería en condición de sobrecarga empleando material carbonoso como el electrodo negativo e incorporando aproximadamente 1 al 4 % de un aditivo como bifenilo, 3-R-tiofeno, 3-clorotiofeno o furano en la solución electrolítica tal que el bifenilo o similar produce un polímero para potenciar resistencia interna de la batería cuando el voltaje de la batería excede el voltaje de trabajo máximo predeterminado.

La Publicación de Patente Japonesa 9-171840 revela un procedimiento para asegurar la seguridad de una batería en condición de sobrecarga empleando de forma similar bifenilo, 3-R-tiofeno, 3-clorotiofeno o furano que polimeriza produciendo material gaseoso tal como para iniciar el aparato desconectador de corriente interna para formar cortocircuito interno cuando el voltaje de la batería exceda el voltaje de trabajo máximo predeterminado.

La Publicación de Patente Japonesa 10-321258 revela un procedimiento para asegurar la seguridad de una batería en condición de sobrecarga empleando de forma similar bifenilo, 3-R-tiofeno, 3-clorotiofeno o furano que polimeriza produciendo un polímero electroconductor para formar cortocircuito interno cuando el voltaje de la batería exceda el voltaje de trabajo máximo predeterminado.

La Publicación de Patente Japonesa 11-162512 señala un problema en el uso de un aditivo tal como bifenilo o similares en una batería en la que las características de la batería tales como un ciclo característico son aptas para disminuirse cuando el procedimiento cíclico se repite hasta un voltaje que excede 4, 1 V o la batería se descarga a una temperatura alta que excede de 40 °C durante un periodo largo de tiempo y se señala que este problema se conserva más preponderantemente cuando la cantidad de adición de aditivo se incrementa. Para asegurar una batería en condición de sobrecarga, esta publicación propone también una solución electrolítica en la que se incorpora 2, 2-difenilpropano u otro aditivo y el 2, 2-difenilpropano o similar polimeriza produciendo un material gaseoso para iniciar el aparato desconectador de corriente interna o para dar un polímero electro-conductor para formar cortocircuito interno cuando el voltaje de la batería exceda el voltaje de trabajo máximo predeterminado.

Aunque el derivado de anisol revelado en la Publicación de Patente Japonesa 7-302614 funciona favorablemente por

lanzadera redox en el caso de sobrecarga, tiene problemas en que se observan efectos adversos en características cíclicas y estabilidad de almacenaje. En más detalle, el derivado de anisol descrito en la publicación gradualmente se descompone en el procedimiento de carga-descarga cuando la batería se emplea a una temperatura alta tal como más alta de 40 °C o se somete localmente a un voltaje relativamente alto en el uso a un voltaje de trabajo ordinario. Por lo tanto, las características de la batería bajan. Así, la cantidad de un derivado de anisol disminuye gradualmente en el curso de procedimientos de carga-descarga ordinarios y así la seguridad no puede asegurarse después de los procedimientos de carga-descarga de 300 ciclos.

El bifenilo, 3-R-tiofeno, 3-clorotiofeno y furano descritos en las Publicaciones Provisionales de Patente Japonesa 9-106835, 9-171840 y 10-321258 también trabajan favorablemente cuando tiene lugar la sobrecarga. Sin embargo, como se señala en la Publicación Provisional de Patente Japonesa 11-162512 anteriormente mencionada, confieren efecto adverso a las características del ciclo y a la estabilidad de almacenaje. Adicionalmente, el efecto adverso se incrementa cuando la cantidad de bifenilo y similares se incrementan. En más detalle, el bifenilo o similar se oxida y descompone a un potencial de 4, 5 V o menos. Por lo tanto, el bifenilo o similar se descompone en el procedimiento de carga-descarga cuando la batería se emplea a una temperatura alta tal como más alta de 40 °C o se somete localmente a un voltaje relativamente alto en el uso a un voltaje de trabajo ordinario. Por lo tanto, las características de la batería bajan. Así, la cantidad de un bifenilo o similar disminuye gradualmente en el curso de procedimientos de carga-descarga y así la seguridad no se puede asegurar después de los procedimientos de carga-descarga de 300 ciclos.

La batería que contiene 2, 2-difenilpropano que se describe en la Publicación Provisional de Patente Japonesa 11-162512 no muestra una seguridad alta en el momento de sobrecarga según la seguridad mostrada en la batería que contiene bifenilo. Sin embargo, aún muestra una seguridad alta en el momento de la sobrecarga, comparada con una batería que no contiene ningún aditivo. Adicionalmente, aunque la batería que contiene 2, 2-difenilpropano muestra características de ciclo altas comparadas con las características de ciclo mostradas en la batería que contiene bifenilo, aún no muestra tales características de ciclo altas, según se compara con una batería que no contiene ningún aditivo. Así, la publicación describe que las características de ciclo buenas pueden llevarse a cabo solamente cuando la seguridad se ignora parcialmente. En consecuencia, ello no satisface ni las características de batería ni la seguridad de batería tal como prevención de sobrecarga.

Entre la técnica anterior adicional, el documento EP 1 065 744 A2 revela una batería secundaria de litio que incluye un ensamblaje de electrodos compuesto de placas de... [Seguir leyendo]

1. Una batería secundaria de litio que comprende un electrodo positivo de un óxido de metal compuesto que comprende litio y un metal seleccionado del grupo constituido por cobalto y níquel, un electrodo negativo que comprende un metal de litio, una aleación de litio o un material capaz de bloquear y liberar litio y una solución electrolítica acuosa que comprende un electrolito en un disolvente no acuoso, caracterizada porque la solución electrolítica no acuosa contiene adicionalmente 1 a 5 % en peso de una combinación de un derivado de terc-alquilbenceno y ciclohexilbenceno.

2. La batería secundaria de litio de la reivindicación 1, en la que el derivado de terc-alquilbenceno es un derivado de butilbenceno seleccionado del grupo constituido por terc-butilbenceno, 1-fluoro-4-terc-butilbenceno, 1-cloro-4-terc-butilbenceno, 1-bromo-4-terc-butilbenceno, 1-yodo-4-terc-butilbenceno, 5-terc-butil-m-xileno, 4-terc-butiltolueno, 3, 5-di-terc-butiltolueno, 1, 3-di-terc-butilbenceno, 1, 4-di-terc-butilbenceno y 1, 3, 5-tri-terc-butilbenceno.

3. La batería secundaria de litio de la reivindicación 1, en la que el derivado de terc-alquilbenceno es terc-butilbenceno

o 1, 3-di-terc-butilbenceno.

4. La batería secundaria de litio de la reivindicación 1, en la que el derivado de terc-alquilbenceno es un derivado de pentilbenceno seleccionado del grupo constituido por terc-pentilbenceno, 1-metil-4-terc-pentilbenceno, 5-terc-pentil-m-xileno, 1, 3-di-terc-pentilbenceno y 1, 4-di-terc-pentilbenceno.

5. La batería secundaria de litio de la reivindicación 1, en la que el derivado de terc-alquilbenceno es terc-pentilbenceno.

6. La batería secundaria de litio de la reivindicación 1, en la que el derivado de terc-alquilbenceno está contenido en una cantidad de 0, 3-3 partes, por una parte del ciclohexilbenceno.

7. La batería secundaria de litio de la reivindicación 1, en la que el disolvente no acuoso comprende una combinación de un carbonato cíclico y un carbonato lineal.

8. La batería secundaria de litio de la reivindicación 1, en la que el disolvente no acuoso contiene un carbonato cíclico seleccionado del grupo constituido por carbonato de etileno, carbonato de propileno, carbonato de butileno y carbonato de vinileno.

9. La batería secundaria de litio de la reivindicación 1, en la que el disolvente no acuoso contiene un carbonato lineal seleccionado del grupo constituido por carbonato de dimetilo, carbonato de metiletilo y carbonato de dietilo.

10. La batería secundaria de litio de la reivindicación 1, en la que el electrodo negativo es grafito.

11. La batería secundaria de litio de la reivindicación 1, en la que el electrodo negativo es material carbonoso que tiene una estructura cristalina de grafito en la que una distancia reticular de la superficie reticular (002) está en el intervalo de 0, 035 a 0, 340 nm.