DE10212609B4 - Elektrolytlösung und deren Verwendung - Google Patents

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Abstract

Elektrolytlösung für elektrochemische Zellen mit einem Siedepunkt > 86°C bei 1 bar und einer Leitfähigkeit von > 40 mS/cm bei 25°C, die folgende Komponenten umfaßt: A) Acetonitril mit einem Anteil von 40–90 Gew.-% am Lösungsmittelgewicht als erstes Lösungsmittel, B) Zumindest ein zweites elektrochemisch stabiles Lösungsmittel mit einem Siedepunkt > 120°C bei 1 bar, einer DK > 10 bei 25°C und einer Viskosität < 6 mPas bei 25°C, C) Zumindest ein Leitsalz.

Description

  • In elektrochemischen Zellen, beispielsweise Kondensatoren oder Batterien werden häufig Elektrolytlösungen verwendet, die Acetonitril als Lösungsmittel aufweisen. Acetonitril weist eine hohe Polarität (Dielektrizitätskonstante DK = 37,5 bei 25°C) bei einer sehr niedrigen Viskosität (0,325 mPas bei 25°C) auf. Aufgrund der hohen Polarität des Acetonitrils unterstützt dieses besonders gut die Dissoziation der Leitsalze, die gleichzeitig aufgrund der niedrigen Viskosität des Acetonitrils eine hohe Beweglichkeit in der Elektrolytlösung aufweisen, so daß Elektrolytlösungen mit Acetonitril als alleinigem Lösungsmittel eine sehr hohe Leitfähigkeit erreichen. Ein Elektrolyt, der beispielsweise aus 0,9 M Tetraethylammoniumtetrafluoroborat in 100% Acetonitril als Lösungsmittel besteht, hat eine Leitfähigkeit von 55,1 mS/cm bei 25°C. Elektrolyte ohne Acetonitril als Lösungsmittel weisen eine sehr viel geringere Leitfähigkeit auf. Eine Elektrolytlösung bestehend aus 0,9 M Tetraethylammoniumtetrafluoroborat in 100% Propylencarbonat hat beispielsweise eine Leitfähigkeit von nur 13,7 mS/cm bei 25°C.
  • Der Nachteil von Elektrolytlösungen, die Acetonitril als Lösungsmittel verwenden, liegt in dem relativ niedrigen Siedepunkt des Acetonitrils (81,6°C bei 1 bar). Dieser Siedepunkt wird durch die Zugabe des Leitsalzes nur geringfügig erhöht, so daß bei acetonitrilhaltigen Elektrolytlösungen Siedepunkte von etwa 84°C resultieren. Aufgrund dieser geringen Siedepunkte ist die obere Einsatztemperatur von elektrochemischen Zellen die acetonitrilhaltige Elektrolyte beinhalten auf maximal 70°C begrenzt, da bei höherem Temperaturen der Innendruck der elektrochemischen Zellen so stark ansteigt, daß es evtl. zur Deformation des Gehäuses und zum Ansprechen des Überdruckventils oder der Sollbruchstelle kommen kann. Bei einer Deformation des Gehäuses kann die Funktionstüchtigkeit der elektrochemischen Zelle nicht mehr gewährleistet werden. Sprechen das Überdruckventil oder die Sollbruchstelle an, so gelangen Acetonitrildämpfe in die Atmosphäre, die aufgrund potentieller Brand- und Explosionsgefahr ein hohes Sicherheitsrisiko darstellen.
  • In der Patentschrift US 5 418 682 werden Elektrolytlösungen mit Einsatztemperaturen bis zu 150° beschrieben, die als Lösungsmittel Glutaronitril gemischt mit einem anderen Dinitril enthalten. Glutaronitril sowie auch andere Dinitrile weisen zwar hohe Dielektrizitätskonstanten auf, gleichzeitig aber auch eine hohe Viskosität aufgrund ihrer hohen Siedepunkte. Aus diesem Grunde weisen derartige Elektrolytlösungen nur geringe Leitfähigkeiten auf. So hat beispielsweise ein Elektrolyt bestehend aus 1 M Tetraethylammoniumtetrafluoroborat mit Glutaronitril und Succinonitril als Lösungsmittel nur eine geringe Leitfähigkeit von 7,19 mS/cm bei Raumtemperatur.
  • Weiterhin ist es möglich, in elektrochemischen Zellen, die bei Temperaturen größer 70°C eingesetzt werden sollen, bei Raumtemperatur geschmolzene Salze zu verwenden, welche kein Lösungsmittel benötigen. Diese geschmolzenen Salze, beispielsweise 1-Ethyl-3-Methylimidazoliumtetrafluoroborat, weisen hohe Siedepunkte von beispielsweise 200°C auf, haben allerdings auch nur geringe Leitfähigkeiten, die beim oben genannten geschmolzenen Salz etwa 13 mS/cm bei 25°C betragen (Journal of the Electrochemical Society (1999), 146 (5), 1687–1695).
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Elektrolytlösung mit hoher Leitfähigkeit bei gleichzeitig hohem Siedepunkt anzugeben, die die genannten Nachteile bekannter Elektrolytlösungen vermeidet.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Elektrolytlösung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Elektrolytlösung sowie deren Verwendung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
  • Eine erfindungsgemäße Elektrolytlösung weist einen Siedepunkt von größer 86°C bei 1 bar Druck sowie eine Leitfähigkeit von größer 40 mS/cm bei 25°C auf und umfaßt als Komponente A) Acetonitril mit einem Anteil von 40–90 Gew.-% am Lösungsmittelgewicht als erstes Lösungsmittel und als Komponente B) zumindest ein zweites, elektrochemisch stabiles Lösungsmittel mit einem Siedepunkt > 120°C bei 1 bar Druck, einer Dielektrizitätskonstante > 10 bei 25°C und einer Viskosität < 6 mPas bei 25°C. Als Komponente C) ist zumindest ein Leitsalz zugesetzt.
  • Der Erfinder hat erkannt, daß sich überraschenderweise Elektrolytlösungen mit hoher Leitfähigkeit bei gleichzeitig hohem Siedepunkt dadurch realisieren lassen, daß Acetonitril als Komponente A) mit zumindest einem weiteren Lösungsmittel als Komponente B) kombiniert wird, das einem Siedepunkt von größer 120°C bei 1 bar aufweist. Aufgrund des erhöhten Siedepunktes dieser Komponente B) wird damit der Siedepunkt der gesamten Elektrolytlösung angehoben, so daß ein Siedepunkt von größer 86°C für die gesamte Elektrolytlösung resultiert.
  • Abgesehen von dem hohen Siedepunkt größer 120°C muß Komponente B) darüber hinaus noch eine bestimmte Viskosität < 6 mPas bei 25°C und eine Dielektrizitätskonstante > 10 bei 25°C aufweisen. Somit weist Komponente B) eine höhere Viskosität im Vergleich zu Acetonitril auf, so daß ein Fachmann erwarten würde, daß Elektrolytlösungen mit dieser Lösungsmittel-Komponente erheblich niedrigere Leitfähigkeiten aufweisen, als Elektrolytlösungen mit Acetonitril als alleinigem Lösungsmittel. Dennoch wirkt Komponente B) in den erfindungsgemäßen Elektrolytlösungen aufgrund seiner ausreichenden Polarität dissoziierend auf das Leitsalz und gewährleistet gleichzeitig aufgrund seiner relativ niedrigen Viskosität eine nach wie vor gute Beweglichkeit der gebildeten Ionen in der Elektrolytlösung, so daß eine überraschend hohe Leitfähigkeit der erfindungsgemäßen Elektrolytlösungen resultiert.
  • Überraschenderweise ist es dem Erfinder damit also gelungen, Elektrolytlösungen zu erhalten, die jeweils nur die gewünschten positiven Merkmale des Acetonitrils (hohe Leitfähigkeit) und der Komponente B) (hoher Siedepunkt) zeigen, ohne daß umgekehrt die nicht erwünschten Eigenschaften der beiden Komponenten (Acetonitril = niedriger Siedepunkt; Komponente B) = geringe Leitfähigkeit) zu sehr zum Tragen kommen. Erfindungsgemäße Elektrolytlösungen weisen dabei eine hohe Leitfähigkeit auf, die in etwa im Bereich von Elektrolytlösungen liegt, die Acetonitril als alleiniges Lösungsmittel verwenden, haben gleichzeitig aber einen hohen Siedepunkt, der bis jetzt mit acetonitrilhaltigen Elektrolytlösungen nicht zu erreichen war.
  • Weiterhin muß das Lösungsmittel der Komponente B) elektrochemisch stabil sein, so daß es weder oxidativ noch reduktiv an den geladenen Oberflächen der Elektroden während des Betriebs der elektrochemischen Zellen zersetzt wird. Die elektrochemische Stabilität von Elektrolyten und ihren Lösungsmitteln läßt sich beispielsweise mittels der Aufnahme von Cyclovoltammogrammen bestimmen. Die genaue Bestimmung der elektrochemischen Stabilität von Elektrolyten und Lösungsmitteln ist beispielsweise in der Veröffentlichung im Journal Electrochimica Acta (2001), 46, 1823–1827 beschrieben, auf die hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird.
  • Die Dielektrizitätskonstante eines Lösungsmittels läßt sich in einem Dekameter mittels Methoden bestimmen, die dem Fachmann bekannt sind. Sie werden beispielsweise im Rompp-Chemielexikon (9. Auflage) unter dem Begriff ”Dielektrizitätskonstante” (Seite 955–956) dargestellt, worauf hier ebenfalls vollinhaltlich Bezug genommen wird.
  • Die Viskosität eines Lösungsmittels läßt sich beispielsweise in einer dem Fachmann geläufigen Weise mittels eines Ubbelohde-Viskosimeters bestimmen. Die Siedepunkte von Lösungsmitteln lassen sich ebenfalls in einfacher Weise durch Bestimmung der Temperatur der siedenden Flüssigkeit bestimmen.
  • Komponente B) ist vorteilhafterweise aus folgenden Lösungsmitteln ausgewählt: Ethylencarbonat, Propylencarbonat, γ-Butyrolacton, γ-Valerolacton, Butylencarbonat, Sulfolan, 3-Methylsulfolan, Dimethylsulfoxid, Glutaronitril, Succinonitril, 3-Methoxyproprionitril, Diethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat, Trimethylphosphat, N-Methylpyrrolidinon, N-Methyloxazolidinon, N,N-Dimethylimidazolidinon, Dimethylformamid und Dimethylacetamid.
  • Der Anteil der Komponente B) am Lösungsmittelgewicht beträgt vorteilhafterweise etwa 10 bis 60 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 50 Gew.-% (ohne Leitsalz). Dies bedeutet, daß gleichzeitig Acetonitril mit einem Anteil zwischen 40 bis 90 Gew.-%, bevorzugt 50 bis 90 Gew.-% vorhanden ist. Dadurch kann gewährleistet werden, daß erfindungsgemäße Elektrolytlösungen einerseits eine hohe Leitfähigkeit aufgrund eines genügend hohen Anteils an Acetonitril, gleichzeitig aber auch einen hohen Siedepunkt aufgrund eines hohen Anteils der Komponente B) aufweisen.
  • Die Leitsalze als Komponente C) sind aus Kombinationen bestimmter Anionen und Kationen ausgewählt. Als Anionen kommen Borat, beispielsweise Tetrafluoroborat, Fluroalkylphosphat, PF6 –, AsF6 –, SbF6–, Fluoralkylarsenat, Fluoralkylantimonat, Trifluormethylsulfonat, Bis(trifluoromethansulfon)imid, Tris(trifluoromethansulfonyl)methid, Perchlorat, Tetrachloroaluminat und Anionen mit B(OR)4 –, beispielsweise Oxalatoborat in Betracht, wobei R eine Alkylgruppe ist, die auch mit weiteren OR-Gruppen verbrückt sein kann. Als Kationen werden in der Regel das Ammonium-Kation, beispielsweise Tetraalkylammonium-Kation, das Phosphonium-Kation uns seine Tetraalkyl-Kationen, das Pyridinium-Kation, Morpholinium, Lithium, Imidazolium- und Pyrrolidinium-Kationen eingesetzt. Die Salze können auch bei Raumtemperatur geschmolzen sein.
  • Bei erfindungsgemäßen Elektrolyten wird häufig Tetraethylammoniumtetrafluoroborat als Komponente C), also als Leitsalz eingesetzt, da es besonders gut in den Lösungsmitteln der erfindungsgemäßen Elektrolytlösungen löslich ist, gut verfügbar ist und eine hohe Leitfähigkeit garantiert.
  • Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert werden. In der dazugehörigen Tabelle 1 werden die Zusammensetzung von 21 erfindungsgemäßen Elektrolytlösungen zusammen mit ihren jeweiligen Siedetemperaturen bei 1 bar und ihrer Leitfähigkeit bei 25°C angegeben und mit einer herkömmlichen Elektrolytlösung verglichen. Für die beiden Lösungsmittel-Komponenten A) und B) sind jeweils nach dem Doppelpunkt die Gew.-% angegeben, wobei das Gewicht des Leitsalzes nicht berücksichtigt wird. Als Vergleichsbeispiel 1 dient eine herkömmliche Elektrolytlösung, die als alleiniges Lösungsmittel Acetonitril enthält. Bei allen Ausführungsbeispielen der Erfindung sowie auch bei der herkömmlichen Elektrolytlösung wird als Leitsalz Tetraethylammoniumtetrafluoroborat in einer Konzentration von 1,2 Mol je Liter verwendet. Das Leitsalz ist dabei ohne große Veränderungen der Leitfähigkeit auch gegen die oben genannten anderen Leitsalze austauschbar:
  • Abkürzungen:
    • AC = Acetonitril, PC = Propylencarbonat, EC = Ethylencarbonat, γ-B. = γ-Butyrolacton, DMSO = Dimethylsulfoxid, MPN = 2-Methoxyproprionitril, GN = Glutaronitril, TEATFB = Tetraethylammoniumtetrafluoroborat.
  • Tabelle 1:
    Beisp.-Nr Komponente A Komponente B Komponente C Siedetemp. 1°C] Leitfähigkeit [mS/cm]
    1 AC:100 - 1,2 M TEATFB 84,5 61,7
    2 AC:90 γ-B.:10 1,2 M TEATFB 91 58
    3 AC:80 γ-B.:20 1,2 M TEATFB 88 54,9
    4 AC:70 γ-B.:30 1,2 M TEATFB 93,5 50,9
    5 AC:60 γ-B.:40 1,2 M TEATFB 95 46,8
    6 AC:50 γ-B.:50 1,2 M TEATFB 101 42,9
    7 AC:90 PC:10 1,2 M TEATFB 87 58,5
    8 AC:80 PC:20 1,2 M TEATFB 88,5 54,2
    9 AC:70 PC:30 1,2 M TEATFB 91,5 50,3
    10 AC:90 EC:10 1,2 M TEATFB 86 59,7
    11 AC:80 EC:20 1,2 M TEATFB 88 57,2
    12 AC:70 EC:30 1,2 M TEATFB 90 53,5
    13 AC:50 EC:50 1,2 M TEATFB 98,5 44,2
    14 AC:90 GN:10 1,2 M TEATFB 86,5 58,5
    15 AC:80 GN:20 1,2 M TEATFB 88 57,2
    16 AC:70 GN:30 1,2 M TEATFB 90,5 45,9
    17 AC:50 DMSO:50 1,2 M TEATFB 101 40,5
    18 AC:50 MPN:50 1,2 M TEATFB 100 40,4
    19 AC:50 γ-B.:40; MPN:10 1,2 M TEATFB 100 41,7
    20 AC:50 γ-B.:40; EC:10 1,2 M TEATFB 99 42,6
    21 AC:50 γ-B.:20; MPN:30 1,2 M TEATFB 100 41,3
    22 AC:50 γ-B.:30; MPN:20 1,2 M TEATFB 100,5 41,3
  • Die erfindungsgemäßen Elektrolytlösungen in den Ausführungsbeispielen umfassen als Komponente B) eine ganze Reihe von Lösungsmitteln, beispielsweise γ-Butyrolacton, Propylencarbonat, Ethylencarbonat, Glutaronitril, Dimethylsulfoxid, 2-Methoxyproprionitril, oder ein Gemisch aus γ-Butyrolacton und 2-Methoxyproprionitril oder ein Gemisch aus γ-Butyrolacton und Ethylencarbonat.
  • Einen besonders hohen Siedepunkt von 101°C bei gleichzeitig hoher Leitfähigkeit von 42,9 mS/cm bei 25°C lassen sich bei annähernd gleichen Gewichtsanteilen von Acetonitril und γ-Butyrolacton als Komponente B) sowie Tetraethylammoniumtetrafluoroborat in einer Konzentration von etwa 0,9 bis 1,2 Mol je Liter als Komponente C) erreichen. Der Anteil des Acetonitrils kann dabei zwischen 50 bis 60 Gewichtsprozent und der Anteil des γ-Butyrolactons zwischen 40 bis 50 Gewichtsprozent schwanken.
  • Zur Bestimmung der elektrischen Daten von Doppelschichtkondensatoren mit erfindungsgemäßen Elektrolytlösungen wurden elektrochemische Doppelschichtkondensatoren mit einer erfindungsgemäßen Elektrolytlösung nach Beispiel 6 imprägniert, deren elektrische Daten bestimmt und mit denen der bekannten Vergleichselektrolytlösung Nr. 1 verglichen. Die entsprechenden Daten sind in der Tabelle 2 wiedergegeben: Tabelle 2:
    Beisp.-Nr. Kapazität [Farad] ESR [mΩ]
    1 129 6,41
    6 125 8,90
  • Es zeigt sich, daß Kondensatoren mit erfindungsgemäßen Elektrolytlösungen nach wie vor einen akzeptablen Serienwiderstand (ESR) bei gleichzeitig hoher Kapazität aufweisen, die vergleichbar sind mit Werten von herkömmlichen Kondensatoren.
  • Im Gegensatz zu den herkömmlichen Kondensatoren weisen Kondensatoren mit den erfindungsgemäßen Elektrolytlösungen allerdings wesentlich höhere Einsatztemperaturen auf.
  • Die erfindungsgemäßen Elektrolytlösungen lassen sich auch in primären und sekundären Li-Batterien bzw. Li-Ionenbatterien einsetzen. Diese weisen dann aufgrund der Elektrolytlösungen ebenfalls höhere Einsatztemperaturen auf.
  • Die Erfindung ist nicht auf die hier dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Im Rahmen der Erfindung liegen auch andere Elektrolytzusammensetzungen mit anderen Komponenten B) und anderen Leitsalzen in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen.

Claims (17)

  1. Elektrolytlösung für elektrochemische Zellen mit einem Siedepunkt > 86°C bei 1 bar und einer Leitfähigkeit von > 40 mS/cm bei 25°C, die folgende Komponenten umfaßt: A) Acetonitril mit einem Anteil von 40–90 Gew.-% am Lösungsmittelgewicht als erstes Lösungsmittel, B) Zumindest ein zweites elektrochemisch stabiles Lösungsmittel mit einem Siedepunkt > 120°C bei 1 bar, einer DK > 10 bei 25°C und einer Viskosität < 6 mPas bei 25°C, C) Zumindest ein Leitsalz.
  2. Elektrolytlösung nach dem vorhergehenden Anspruch, – bei der Komponente B) aus den folgenden Lösungsmitteln ausgewählt ist: Ethylencarbonat, Propylencarbonat, γ-Butyrolacton, γ-Valerolacton, Butylencarbonat, Sulfolan, 3-Methylsulfolan, Dimethylsulfoxid, Glutaronitril, Succinonitril, 3-Methoxyproprionitril, Diethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat, Trimethylphosphat, N-Methylpyrrolidinon, N-Methyloxazolidinon, N,N-Dimethylimidazolidinon, Dimethylformamid und Dimethylacetamid.
  3. Elektrolytlösung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei dem Komponente B) mit einem Anteil von etwa 10–60 Gew.-% am Lösungsmittelgewicht vorhanden ist.
  4. Elektrolytlösung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei der Komponente C) ein Leitsalz ist, das aus paarweisen Kombinationen folgender Anionen und Kationen ausgewählt ist: – Anionen: Borat, Tetrafluoroborat, Fluoralkylphosphat, PF6 –, AsF6 –, SbF6 –, Fluoralkylarsenat, Fluoralkylantimonat, Trifluormethylsulfonat, Bis(trifluoromethansulfon)imid, Tris(trifluoromethansulfonyl)methid, Perchlorat, Tetrachloroaluminat, Oxalatoborat und Anionen mit B(OR)4 –, wobei R eine Alkylgruppe ist, die auch mit weiteren OR-Gruppen verbrückt sein kann, – Kationen: Ammonium-Kation, Tetraalkylammonium-Kation, Phosphonium-Kation, Tetraalkylphosphonium-Kation, Pyridinium-Kation, Morpholinium-Kation, Lithium-Kation, Imidazolium und Pyrrolidinium.
  5. Elektrolytlösung nach einem der vorherigen Ansprüche, – bei der Komponente C) Tetraethylammoniumtetrafluoroborat ist.
  6. Elektrolytlösung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei der Komponente B) γ-Butyrolacton ist.
  7. Elektrolytlösung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, – bei der Komponente B) Propylencarbonat ist.
  8. Elektrolytlöung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, – bei der Komponente B) Ethylencarbonat ist.
  9. Elektrolytlösung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, – bei der Komponente B) Glutaronitril ist.
  10. Elektrolytlöung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, – bei der Komponente B) Dimethylsulfoxid ist.
  11. Elektrolytlöung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, – bei der Komponente B) 2-Methoxyproprionitril ist.
  12. Elektrolytlöung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, – bei der Komponente B) ein Gemisch aus γ-Butyrolacton und 2-Methoxyproprionitril ist.
  13. Elektrolytlöung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, – bei der Komponente B) ein Gemisch aus γ-Butyrolacton und Ethylencarbonat ist.
  14. Elektrolytlöung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, – bei der Acetonitril als Komponente A) mit einem Anteil von etwa 50–60 Gew.-% vorliegt, – bei der Komponente B) γ-Butyrolacton mit einem Anteil von etwa 40–50 Gew.-% ist, – bei der Komponente C) Tetraethylammoniumtetrafluoroborat mit einer Konzentration von etwa 0,9 bis 1,2 mol/l ist.
  15. Verwendung einer Elektrolytlösung nach einer der vorhergehenden Ansprüche in Kondensatoren.
  16. Verwendung einer Elektrolytlösung nach einer der Ansprüche 1 bis 14 in elektrochemischen Doppelschichtkondensatoren.
  17. Verwendung einer Elektrolytlösung nach einer der Ansprüche 1 bis 14 in primären und sekundären Li-Batterien bzw. Li-Ionenbatterien.
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Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10302119A1 (de) * 2003-01-21 2004-07-29 Epcos Ag Elektrode für eine elektrochemische Zelle, Elektrodenwickel und elektrochemische Zelle
JP4812067B2 (ja) * 2004-03-16 2011-11-09 日立マクセルエナジー株式会社 有機電解液およびそれを用いた有機電解液電池
KR101191636B1 (ko) * 2005-02-28 2012-10-18 삼성에스디아이 주식회사 리튬 전지용 전해질 및 그를 포함하는 리튬 전지
JP2007194311A (ja) * 2006-01-18 2007-08-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電気二重層キャパシタ
TWI341603B (en) * 2006-02-15 2011-05-01 Lg Chemical Ltd Non-aqueous electrolyte and electrochemical device with an improved safety
TWI341605B (en) 2006-02-15 2011-05-01 Lg Chemical Ltd Non-aqueous electrolyte and electrochemical device with an improved safety
US20070202416A1 (en) * 2006-02-28 2007-08-30 Kaimin Chen Electrochemical cells having an electrolyte with swelling reducing additives
US9099756B2 (en) 2009-02-17 2015-08-04 Samsung Sdi Co., Ltd. Flame retardant electrolyte for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including the same
KR20150029727A (ko) * 2010-10-29 2015-03-18 아사히 가세이 이-매터리얼즈 가부시키가이샤 비수계 전해액 및 비수계 이차 전지
US8636916B2 (en) * 2011-08-30 2014-01-28 Corning Incorporated Electrolyte synthesis for ultracapacitors
DE102011054122A1 (de) * 2011-09-30 2013-04-04 Westfälische Wilhelms Universität Münster Elektrochemische Zelle
CN103891028B (zh) * 2011-10-28 2016-04-13 旭化成株式会社 非水系二次电池
HUE063336T2 (hu) 2012-03-19 2024-01-28 Cidara Therapeutics Inc Adagolási rend echinokandin osztályba tartozó vegyületekhez
JP5977573B2 (ja) * 2012-04-27 2016-08-24 旭化成株式会社 非水系二次電池
US9947484B2 (en) * 2013-06-26 2018-04-17 Daikin Industries, Ltd. Electrolyte solution and electrochemical device
CN103474255B (zh) * 2013-09-18 2017-08-01 中国科学院过程工程研究所 一种超级电容器高压电解液的制备方法
US9034517B1 (en) 2013-11-06 2015-05-19 Retriev Technologies Incorporated Capacitors having conditioned carbon for electrodes
US8785057B1 (en) 2013-11-06 2014-07-22 Retriev Technologies Incorporated Electrolyte solution for capacitors and batteries
US9666906B2 (en) * 2014-05-15 2017-05-30 Nano And Advanced Materials Institute Limited High voltage electrolyte and lithium ion battery
US20160099115A1 (en) * 2014-10-07 2016-04-07 Corning Incorporated Electrolytes for high temperature edlc
US10868332B2 (en) 2016-04-01 2020-12-15 NOHMs Technologies, Inc. Modified ionic liquids containing phosphorus
DE102016221256A1 (de) 2016-10-28 2018-05-03 Robert Bosch Gmbh Sekundärbatterie und Verfahren zum Herstellen einer solchen
WO2019018432A1 (en) 2017-07-17 2019-01-24 NOHMs Technologies, Inc. ELECTROLYTES CONTAINING PHOSPHORUS
DE102018201548A1 (de) * 2018-02-01 2019-08-01 Robert Bosch Gmbh Elektrolytzusammensetzung für elektrochemische Zelle für Hochtemperaturanwendungen
DE102018116475B4 (de) * 2018-07-06 2020-11-05 Forschungszentrum Jülich GmbH Elektrolyt umfassend wenigstens ein Lithiumsalz sowie Lithium-Sekundärbatterie
US20220293929A1 (en) * 2020-05-28 2022-09-15 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Non-Aqueous Secondary Battery and Non-Aqueous Electrolyte
WO2023117488A1 (en) * 2021-12-23 2023-06-29 Skeleton Technologies GmbH Electrolyte compositions for energy storage cells with fast charge and discharge capabilites

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19548005A1 (de) * 1994-12-27 1996-07-04 Asahi Glass Co Ltd Elektrischer Doppelschichtkondensator
DE10103994A1 (de) * 2001-01-30 2002-10-31 Epcos Ag Elektrolytlösung für elektrochemische Doppelschichtkondensatoren

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1306904C (en) * 1985-10-09 1992-09-01 Tetsumi Suzuki Electrically conductive material and secondary battery using the electrically conductive material
KR0122882B1 (ko) * 1987-03-12 1997-11-21 사또오 도시아끼 전해콘덴서용 전해액
CA2052317C (en) * 1990-09-28 1995-09-26 Norio Takami Nonaqueous electrolyte secondary battery
CA2083001C (en) * 1991-12-17 1996-12-17 Yuzuru Takahashi Lithium secondary battery using a non-aqueous solvent
JPH0737577A (ja) * 1993-07-26 1995-02-07 Mitsubishi Gas Chem Co Inc 改良された非水溶媒リチウム二次電池
US5418682A (en) * 1994-06-16 1995-05-23 Rockwell International Corporation Capacitor having an electrolyte containing a mixture of dinitriles
US5783333A (en) * 1996-11-27 1998-07-21 Polystor Corporation Lithium nickel cobalt oxides for positive electrodes
FR2773267B1 (fr) * 1997-12-30 2001-05-04 Alsthom Cge Alkatel Supercondensateur a electrolyte non aqueux et a electrode de charbon actif
JPH11283874A (ja) * 1998-01-28 1999-10-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電解コンデンサ
US6304426B1 (en) * 1998-09-29 2001-10-16 General Electric Company Method of making an ultracapacitor electrode
JP2004513529A (ja) * 2000-11-09 2004-04-30 エフオーシー　フランケンブルク　オイル　カンパニー　エスト． スーパーキャパシタおよび当該スーパーキャパシタを製造する方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19548005A1 (de) * 1994-12-27 1996-07-04 Asahi Glass Co Ltd Elektrischer Doppelschichtkondensator
DE10103994A1 (de) * 2001-01-30 2002-10-31 Epcos Ag Elektrolytlösung für elektrochemische Doppelschichtkondensatoren

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Publication number Publication date
JP2005521257A (ja) 2005-07-14
EP1485928A1 (de) 2004-12-15
US20060024577A1 (en) 2006-02-02
WO2003081620A1 (de) 2003-10-02
DE10212609A1 (de) 2003-10-09

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