Batería secundaria de litio que contiene aditivos para características de alta temperatura mejoradas.

Una batería secundaria que incluye un electrolito basado en sal iónica que contiene como disolvente una mezcla de etilen carbonato,

etilmetil carbonato y dietil carbonato en una relación relativa en peso de 4:1:5, LiPF6 1 M,

1,5 % en peso de vinilen carbonato,

0,5 % en peso de propilen sulfona, y

5 % en peso de diglicidiléter de polietilenglicol.

Batería secundaria de litio que contiene aditivos para características de alta temperatura mejoradas Campo de la invención

La presente invención se refiere a una batería secundaria que contiene un aditivo para mejorar las características de alta temperatura y, más particularmente, a una batería secundaria de litio con rendimiento a alta temperatura y duración excelentes, que incluye un electrolito basado en sal iónica así como un aditivo particular.

Antecedentes de la invención

Con el mayor desarrollo de tecnologías para dispositivos móviles y los requisitos para los mismos, ha aumentado rápidamente la demanda de una batería como fuente de energía del dispositivo móvil. Ante dichas circunstancias, se ha realizado una gran cantidad de estudio e investigación de nuevas baterías que satisfagan las diversas necesidades del consumidor. Especialmente, tienen una gran demanda una batería secundaria de litio, tal como una batería de ión litio, una batería de polímero de ión litio, etc., que tienen excelente densidad de energía, tensión de descarga, estabilidad de salida y similares.

En general, una batería secundaria de litio incluye un material activo de cátodo basado en un óxido metálico tal como UCO2, un material activo de ánodo basado en un material de carbono, una membrana de polímero porosa interpuesta entre un cátodo y un ánodo y un electrolito no acuoso que contiene una sal de litio tal como LiPF6 proporcionado sobre el mismo. Durante la carga, los iones litio contenidos en el material activo de cátodo se liberan y entran en una capa de carbono en el ánodo, mientras que los iones litio se liberan de la capa de carbono y entran en el material activo de cátodo durante la descarga. El electrolito no acuoso es un medio a través del cual los iones litio se mueven entre el ánodo y el cátodo. Tal batería secundaria de litio debe ser estable a los intervalos de tensión operativa de la batería y tener una alta tasa de suministro de iones.

Si el electrolito no acuoso incluye solo carbonatos cíclicos con alta polaridad suficiente para disociar los Iones litio, puede aumentarse la viscosidad de electrolito, conduciendo a una disminución en la conductividad iónica del mismo.

Las patentes de Estados Unidos N° 5.521.27 y 5.525.443 describen una mezcla de electrolitos que incluye un carbonato lineal que tiene viscosidad y polaridad reducidas, así como un carbonato cíclico para disminuir la viscosidad del electrolito. Los ejemplos representativos de tal carbonato lineal incluyen dimetil carbonato (DMC), dietil carbonato (DEC), etilmetil carbonato (EMC), etc. y, entre estos compuestos, se usa preferentemente el EMC que tiene el punto de congelación más bajo de -55 °C por presentar un rendimiento a baja temperatura y duración superiores. Los ejemplos representativos de carbonato cíclico incluyen etilen carbonato (EC), propllen carbonato (PC), butilen carbonato (BC) etc. Entre estos compuestos, aunque el PC que tiene un punto de congelación relativamente bajo de -49 °C se usa preferentemente por presentar un rendimiento a baja temperatura favorable, este compuesto puede reaccionar vigorosamente con un ánodo de una batería durante la carga cuando se usa un carbono grafitizado con alta capacidad como el ánodo. Por lo tanto, en lugar de PC, que es difícil de usar en grandes cantidades, generalmente se usa EC que es capaz de formar una película de protección estable en el ánodo. Sin embargo, puesto que el EC no es enteramente no activo con el cátodo (o puede también ser ligeramente activo con el cátodo), la descomposición del electrolito que ocurre en el ánodo y el cátodo durante la carga/descarga de una batería puede ser una causa para el deterioro en la duración de la batería, y el EC tiene una mayor actividad a alta temperatura, lo que es indeseable.

Por consiguiente, para resolver los problemas anteriores y potenciar la duración de una batería a temperatura ambiente y altas temperaturas, la Solicitud Japonesa Abierta a Inspección Pública N° 2-123867 divulga una batería fabricada añadiendo una pequeña cantidad de un compuesto de éster, que tiene una estructura molecular cíclica y enlaces insaturados C=C en un anillo (tal como vinilen carbonato), a un electrolito. Se considera que tal compuesto de éster como un aditivo se descompone en cualquiera de un ánodo o un cátodo y forma una película sobre una superficie del electrodo para inhibir la descomposición del electrolito. Sin embargo, el aditivo anterior no puede evitar completamente la descomposición del electrolito.

Adicionalmente, la Solicitud Japonesa Abierta a Inspección Pública N° 22-25611 divulga una batería fabricada añadiendo etilen sulfito y vinilen carbonato a un electrolito, mientras que la Solicitud Japonesa Abierta a Inspección Pública N° 22-2723 propone otra batería fabricada añadiendo al menos uno de los diversos compuestos de etilen sulfito a un electrolito. Sin embargo, se encontró que ningún aditivo descrito en esta técnica anterior podía presentar efectos deseables.

El documento US 25/4252 A1 se refiere a una composición de electrolito que contiene: una sal de litio; un disolvente orgánico que contiene un 15-5% en peso de propilen carbonato basado en el peso total de la composición del electrolito; un compuesto que contiene nitrógeno; y ciclohexilbenceno.

El documento JP 11 111334 se refiere a una batería secundaria no acuosa que contiene un compuesto de bajo peso molecular que contiene un grupo epoxi de la siguiente fórmula

*<Ln^-CH CHU.

V

En la fórmula, R es un grupo (n)-valente tal como un grupo hidrocarburo encadenado, un grupo hidrocarburo aromático, un grupo hidrocarburo cíclico, un grupo obtenido restando (n) átomos de hidrógeno de un grupo heterocíclico o un grupo poliéter, y L representa -O-, COO- o -OCOO-. El compuesto epoxi puede estar incluido en cualquier parte estructural de una batería, tal como una mezcla de electrodo positivo, una mezcla de electrodo negativo y el electrolito, estando especialmente incluido deseablemente en el electrolito. Como un disolvente del electrolito, es deseable un disolvente del grupo del carbonato, y es especialmente deseable una mezcla de carbonatos cíclicos y no cíclicos.

El documento JP 11 4194 se refiere a una batería secundaria de electrolito no acuoso que tiene un electrolito no acuoso fabricado disolviendo un electrolito en un disolvente orgánico, y al menos uno de naftoquinona, fluoreno, epóxido, 1,1 -difenil-2-picrilhidrozina y se añade una amina con impedimentos (HALS) como estabilizador de luz al electrolito no acuoso. Además, se añaden tanto benzotriazol como benzoquinona al electrolito no acuoso.

El documento JP 27 14262 se refiere a un electrolito para activar un condensador electrolítico, se combina un ácido carboxílico orgánico tal como ácido adípico, ácido azelaico, ácido sebácico, ácido 1,6-decanoico dicarboxílico,

su sal, en un disolvente que es una mezcla de etilenglicol y agua y, al mismo tiempo, el diglicidiléter de etilenglicol se combina también en un ,1-1 % en peso.

El documento US 6.727.24 B2 se refiere a una composición de polímero basada en óxido de polialquileno para electrolitos de polímero sólido que comprende un agente de reticulación con al menos dos grupos funcionales de fenil alquilenglicol acrilato sustituido en una molécula central; un reblandecedor de polialquilenglicol alquiléter alquil (meta) acrilato; un plastificante de polialquilenglicol dialquiléter; un iniciador y sal de litio.

El documento US 27/48616 se refiere a un electrolito de gel que comprende una matriz de polímero, que se obtiene polimerizando un borato terminado en un grupo funcional polimerizable, una sal electrolítica y adicionalmente un disolvente no acuoso.

El documento KR 21 37163 se refiere a una composición electrolítica de polisiloxano que comprende: (i) un 1- 8 % en peso de polihidrometilsiloxano que tiene un grupo óxido de polialquileno, (ii) un 1-6 % en peso de agente de reticulación que tiene tres grupos alilo, (iii) dialquiléter de polialquilenglicol; (iv) un 3-3 % en peso de sal de litio; y (v) un ,1-1 % en peso de un catalizador de platino para endurecimiento.

Por consiguiente, considerando el rendimiento a alta temperatura, hay aún una fuerte necesidad de desarrollar aditivos eficaces en aplicaciones de batería secundaria.

Sumario de la invención

Por lo tanto, la presente invención se ha realizado para resolver los problemas anteriores y otros problemas específicos que aún tienen que ser resueltos.

Los presentes inventores han realizado una extensiva experimentación y estudios y han encontrado que una nueva batería secundaria de litio con características notablemente... [Seguir leyendo]

1. Una batería secundaria que incluye un electrolito basado en sal iónica que contiene como disolvente una mezcla de etilen carbonato, etilmetil carbonato y dietil carbonato en una relación relativa en peso de 4:1:5,

LiPF6 1 M,

1,5% en peso de vinilen carbonato,

,5 % en peso de propilen sulfona, y 5 % en peso de diglicidiléter de polietilenglicol.

2. Un electrolito para una batería secundaria de litio que incluye como disolvente una mezcla de etilen carbonato,

etilmetil carbonato y dietil carbonato en una relación relativa en peso de 4:1:5,

LiPFe 1 M,

1,5 % en peso de vinilen carbonato,

,5 % en peso de propilen sulfona y 15 5 % en peso de diglicidiléter de polietilenglicol.