DE60023372T2

DE60023372T2 - Gelartiger Elektrolyt und Batterie mit gelartigem Elektrolyten

Info

Publication number: DE60023372T2
Application number: DE60023372T
Authority: DE
Inventors: Mashio Shinagawa-ku Shibuya; Shuji Shinagawa-ku Goto
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 2000-02-10
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2020-02-11
Also published as: CA2298809A1; CN1267926A; EP1619734A1; EP1619734B1; TW494592B; US6465134B1; EP1030398B1; KR20000062566A; DE60023372D1; CN1144311C; KR100687160B1; JP2000243447A; EP1030398A1; CA2298809C; EP1030398B9

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf einen gelartigen Elektrolyten, umfassend eine nicht-wässerige elektrolytische Lösung, eingetaucht in ein Matrixpolymer, und eine Gel-Elektrolytbatterie, die diesen Elektrolyt verwendet.
Beschreibung des Standes der Technik
In jüngster Zeit wird einer Batterie mehr und mehr Bedeutung beigemessen als leichte Energiequelle für eine tragbare elektronische Ausrüstung, wie eine Videokamera oder ein Personal Computer vom Notebook-Typ. Zur Verringerung der Größe und des Gewichts der elektronischen Ausrüstungen hat sich ein Bedarf für eine Batterie ergeben, die nicht nur hinsichtlich der Kapazität groß ist, sondern auch leicht im Gewicht und raumsparend. Von diesem Gesichtspunkt aus ist eine Lithiumbatterie mit einer hohen Energiedichte und einer hohen Ausgabedichte als eine leichte Energiequelle für die tragbare elektronische Ausrüstung geeignet.
Von den Lithiumbatterien sind eine große Vielzahl von Konfigurationen, wie Batterien, die Flexibilität und einen hohen Grad an Formfreiheit zeigen, lagenförmige Batterien eines großen Bereichs und mit reduzierter Dicke oder Kartenbatterien mit reduzierten Bereichen und reduzierter Dicke erwünscht. Bei der herkömmlichen Technik, Batterieelemente zu verschließen, die aus einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode sowie einer Elektrolytlösung im Inneren eines Metallaußenbehälters aufgebaut sind, ist es schwierig, Batterien dieser verschiedenen Konfigurationen herzustellen. Andererseits, aufgrund der Verwendung der Elektrolytlösung, ist das Herstellungsverfahren kompliziert oder Maßnahmen müssen gegen ein Auslaufen der Elektrolytlösung unternommen werden.
Um diese Probleme zu überwinden, wurden Batterien vorgeschlagen, die einen Feststoffelektrolyten einsetzen, der seinerseits ein elektrisch-leitendes organisches höheres Polymer oder anorganische Keramik verwendet, oder jene, die einen gelähnlichen Feststoffelektrolyt einsetzen, der aufgebaut ist aus einer Elektrolytlösung, die in ein Matrixpolymer eintaucht, nachfolgend bezeichnet als Gel-Elektrolyt bzw. gelartiger Elektrolyt. In diesen Batterien, in denen der Elektrolyt immobilisiert ist, ist es möglich, Kontakt zwischen der Elektrode und dem Elektrolyt aufrechtzuerhalten. Somit gibt es in diesen Batterien keine Notwendigkeit, die Elektrolytlösung in einem äußeren Metallbehälter zu ver schließen, während es möglich wird, die Batterie mit einer kleinen Dicke unter Verwendung eines filmähnlichen äußeren Materials herzustellen.
Als externes Umhüllungsmaterial für die Batterie unter Verwendung des Feststoffelektrolyten kann ein Mehrschichtfilm, aufgebaut durch einen höhermolekularen Film oder einen dünnen Metallfilm, verwendet werden. Insbesondere ist ein feuchtigkeitsabweisender Mehrschichtfilm, hergestellt aus einem wärmeverschmolzenen Harzfilm und einer Metallfolienschicht, ein vielversprechender Kandidat für das äußere Umhüllungsmaterial, dahingehend, dass dieser hilft, eine hermetisch verschlossene Struktur durch eine Heißversiegelung zu verwirklichen, und dadurch, dass der Mehrschichtfilm an sich hervorragende Festigkeit und Luftdichtigkeit aufweist, während dieser leichter im Gewicht, dünner in der Dicke und weniger teuer ist als ein metallisches Gehäuse.
Wenn jedoch der oben erwähnte Film als äußeres Material für die Batterie verwendet wird, und ein niedrigsiedendes Lösungsmittel als Lösungsmittel für den Elektrolyt eingesetzt wird, neigt der Innendruck der Batterie dazu, mit steigendem Dampfdruck des Lösungsmittels anzusteigen, um ein Anquellen hervorzurufen im Falle, dass die Batterie in eine Hochtemperaturumgebung kommt. Wenn daher ein Film als externes Material für die Batterie eingesetzt wird, muss ein Lösungsmittel unter Berücksichtigung des Siedepunkts ausgewählt werden.
Wenn der gelartige Elektrolyt aufgebaut wird, ist es unmöglich, ein Gel herzustellen, außer wenn das Lösungsmittel für den Elektrolyten mit dem Matrixpolymer kompatibel ist. Aus diesem Grund muss das Lösungsmittel unter Berücksichtigung der Kompatibilität mit dem Matrixpolymer ausgewählt werden.
Das niedrigsiedende Lösungsmittel, das herkömmlicherweise in der Lithiumionenbatterie verwendet wird, wie Dimethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat oder Diethylcarbonat, weist einen hohen Verfestigungspunkt und eine niedrige Viskosität auf, und ist daher hochgradig effektiv, um die Innenleitfähigkeit des Elektrolyten bei niedrigen Temperaturen ansteigen zu lassen. Jedoch können diese Lösungsmittel nicht als Lösungsmittel für den gelartigen Elektrolyt verwendet werden, der als externes Umhüllungsmaterial für die Batterie, aufgrund der Einschränkung bei der Kompatibilität oder dem Siedepunkt, verwendet wird
Somit ist im gelartige Elektrolyten die Innenleitfähigkeit im allgemeinen niedriger als diejenige des Lösungselektrolyten aufgrund der Einschränkungen der verwendbaren Lösungsmittel, was zu einem erhöhten Innenwiderstand der Batterien führt. Insbesondere in einer kühlen Umgebung, wie –20°C, wird der Innenwiderstand zusehends vergrößert, um ein Entladen fast unmöglich zu machen. Das heißt, die niedrige Innenleitfähigkeit im gelartigen Elektrolyten verhindert Versuche beim Verbessern der Batterieleistungsfähigkeit.
Das oben erwähnte Problem kann durch Zugeben von γ-Butyrolacton GBL zu einem Lösungsmittel gelöst werden. Da GBL eine niedrige Viskosität und einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist, weist es eine gute Innenleitfähigkeit auf und ermöglicht es, einen großen Strom fließen zu lassen. GBL hat eine bessere Innenleitfähigkeit als diejenige von anderen hochsiedenden Lösungsmitteln, selbst bei niedrigen Temperaturen. Darüber hinaus weist GBL eine höhere Dielektrizitätskonstante auf und ist in der Lage, ein Elektrolytsalz bis zu einer hohen Konzentration zu lösen.
Darüber hinaus ist GBL hochgradig kompatibel im Hinblick auf Polyvinylidenfluorid PVDF oder ein Copolymer von PVDF und Hexafluorpropylen (HFP), die als Matixpolymer des gelartigen Elektrolyten verwendet werden. Somit ist GBL ein überragendes Lösungsmittel, wenn Kompatibilität im Hinblick auf das Matrixpolymer zum Bilden des gelartigen Elektrolyten ebenfalls berücksichtigt wird.
Jedoch ist die Lithiumionenbatterie, die GBL als Lösungsmittel für den Elektrolyten einsetzt, im allgemeinen hinsichtlich der Zykluscharakteristika schwach. Es kann angenommen werden, dass dies der Redox-Reaktion von GBL zuzuschreiben ist, der dieses an der negativen Elektrode unterliegt. Es war somit schwierig, eine Lithiumionen-Sekundärbatterie herzustellen, die ausgezeichnete Zykluscharakteristika zeigt, ohne die Niedertemperatur-Charakteristika, Ladungscharakteristika (Charakteristika für großen Strom) oder Stabilität des gelartigen Elektrolyten zu beeinträchtigen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen gelartigen Elektrolyten und eine Gel-Elektrolytbatterie bereitzustellen, die die Innenleitfähigkeit des Lösungsmittels verbessert und ebenfalls hinsichtlich der Zykluscharakteristika überragend ist.
In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen gelartigen Elektrolyt bereit, umfassend einen Elektrolyten, ein Matrixpolymer und ein nicht-wässeriges Lösungsmittel. Das nicht-wässerige Lösungsmittel ist ein gemischtes Lösungsmittel von Ethylencarbonat (EC), Propylencarbonat (PC) und γ-Butyrolacton (GBL). Das nicht-wässerige Lösungsmittel ist eine Gewichtszusammensetzung in einem Bereich in einem dreieckigen Phasendiagramm (EC, PC, GBL), umschlossen von einem Punkt (70, 30, 0), einem Punkt (55, 15, 30), einem Punkt (15, 55, 30) und einem Punkt (30, 70, 0), wobei der gelartige Elektrolyt erhältlich ist durch Zugabe von 0,3 bis 2 Gew.-% Difluoranisol, bezogen auf das Gewicht des nicht-wässerigen Lösungsmittels, zum nicht-wässerigen Lösungsmittel.
Im erfindungsgemäßen gelartige Elektrolyt wird die Lösungszusammensetzung im gelartigen Elektrolyt optimiert, so dass die Elektrolytzersetzung unterdrückt wird, um die Ionenleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit zu verbessern, und damit den gelartigen Elektrolyt zur Verwendung in einem Elektrolyt für eine Batterie zu optimieren.
In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Gel-Elektrolytbatterie bereit, umfassend eine positive Elektrode, enthaltend ein Aktivmaterial für die positive Elektrode, eine negative Elektrode, enthaltend ein Aktivmaterial für die negative Elektrode, und die gegenüber der positiven Elektrode angeordnet ist, sowie einen gelartigen Elektrolyten, angeordnet zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode. Der gelartige Elektrolyt umfasst einen Elektrolyten, ein Matrixpolymer und ein nicht-wässeriges Lösungsmittel. Das nicht-wässerige Lösungsmittel ist ein gemischtes Lösungsmittel aus Ethylencarbonat (EC), Propylencarbonat (PC) und γ-Butyrolacton (GBL). Das nicht-wässerige Lösungsmittel ist eine Gewichtszusammensetzung in einem Bereich in einem dreieckigen Phasendiagramm (EC, PC, GBL), umschlossen von einem Punkt (70, 30, 0), einem Punkt (55, 15, 30), einem Punkt (15, 55, 30) und einem Punkt (30, 70, 0), wobei der gelartige Elektrolyt erhältlich ist durch Zugabe von 0,3 bis 2 Gew.-% Difluoranisol, bezogen auf das Gewicht des nichtwässerigen Lösungsmittels, zum nicht-wässerigen Lösungsmittel.
In der erfindungsgemäßen gelartigen Elektrolytbatterie ist die Lösungsmittelzusammensetzung im gelartigen Elektrolyten optimiert, so dass der gelartige Elektrolyt hinsichtlich der Innenleitfähigkeit und elektrischen Leitfähigkeit verbessert ist, um es zu ermöglichen, einen Kompromiss zwischen den variablen Batteriecharakteristika zu finden, wie den Zykluscharakteristika, Niedertemperaturcharakteristika oder anfänglichen Ladungs-/Entladungscharakteristika.
Erfindungsgemäß kann ein Feststoffelektrolyt, in dem die Elektrolytzersetzung auf ein Minimum unterdrückt wird, durch Optimieren der Lösungsmittelzusammensetzung im Elektrolyten realisiert werden.
Darüber hinaus kann mit der Verwendung des Feststoffelektrolyten der vorliegenden Erfindung ein Feststoffelektrolyt verwirklicht werden, der verbesserte Zykluscharakteristika und verbesserte Gesamtbatterieleistungsfähigkeit ohne Beeinträchtigung der anfänglichen Ladungs-/Entladungseffizienz, Batteriekapazität, große Stromentladung oder Entladung unter Niedertemperaturbedingungen aufweist. Die vorliegende Feststoffelektrolytbatterie kann vorteilhafterweise als Stromquelle für tragbare elektronische Ausrüstungen, wie tragbares Telefon, Videokamera oder Personal Computer vom Notebook-Typ, verwendet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine veranschaulichende Struktur einer erfindungsgemäßen Feststoffelektrolytbatterie zeigt.
2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie X-Y in 1
3 ist eine perspektivische Ansicht, die den Zustand zeigt, in dem eine positive Elektrode und eine negative Elektrode in einer Elektrodenspule gebildet werden.
4 ist eine perspektivische Ansicht, die eine veranschaulichende Struktur einer positiven Elektrode zeigt.
5 ist eine perspektivische Ansicht, die eine veranschaulichende Struktur einer negativen Elektrode zeigt.
6 ist ein dreieckiges Phasendiagramm, das eine Lösungsmittelzusammensetzung im gelartigen Elektrolyten zeigt.
7 ist wieder ein dreieckiges Phasendiagramm, das eine Lösungsmittelzusammensetzung im gelartigen Elektrolyt zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bezugnehmend auf die Zeichnungen werden erfindungsgemäß bevorzugte Ausführungsformen im Detail erläutert.
1 und 2 zeigen eine veranschaulichende Struktur einer gelartigen Elektrolytbatterie, die die vorliegende Erfindung darstellt. Diese gelartige Elektrolytbatterie 1 umfasst eine streifenförmige positive Elektrode 2, eine streifenförmige negative Elektrode 3, angeordnet gegenüber der positiven Elektrode 2, sowie eine gelartige Elektrolytschicht 4, angeordnet zwischen der positiven Elektrode 2 und der negativen Elektrode 3. In dieser gelartigen Elektrolytbatterie 1, sind die positive Elektrode 2 und die negative Elektrode 3 unter Einfügung der Gel-Elektrolytschicht 4 geschichtet und entlang der Länge aufgewickelt, um eine Elektrodenspule 5 zu bilden, die in 3 gezeigt ist. Diese Elektrodenspule wird dann in einem externen Film 6, der durch ein isolierendes Material gebildet ist, eingehüllt und hermetisch abgedichtet. Ein positiver Elektrodenanschluss 7 und ein negativer Elektrodenanschluss 8 werden mit der positiven Elektrode 2 bzw. der negativen Elektrode 3 verbunden, wobei dieser positive Elektrodenanschluss 7 und der negative Elektrodenanschluss 8 in einem Abdichtungsöffnungsabschnitt, der die periphere Kante des externen Films 6 bildet, angebracht sind.
Die positive Elektrode 2 ist aus aktivem Material 2a für die positive Elektrode 2 aufgebaut, enthaltend ein aktives Material für die positive Elektrode, gebildet an beiden Oberflächen eines positiven Elektrodenstromkollektors 2b, wie in 4 gezeigt. Der positive Elektrodenstromkollektor 2b kann beispielsweise eine Metallfolie, wie eine Aluminiumfolie, darstellen.
Das aktive Material für die positive Elektrode 2 kann Komplexoxide, wie Lithiumkobaltat, Lithiumnickelat oder Lithiummanganat sein, wobei diese Komplexoxide teilweise mit anderen Übergangsmetallen, Übergangsmetallverbindungen, wie Mangandioxid oder Vanadiumpentoxid, und Übergangsmetallchalogenverbindungen, wie Eisensulfid, ersetzt sein können.
4 zeigt den Zustand, in dem die Gel-Elektrolytschicht 4, wie später erklärt wird, auf den aktiven Materialschichten 2a für die positive Elektrode 2 gebildet wurde.
In der negativen Elektrode 3 werden die aktiven Materialschichten 3a für die negative Elektrode 3 auf beiden Oberflächen des negativen Elektrodenkollektors 3b gebildet. Der negative Elektrodenkollektor 3b kann beispielsweise eine Metallfolie, wie eine Kupferfolie, darstellen.
Als das aktive Material für die negative Elektrode kann ein solches Material, das in der Lage ist, Lithium zu dotieren und zu entdotieren, verwendet werden. Das Material, das in der Lage ist, Lithium zu dotieren und zu entdotieren, kann aufgezählt werden durch Pyrokohlenstoff, Koks, Carbon-Black, wie Acetylen-Schwarz, Kohlenstoffmaterialien, wie Graphit, glasartiger Kohlenstoff, Aktivkohle, Kohlenstofffaser, organisches höhermolekulares gesintertes Material, gesinterte Kaffeebohnen, gesinterte Cellulose oder gesinterter Bambus, sowie elektrisch leitende Polymere, wie Lithiummetall, Lithiumlegierungen oder Polyacetylen.
In 5 wurde eine Gel-Elektrolytschicht 4, wie später erläutert wird, auf der Aktivmaterialschicht 3a für die negative Elektrode 3 gebildet.
Die Gel-Elektrolytschicht 4 enthält ein Elektrolytsalz, ein Matrixpolymer und ein nichtwässeriges Lösungsmittel als Weichmacher.
Als das Elektrolytsalz können bekannte Salze, die routinemäßig als Elektrolytsalz bei dieser Art von gelartigem Elektrolyt verwendet werden, eingesetzt werden. Jedoch wird mindestens eines von LiPF₆ und LiN(CF₃SO₂)₂ bevorzugt eingesetzt.
Auch wird das Elektrolytsalz im nicht-wässerigen Lösungsmittel bevorzugt mit einem Gehalt von 0,5 Mol/kg bis 1,0 Mol/kg, bezogen auf die Lithiumionen-Konzentration, gelöst. Wenn die Konzentration des Elektrolytsalzes stärker als 0,5 Mol/kg verdünnt ist, wird die anfängliche Ladungs-/Entladungseffizienz der Gel-Elektrolytbatterie 1 herabgesetzt. Wenn die Konzentration des Elektrolytsalzes höher als 1,0 Mol/kg ist, wird die anfängliche Ladungs-/Entladungseffizienz geringfügig verbessert, jedoch werden die Zykluscharakteristika oder die Niedertemperaturcharakteristika herabgesenkt. Somit können die anfängliche Ladungs-/Entladungseffizienz, die Zykluscharakteristika und die Niedertemperaturcharakteristika der Gel-Elektrolytbatterie 1 durch Einstellen der Konzentration des gelartigen Elektrolyten auf 0,5 bis 1,0 Mol/kg miteinander in Einklang gebracht werden.
Für das Matrixpolymer kann jedes geeignete bekannte Polymer, das routinemäßig als Matrixpolymer für diese Art von gelartigem Elektrolyt verwendet wird, eingesetzt werden. Jedoch wird bevorzugt mindestens eines von: Polyvinylidenfluorid, einem Copolymer von Polyvinylidenfluorid und Hexafluorpropylen, Polyethylenoxid oder Polypropylenoxid eingesetzt.
Als Matrixpolymer wird bevorzugt ein Copolymer von PVDF und HFP eingesetzt, worin weniger als 8 Gew.-% PVDF durch Hexafluorpropylen (HFP) ersetzt werden. Durch Verwenden des Copolymers von PVDF und HFP als Matrixpolymer wird die Kompatibilität mit dem nichtwässerigen Lösungsmittel verbessert, um den Aufbau eines stabilen gelartigen Elektrolyten zu ermöglichen. Bevorzugt liegt das zahlengemittelte Molekulargewicht des Copolymers von PVDF und HFP in der Größenordnung von 500.000 bis 700.000, oder das gewichtsgemittelte Molekulargewicht des Copolymers von PVDF und HFP liegt in der Größenordnung von 210.000 bis 310.000, mit einer intrinsischen Viskosität hiervon in der Größenordnung von 1,7 bis 2,1.
Das nicht-wässerige Lösungsmittel ist aus einem gemischten Lösungsmittel von Ethylencarbonat EC; Propylencarbonat PC und γ-Butyrolacton GBL aufgebaut. Gemäß der Erfindung ist die Zusammensetzung des nicht-wässerigen Lösungsmittels eine Gewichtszusammensetzung in einem Bereich, umschlossen von den Punkten A (70, 30, 0), B (55,15, 30), C (15, 55, 30) und D (30, 70, 0), in einem dreieckigen Phasendiagramm von EC, PC und GBL, wie in 6 gezeigt.
Die Erfinder haben zunächst ein gemischtes Lösungsmittel von Ethylencarbonat EC und Propylencarbonat PC als Kandidat für ein Lösungsmittel ausgewählt, das in geeigneter Weise als nichtwässeriges Lösungsmittel, das den gelartigen Elektrolyt aufbaut, verwendbar ist. Es ist festzuhalten, dass EC und PC elektrochemisch ausgezeichnete Lösungsmittel mit so hohen Siedepunkten wie etwa 240°C darstellen.
Wenn jedoch die Menge von EC erhöht wird, werden die Niedertemperaturcharakteristika beeinträchtigt, selbst wenn die Zykluscharakteristika verbessert werden. Umgekehrt, mit einer höheren Menge von PC, werden die Niedertemperaturcharakteristika verbessert, jedoch werden die Zykluscharakteristika herabgesenkt, während das Lösungsmittel in einem größeren Maße zum Zeitpunkt der anfänglichen Beladung zersetzt wird. Wenn Polyvinylidenfluorid (PVDF) als Matrixpolymer verwendet wird, ist die Kompatibilität von PVDF mit EC und PC nicht so hoch, wobei die Gelstabilität ebenfalls kein Optimum darstellt. Um somit die Gelstabilität zu verbessern, ist ein drittes Lösungsmittel mit einer hohen Kompatibilität mit PVDF erforderlich, oder sonst ist es notwendig, die Löslichkeit von PVDF durch z.B. Copolymerisation zu ändern.
Daher haben die gegenwärtigen Erfinder γ-Butyrolacton GBL als drittes Lösungsmittel zu EC und PC ausgewählt. Es ist festzuhalten, dass GBL einen so hohen Siedepunkt von etwa 200°C aufweist und der Schmelzpunkt von –44°C niedriger ist als derjenige von EC, der 37°C beträgt. Zusätzlich wird GBL nicht so stark wie PC zersetzt und weist eine so niedrige Viskosität von 1,95 × 10^–3 Pa·s, verglichen mit derjenigen von PC, die 2,5 × 10^–3 Pa·s darstellt, auf. Jedoch beeinflusst GBL, während die Niedertemperaturcharakteristika oder Elektrolytstabilität, verglichen mit PC, verbessert werden, die Zykluscharakteristika noch beträchtlicher als die anderen beiden Lösungsmittel.
Die Erfinder haben ausdauernde Studien über die Mengen der drei Komponenten EC, PC und GBL durchgeführt und sind auf ein Konzept der Einstellung der Zusammensetzung des nichtwässerigen Lösungsmittels auf eine gewichtsmäßige Zusammensetzung eines Bereichs, umschlossen von den Punkten A (70, 30, 0), B (55, 15, 30), C (15, 55, 30) und D (30, 70, 0) im dreieckförmigen Phasendiagramm von EC, PC und GBL, gestoßen, das in 6 gezeigt ist. Durch Einstellen der Zusammensetzung des nicht wässerigen Lösungsmittels auf den oben definierten Bereich können Batteriecharakteristika, wie Zykluscharakteristika, Niedertemperaturcharakteristika, anfängliche Ladungs-/Entladungseffizienz etc., zueinander kompatibel eingestellt werden.
Mit einer überaus großen Menge von PC, d.h. in einem Bereich außerhalb der Grenzlinie C-D im dreieckigen Phasendiagramm, das in 6 gezeigt ist, werden die Zykluscharakteristika genauso wie die anfängliche Ladungs-/Entladungseffizienz zusehends verringert.
Mit einer überaus kleinen Menge von EC werden sowohl die anfängliche Ladungs-/Entladungseffizienz als auch die Zykluscharakteristika verringert. Mit einer außerordentlich großen Menge von EC, d.h. in einem Bereich außerhalb der Grenzlinie A-B im dreieckigen Phasendiagramm, das in 6 gezeigt ist, werden sowohl die Niedertemperaturcharakteristika als auch die Beladungscharakteristika verringert. Auch wird in diesem Bereich, in dem nur geringe Mengen von EC und GBL mit dem Matrixpolymer kompatibel sind, das Gel instabil und zeigt nur geringe Rezyklisierungscharakteristika.
Wenn die Menge an GBL klein ist, ist es unmöglich, die Niedertemperaturcharakteristika und die Beladungscharakteristika zu verbessern. Auch mit einer außerordentlich großen Menge an PC, d.h. in einem Bereich außerhalb der Grenzlinie C-D im dreieckigen Phasendiagramm, das in 6 gezeigt ist, werden die Zykluscharakteristika mit der Menge an GBL verringert. Daher liegt die Menge an GBL in einem Bereich von 0 bis 30%.
Somit wird die Zusammensetzung des nicht-wässerigen Lösungsmittels bei einem Gewichtsverhältnis auf die Gewichtszusammensetzung des Bereichs, umschlossen von den Punkten A (70, 30, 0), B (55, 15, 30), C (15, 55, 30) und D (30, 70, 0), in einem dreieckigen Phasendiagramm von EC, PC und GBL, das in 6 gezeigt ist, eingestellt, um die Elektrolytzersetzung auf ein Minimum zu unterdrücken. Durch Aufbau des gelartigen Elektrolyts unter Verwendung dieses nicht-wässerigen Lösungsmittels kann eine hochleistungsfähige Gel-Elektrolytbatterie 1 verwirklicht werden, die hohe Anfangsladungs-/Entladungscharakteristika, ausreichend tolerierbare Niedertemperaturcharakteristika oder große Stromentladung und überragende Zykluscharakteristika aufweist.
Ebenfalls wird Difluoranisol zum nicht-wässerigen Lösungsmittel zugegeben. Indem man dies so durchführt, ist es möglich, die anfänglichen Ladungs-/Entladungscharakteristika, Niedertemperaturcharakteristika oder Zykluscharakteristika zu verbessern. Dieser Effekt zeigt sich am ehesten im PC-reichen Zusammensetzungsbereich. Wenn Difluoranisol zum nicht-wässerigen Lösungsmittel zugegeben wird, beträgt die Menge der Difluoranisolzugabe 0,3 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des nicht-wässerigen Lösungsmittels.
Die oben beschriebene erfindungsgemäße Gel-Elektrolytbatterie 1 zeigt eine große Kapazität, selbst in einer kalten Umgebung, und hat daher lange Zyklushaltbarkeitscharakteristika. Wenn außerdem ein laminierter Film als externes Umhüllungsmaterial verwendet wird, quillt die vorliegende Gel-Elektrolytbatterie 1 aufgrund des Lösungsmittelverflüchtigens in einer Umgebung mit hoher Temperatur von z.B. 60°C nicht an.
Da die Gel-Elektrolytbatterie 1 hinsichtlich Größe und Dicke reduziert werden kann, kann diese am effizientesten als Stromquelle einer tragbaren elektronischen Ausrüstung, wie einem Personal Computer Notebook, einem tragbaren Telefon oder einer Videokamera, verwendet werden.
Das Herstellungsverfahren der Gel-Elektrolytbatterie 1 wird nachfolgend erläutert.
Für die positive Elektrode 2 wird eine positive Elektrodenmischung, enthaltend ein Aktivmaterial für die positive Elektrode und ein Bindemittel, gleichmäßig auf eine Metallfolie, z.B. eine Aluminiumfolie, die als positiver Elektrodenstromkollektor 2b fungiert, beschichtet und in situ getrocknet, um die Aktivmaterialschichten 2a für die positive Elektrode 2 zu bilden, um eine positive Elektrodenlage herzustellen. Als Bindemittel für die positive Elektrodenmischung kann jedes geeignete bekannte Bindemittel verwendet werden. Zusätzlich kann jedes bekannte geeignete Zugabemittel etc. zur positiven Elektrodenmischung zugegeben werden.
Die Gel-Elektrolytschichten 4 werden dann auf den Aktivmaterialschichten 2a für die positive Elektrode 2 gebildet. Zum Bilden der Gel-Elektrolytschichten 4 wird das Elektrolytsalz zunächst im nicht-wässerigen Lösungsmittel gelöst, um eine nicht-wässerige Elektrolytlösung herzustellen. Das Matrixpolymer wird zur nicht-wässerigen Elektrolytlösung zugegeben und gerührt, um das Matrixpolymer zu lösen, um ein Sol der Elektrolytlösung herzustellen.
Erfindungsgemäß wird ein gemischtes Lösungsmittel, umfassend Ethylencarbonat EC, Propylencarbonat PC und γ-Butyrolacton GBL, eingesetzt, gemischt in Gewichtsanteilen in dem Bereich, umschlossen von den Punkten A (70, 30, 0), B (55, 15, 30), C (15, 55, 30) und D (30, 70, 0) im dreieckigen Phasendiagramm. Durch Einstellen der Zusammensetzung des nicht-wässerigen Lösungsmittels in dieser Art und Weise können die Batteriecharakteristika, wie Zykluscharakteristika, Niedertempe raturcharakteristika oder die anfänglichen Ladungs-/Entladungscharakteristika miteinander kompatibel eingestellt werden.
Eine voreingestellte Menge dieses Elektrolytsalzes wird dann auf die Aktivmaterialschichten 2a der positiven Elektrode 2 beschichtet. Die resultierende Anordnung wird dann auf Raumtemperatur abgekühlt, um zu ermöglichen, dass das Matrixpolymer geliert wird, um die Gel-Elektrolytschichten 4 auf den Aktivmaterialschichten 2a zu bilden.
Die positive Elektrodenlage, die die Gel-Elektrolytschicht 4 trägt, wird in einen Streifen geschnitten. In den Abschnitten des positiven Elektrodenstromkollektors 2b, der nicht die Aktivmaterialschicht 2a trägt, wird ein Anschlussdraht, z.B. aus Aluminium, angeschweißt, um als positiver Elektrodenanschluss 7 eingesetzt zu werden. Dies vervollständigt die die Gel-Elektrolytschicht 4 tragende streifenförmige positive Elektrode 2.
Für die negative Elektrode 3 wird eine negative Elektrodenmischung, enthaltend das aktive Material für die negative Elektrode und das Bindemittel, gleichmäßig auf eine Metallfolie, wie eine Kupferfolie, beschichtet, die als der negative Elektrodenkollektor 3b dient, und in situ getrocknet, um die aktiven Materialschichten 3a der negativen Elektrode 3 zu bilden, um eine negative Elektrodenlage zu vervollständigen. Als Bindemittel der negativen Elektrodenmischung können nicht nur bekannte Bindemittel, sondern auch bekannte Zugabemittel etc. zur negativen Elektrodenmischung zugegeben werden.
Dann werden die Elektrolytschichten 4 auf dem negativen Elektrodenkollektor 3b der negativen Elektrodenlage gebildet. Zum Bilden der Gel-Elektrolytschichten 4 wird eine voreingestellte Menge des Elektrolytsalzes, hergestellt wie oben beschrieben, auf den negativen Elektrodenkollektor 3b beschichtet. Man lässt die resultierende Anordnung dann auf Raumtemperatur abkühlen, um dem Matrixpolymer ein Gelieren zu ermöglichen, um die Gel-Elektrolytschichten 4 auf dem negativen Elektrodenkollektor 3b zu bilden.
Die negative Elektrodenlage, die die Gel-Elektrolytschichten 4 trägt, wird in Streifen geschnitten. Ein Führungsdraht aus z.B. Nickel wird dann an einen Abschnitt des negativen Elektrodenkollektors 3b geschweißt, der nicht mit den Aktivmaterialschichten 3a für die negative Elektrode 3 beschichtet ist, um einen negativen Elektrodenanschluss 8 bereitzustellen. Dies vervollständigt eine streifenförmige negative Elektrode 3, die die Gel-Elektrolytschicht 4 trägt.
Mehrere streifenförmige positive und negative Elektroden 2, 3 werden mit den die Gel-Elektrolytschichten 4 tragenden Seiten, die einander gegenüberliegen, miteinander verbunden, um eine Schichtelektrodenanordnung zu vervollständigen. Diese Schichtelektrodenanordnung wird dann in longitudinaler Richtung gewunden, um eine Elektrodenspule 5 zu bilden.
Schließlich wird diese Elektrodenspule 5 gepackt durch einen externen Film 6, gebildet aus einem isolierenden Material, und ein positiver Elektrodenanschluss 7 und ein negativer Elektrodenanschluss 8 werden in der Abdichtungsöffnung befestigt, um die Gel-Elektrolytbatterie 1 zu vervollständigen.
Beim Packen der Elektrodenspule 5 im externen Film 6 kann ein Harzstück in Kontaktbereich zwischen dem externen Film 6 und dem positiven Elektrodenanschluss 7 und dem negativen Elektrodenanschluss 8 angeordnet werden. Durch Anordnung des Harzstücks in dieser Art und Weise ist es möglich, eine Verkürzung des externen Films 6 aufgrund der Grate auf dem externen Film 6 zu verhindern, um die Kontakteigenschaften zwischen dem externen Film 6 und dem positiven Elektrodenanschluss 7 und dem negativen Elektrodenanschluss 8 zu verbessern.
In der oben beschriebenen Ausführungsform werden die streifenförmige positive Elektrode 2 und die negative Elektrode 3 zusammengeschichtet und in longitudinaler Richtung gewickelt, um die Elektrodenspule 5 zu bilden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht beschränkt auf diese Konfiguration, da diese ebenfalls auf eine Schichtelektrodenanordnung angewendet werden kann, die rechtwinklige positive Elektroden und rechtwinklige negative Elektroden aufweist, oder auf eine Anordnung, die alternative Schichtelektrodenanordnungen aufweist.
Die Gel-Elektrolytbatterie 1 der vorliegenden Ausführungsform kann zylinderförmig, quadratförmig oder münzenförmig ohne irgendeine Begrenzung sein. Auch kann die vorliegende Erfindung sowohl auf die primären als auch auf die sekundären Batterien angewendet werden.
BEISPIELE
Zur Bestätigung der vorteilhaften Effekte der vorliegenden Erfindung wurde eine Gel-Elektrolytbatterie in der folgenden Art und Weise hergestellt, um deren Charakteristika zu beurteilen.
Referenzbeispiel 1
Als erstes wurden eine positive Elektrode und eine negative Elektrode hergestellt. Zum Herstellen der positiven Elektrode wurden 92 Gew.-% Lithiumkobaltat (LiCoO₂), 3 Gew.-% gepulvertes Polyvinylidenfluorid und 5 Gew.-% gepulverter Graphit in N-Methylpyrrolidon (NMP) dispergiert, um eine Aufschlämmung zu bilden, wobei die Aufschlämmung auf beide Oberflächen einer Aluminiumfolie als einem positiven Elektrodenstromkollektor beschichtet wurden. Das resultierende Produkt wurde 24 Stunden bei 100°C unter reduziertem Druck getrocknet. Das getrocknete Produkt wurde durch Walzenpressen unter einem geeigneten Druck zusammengepresst, um eine positive Elektrodenlage zu ergeben.
Diese positive Elektrodenlage wurde in eine rechtwinklige Form 50 mm × 300 mm geschnitten und eine Leitung aus einer Aluminiumfolie von 50 μm Dicke wurde an einen Abschnitt des positiven Elektrodenstromkollektors geschweißt, der nicht mit der positiven Elektrodenmischung beschichtet war, um als positiver Elektrodenanschluss zu dienen. Dies erzeugte eine positive Elektrode.
Zum Herstellen einer negativen Elektrode wurden 91 Gew.-% künstlichen Graphits und 9 Gew.-% gepulvertes Polyvinylidenfluorid in NMP dispergiert, um eine Aufschlämmung zu bilden. Diese Aufschlämmung wurde auf beiden Seiten der Kupferfolie als negativer Elektrodenstromkollektor beschichtet und 24 Stunden bei 100°C unter reduziertem Druck getrocknet. Das getrocknete Pro dukt wurde durch Walzenpressen unter einem geeigneten Druck zusammengepresst, um eine negative Elektrodenlage zu ergeben.
Diese negative Elektrodenlage wurde in eine rechtwinklige Form von 52 × 320 mm geschnitten, und eine Leitung aus Kupfer- oder Nickelfolie von 50 μm Dicke wurde an einen Abschnitt des negativen Elektrodenstromkollektors geschweißt, der nicht mit der negativen Elektrodenmischung beschichtet war, um als negativer Elektrodenanschluss zu dienen. Dies erzeugte eine negative Elektrode.
Ein Gel-Elektrolyt, basierend auf PVDF, wurde dann als Elektrolyt hergestellt. Bei Herstellung des Elektrolyts wurden ein PVDF (Polyvinylidenfluorid) – HPF(Hexafluorpropylen)-Copolymer, in dem 7 Gew.-% PVDF durch HFP ersetzt sind, eine Elektrolytlösung und Dimethylcarbonat (DMC), ein Lösungsmittel für Polymere, mit einem Gewichtsverhältnis von 1:5:8 zusammengemischt und bei 75°C gerührt, um eine solähnliche Elektrolytlösung zu ergeben. Wenn Difluoranisol zugegeben wird, wird es zu diesem Zeitpunkt zugegeben.
Die Elektrolytlösung wurde durch Lösen von Lithiumhexafluorophosphat (LiPF₆) in einem Lösungsmittel, erhalten beim Mischen von Ethylencarbonat EC, Propylencarbonat PC und γ-Butyrolacton GBL, mit einem Gewichtsverhältnis von EC = 30%, PC = 70% und GBL = 0%, hergestellt, so dass die Menge an Lithiumhexafluorophosphat (LiPF₆) im Lösungsmittel 0,76 Mol/kg ist. Währenddessen entspricht die Lösungsmittelzusammensetzung einem Punkt D im dreieckigen Phasendiagramm von 7.
Dann wurde die oben erwähnte Elektrolytlösung unter Verwendung eines Rakelbeschichters auf die Aktivmaterialschichten der positiven Elektrode 2 und der Aktivmaterialschichten der negativen Elektrode 3 beschichtet, und das Lösungsmittel in einem Gefäß, das bei einer konstanten Temperatur von 70°C gehalten wurde, verflüchtigt, um eine Gel-Elektrolytschicht zu bilden. Die positiven und negativen Elektroden wurden dann zusammengeschichtet, mit den Gel-Elektrolytschichten dazwischen, und in longitudinaler Richtung aufgewickelt, um eine Elektrodenspule zu bilden. Schließlich wurde diese Elektrodenspule im Vakuum mit einem allgemein verwendbaren Laminatfilm gepackt, der aus einer Aluminiumfolie aufgebaut war, die zwischen Polyolefinfilmen angeordnet ist. Der positive Elektrodenanschluss und der negative Elektrodenanschluss wurden in der Abdichtungsöffnung befestigt, um die Gel-Elektrolytbatterie zu vervollständigen.
Referenzbeispiele 1 bis 32 (Beispiele 23 bis 28 sind erfindungsgemäß)
Die Gel-Elektrolytbatterien wurden in derselben Art und Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer der Verwendung der Zusammensetzung des in Tabelle 1 gezeigten Gel-Elektrolyts.
Währenddessen wurde in Beispiel 21 LiN(CF₃SO₂)₂ als Elektrolytsalz anstelle von LiPF₆ verwendet.
In Beispiel 22 wurde Lithiumnickelkobaltat LiCo_0,8Ni_0,2O₂ als Aktivmaterial für die positive Elektrode anstelle von Lithiumkobaltat verwendet, während schwierig zu graphitisierender Kohlen stoff als das Aktivmaterial für die negative Elektrode anstelle des künstlichen Graphits eingesetzt wurde.
In den Beispielen 23 bis 28 wurde ebenfalls Difluoranisol in einer Menge von 1 Gew.-% zu dem in der Elektrolytlösung verwendeten Lösungsmittel zugegeben.
Tabelle 1
Vergleichsbeispiele 1 bis 10
Gel-Elektrolytbatterien wurden in derselben Art und Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass die Zusammensetzung des gelartigen Elektrolyts wie in Tabelle 2 gezeigt eingestellt wurde.
Tabelle 2
Bei den Gel-Elektrolytbatterien, die wie oben beschrieben hergestellt wurden, wurden die Zykluscharakteristika, anfängliche Entladungskapazitätshaltegeschwindigkeit, Niedertemperaturentladungscharakteristika und Beladungscharakteristika beurteilt.
Hinsichtlich der Zykluscharakteristika wurde eine Entladung bei 4,2 V und 1C bei konstantem Strom und konstanter Spannung sowie eine konstante Grenzstromentladung bei 3 V und 1C durchgeführt, und Messungen wurden hinsichtlich der zeitlichen Änderungen der Entladungskapazität durchgeführt. Die Beurteilung wurde hinsichtlich der Kapazitätshaltegeschwindigkeit nach 300 Zyklen durchgeführt:
(Entladungskapazität beim 300. Zyklus)/(Entladungskapazität beim 5. Zyklus)
Eine Haltegeschwindigkeit von 75% oder höher wurde als akzeptabel festgehalten. Die Kapazitätshaltegeschwindigkeit von 75% nach 300 Zyklen ist ein Wert, der gängigerweise in den Beschreibungen für tragbare elektronische Ausrüstungen als erforderlich gilt.
Hinsichtlich der anfänglichen Entladungskapazitätshaltegeschwindigkeit wurde Entladung bei 4,2 V und 0,1C bei konstantem Strom und konstanter Spannung und konstante Grenzstromentladung bei 3 V durchgeführt, und Bewertungen wurden von den Ladungs-/Entladungsbatteriekapazitäten zu diesem Zeitpunkt durchgeführt:
(Anfängliche Entladungskapazität)/(Anfängliche Ladungskapazität).
Der Verhältniswert von weniger als 75% wurde als akzeptabel festgehalten. Wenn die anfängliche Entladungskapazitätshaltegeschwindigkeit zu niedrig ist, ist der Verlust des eingeführten Aktivmaterials beträchtlich.
Die Niedertemperaturentladungscharakteristika wurden hinsichtlich des Verhältnisses von 0,5C Entladungskapazität bei –20°C und bei 23°C bewertet:
(0,5C Entladungskapazität bei –20°C)/(0,5C Entladungskapazität bei 23°C).
Der Verhältniswert von 28% oder höher wurde als akzeptabel festgelegt. Dieser Wert ist äquivalent zu der Batteriekapazität, die notwendig ist, um z.B. mit einem tragbaren Telefon mindestens einmal einen Notruf zu machen.
Die Beladungscharakteristika wurden im Hinblick auf das Verhältnis der Kapazität von 3C zu demjenigen von 0,5C bei Raumtemperatur beurteilt:
(3C Entladungskapazität)/(0,5C Ladungskapazität).
Der Verhältniswert von 90% oder höher wurde als akzeptabel festgelegt. Da das tragbare Telefon durch Pulsentladung Strom verbraucht, sind große Stromcharakteristika erforderlich. Die Beladungscharakteristika von 90% oder höher stellen einen Wert dar, der notwendig ist, um die Anforderung für das Telefon zu erfüllen.
Es ist festzuhalten, dass 1C den Stromwert bedeutet, für den die beurteilte Kapazität einer Batterie in 1 Stunde entladen wird, während 0,2C, 0,5C und 3C die Stromwerte bedeuten, für die die bestimmte Kapazität der Batterie in 5 Stunden, 2 Stunden und 20 Minuten jeweils entladen wird.
Die Ergebnisse der Beurteilung der Zykluscharakteristika, anfänglichen Ladungs-/Entladungseffizienz, Niedertemperaturcharakteristika und der Ladungscharakteristika, durchgeführt für die Batterien von Referenzbeispiel 1 bis 32, wobei die Beispiele 23 bis 28 erfindungsgemäß sind, sind in Tabelle 3 gezeigt.
Tabelle 3
Die Ergebnisse der Beurteilung für Zykluscharakteristika, anfängliche Ladungs-/Entladungseffizienz, Niedertemperaturcharakteristika und Beladungscharakteristika, durchgeführt für die Batterien der Vergleichsbeispiele 1 bis 10 sind in Tabelle 3 gezeigt.
Tabelle 4
Aus Tabelle 4 ist zu ersehen, dass, wenn die Menge an PC und diejenige an EC jeweils zunimmt und abnimmt, d.h. wenn das nicht-wässerige Lösungsmittel auf eine Zusammensetzung eingestellt wird, die durch die Punkte su bis so im dreieckigen Phasendiagramm, das in 7 gezeigt ist, eingestellt wird, die Zykluscharakteristika und die anfängliche Ladungs-/Entladungseffizienz beide abgesenkt werden.
Wenn andererseits die Menge an GBL erhöht wird, d.h. wenn das nicht-wässerige Lösungsmittel auf eine Zusammensetzung eingestellt wird, die durch die Punkte ta bis te im dreieckigen Phasendiagramm, das in 7 gezeigt ist, gezeigt wird, werden die Zykluscharakteristika abgesenkt.
Wenn die Menge an EC ansteigt, d.h. wenn das nicht-wässerige Lösungsmittel auf die Zusammensetzung, gezeigt durch die Punkte to bis ni im dreieckigen Phasendiagramm, gezeigt in 7, eingestellt wird, werden die Niedertemperaturcharakteristika und die Beladungscharakteristika abgesenkt. Auch in diesem Bereich sind die Mengen von EC und GBL, die mit dem Matrixpolymer kompatibel sind, gering, so dass das Gel instabil ist, während die Zykluscharakteristika ebenfalls schlechter sind.
Es ist ebenfalls aus Tabelle 3 zu ersehen, dass in den Beispielen 1 bis 32, worin die Zusammensetzung des nicht-wässerigen Lösungsmittels die Gewichtszusammensetzung eines Bereichs darstellt, umschlossen von einem Punkt A (70, 30, 0), einem Punkt B (55,15, 30), einem Punkt C (15, 55, 30) und einem Punkt D (30, 70, 0) in einem dreieckigen Phasendiagramm (EC, PC, GBL), gezeigt in 7, d.h. die Zusammensetzung, die durch die Punkte a bis si angegeben ist, hinsichtlich der Zykluscharakteristika, anfänglicher Ladungs-/Entladungseffizienz, Niedertemperaturcharakteristika und Beladungscharakteristika optimal ist.
Wenn somit die Zusammensetzung des nicht-wässerigen Lösungsmittels die Gewichtszusammensetzung des Bereichs darstellt, umschlossen von dem Punkt A (70, 30, 0), dem Punkt B (55, 15, 30), dem Punkt C (15, 55, 30) und dem Punkt D (30, 70, 0) in einem dreieckigen Phasendiagramm (EC, PC, GBL), gezeigt in 7, kann eine hochleistungsfähige Gel-Elektrolytbatterie verwirklicht werden, in der Anforderungen für eine hohe anfängliche Ladungs-/Entladungseffizienz, Niedertemperaturcharakteristika und für eine große Stromentladung erfüllt werden, und die hinsichtlich der Zykluscharakteristika überragend ist.
Wenn das nicht-wässerige Lösungsmittel mit der oben erwähnten Zusammensetzung verwendet wird, werden insbesondere befriedigende Charakteristika in den Beispielen 1 bis 28 verwirklicht, worin die Konzentration des Elektrolytsalzes der Elektrolytlösung auf 0,5 bis 1,0 Mol/kg, bezogen auf die Lithiumionen-Konzentration, eingestellt wird. In den Beispielen 29 bis 31, worin die Konzentration des Elektrolytsalzes weniger als 0,5 Mol/kg beträgt, ist die anfängliche Ladungs-/Entladungseffizienz nicht optimal. In den Beispielen 30 und 32, worin die Konzentration des Elektrolytsalzes größer als 1,0 Mol/kg beträgt, werden die Zykluscharakteristika oder die Niedertemperaturcharakteristika abgesenkt, obwohl die anfängliche Ladung-/Entladungseffizienz leicht verbessert wird.
Es ist ebenfalls aus dem Vergleich der Beispiele 1 und 23, Beispiele 2 und 24, Beispiele 3 und 25, Beispiele 6 und 26, Beispiele 7 und 27 und einem Vergleich der Beispiele 9 und 28 zu ersehen, dass die Zugabe von Difluoranisol zum nicht-wässerigen Lösungsmittel zu einer weiteren Verbesserung der anfänglichen Ladungs-/Entladungseffizienz, Zykluscharakteristika und der Niedertemperaturcharakteristika führt.

Claims

Gelartiger Elektrolyt, umfassend: einen Elektrolyten; ein Matrixpolymer und ein nicht-wässeriges Lösungsmittel; wobei das nicht-wässerige Lösungsmittel aus einem gemischten Lösungsmittel von Ethylencarbonat (EC), Propylencarbonat (PC) und γ-Butyrolacton (GBL) besteht; wobei das nicht wässerige Lösungsmittel ausgewählt ist aus einer Gewichtszusammensetzung in einem Bereich in einem dreieckigen Phasendiagramm (EC, PC, GBL), umschlossen von einem Punkt (70, 30, 0), einem Punkt (55, 15, 30), einem Punkt (15, 55, 30) und einem Punkt (30, 70, 0), wobei der gelartige Elektrolyt erhältlich ist durch Zugabe von 0,3 bis 2 Gew.-% Difluoranisol, bezogen auf das Gewicht des nicht-wässerigen Lösungsmittels, zum nicht-wässerigen Lösungsmittel.
Gelartiger Elektrolyt gemäß Anspruch 1, worin der Elektrolyt mindestens eines von LiPF₆ und Li(CF₉SO₂)₂ enthält, und worin der Elektrolyt im nicht-wässerigen Lösungsmittel in einer Menge von 0,5 Mol/kg bis 1,0 Mol/kg im Hinblick auf die Li-Ionen-Konzentration enthalten ist.
Gelartiger Elektrolyt gemäß Anspruch 1, worin das Matrixpolymer mindestens eines von Polyvinylidenfluorid, einem Polyvinylidenfluorid/Hexafluorpropylen-Copolymer, Polyethylenoxid und Polypropylenoxid enthält.
Gelartiger Elektrolyt gemäß Anspruch 3, worin als das Matrixpolymer Verwendung von einem hochmolekularen Material eines zahlengemittelten Molekulargewichts von 500.000 bis 700.000, erhalten durch Copolymerisieren von Hexafluorpropylen mit Vinylidenfluorid in einem Gewichtsverhältnis von weniger als 8 Gew.-%, gemacht wird.
Batterie mit gelartigem Elektrolyt, umfassend: eine positive Elektrode, enthaltend ein aktives Material für die positive Elektrode; eine negative Elektrode, enthaltend ein aktives Material für die negative Elektrode, wobei die negative Elektrode gegenüber der positiven Elektrode angeordnet ist, und ein gelartiger Elektrolyt, angeordnet zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode; wobei der gelartige Elektrolyt umfasst: einen Elektrolyten; ein Matrixpolymer und ein nicht-wässeriges Lösungsmittel; wobei das nicht-wässerige Lösungsmittel aus einem gemischten Lösungsmittel von Ethylencarbonat (EC), Propylencarbonat (PC) und γ-Butyrolacton (GBL) besteht; wobei das nicht-wässerige Lösungsmittel ausgewählt ist aus einer Gewichtszusammensetzung in einem Bereich in einem dreieckigen Phasendiagramm (EC, PC, GBL), umschlossen von einem Punkt (70, 30, 0), einem Punkt (55, 15, 30), einem Punkt (15, 55, 30) und einem Punkt (30, 70, 0), wobei der gelartige Elektrolyt erhältlich ist durch Zugabe von 0,3 bis 2 Gew.-% Difluoranisol, bezogen auf das Gewicht des nicht-wässerigen Lösungsmittels, zum nicht-wässerigen Lösungsmittel.
Batterie mit gelartigem Elektrolyt gemäß Anspruch 5, worin der Elektrolyt mindestens eines von LiPF₆ und Li(CF₉SO₂)₂ enthält, und worin der Elektrolyt im nicht-wässerigen Lösungsmittel in einer Menge von 0,5 Mol/kg bis 1,0 Mol/kg im Hinblick auf die Li-Ionen-Konzentration enthalten ist.
Batterie mit gelartigem Elektrolyt gemäß Anspruch 5, worin das Matrixpolymer mindestens eines von Polyvinylidenchlorid, einem Polyvinylidenfluorid/Hexafluorpropylen-Copolymer, Polyethylenoxid und Polypropylenoxid enthält.
Batterie mit gelartigem Elektrolyt gemäß Anspruch 7, worin als Matrixpolymer Verwendung von einem hochmolekularen Material eines zahlengemittelten Molekulargewichts von 500.000 bis 700.000, erhalten durch Copolymerisieren von Hexafluorpropylen mit Vinylidenfluorid in einem Gewichtsverhältnis von weniger als 8 Gew.-%, gemacht wird.