DE102017008965A1

DE102017008965A1 - Elektrolyt und Verfahren zur Herstellung eines Elektrolyten

Info

Publication number: DE102017008965A1
Application number: DE102017008965.5A
Authority: DE
Inventors: Andreas Hintennach
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2018-03-22

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektrolyten für eine elektrische Batterie mit einem Leitsalz und einem Lösungsmittel mit ionischen Flüssigkeiten. Erfindungsgemäß umfasst das Lösungsmittel als ionische Flüssigkeiten 0,1 Gew.-% Didecyldimethylammoniumsaccharinat und 0,025 Gew.-% Didecyldimethylammoniumchlorid. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrolyten, umfassend ein Leitsalz und ein Lösungsmittel mit ionischen Flüssigkeiten. Erfindungsgemäß werden vor einer Zugabe des Leitsalzes in das Lösungsmittel als ionische Flüssigkeiten 0,1 Gew.-% Didecyldimethylammoniumsaccharinat und 0,025 Gew.-% Didecyldimethylammoniumchlorid in das Lösungsmittel gegeben.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektrolyt für eine elektrische Batterie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrolyten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 2.
Die US 2016/0181658 A1 beschreibt einen Elektrolyten für eine Lithiumbatterie mit einer polymeren ionischen Flüssigkeit und einem Oligomer.
Aus der EP 2731 181 A1 ist eine Sekundärbatterie bekannt, die eine negative Elektrode, auch als Anode bezeichnet, mit einem aus einem ersten Metall oder einer ersten Legierung oder einem Material, welches ausgebildet ist, mit einem Chloridion zu reagieren oder zu interkalieren, gebildeten Anodenmaterial umfasst. Die Sekundärbatterie umfasst weiterhin eine positive Elektrode, auch als Kathode bezeichnet, mit einem aus einem Chlorid eines zweiten Metalls oder einer zweiten Legierung oder einer Chlorid-Interkalationsverbindung gebildeten Kathodenmaterial. Ferner umfasst die Sekundärbatterie einen Separator, welcher die Kathode von der Anode trennt, und einen Elektrolyten, der eine Chlorid-Ionenleitfähigkeit aufweist und eine Chlorid-Ionenflüssigkeit ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Elektrolyten für eine elektrische Batterie und ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrolyten anzugeben.
Hinsichtlich des Elektrolyten wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des Verfahrens durch die im Anspruch 2 angegebenen Merkmale.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Elektrolyt für eine elektrische Batterie umfasst ein Leitsalz und ein Lösungsmittel mit ionischen Flüssigkeiten.
Erfindungsgemäß umfasst das Lösungsmittel als ionische Flüssigkeiten 0,1 Gew.-% Didecyldimethylammoniumsaccharinat und 0,025 Gew.-% Didecyldimethylammoniumchlorid.
Durch Zugabe dieser ionischen Flüssigkeiten zum Lösungsmittel in sehr geringen Mengen, beispielsweise weniger als 1% bei so genannten Imidazol-basierten ionischen Flüssigkeiten, wird die Entzündbarkeit des Lösungsmittels nicht nur signifikant reduziert, sondern im Brandfall eine Bildung von Gasen signifikant reduziert. Ein Ablauf eines Brandes wird, sofern dieser nicht verhindert werden kann, kinetisch stark gehemmt, was eine Temperaturausbreitung verzögert. Dies ist insbesondere bei Unfällen von Fahrzeugen mit einer solchen elektrischen Batterie bezüglich einer Rettungszeit, einer thermischen Belastung von Betonteilen, wie beispielsweise Tunnel- oder Gebäudedecken, sehr vorteilhaft. Gleichzeitig kann die Auslöseschwelle signifikant verringert werden. Das heißt, eine Temperatur, bei der eine Entzündung des Lösungsmittels hervorgerufen wird, wird signifikant erhöht. Dies reduziert in der Batterie zu erbringende Maßnahmen gegen eine sogenannte Thermalpropagation, woraus Gewichts-, Bauraum- und Kostenersparnisse resultieren. Unter der Thermalpropagation wird dabei eine Ausbreitung von einem Brand von einer Batteriezelle zu einer benachbarten Batteriezelle verstanden. Sind die benachbarten Batteriezellen toleranter gegenüber einer höheren Temperatur einer bereits entzündeten Batteriezelle, ist der so genannte Dominoeffekt der Brandausbreitung signifikant verringert. Dies ist insbesondere für Zulassungsverfahren, die eine entsprechende Sicherheit gegenüber einer solchen Thermalpropagation erfordern, von entscheidendem Vorteil und erhöht eine Betriebssicherheit der Batterie wesentlich.
Auch ist aufgrund der geringen Menge der ionischen Flüssigkeiten eine negative Auswirkung auf einen Wirkungsgrad der Batteriezellen verringert, d. h. insgesamt wird weniger Wärme während eines Ladevorgangs und Entladevorgangs frei. Dies erhöht den Wirkungsgrad der Batterie beim Laden und Entladen der entsprechend zu speichernden bzw. gespeicherten elektrischen Energie. Hierdurch wird neben einer Kostenersparnis aufgrund einer möglichen Reduktion von systeminternen Maßnahmen auch eine höhere Lebensdauer der Batterie erzielt, da durch Wärme Alterungsprozesse der Batterie erhöht werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 schematisch einen Ablauf eines Verfahrens zur Herstellung eines Elektrolyten für eine elektrische Batterie.
In der einzigen 1 ist ein Ablauf eines möglichen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Elektrolyten für eine elektrische Batterie dargestellt.
Die Batterie ist beispielsweise zu einer Verwendung in einem Kraftfahrzeug als Starter- und/oder Traktionsbatterie vorgesehen.
Die Batterie umfasst eine Anzahl von Batteriezellen, auch als Einzelzellen bezeichnet, wobei jede Einzelzelle zumindest eine negative Elektrode, auch als Anode bezeichnet, eine positive Elektrode, auch als Kathode bezeichnet, und einen Elektrolyten umfasst. Der Elektrolyt umfasst ein in einem Lösungsmittel gelöstes Leitsalz.
Das Lösungsmittel ist ein organisches Lösungsmittel, welches im Allgemeinen zu einer Entzündlichkeit bei bereits vergleichsweise tiefen Temperaturen von beispielsweise weniger als 50°C, neigt, sofern Sauerstoff hinzutreten kann. Somit kann bei einem Überhitzungsfall der Batterie ein Feuer ausbrechen oder auch verstärkt werden.
Eine Menge des Lösungsmittels kann nur bedingt reduziert werden, da ein Verhältnis vom Lösungsmittel zum Leitsalz und zu einem Aktivmaterial der Katode sehr sensibel ist. Technisch stellt das Lösungsmittel selbst einen passiven Bestandteil der Batteriezelle dar, so dass eine Menge an Lösungsmittel in eine entsprechende Betrachtung eines Gewichts und eines Volumens der Batteriezelle eingeht, ohne eine Energiedichte derselben zu erhöhen. Vielmehr senkt ein Überschuss an Lösungsmittel die Energiedichte der Batteriezelle.
Zur Reduktion des Risikos einer Brandausbreitung, zur Verringerung eines Flammpunkts und einer Entzündbarkeit, zur Erhöhung einer Auslöseschwelle sowie zur Verringerung einer Gasbildung im Brandfall werden dem Lösungsmittel ionische Flüssigkeiten zugegeben, wobei als ionische Flüssigkeiten 0,1 Gew.-% Didecyldimethylammoniumsaccharinat und 0,025 Gew.-% Didecyldimethylammoniumchlorid in das Lösungsmittel gegeben werden.
Diese Zugabe der ionischen Flüssigkeiten erfolgt in einem vorgelagerten Verfahrensschritt S1 vor einer in einem Verfahrensschritt S2 durchgeführten Zugabe des Leitsalzes in das Lösungsmittel. Hierdurch wird Ausfällung des Leitsalzes verhindert.
Weiterhin erfolgt die Zugabe der ionischen Flüssigkeiten beispielsweise in einem Temperaturbereich von 10°C bis 18°C.
Aufgrund der Verwendung dieser ionischen Flüssigkeiten mit derart geringen Mengen erfolgen beispielsweise gegenüber einer Verwendung von organischen Molekülen die Reduktion des Risikos der Brandausbreitung, die Verringerung des Flammpunkts und der Entzündbarkeit, die Erhöhung der Auslöseschwelle sowie die Verringerung der Gasbildung im Brandfall mit sehr geringer oder zumindest nahezu ohne Reduktion einer elektrochemischen Leistungsfähigkeit der Batteriezelle. Hierdurch wird eine Einsetzbarkeit der Batteriezelle in Batterien für Fahrzeuganwendungen nicht eingeschränkt. Auch kann eine Verringerung des Wirkungsgrads der Batteriezelle zumindest weitestgehend verhindert werden, so dass insbesondere während eines Lade- und Entladevorgangs auftretende überdurchschnittlich starke Wärmebildungen vermieden werden. Hierdurch können kostenintensive und unökologische Kühlmaßnahmen reduziert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2016/0181658 A1 [0003]
EP 2731181 A1 [0004]

Claims

Elektrolyt für eine elektrische Batterie mit – einem Leitsalz und – einem Lösungsmittel mit ionischen Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel als ionische Flüssigkeiten – 0,1 Gew.-% Didecyldimethylammoniumsaccharinat und – 0,025 Gew.-% Didecyldimethylammoniumchlorid umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Elektrolyten, umfassend – ein Leitsalz und – ein Lösungsmittel mit ionischen Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, dass vor einer Zugabe des Leitsalzes in das Lösungsmittel als ionische Flüssigkeiten – 0,1 Gew.-% Didecyldimethylammoniumsaccharinat und – 0,025 Gew.-% Didecyldimethylammoniumchlorid in das Lösungsmittel gegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe der ionischen Flüssigkeiten in einem Temperaturbereich von 10°C bis 18°C erfolgt.