BR102017019293A2 - grupo de eletrodos, bateria secundária, conjunto de bateria e veículo - Google Patents

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Takami Norio
Iwasaki Takuya
Sugizaki Tomoko
Harada Yasuhiro
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Toshiba Kk
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Abstract

a presente invenção refere-se a um grupo de eletrodos. o grupo de eletrodos inclui um eletrodo positivo, um eletrodo negativo, e uma camada de eletrólito sólido fornecida entre o eletrodo positivo e o eletrodo negativo e que inclui uma primeira porção que inclui primeiras partículas de eletrólito sólido em contato com o eletrodo positivo, uma segunda porção que inclui segundas partículas de eletrólito sólido em contato com o eletrodo negativo, e uma terceira porção fornecida entre a primeira e a segunda porções e que incluem terceiras partículas de eletrólito sólido. quanto ao tamanho de partícula médio, o das terceiras partículas de eletrólito sólido é maior do que o das primeiras partículas de eletrólito sólido e do que o das segundas partículas de eletrólito sólido.

Description

(54) Título: GRUPO DE ELETRODOS,
BATERIA SECUNDÁRIA, CONJUNTO DE BATERIA E VEÍCULO (51) Int. Cl.: H01M 4/02 (30) Prioridade Unionista: 24/03/2017 JP 2017058376 (73) Titular(es): KABUSHIKI KAISHA TOSHIBA (72) Inventor(es): TAKUYA IWASAKI;
TOMOKO SUGIZAKI; YASUHIRO HARADA; NORIOTAKAMI (85) Data do Início da Fase Nacional:
08/09/2017 (57) Resumo: A presente invenção refere-se a um grupo de eletrodos. O grupo de eletrodos inclui um eletrodo positivo, um eletrodo negativo, e uma camada de eletrólito sólido fornecida entre o eletrodo positivo e o eletrodo negativo e que inclui uma primeira porção que inclui primeiras partículas de eletrólito sólido em contato com o eletrodo positivo, uma segunda porção que inclui segundas partículas de eletrólito sólido em contato com o eletrodo negativo, e uma terceira porção fornecida entre a primeira e a segunda porções e que incluem terceiras partículas de eletrólito sólido. Quanto ao tamanho de partícula médio, o das terceiras partículas de eletrólito sólido é maior do que o das primeiras partículas de eletrólito sólido e do que o das segundas partículas de eletrólito sólido.
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GRUPO DE ELETRODOS, BATERIA SECUNDÁRIA, CONJUNTO DE BATERIA E VEÍCULO
CAMPO [001] Modalidades descritas no presente documento referem-se, geralmente, a um grupo de eletrodos, uma bateria secundária, um módulo de bateria, um conjunto de bateria e um veículo.
ANTECEDENTES [002] As baterias secundárias são amplamente usadas como baterias de densidade de alta energia em uma variedade de campos tais como veículos elétricos, armazenamento de energia elétrica e instrumentos de informações. Consequentemente, demandas de mercado em baterias secundárias estão crescendo mais, e estudos ativos estão sendo feitos.
[003] Entre os mesmos, as baterias secundárias como uma fonte de alimentação para veículos elétricos são exigidas a ter uma alta densidade de energia, ou uma alta capacidade de descarga por peso de unidade ou volume de unidade. Por outro lado, em uma bateria secundária, por exemplo, em uma bateria de eletrólito não aquosa, com o aumento da capacidade de descarga por peso de unidade ou volume de unidade, a demanda para segurança também aumenta. Uma das soluções para a demanda é uma bateria secundária de estado totalmente sólido. A bateria secundária de estado totalmente sólido é uma bateria secundária que usa um eletrólito sólido ao invés de uma solução de eletrólito.
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2/102 [004] Particularmente, visto que as soluções de eletrólito orgânico são inflamáveis, técnicas para melhoramento de segurança de uma bateria que inclui uma solução de eletrólito orgânico são ativamente desenvolvidas. No entanto, ainda é difícil assegurar segurança suficiente.
[005] Por outro lado, todas as baterias secundárias sólidas não incluem eletrólito orgânico líquido, e, dessa forma, carregam um risco extremamente baixo de inflamação, e podem exibir segurança extremamente alta.
[006] Ademais, baterias secundárias de estado totalmente sólido não incluem eletrólito líquido, o que permite que uma bateria bipolar seja adequadamente fabricada. A bateria bipolar inclui, por exemplo, eletrodos, sendo que cada um tem uma estrutura bipolar, e um eletrólito sólido fornecido entre os eletrodos. O eletrodo que tem uma estrutura bipolar pode incluir, por exemplo, um coletor de corrente que tem uma primeira superfície e uma segunda superfície opositora, uma camada que contém material ativo de eletrodo positivo na primeira superfície do coletor de corrente e uma camada que contém material ativo de eletrodo negativo fornecida na segunda superfície do coletor de corrente. Tal eletrodo pode ser obtido, por exemplo, pelo procedimento a seguir. Em primeiro lugar, um material de revestimento de eletrodo positivo é revestido na primeira superfície do coletor de corrente. Então, a película revestida obtida é secada para obter uma camada que contém material ativo de eletrodo positivo. Por outro lado, um material de revestimento de eletrodo negativo é revestido na segunda superfície do
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3/102 coletor de corrente. Então, a película revestida obtida é secada para obter uma camada que contém material ativo de eletrodo negativo. Dessa forma, um eletrodo que tem uma estrutura bipolar pode ser obtido. Uma bateria bipolar pode ser fabricado, por exemplo, pelo procedimento a seguir. Em primeiro lugar, múltiplos eletrodos, sendo que cada um tem uma estrutura bipolar, são fabricados. Em alguns desses eletrodos, um material de revestimento de eletrólito sólido é revestido na camada que contém material ativo de eletrodo positivo e/ou na camada que contém material ativo de eletrodo negativo. A película revestida é secada para obter uma camada de eletrólito sólido. Então, esses eletrodos são empilhados de tal modo que a camada que contém material ativo de eletrodo positivo e a camada que contém material ativo de eletrodo negativo se voltem uma para outra com a camada de eletrólito sólido prensada entre as mesmas. Dessa forma, uma bateria bipolar pode ser adequadamente formada. Em tal bateria bipolar, a tensão dentro de uma bateria pode ser aumentada aumentando-se o número de pilhas.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [007] A Figura 1 é uma vista em corte transversal esquemática de um grupo de eletrodos de um primeiro exemplo de acordo com uma primeira modalidade.
[008] A Figura 2 é uma vista em corte transversal
ampliada de uma porção A do grupo de eletrodos mostrado na
Figura 1;
[009] A Figura 3 é uma vista em corte transversal
ampliada de uma porção B do grupo de eletrodos mostrado na
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Figura 1;
[010] A Figura 4 é uma vista em corte transversal
esquemática de um grupo de eletrodos de um segundo exemplo
de acordo com a primeira modalidade;
[011] A Figura 5 é uma vista em corte transversal
esquemática de uma bateria secundária de um primeiro exemplo
de acordo com uma segunda modalidade;
[012] A Figura 6 é uma vista em perspectiva parcialmente
em recorte que mostra, esquematicamente, uma bateria secundária de um segundo exemplo de acordo com a segunda modalidade;
[013] A Figura 7 é uma vista em corte transversal ampliada de uma porção C da bateria secundária mostrada na Figura 6;
[014] A Figura 8 é uma vista em perspectiva que mostra, esquematicamente, um exemplo de um módulo de bateria de acordo com uma terceira modalidade;
[015] A Figura 9 é uma vista em perspectiva explodida que mostra, esquematicamente, um exemplo de um conjunto de bateria de acordo com uma quarta modalidade;
[016] A Figura 10 é um diagrama de blocos que mostra um circuito elétrico do conjunto de bateria na Figura 9;
[017] A Figura 11 é uma vista em corte esquemática que mostra um exemplo de um veículo de acordo com uma quinta modalidade; e [018] A Figura 12 é uma vista esquemática que mostra
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5/102 outro exemplo de um veículo de acordo com a quinta modalidade.
DESCRIÇÃO DETALHADA [019] Em geral, de acordo com uma modalidade, um grupo de eletrodos é fornecido. O grupo de eletrodos inclui um eletrodo positivo, um eletrodo negativo e uma camada de eletrólito sólido. A camada de eletrólito sólido é fornecida entre o eletrodo positivo e o eletrodo negativo. A camada de eletrólito sólido inclui uma primeira porção que inclui primeiras partículas de eletrólito sólido em contato com o eletrodo positivo, uma segunda porção que inclui segundas partículas de eletrólito sólido em contato com o eletrodo negativo, e uma terceira porção fornecida entre a primeira e a segunda porções e que inclui terceiras partículas de eletrólito sólido. Um tamanho de partícula médio das terceiras partículas de eletrólito sólido é maior que um tamanho de partícula médio das primeiras partículas de eletrólito sólido, e maior que um tamanho de partícula médio das segundas partículas de eletrólito sólido.
[020] De acordo com uma modalidade, uma bateria secundária é fornecida. A bateria secundária inclui o grupo de eletrodos de acordo com a modalidade.
[021] De acordo com uma modalidade, um módulo de bateria é fornecido. O módulo de bateria inclui baterias secundárias, sendo que cada uma de acordo com a modalidade.
[022] De acordo com uma modalidade, um conjunto de bateria é fornecido. O conjunto de bateria inclui uma bateria
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6/102 secundária de acordo com a modalidade.
[023] De acordo com uma modalidade, um veículo é fornecido. O veículo inclui o conjunto de bateria de acordo com a modalidade.
[024] As modalidades serão explicadas abaixo com referência aos desenhos. Nesse caso, as estruturas comuns a todas as modalidades são representadas pelos mesmos símbolos e explicações duplicadas serão omitidas. Além disso, cada desenho é uma vista típica para explicação das modalidades e para promoção de um entendimento das modalidades. Embora existam partes diferentes de um dispositivo real em formato, dimensão e razão, esses projetos estruturais podem ser propriamente mudados tomando as explicações e tecnologias conhecidas a seguir em consideração.
(PRIMEIRA MODALIDADE) [025] De acordo com uma modalidade, um grupo de eletrodos é fornecido. O grupo de eletrodos inclui um eletrodo positivo, um eletrodo negativo e uma camada de eletrólito sólido. A camada de eletrólito sólido é fornecida entre o eletrodo positivo e o eletrodo negativo. A camada de eletrólito sólido inclui uma primeira porção que inclui primeiras partículas de eletrólito sólido em contato com o eletrodo positivo, uma segunda porção que inclui segundas partículas de eletrólito sólido em contato com o eletrodo negativo, e uma terceira porção fornecida entre a primeira e a segunda porções e que inclui terceiras partículas de eletrólito sólido. Um tamanho de partícula médio das terceiras partículas de eletrólito sólido é maior que um
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7/102 tamanho de partícula médio das primeiras partículas de eletrólito sólido, e maior que um tamanho de partícula médio das segundas partículas de eletrólito sólido.
[026] Quando um eletrólito sólido é usado em uma bateria secundária, é importante descobrir como prevenir redução em condutividade de íon de lítio entre o eletrodo positivo e o eletrodo negativo. Os eletrólitos sólido que têm a capacidade de exibir condutividade de íon de lítio equivalente àquela do eletrólito não aquoso de líquido que foi descoberto como partículas únicas. No entanto, descobriu-se que quando tais partículas de eletrólito sólido são, na verdade, dispostas e empilhadas entre o eletrodo positivo e eletrodo negativo, perda ocorre na entrega de íons de lítio em interfaces entre as partículas de eletrólito sólido, de modo que a condutividade de íon de lítio seja reduzida na camada de eletrólito sólido toda.
[027] Como resultado de estudos intensivos para resolver esse problema, obteve-se o grupo de eletrodos de acordo com a primeira modalidade.
[028] O grupo de eletrodos, de acordo com a primeira modalidade, inclui uma camada de eletrólito sólido fornecida entre um eletrodo positivo e um eletrodo negativo. A camada de eletrólito sólido inclui uma primeira porção, uma segunda porção e uma terceira porção. A primeira porção inclui partículas de eletrólito sólido que são primeiras partículas de eletrólito sólido em contato com o eletrodo positivo. A segunda porção inclui partículas de eletrólito sólido que são segundas partículas de eletrólito sólido em contato com
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8/102 o eletrodo negativo. A terceira porção é fornecida entre a primeira porção e a segunda porção. Além disso, a terceira porção inclui partículas de eletrólito sólido que são terceiras partículas de eletrólito sólido.
[029] Em tal camada de eletrólito sólido, o tamanho de partícula médio das partículas de eletrólito sólido (as terceiras partículas de eletrólito sólido) na terceira porção é maior que o tamanho de partícula médio das partículas de eletrólito sólido (as primeiras partículas de eletrólito sólido) na primeira porção, e maior que o tamanho de partícula médio das partículas de eletrólito sólido (as segundas partículas de eletrólito sólido) na segunda porção. Isso significa que, na camada de eletrólito sólido, enquanto é possível reduzir o tamanho de partícula médio das partículas de eletrólito sólido em contato com o eletrodo positivo ou o eletrodo negativo, é possível aumentar o tamanho de partícula médio das partículas de eletrólito sólido incluído na terceira porção que é uma porção intermediária.
[030] A primeira porção da camada de eletrólito sólido que inclui as primeiras partículas de eletrólito sólido que podem ter um tamanho de partícula médio pequeno pode estar em contato com o eletrodo positivo em muitos contatos. Dessa forma, a primeira porção da camada de eletrólito sólido pode promover a entrega de íons de lítio para o eletrodo positivo e a partir do mesmo. Do mesmo modo, a segunda porção da camada de eletrólito sólido que inclui as segundas partículas de eletrólito sólido que podem ter um tamanho de partícula
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9/102 médio pequeno pode estar em contato com o eletrodo negativo em muitos contatos. Dessa forma, a segunda porção da camada de eletrólito sólido pode promover a entrega de íons de lítio para o e a partir do eletrodo negativo.
[031] Por outro lado, na terceira porção da camada de eletrólito sólido que inclui as terceiras partículas de eletrólito sólido que podem ter um tamanho de partícula médio grande, as interfaces entre as partículas de eletrólito sólido podem ser reduzidas. Dessa forma, na terceira porção da camada de eletrólito sólido, condutividade de íon de lítio excelente pode ser alcançada.
[032] Como os resultados, o grupo de eletrodos, de acordo com a primeira modalidade, pode obter uma bateria secundária que tem a capacidade de exibir um desempenho de saída excelente.
[033] Por outro lado, o grupo de eletrodos em que o tamanho de partícula médio das terceiras partículas de eletrólito sólido na terceira porção da camada de eletrólito sólido é igual a ou menor que o tamanho de partícula médio das primeiras partículas de eletrólito sólido na primeira porção da camada de eletrólito sólido pode ser, por exemplo, um grupo de eletrodos em que as primeiras partículas de eletrólito sólido incluídas na primeira porção da camada de eletrólito sólido são muito grande. Em tal grupo de eletrodos, o número de contatos entre o eletrodo positivo e as partículas de eletrólito sólido é muito pequeno, de modo que os íons de lítio não possam ser entregues de modo suficiente. Alternativamente, um grupo de eletrodos em que
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10/102 o tamanho de partícula médio das terceiras partículas de eletrólito sólido é igual a ou menor que o tamanho de partícula médio das primeiras partículas de eletrólito sólido também pode ser um grupo de eletrodos em que as terceiras partículas de eletrólito sólido incluídas na terceira porção da camada de eletrólito sólido são muito pequenas. Em tal grupo de eletrodos, perda ocorre na entrega de íons de lítio nas interfaces entre as partículas de eletrólito sólido. Por essas razões, o desempenho de saída que pode ser alcançado por um grupo de eletrodos em que o tamanho de partícula médio das terceiras partículas de eletrólito sólido na terceira porção da camada de eletrólito sólido é igual a ou menor que o tamanho de partícula médio das primeiras partículas de eletrólito sólido na primeira porção da camada de eletrólito sólido é inferior àquela do grupo de eletrodos de acordo com a primeira modalidade.
[034] Por outro lado, um grupo de eletrodos em que o tamanho de partícula médio das terceiras partículas de eletrólito sólido na terceira porção da camada de eletrólito sólido é igual a ou menor que o tamanho de partícula médio das segundas partículas de eletrólito sólido na segunda porção da camada de eletrólito sólido pode ser, por exemplo, um grupo de eletrodos em que as segundas partículas de eletrólito sólido são muito grande. Em tal grupo de eletrodos, o número de contatos entre o eletrodo negativo e as partículas de eletrólito sólido é muito pequeno, de modo que os íons de lítio não possam ser entregues de modo suficiente. Alternativamente, um grupo de eletrodos em que
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11/102 o tamanho de partícula médio das terceiras partículas de eletrólito sólido é igual a ou menor que o tamanho de partícula médio das segundas partículas de eletrólito sólido também pode ser um grupo de eletrodos em que as terceiras partículas de eletrólito sólido incluídas na terceira porção da camada de eletrólito sólido são muito pequenas. Em tal grupo de eletrodos, perda ocorre na entrega de íons de lítio nas interfaces entre as partículas de eletrólito sólido. Por essas razões, o desempenho de saída que pode ser alcançado por um grupo de eletrodos em que o tamanho de partícula médio das terceiras partículas de eletrólito sólido na terceira porção é igual a ou menor que o tamanho de partícula médio das segundas partículas de eletrólito sólido na segunda porção da camada de eletrólito sólido é inferior àquela do grupo de eletrodos de acordo com a primeira modalidade.
[035] A terceira porção da camada de eletrólito sólido é fornecida entre a primeira porção e a segunda porção, e a primeira porção da camada de eletrólito sólido inclui as primeiras partículas de eletrólito sólido em contato com o eletrodo positivo. Dessa forma, pode-se dizer que a primeira porção da camada de eletrólito sólido é fornecida entre a terceira porção da camada de eletrólito sólido e o eletrodo positivo. Uma área de contato entre o eletrodo positivo e a camada de eletrólito sólido é pequena em um grupo de eletrodos em que as terceiras partículas de eletrólito sólido que têm um tamanho de partícula relativamente grande e incluídas na terceira porção da camada de eletrólito sólido estão em contato com o eletrodo positivo, de modo que os
Petição 870170085458, de 06/11/2017, pág. 15/107
12/102 íons de lítio não possam ser entregues de modo suficiente entre o eletrodo positivo e a camada de eletrólito sólido. Visto que a primeira porção da camada de eletrólito sólido pode ser fornecida entre a primeira porção da camada de eletrólito sólido e o eletrodo positivo, é possível prevenir contato das terceiras partículas de eletrólito sólido incluídas na terceira porção da camada de eletrólito sólido com o eletrodo positivo. Do mesmo modo, pode-se dizer que a segunda porção da camada de eletrólito sólido é fornecida entre a terceira porção da camada de eletrólito sólido e o eletrodo negativo. Uma área de contato entre o eletrodo
negativo e a camada de eletrólito sólido é pequena em um
grupo de eletrodos em que as terceiras partículas de
eletrólito sólido que têm um tamanho de partícula
relativamente grande e incluídas na terceira porção da camada de eletrólito sólido estão em contato com o eletrodo negativo, de modo que os íons de lítio não possam ser entregues de modo suficiente entre o eletrodo negativo e a camada de eletrólito sólido. Visto que a segunda porção da camada de eletrólito sólido pode ser fornecida entre a terceira porção da camada de eletrólito sólido e o eletrodo negativo, é possível prevenir contato das terceiras partículas de eletrólito sólido incluídas na terceira porção da camada de eletrólito sólido com o eletrodo negativo. Esses
também são fatores que permitem que o grupo de eletrodos, de
acordo com a primeira modalidade, alcance um desempenho de
saída excelente.
[036] Doravante, o grupo de eletrodos, de acordo com a
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13/102 primeira modalidade, será descrito em maior detalhe. Devese observar que “Tamanho de Partícula Médio” descrito abaixo é um tamanho de partícula primário médio de volume quando partículas consistem em partículas primárias, e é um tamanho de partícula secundário médio de volume quando partículas consistem em partículas secundárias. Adicionalmente, quando partículas são uma mistura de partículas primárias e partículas secundárias, “Tamanho de Partícula Médio” é um tamanho de partícula médio de volume de uma mistura sem distinção entre as partículas primárias e as partículas secundárias.
[037] O grupo de eletrodos, de acordo com a primeira modalidade, inclui um eletrodo positivo, um eletrodo negativo e uma camada de eletrólito sólido. A camada de eletrólito sólido é fornecida entre o eletrodo positivo e o eletrodo negativo.
[038] O eletrodo positivo pode incluir um coletor de corrente de eletrodo positivo e um camada que contém material ativo de eletrodo positivo. O coletor de corrente de eletrodo
positivo pode ter, por exemplo, um formato plano do tipo
correia. O coletor de corrente de eletrodo positivo em
formato de correia pode ter uma primeira superfície e uma
segunda superfície opositora. A camada que contém material ativo de eletrodo positivo pode ser fornecida em uma superfície ou ambas as superfícies do coletor de corrente de eletrodo positivo. A camada que contém material ativo de eletrodo positivo pode incluir um material ativo de eletrodo positivo, e, opcionalmente, um agente condutor e um
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14/102 aglutinante. O coletor de corrente de eletrodo positivo pode incluir uma porção em que a camada que contém material ativo de eletrodo positivo não está apoiada em qualquer superfície. Essa porção pode ser usada como uma aba de eletrodo positivo. Alternativamente, o eletrodo positivo pode incluir uma aba de eletrodo positivo (que pode ser um terminal de eletrodo positivo) que não é uma porção do coletor de corrente de eletrodo positivo e está eletronicamente conectada ao coletor de corrente de eletrodo positivo.
[039] O eletrodo negativo pode incluir um coletor de corrente de eletrodo negativo e uma camada que contém material ativo de eletrodo negativo. O coletor de corrente de eletrodo negativo pode ter, por exemplo, um formato plano do tipo correia. O coletor de corrente de eletrodo negativo em formato de correia pode ter uma primeira superfície e uma segunda superfície opositora. A camada que contém material ativo de eletrodo negativo pode ser fornecida em uma superfície ou ambas as superfícies do coletor de corrente de eletrodo negativo. A camada que contém material ativo de eletrodo negativo pode incluir um material ativo de eletrodo negativo, e, opcionalmente, um agente condutor e um aglutinante. O coletor de corrente de eletrodo negativo pode incluir uma porção em que a camada que contém material ativo de eletrodo negativo não está apoiada em qualquer superfície. Essa porção pode ser usada como uma aba de eletrodo negativo. Alternativamente, o eletrodo negativo pode incluir uma aba de eletrodo negativo (que pode ser um terminal de eletrodo negativo) que não é uma porção do coletor de corrente de
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15/102 eletrodo negativo e está eletricamente conectada ao coletor de corrente de eletrodo negativo.
[040] Alternativamente, o grupo de eletrodos, de acordo com a primeira modalidade, pode inclui um eletrodo que tem um eletrodo bipolar. O eletrodo que tem uma estrutura bipolar pode incluir um coletor de corrente que tem uma primeira superfície e uma segunda superfície opositora, uma camada que contém material ativo de eletrodo positivo como um eletrodo positivo e uma camada que contém material ativo de eletrodo negativo como um eletrodo negativo. A camada que contém material ativo de eletrodo positivo pode ser fornecida na primeira superfície do coletor de corrente. A camada que contém material ativo de eletrodo negativo pode ser fornecida na segunda superfície do coletor de corrente. O coletor de corrente pode inclui uma porção em que nem a camada que contém material ativo de eletrodo negativo nem a camada que contém material ativo de eletrodo positivo estão apoiadas em um superfície. Essa porção pode ser usada como uma aba de coletor de corrente. Alternativamente, o eletrodo que tem uma estrutura bipolar pode incluir uma aba de coletor de corrente que não é uma porção do coletor de corrente e está eletricamente conectada ao coletor de corrente.
[041] O material ativo de eletrodo positivo que pode ser incluído na camada que contém material ativo de eletrodo positivo pode ter, por exemplo, um formato de partícula. As partículas de material ativo de eletrodo positivo podem ser partículas primárias ou partículas secundárias cada uma das quais é um agregado de partículas primárias.
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Alternativamente, as partículas de material ativo de eletrodo positivo podem ser uma mistura de partículas primárias e partículas secundárias. Um tamanho de partícula médio DC das partículas de material ativo de eletrodo positivo é, preferencialmente, a partir de 0,5 pm a 30 pm, e, mais preferencialmente, a partir de 1 pm a 10 pm.
[042] O material ativo de eletrodo negativo que pode estar contido na camada que contém material ativo de eletrodo negativo pode ter, por exemplo, um formato de partícula. As partículas de material ativo de eletrodo negativo pode ser partículas primárias ou partículas secundárias cada uma das quais é um agregado de partículas primárias. Alternativamente, as partículas de material ativo de eletrodo negativo podem ser uma mistura de partículas primárias e partículas secundárias. Um tamanho de partícula médio DA das partículas de material ativo de eletrodo negativo é, preferencialmente, a partir de 0,5 pm a 20 pm, e, mais preferencialmente, a partir de 0,8 pm a 10 pm.
[043] A camada de eletrólito sólido inclui uma primeira porção, uma segunda porção e uma terceira porção. A primeira porção inclui primeiras partículas de eletrólito sólido em contato com o eletrodo positivo. A segunda porção inclui secundas partículas de eletrólito sólido em contato com o eletrodo negativo. A terceira porção é fornecida entre a primeira porção e a segunda porção. Além disso, a terceira porção inclui as terceiras partículas de eletrólito sólido.
[044] Em cada uma dentre a primeira, a segunda e a terceira porções da camada de eletrólito sólido, as
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17/102 partículas de eletrólito sólido podem exibir, por exemplo, uma distribuição de tamanho de partícula ampla. Em cada um dentre a primeira, a segunda e a terceira porções da camada de eletrólito sólido, é preferível que cada uma das partículas de eletrólito sólido satisfaça 0,1 pm < D1 < 2,9 pm, 0,05 pm < D1-10 < 2,7 pm, 0,8 pm < D1-90 < 5,5 pm, 0,1 pm < D2 < 2,9 pm, 0,05 pm < D2-10 < 2,7 pm, 0,8 pm < D2-90 < 5,5 pm, 3 pm < D3 < 30 pm, 0,9 pm < D3-10 < 19 pm e 20 pm < D3-90 < 100 pm. Aqui, D1 é o tamanho de partícula médio das primeiras partículas de eletrólito sólido na primeira porção da camada de eletrólito sólido, D2 é o tamanho de partícula médio das segundas partículas de eletrólito sólido na segunda porção da camada de eletrólito sólido, e D3 é o tamanho de partícula médio das terceiras partículas de eletrólito sólido na terceira porção da camada de eletrólito sólido. D1-10, D2-10, e D3-10 são os tamanhos de partícula em cada um dos quais uma frequência acumulativa a partir de um lado de tamanho de partícula pequeno é de 10% em uma curva de tamanho de partícula acumulativa das partículas de eletrólito sólido em cada uma das primeira a terceira porções da camada de eletrólito sólido. D1-90, D2-90, e D3-90 são os tamanhos de partícula em cada um dos quais a frequência acumulativa a partir do lado de tamanho de partícula pequeno é de 90% na curva de tamanho de partícula acumulativa das partículas de eletrólito sólido em cada uma das primeira a terceira porções da camada de eletrólito sólido. A curva de tamanho de partícula acumulativa das partículas de eletrólito sólido é obtida de acordo com um método de dispersão de difração a laser. É mais preferível que cada uma das partículas de
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18/102 eletrólito sólido satisfaça 0,3 pm < Di < 1 pm, 0,05 pm < Diio < 1,0 pm, 1,1 pm < D1-90 < 2 pm, 0,5 pm < D2 < 1,5 pm, 0,1 pm < D2-10 < 1 pm, 1,1 pm < D2-90 < 2 pm, 3 pm < D3 < 8 pm, 2,1 pm < D3-10 < 5 pm e 6 pm < D3-90 < 3 0 pm. A unidade de cada um dos tamanhos de partícula D1, D1-10, D1-90, D2, D2-10, D2-90, D3, D3-10 e D3-90 é [pm]. Aqui, D1-10 < D1 < D1-90, D2-10 < D2 < D2-90 e D3-10 < D3 < D3-90.
[045] A camada de eletrólito sólido, preferencialmente, satisfaz 0,0016 < D1/D3 < 0,96 e 0, 0033 < D2/D3 < 0,96. Aqui, entre os grupos de eletrodos, de acordo com a modalidade, o grupo de eletrodos em que a camada de eletrólito sólido satisfaz as razões D1/D3 e D2/D3 dentro da faixa acima pode exibir um desempenho de saída mais excelente. A camada de eletrólito sólido, mais preferencialmente, satisfaz 0,037 < D1/D3 < 0,34 e 0,62 < D2/D3 < 0,5.
[046] No outro aspecto, o tamanho de partícula médio D1 pode ser a partir de 0,05 pm a 2 pm e, preferencialmente, a partir de 0,3 pm a 1 pm. No outro aspecto, o tamanho de partícula médio D2 pode ser a partir de 0,1 pm a 2 pm e, preferencialmente, a partir de 0,5 pm a 1,5 pm. No outro aspecto, o tamanho de partícula médio D3 pode ser a partir de 2,1 pm a 30 pm e, preferencialmente, a partir de 3 pm a 10 pm.
[047] Além disso, é preferível que o tamanho de partícula médio DC das partículas de material ativo de eletrodo positivo seja maior que o tamanho de partícula médio D1 das primeiras partículas de eletrólito sólido. Adicionalmente, é preferível que uma parte das partículas de material ativo
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19/102 de eletrodo positivo esteja em contato com as primeiras partículas de eletrólito sólido da primeira porção da camada de eletrólito sólido. Nesse aspecto preferencial, a entrega de íons de lítio entre o eletrodo positivo e a camada de eletrólito sólido pode ser, adicionalmente, promovida.
[048] No outro aspecto, a razão D1/DC pode ser a partir de 0,0025 a 2 e, preferencialmente, a partir de 0,015 a 1.
[049] Além disso, é preferível que o tamanho de partícula médio DA das partículas de material ativo de eletrodo negativo seja maior que o tamanho de partícula médio D2 das segundas partículas de eletrólito sólido. Adicionalmente, é preferível que uma parte das partículas de material ativo de eletrodo negativo esteja em contato com as segundas partículas de eletrólito sólido da segunda porção da camada de eletrólito sólido. Nessa modalidade preferencial, a entrega de íons de lítio entre o eletrodo negativo e a camada de eletrólito sólido pode ser, adicionalmente, promovida.
[050] No outro aspecto, a razão D2/DA pode ser a partir de 0,006 a 2 e, preferencialmente, a partir de 0,03 a 1,5.
[051] A camada de eletrólito sólido, preferencialmente, satisfaz 0, 002 < T1/T3 < 0,99 e 0, 004 < T2/T3 < 0,7. Aqui, T1 é a espessura da primeira porção, T2 é a espessura da segunda porção e T3 é espessura da terceira porção. A espessura da primeira porção é o diâmetro máximo das partículas de eletrólito sólido em contato com o eletrodo positivo. A espessura da segunda porção é o diâmetro máximo das partículas de eletrólito sólido em contato com o eletrodo negativo. A espessura da terceira porção é uma diferença
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20/102 obtida subtraindo-se a espessura Ti da primeira porção e a espessura T2 da segunda porção da espessura T da camada de eletrólito sólido. A espessura da camada de eletrólito sólido é a espessura da camada de eletrólito sólido na direção em que o eletrodo positivo e o eletrodo negativo estão voltados um para o outro. Entre os grupos de eletrodos, de acordo com a primeira modalidade, o grupo de eletrodos em que a camada de eletrólito sólido satisfaz a razão T1/T3 e a razão T2/T3 de dentro das faixas acima pode reduzir, adicionalmente, a perda da entrada de íons de lítio nas interfaces entre as partículas de eletrólito sólido, de modo que seja possível obter um desempenho de saída mais excelente. Adicionalmente, visto que a perda da entrega de íons de lítio pode ser adicionalmente reduzida, um aumento em resistência interna do grupo de eletrodos pode ser suprimido. Consequentemente, o grupo de eletrodos, de acordo com esse aspecto preferencial, pode exibir uma vida de ciclo mais excelente.
[052] Cada porção da camada de eletrólito sólido pode incluir, adicionalmente, um aglutinante para unir as partículas de eletrólito sólido.
[053] No grupo de eletrodos, de acordo com a primeira modalidade, a terceira porção, que é uma porção intermediária da camada de eletrólito sólido, inclui partículas de eletrólito sólido que tem um tamanho de partícula médio relativamente grande. O quão maior o tamanho de partícula médio das partículas, menor a área de superfície específica e menor a quantidade do aglutinante necessário para unir as partículas umas às outras. Dessa forma, na camada de
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21/102 eletrólito sólido do grupo de eletrodos, de acordo com a primeira modalidade, a quantidade de aglutinante incluído na terceira porção pode ser definida como menor que a quantidade de aglutinante incluído em cada uma da primeira porção e da segunda porção.
[054] Aglutinantes podem exibir flexibilidade relativamente alta. No grupo de eletrodos em que a quantidade do aglutinante é relativamente pequeno na terceira porção da camada de eletrólito sólido, a camada de eletrólito sólido pode exibir uma rigidez excelente.
[055] Por exemplo, quando um material ativo que pode causar uma mudança de volume devido ao carregamento e/ou descarregamento está incluído no eletrodo positivo e/ou o eletrodo negativo, estresse causada pela mudança de volume do material ativo pode ocorrer durante carregamento e/ou descarregamento, na camada de eletrólito sólido. Quando tal estresse ocorre, a camada de eletrólito sólido pode ondular. No entanto, a camada de eletrólito sólido, que pode exibir uma rigidez excelente, pode exibir resistibilidade excelente em relação ao estresse que pode ocorrer durante carregamento e/ou descarregamento. Dessa forma, o grupo de eletrodos, de acordo com a modalidade preferencial, pode obter uma bateria secundária que tem a capacidade de exibir um desempenho de vida mais excelente.
[056] Adicional à quantidade do aglutinante, o grupo de eletrodos que tem a razão T1/T3 e a razão T2/T3 dentro da faixa preferível acima pode obter um desempenho de vida excelente adicional.
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22/102 [057] A primeira porção da camada de eletrólito sólido pode cobrir, por exemplo, uma superfície da camada que contém material ativo de eletrodo positivo que está voltada para o eletrodo negativo. Do mesmo modo, a segunda porção da camada de eletrólito sólido pode cobrir, por exemplo, uma superfície da camada que contém material ativo de eletrodo negativo que está voltada para o eletrodo positivo.
[058] O grupo de eletrodos, de acordo com a primeira modalidade, pode ter uma estrutura do tipo pilha, por exemplo. Na estrutura do tipo pilha, por exemplo, os múltiplos eletrodos positivos e os múltiplos eletrodos negativos são empilhados de tal modo que cada camada que contém material ativo de eletrodo positivo e cada camada que contém material ativo de eletrodo negativo se voltam uma para a outra com uma camada de eletrólito sólido prensado entre as mesmas.
[059] Alternativamente, o grupo de eletrodos, de acordo com a primeira modalidade, pode ter uma estrutura do tipo enrolado. Na estrutura do tipo enrolado, uma pilha é enrolada. Essa pilha inclui um eletrodo positivo, um eletrodo negativo e uma camada de eletrólito sólido. A camada de eletrólito sólido é fornecida entre a camada que contém material ativo de eletrodo positivo e a camada que contém material ativo de eletrodo negativo na pilha.
[060] Alternativamente, o grupo de eletrodos, de acordo com a primeira modalidade, pode incluir um eletrodo que tem uma estrutura bipolar. Em tal grupo de eletrodos, eletrodos, sendo que cada um tem uma estrutura bipolar, são empilhados
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23/102 de tal modo que cada camada que contém material ativo de eletrodo positivo e cada camada que contém material ativo de eletrodo negativo na pilha estejam voltadas umas para as outras com uma camada de eletrólito sólido prensada entre as mesmas. Aqui, a superfície da camada que contém material ativo de eletrodo positivo que está voltada para a camada que contém material ativo de eletrodo negativo por meio da camada de eletrólito sólido é uma superfície que não está em contato com o coletor de corrente. Do mesmo modo, a superfície da camada que contém material ativo de eletrodo negativo voltada para a camada que contém material ativo de eletrodo positivo por meio da camada de eletrólito sólido é uma superfície que não está em contato com o coletor de corrente.
[061] Em seguida, o eletrodo positivo, o eletrodo negativo, o eletrodo que tem uma estrutura bipolar e a camada de eletrólito sólido são descritos em maior detalhe.
1) ELETRODO POSITIVO [062] Como um material ativo de eletrodo positivo, um óxido ou um sulfeto pode ser usado, por exemplo. O eletrodo positivo pode incluir um material ativo de eletrodo positivo, ou dois ou mais materiais ativos de eletrodo positivo. Exemplos dos óxidos e sulfetos incluem compostos nos quais cada um dentre Li ou íon de Li podem ser inseridos e dos quais cada um dentre Li ou íon de Li podem ser extraídos.
[063] Exemplos de tais compostos incluem um dióxido de manganês, um óxido de ferro, um óxido de cobre e um óxido de níquel, cada um dos quais inclui lítio, óxidos de compósitos
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24/102 de lítio-manganês (por exemplo, LisMn2O4 ou LisMnO2 (0 d s d 1)), um óxidos de compósito de lítio-níquel (por exemplo, LisNiO2 (0 < s d 1)), um óxido de compósito de lítio-cobalto (por exemplo, LisCoO2 (0 < s d 1)), um óxido de compósito de lítio-níquel-cobalto (por exemplo, LisNi1-tCotO2 (0 < s d 1, 0 d t d 1)), óxido de compósito de lítio- manganês- cobalto (por exemplo, LisMntCo1-tO2 (0 d s d 1, 0 d t d 1)), um óxido de compósito de lítio manganês níquel que tem uma estrutura de cristal do tipo espinal (por exemplo, LisMn2-tNitO4 (0 < s d 1, 0 d t d 1)), um óxido de lítio fósforo que tem uma estrutura de cristal do tipo olivina (por exemplo, LisFePO4, LisFe1-tMntPO4 e LisCoPO4 (0 d s d 1, 0 d t d 1)), um sulfato de ferro (por exemplo, LisFe2(SO4)3 (0 d s d 1)) e um óxido de vanádio (por exemplo LisV2O5 (0 d s d 1)). Adicionalmente, materiais de polímero condutores tais como polianilina e polipirrol, e materiais orgânicos e inorgânicos tais como materiais de polímero dissulfeto também podem ser usados.
[064] O material ativo de eletrodo positivo contém, mais preferencialmente, um composto que pode alcançar uma alta tensão de bateria. Exemplos de tal composto incluem o óxido de compósito de lítio-manganês (por exemplo, LisMn2O4), o óxido de compósito de lítio-níquel (por exemplo, LisNiO2), o óxido de compósito de lítio-cobalto (por exemplo, LisCoO2), o óxido de compósito de lítio-níquel-cobalto (por exemplo, LisNi1-tCotO2), um óxido de compósito de lítio-manganês-níquel que tem uma estrutura de cristal do tipo espinal (por exemplo, LisMn2-tNitO4), o óxido de compósito de lítiomanganês-cobalto (por exemplo, LisMntCo1-tO2) e fosfato de
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25/102 lítio-ferro (por exemplo, LisFePO4). Nas fórmulas descritas acima, cada um dentre o s e t está, preferencialmente, dentro da faixa descrita acima.
[065] Ainda outros exemplos do material ativo de eletrodo positivo incluem o óxido de compósito de lítioníquel-cobalto-manganês representado por uma fórmula de LiiNijCokMnlO2; em que i, j, k, e l satisfazem as relações representadas pelas desigualdades de 0 < i < 1,1, 0,1 < j < 0,5, 0 < k < 0,9 e 0,1 < l < 0,5.
[066] A área de superfície específica das partículas de material ativo de eletrodo positivo é, preferencialmente, a partir de 0,1 m2/g a 10 m2/g. As partículas de material ativo de eletrodo positivo que têm uma área de superfície específica de 0,1 m2/g ou maior pode assegurar sítios suficientes nos quais íons de Li possam ser inseridos e a partir dos quais íons de lítio possam ser extraídos. As partículas de material ativo de eletrodo positivo que têm uma área de superfície específica de 10 m2/g ou menor é fácil de manusear durante a produção industrial, e pode assegurar um bom desempenho de ciclo de carga-e-descarga.
[067] O aglutinante é usado, quando necessário, para preenchimento dos vãos entre o material ativo de eletrodo positivo disperso e aglutinação do material ativo de eletrodo positivo e do coletor de corrente de eletrodo positivo. Exemplos do aglutinante incluem carboximetilcelulose (CMC), hidroxipropilmetilcelulose (HPMC), acetato de celulose, celulose de sal de amônio, politetrafluoroetileno (PTFE), fluoreto de polivinilideno (PVdF), borracha de flúor,
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26/102 borracha de estireno-butadieno, compostos de poliacrilato (por exemplo, borracha acrílica e resina acrílica) e compostos de imida (por exemplo, poliamida-imida). Um dentre os mesmos pode ser usado sozinho, ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos pode ser usada.
[068] O agente condutor é adicionado para, por exemplo, melhorar o desempenho de coletar corrente e suprimir a resistência de contato entre o material ativo de eletrodo positivo e o coletor de corrente de eletrodo positivo. Exemplos do agente condutor incluem materiais com base em carbono tais como fibra de carbono desenvolvido a vapor (VGCF), coque, negro de carbono, grafite, nanofibras de carbono e nanotubos de carbono. O tamanho de partícula médio do material com base em carbono é, preferencialmente, a partir de 0,1 pm a 10 pm. Quando o tamanho de partícula médio é 0,1 pm ou maior, geração de gás pode ser suprimida de modo eficaz. Quando o tamanho de partícula médio é 10 pm ou menor, boa rede condutora pode ser obtida. A área de superfície específica do material com base em carbono é, preferencialmente, a partir de 10 m2/g a 100 m2/g. Quando a área de superfície específica é 10 m2/g ou maior, boa rede condutora pode ser obtida. Quando a área de superfície específica é 100 m2/g ou menor, geração de gás pode ser suprimida de modo eficaz.
[069] Na camada que contém material ativo de eletrodo positivo, o conteúdo do material ativo de eletrodo positivo está, preferencialmente, dentro de uma faixa a partir de 80% por massa a 98% por massa e o conteúdo do aglutinante está,
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27/102 preferencialmente, dentro de uma faixa a partir de 2% por massa a 20% por massa.
[070] Já em relação ao aglutinante, se o conteúdo é de 2% por massa ou maior, resistibilidade de eletrodo suficiente pode ser alcançada. Se o conteúdo do aglutinante é de 20% por massa ou menor, o conteúdo do isolador no eletrodo pode ser reduzido, e, dessa forma, a resistência interna do eletrodo pode ser reduzida.
[071] Se o agente condutor é adicionado, o conteúdo do material ativo de eletrodo positivo está, preferencialmente, dentro de uma faixa a partir de 77% por massa a 95% por massa, o conteúdo do agente condutor está, preferencialmente, dentro de uma faixa a partir de 2% por massa a 20% por massa e o conteúdo do aglutinante está, preferencialmente, dentro de uma faixa a partir de 3% por massa a 15% por massa.
[072] Se o conteúdo do agente condutor é de 3% por massa ou maior, o efeito descrito acima pode ser obtido. Se o conteúdo do agente condutor é de 15% por massa ou menor, a razão de uma parte do agente condutor a entrar em contato com um eletrólito pode ser reduzida. No caso em que essa razão é baixa, a decomposição do eletrólito pode ser reduzida durante o armazenamento sob alta temperatura.
[073] A camada que contém material ativo de eletrodo positivo, preferencialmente, consiste em um material ativo de eletrodo positivo, um aglutinante e um agente condutor.
Tal camada que contém material ativo de eletrodo positivo pode conter uma porção de uma solução de eletrólito, por
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28/102 exemplo, um eletrólito não aquoso líquido e/ou um eletrólito não aquoso gel em um grupo de eletrodos incorporado em uma bateria. A porção da solução de eletrólito pode estar contida em poros da camada que contém material ativo de eletrodo positivo porosa, por exemplo. Nesse aspecto preferencial, a camada que contém material ativo de eletrodo positivo pode exibir condutividade de íon mais excelente. Como resultado, um desempenho de saída mais excelente e uma vida de ciclo mais excelente podem ser obtidos.
[074] O coletor de corrente de eletrodo positivo é, preferencialmente, um lâmina metálica de alumínio ou uma lâmina metálica de liga de alumínio que contém pelo menos um elemento selecionado a partir do grupo que consiste em Mg, Ti, Zn, Ni, Cr, Mn, Fe, Cu e Si.
[075] A espessura da lâmina metálica de alumínio ou lâmina metálica de liga de alumínio é, preferencialmente, a partir de 5 pm a 20 pm, e, mais preferencialmente, 15 pm ou menor. A pureza da lâmina metálica de alumínio é de 99% por massa ou maior. O conteúdo de um metal de transição, tal como ferro, cobre, níquel e cromo, contido na lâmina metálica de alumínio ou na lâmina metálica de liga de alumínio é, preferencialmente, de 1% por massa ou menor.
[076] O eletrodo positivo pode ser produzido pelo método a seguir, por exemplo. Primeiro, um material ativo de eletrodo positivo, um agente condutor e um aglutinante são suspensos em um solvente para preparar uma pasta fluida. Essa pasta fluida é revestida em uma superfície ou ambas as superfícies do coletor de corrente de eletrodo positivo.
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Então, a pasta fluida revestida é secada para obter uma pilha da camada que contém material ativo de eletrodo positivo e do coletor de corrente de eletrodo positivo. Depois disso, essa pilha é pressionada. Dessa forma, um eletrodo positivo é produzido. Alternativamente, o eletrodo positivo pode ser produzido pelo método a seguir. Primeiro, um material ativo de eletrodo positivo, um agente condutor e um aglutinante são misturados para obter uma mistura. Então, a mistura é formada em grânulos. Então, dispondo-se esses grânulos no coletor de corrente de eletrodo positivo, um eletrodo positivo pode ser obtido.
2) ELETRODO NEGATIVO [077] Como um material ativo de eletrodo negativo, uma liga de lítio pode ser usada, por exemplo. A liga de lítio, preferencialmente, inclui Li e pelo menos um elemento de metal selecionado a partir do grupo que consiste em Si, Al, Zn, Sn e In. A liga de lítio pode incluir, por exemplo, Li e um elemento selecionado a partir do grupo que consiste em Si, Al, Zn, Sn e In. Alternativamente, a liga de lítio pode incluir Li e dois ou mais elementos selecionados a partir do grupo que consiste em Si, Al, Zn, Sn e In. Exemplos específicos incluem Li-Al, Li-Bi-Cd e Li-Sn-Cd.
[078] Outros exemplos do material ativo de eletrodo negativo incluem, por exemplo, óxidos que contêm titânio. Exemplos do óxido que contém titânio incluem óxidos de compósito de lítio-titânio. Exemplos do óxido de lítiotitânio incluem um titanato de lítio que tem uma estrutura de cristal do tipo espinal (por exemplo, Li4+xTi5O12 (-1 d x
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30/102 d 3)), um titanato de lítio que tem uma estrutura de cristal do tipo ramsdelita (por exemplo, LÍ2+XTÍ3O7 (0 d x d 1)), LÍ1+XTÍ2O4 (0 d x d 1), LÍ1.1+xTÍ1.8O4 (0 d x d 1), LÍ1.07+xTi1.86O4 (0 d x d 1) e LixTiO2 (0 d x d 1). Os óxidos de compósito de lítio-titânio como descritos acima são caracterizados por uma mudança de volume pequena durante inserção e extração de lítio.
[079] Outros exemplos do óxido que contém titânio incluem óxido de titânio. Exemplos do óxido de titânio incluem um dióxido de titânio TiO2 que tem uma estrutura de cristal do tipo anátase, e um dióxido de titânio TiO2 (B) que tem uma estrutura de cristal monoclínica.
[080] Ainda outros exemplos do material ativo de eletrodo negativo incluem óxidos que contêm nióbio. Exemplos do óxido que contém nióbio incluem um óxido de nióbio (por exemplo, Nb2O5), e um óxido de compósito de nióbio-titânio que tem uma estrutura de cristal monoclínica (por exemplo, Nb2TiO7) que exibe um potencial de inserção-e-extração mais nobre que 1,0 V em relação ao potencial redox de lítio.
[081] Outros exemplos do material ativo óxidos de compósito que têm uma estrutura ortorômbica e representados pela forma geral seguinte:
incluem os de cristal (1) ou (2)
LiaM11-bM2bTi6-cM3cO14+d (1), [082] em que M1 é pelo menos um selecionado a partir do grupo que consiste em Sr, Ba, Ca e Mg; M2 é pelo menos um selecionado a partir do grupo que consiste em Cs, K e Na; M3
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31/102 é pelo menos um selecionado a partir do grupo que consiste em Al, Fe, Zr, Sn, V, Nb, Ta e Mo; os subscritos estão dentro da faixa de 2 d a d 6, 0 < b < 1, 0 < c d 6, e -0,5 d d d 0,5; M1 pode incluir um selecionado a partir do grupo que consiste em Sr, Ba, Ca e Mg, ou uma combinação de dois ou mais selecionados a partir do grupo; M2 pode incluir um selecionado a partir do grupo que consiste em Cs, K e Na, ou uma combinação de dois ou mais selecionados a partir desse grupo; M3 pode incluir um selecionado a partir do grupo que consiste em Al, Fe, Zr, Sn, V, Nb, Ta e Mo, ou uma combinação de dois ou mais selecionados a partir desse grupo;
Li2+wNa2-eMafTi6-gMegO14 + h (2) em que Ma é pelo menos um selecionado a partir do grupo que consiste em Cs e K; Mp é pelo menos um selecionado a partir do grupo que consiste em Zr, Sn, V, Nb, Ta, Mo, W, Fe, Co, Mn e Al; os subscritos estão dentro da faixa de 0 d w d 4, 0 < e < 2, 0 d f < 2, 0 < g d 6, e -0,5 d h d 0,5; Ma pode ser um dentre Cs e K, ou pode incluir ambos os Cs e K; Mp pode incluir um selecionado a partir do grupo que consiste em Zr, Sn, V, Nb, Ta, Mo, W, Fe, Co, Mn e Al, ou uma combinação de dois ou mais selecionados a partir do grupo que consiste em Zr, Sn, V, Nb, Ta, Mo, W, Fe, Co, Mn e Al.
[083] O óxido de compósito representado pelas fórmulas gerais (1) ou (2) preferencialmente inclui Nb. O óxido de compósito preferencial pode ser denominado como um óxido de compósito que contém nióbio que tem uma estrutura de cristal ortorômbica.
[084] Esses óxidos de compósito exibem uma mudança de
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32/102 volume pequena devido à inserção e extração de lítio. Adicionalmente, esses óxidos de compósito exibem um potencial de operação mais baixa que o titanato de lítio que tem a estrutura de cristal do tipo espinal. Portanto, a bateria secundária inclui um eletrodo que inclui qualquer um desses óxidos de compósito como um eletrodo negativo pode exibir uma tensão de bateria mais alta que uma bateria secundária com a utilização do titanato de lítio que tem a estrutura de cristal espinal como um eletrodo negativo. Adicionalmente, esses óxidos de compósito exibem, na faixa de potencial de operação, uma curva de carga e uma curva de descarga em cada um dos quais o potencial muda com um gradiente significativo sem a etapa do potencial. Portanto, na bateria de eletrólito não aquoso produzida com a utilização de qualquer desses óxidos de compósito, o estadode-carga pode ser compreendido mais facilmente com base na mudança de tensão.
[085] O óxido de compósito que contém nióbio que tem estrutura de cristal ortorômbica inclui, adicionalmente, mais preferencialmente, Na.
[086] Ainda outros exemplos do material ativo incluem óxidos de silício e ligas de silício. Exemplos do óxido de silício incluem compósitos de SiO e Si-SiO. Exemplos da liga de silício incluem Si-Sn e Si-Li.
[087] Ainda outros exemplos do material ativo incluem sulfetos de metal. Exemplos do sulfeto de metal incluem TiS2, FeS, FeS2, NiS e MoS2.
[088] O material ativo de eletrodo negativo pode incluir
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33/102 partículas de um tipo de entre os materiais ativos descritos acima, ou uma mistura de dois ou mais tipos entre os materiais ativos descritos acima. Ademais, o material ativo de eletrodo negativo pode ter um formato de partícula. Isso significa que, as partículas de material ativo de eletrodo negativo podem incluir, por exemplo, pelo menos um tipo de partículas selecionadas a partir do grupo que consistem em partículas do titanato de lítio que tem a estrutura de cristal do tipo espinal, partículas do titanato de lítio que tem a estrutura de cristal do tipo ramsdelita, partículas do óxido de titânio que tem a estrutura de cristal de anátase, partículas do óxido de titânio que tem estrutura de cristal monoclínica, partículas do óxido de compósito de nióbiotitânio que tem a estrutura de cristal monoclínica, e partículas do óxido de compósito que contém nióbio que tem a estrutura de cristal ortorômbica.
[089] A área de superfície específica das partículas de material ativo de eletrodo negativo é, preferencialmente, a partir de 0,1 m2/g a 10 m2/g. As partículas de material ativo de eletrodo negativo que tem uma área de superfície específica de 0,1 m2/g ou maior pode assegurar sítios suficientes nos quais íons de lítio possam ser inseridos e a partir dos quais íons de lítio possam ser extraídos. As partículas de material ativo de eletrodo negativo que têm uma área de superfície específica de 10 m2/g ou menor é fácil de manusear durante a produção industrial, e pode assegurar um bom desempenho de ciclo de carga-e-descarga.
[090] O agente condutor é adicionado para, por exemplo,
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34/102 melhorar o desempenho de coletar corrente e suprimir a resistência de contato entre o material ativo de eletrodo negativo e o coletor de corrente. Exemplos do agente condutor incluem materiais com base em carbono tais como fibra de carbono desenvolvido a vapor (VGCF), coque, negro de carbono, grafite, nanofibras de carbono e nanotubos de carbono. O tamanho de partícula médio do material com base em carbono é, preferencialmente, a partir de 0,1 pm a 10 pm. Quando o tamanho de partícula médio é 0,1 pm ou maior, geração de gás pode ser suprimida de modo eficaz. Quando o tamanho de partícula médio é 10 pm ou menor, boa rede condutora pode ser obtida. A área de superfície específica do material com base em carbono é, preferencialmente, a partir de 10 m2/g a 100 m2/g. Quando a área de superfície específica é 10 m2/g ou maior, boa rede condutora pode ser obtida. Quando a área de superfície específica é 100 m2/g ou menor, geração de gás pode ser suprimida de modo eficaz.
[091] O aglutinante é usado para preenchimento dos vãos entre o material ativo de eletrodo negativo disperso e aglutinação do material ativo de eletrodo negativo e do coletor de corrente de eletrodo negativo. Exemplos do aglutinante incluem carboximetilcelulose (CMC), hidróxipropilmetilcelulose (HPMC), acetato de celulose, celulose de sal de amônio, politetrafluoroetileno (PTFE), fluoreto de polivinilideno (PVdF), borracha de flúor, borracha de estireno-butadieno, compostos de poliacrilato (por exemplo, borracha acrílica e resina acrílica) e compostos de imida (por exemplo, poliamida-imida). Um dentre
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35/102 os mesmos pode ser usado sozinho, ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos pode ser usada.
[092] Na camada que contém material ativo de eletrodo negativo, o conteúdo do material ativo de eletrodo negativo está, preferencialmente, em uma faixa a partir de 68% por massa a 96% por massa, o conteúdo do agente condutor está, preferencialmente, em uma faixa a partir de 2% por massa a 30% por massa, e o conteúdo do aglutinante está, preferencialmente, em uma faixa a partir de 2% por massa a 30% por massa. Quando o conteúdo do agente condutor é de 2% por massa ou maior, o efeito de aumentar o desempenho de coletar corrente da camada que contém material ativo de eletrodo negativo pode ser mais aprimorado. Quando o conteúdo do aglutinante é de 2% por massa ou maior, em que as propriedades de aglutinação suficientes entre a camada que contém material ativo de eletrodo negativo e o coletor de corrente de eletrodo negativo podem obter e, então, características de ciclo excelentes podem ser esperadas. Do ponto de vista de capacidades mais altas, por outro lado, o agente condutor e o aglutinante são cada, preferencialmente, definidos a 28% por massa ou menor.
[093] Como o coletor de corrente de eletrodo negativo, pode ser usado um material que é eletroquimicamente estável em potencial de inserção-e--extração de lítio do material ativo de eletrodo negativo. O coletor de corrente de eletrodo negativo é, preferencialmente, formado a partir de um cobre, um níquel, um aço inoxidável ou um alumínio, ou uma liga de alumínio que contém pelo menos um elemento selecionado a
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36/102 partir do grupo que consiste em Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu e Si. A espessura do coletor de corrente de eletrodo negativo é, preferencialmente, a partir de 5 pm a 20 pm. O coletor de corrente de eletrodo negativo que tem tal espessura pode exibir um bom equilíbrio entre o reforço e economia de peso do eletrodo negativo.
[094] A densidade da camada que contém material ativo de eletrodo negativo (sem incluir o coletor de corrente) é, preferencialmente, a partir de 1,8 g/cm3 a 2,8 g/cm3. O eletrodo negativo que inclui a camada que contém material ativo de eletrodo negativo que tem tal densidade por exibir uma densidade de energia excelente e uma propriedade de retenção excelente para um eletrólito. A densidade da camada que contém material ativo de eletrodo negativo é, mais preferencialmente, a partir de 2,1 g/cm3 a 2,6 g/cm3.
[095] A camada que contém material ativo de eletrodo negativo consiste em, preferencialmente, um material ativo de eletrodo negativo, um aglutinante e um agente condutor. Tal camada que contém material ativo de eletrodo negativo pode conter uma porção de uma solução de eletrólito, por exemplo, um eletrólito não aquoso líquido e/ou um eletrólito não aquoso gel, em um grupo de eletrodos incorporado em uma bateria. A porção da solução de eletrólito pode estar contida em poros da camada que contém material ativo de eletrodo negativo, por exemplo. Nesse aspecto preferencial, a camada que contém material ativo de eletrodo negativo pode exibir uma condutividade de íon mais excelente. Como resultado, um desempenho de saída mais excelente e uma vida de ciclo mais
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37/102 excelente podem ser obtidos.
[096] O eletrodo negativo pode ser produzido pelo método a seguir, por exemplo. Primeiro, a material ativo de eletrodo negativo, um agente condutor e um aglutinante são suspensos em um solvente para preparar uma pasta fluida. Essa pasta fluida é revestida em uma superfície ou ambas as superfícies do coletor de corrente de eletrodo negativo. Então, a pasta fluida revestida é secada para obter uma pilha da camada que contém material ativo de eletrodo negativo e do coletor de corrente de eletrodo negativo. Depois disso, essa pilha é pressionada. Dessa forma, um eletrodo negativo pode ser produzido. Alternativamente, o eletrodo negativo pode ser produzido pelo método a seguir. Primeiro, um material ativo de eletrodo negativo, um agente condutor e um aglutinante são misturados para obter uma mistura. Então, a mistura é formada em grânulos. Então, dispondo-se esses grânulos no coletor de corrente de eletrodo negativo, um eletrodo negativo pode ser obtido.
3) ELETRODO QUE TEM ESTRUTURA BIPOLAR [097] Como o coletor de corrente que pode ser incluído no eletrodo que tem a estrutura bipolar, por exemplo, uma lâmina metálica de metal tal como uma lâmina metálica de alumínio ou uma lâmina metálica de liga de alumínio pode ser usada. A espessura de uma lâmina metálica de alumínio ou uma lâmina metálica de liga de alumínio é, preferencialmente, de 20 pm ou menor, e, mais preferencialmente, 15 pm ou menor. Assim, uma economia de peso pode ser obtida enquanto se mantém a resistibilidade do eletrodo. A pureza da lâmina
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38/102 metálica de alumínio é de 99% por massa ou maior. Como uma liga de alumínio, uma liga que contém um elemento tal como Mg, Zn e Si é preferível. Por outro lado, se um metal de transição tal como Fe, Cu, Ni e Cr está contido na liga de alumínio, o conteúdo do mesmo é, preferencialmente, de 1% por massa ou menor.
[098] Como os materiais que podem ser incluídos na camada que contém material ativo de eletrodo positivo e os materiais que podem ser incluídos na camada que contém material ativo de eletrodo negativo, os materiais descritos acima podem ser usados.
4) CAMADA DE ELETRÓLITO SÓLIDO [099] Como descrito acima, a camada de eletrólito sólido inclui partículas de eletrólito sólido.
[100] Como as partículas de eletrólito sólido, por exemplo, partículas de eletrólito sólido tal como partículas sólidas inorgânicas que têm condutividade de íon de Lu podem ser usadas. As partículas de eletrólito sólido podem incluir um tipo de partículas de eletrólito sólido ou uma combinação de dois ou mais tipos de partículas de eletrólito sólido. Por exemplo, as primeiras partículas de eletrólito sólido, as segundas partículas de eletrólito sólido e as terceiras partículas de eletrólito sólido podem ser do mesmo tipo de partículas. Alternativamente, o tipo das primeiras partículas de eletrólito sólido pode ser o mesmo que o tipo das segundas partículas de eletrólito sólido mas diferente do tipo das terceiras partículas de eletrólito sólido. Alternativamente, o tipo das primeiras partículas de
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39/102 eletrólito sólido pode ser o mesmo que o tipo das terceiras partículas de eletrólito sólido mas diferente do tipo das segundas partículas de eletrólito sólido. Alternativamente, o tipo das segundas partículas de eletrólito sólido pode ser o mesmo que o tipo das terceiras partículas de eletrólito sólido mas diferente do tipo das primeiras partículas de eletrólito sólido. Alternativamente, o tipo das primeiras partículas de eletrólito sólido pode ser diferente do tipo das segundas partículas de eletrólito sólido e o tipo das terceiras partículas de eletrólito sólido e o tipo das segundas partículas de eletrólito sólido pode ser diferente do tipo das terceiras partículas de eletrólito sólido. Ademais, cada uma dentre a primeira, a segunda e a terceira partículas de eletrólito sólido pode incluir um tipo de partículas de eletrólito sólido ou uma combinação de dois ou mais tipos de partículas de eletrólito sólido.
[101] Para partículas sólidas inorgânicas que têm condutividade de íon de Li, prefere-se o uso de partículas sólidas inorgânicas que tem uma estrutura do tipo granada por causa de sua alta condutividade de Li-íon, resistibilidade de resistência de redução e uma vantagem de janela eletroquímica ampla. Exemplos das partículas sólidas inorgânicas que têm uma estrutura do tipo granada incluem Li5+mAmLa3-mM42O12 (A é pelo menos um tipo selecionado a partir do grupo que consiste em Ca, Sr e Ba. A pode ser um selecionado a partir do grupo que consiste em Ca, Sr e Ba, ou pode incluir uma combinação de dois ou mais selecionados a partir do grupo que consiste em Ca, Sr e Ba. M4 é pelo
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40/102 menos um dentre Nb e Ta. M4 pode ser tanto Nb como Ta, ou M pode incluir ambos Nb e Ta. m satisfaz 0 < m < 1,5), LÍ3M52nL2O12 (M5 é pelo menos um dentre Ta e Nb. M5 pode ser tanto Ta como Nb, ou pode incluir ambos Ta e Nb. L é Zr. n satisfaz 0 < n < 0,5), Li7-3pAlpLa3Zr3O12 (0 < p < 0,3) e Li7La3Zr2O12.
[102] Entre os mesmos, visto que LÍ6.25Alü.25La3Zr3O12 e Li7La3Zr2O12 têm alta condutividade de Li-íon (condutividade de íon) e são eletroquimicamente estáveis, os mesmos são excelentes em desempenho de descarga e desempenho de vida de ciclo.
[103] Como descrito acima, o tamanho de partícula médio das terceiras partículas de eletrólito sólido na terceira porção da camada de eletrólito sólido é maior que o tamanho de partícula médio das primeiras partículas de eletrólito sólido na primeira porção, e maior que o tamanho de partícula médio das segundas partículas de eletrólito sólido na segunda porção.
[104] Por exemplo, no projeto de uma bateria secundária que usa partículas de eletrólito sólido e um eletrólito não aquoso líquido ou gel em combinação, considera-se preferível usar uma camada de eletrólito sólido na qual um eletrólito não aquoso líquido ou gel possa penetrar de modo suficiente. Em tal camada de eletrólito sólido, a fim de assegurar um vácuo capaz de reter, suficientemente, o eletrólito não aquoso, uma densidade acondicionada é projetada para ser baixa. Como um meio específico, concebe-se formar partículas de eletrólito sólido que têm tamanhos de partícula uniforme como uma camada de eletrólito sólido monolítica. Por outro
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41/102 lado, quando partículas que têm tamanhos de partícula diferentes são usadas, a densidade acondicionada na camada de eletrólito sólido aumenta.
[105] Contrário a essa modo de pensamento, no grupo de eletrodos, de acordo com a primeira modalidade, partículas de eletrólito sólido que têm tamanhos de partícula diferentes são usadas como descrito acima. Descobriu-se que as próprias partículas de eletrólito sólido podem exibir condutividade de íon excelente, de modo que mesmo quando o grupo de eletrodos, de acordo com a primeira modalidade, é usado em combinação com um eletrólito não aquoso líquido ou gel, o grupo de eletrodos pode alcançar desempenho de saída excelente. Deve-se observar que quando uma bateria secundária é fabricada com a utilização do grupo de eletrodos, de acordo com a primeira modalidade, um eletrólito não aquoso líquido ou gel não é necessariamente usado.
[106] A densidade média da camada de eletrólito sólido é, preferencialmente, a partir de 0,1 g/cm3 a 4,9 g/cm3, e, mais preferencialmente, a partir de 2 g/cm3 a 4,4 g/cm3. A densidade da primeira porção da camada de eletrólito sólido é, preferencialmente, a partir de 0,1 g/cm3 a 4,8 g/cm3, e, mais preferencialmente, a partir de 1,8 g/cm3 a 4,3 g/cm3. A densidade da segunda porção da camada de eletrólito sólido é, preferencialmente, a partir de 0,1 g/cm3 a 4,9 g/cm3, e, mais preferencialmente, a partir de 2 g/cm3 a 4,4 g/cm3. A densidade da terceira porção da camada de eletrólito sólido é, preferencialmente, a partir de 0,2 g/cm3 a 5 g/cm3, e, mais preferencialmente, a partir de 2,2 g/cm3 a 4,5 g/cm3.
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42/102 [107] A área de superfície específica das primeiras partículas de eletrólito sólido na primeira porção da camada de eletrólito sólido é, preferencialmente, a partir de 0,3 m2/g a 30 m2/g. A área de superfície específica das segundas partículas de eletrólito sólido na segunda porção da camada de eletrólito sólido é, preferencialmente, a partir de 0,3 m2/g a 30 m2/g. A área de superfície específica das terceiras partículas de eletrólito sólido na terceira porção da camada de eletrólito sólido é, preferencialmente, a partir de 0,1 m2/g a 20 m2/g.
[108] Adicionalmente, como descrito acima, a camada de eletrólito sólido pode incluir, adicionalmente, um aglutinante. Como exemplos de aglutinantes que podem ser usados, similar àqueles que podem ser usados na camada que contém material ativo de eletrodo positivo e na camada que contém material ativo de eletrodo negativo podem ser usados.
[109] A camada de eletrólito sólido podem incluir, adicionalmente, nanofibras de celulose e/ou fibras inorgânicas. Exemplos de fibra inorgânica podem incluir fibras de dióxido de titânio (TiO2) que têm estrutura de cristal do tipo rútilo, fibras de dióxido de silício (SiO2), fibras de óxido de estanho (SnO2) e fibras de óxido de alumínio (Al2O3).
5) OUTRO [110] Quando o grupo de eletrodos inclui uma aba de eletrodo negativo (ou um terminal de eletrodo positivo) que não é uma porção do coletor de corrente de eletrodo positivo, a fim de reduzir resistência de contato com o coletor de
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43/102 corrente de eletrodo positivo, a aba de eletrodo negativo ou o terminal de eletrodo positivo é, preferencialmente, formado de um material similar àquele do coletor de corrente de eletrodo positivo.
[111] Similarmente, quando o grupo de eletrodos inclui uma aba de eletrodo negativo (ou um terminal de eletrodo negativo) que não é uma porção do coletor de corrente de eletrodo negativo, a fim de reduzir resistência de contato com o coletor de corrente de eletrodo negativo, a aba de corrente de eletrodo negativo ou o terminal de eletrodo negativo é, preferencialmente, formado de um material similar àquele do coletor de corrente de eletrodo negativo.
[112] Adicionalmente, quando o grupo de eletrodos inclui um grupo de eletrodos que tem uma estrutura bipolar e uma aba de coletor de corrente conectados a um coletor de corrente, a fim de reduzir resistência de contato com o coletor de corrente, a aba de coletor de corrente é, preferencialmente, formada de um material similar àquele do coletor de corrente.
[113] Em seguida, o grupo de eletrodos de acordo com a primeira modalidade será descrito em maior detalhe com referência aos desenhos.
[114] Primeiro, um grupo de eletrodos de um primeiro exemplo, de acordo com a primeira modalidade, será descrito com referência às Figuras 1 a 3.
[115] A Figura 1 é uma vista em corte transversal esquemática do grupo de eletrodos do primeiro exemplo de
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acordo com a primeira modalidade . A Figura 2 é uma vista em
corte transversal ampliada de uma porção A do grupo de
eletrodos mostrado na Figura 1. A Figura 3 é uma vista em
corte transversal ampliada de uma porção B do grupo de
eletrodos mostrado na Figura 1.
[116] O grupo de eletrodos 1 mostrado nas Figuras 1 a 3
é um grupo de eletrodos enrolado achatado. Conforme mostrado nas Figuras 2 e 3, o grupo de eletrodo enrolado achatado 1 inclui um eletrodo negativo 3, uma camada de eletrólito sólido 4 e um eletrodo positivo 5.
[117] O eletrodo negativo 3 inclui um coletor de corrente de eletrodo negativo 3a e uma camada que contém material ativo de eletrodo negativo 3b. Em uma porção do eletrodo negativo 3 localizada na carcaça ultraperiférica do grupo de eletrodos enrolado 1, como mostrado na Figura 3, a camada que contém material ativo de eletrodo negativo 3b é formada apenas na superfície interna do coletor de corrente de eletrodo negativo 3a. Na outra porção do eletrodo negativo 3, as camadas que contêm material ativos de eletrodo negativo 3b são formadas em ambas as superfícies do coletor de corrente de eletrodo negativo 3a. Conforme mostrado na Figura 2, a camada que contém material ativo de eletrodo negativo 3b inclui partículas de material ativo de eletrodo negativo 3A. A camada que contém material ativo de eletrodo negativo 3b inclui, adicionalmente, um agente condutor e um aglutinante (não mostrado).
[118] O eletrodo positivo 5 inclui um coletor de corrente de eletrodo positivo 5a e uma camada que contém material
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45/102 ativo de eletrodo positivo 5b fornecida em ambas as superfícies do coletor de corrente de eletrodo positivo 5a. Conforme mostrado na Figura 2, a camada que contém material ativo de eletrodo positivo 5b inclui partículas de material ativo de eletrodo positivo 5A. A camada que contém material ativo de eletrodo positivo 5b, inclui, adicionalmente, um agente condutor e um aglutinante (não mostrado).
[119] Conforme mostrado na Figura 1, o terminal de eletrodo negativo 6 e o terminal de eletrodo positivo 7 são localizados perto de uma extremidade periférica externa do grupo de eletrodos enrolado 1. O terminal de eletrodo negativo 6 está conectado a uma porção do coletor de corrente de eletrodo negativo 3a do eletrodo negativo 3 localizado na carcaça ultraperiférica. Por outro lado, o terminal de eletrodo positivo 7 está conectado ao coletor de corrente de eletrodo positivo 5a do eletrodo positivo 5 localizado na carcaça ultraperiférica.
[120] Conforme mostrado nas Figuras 2 e 3, a camada de eletrólito sólido 4 é fornecida entre o eletrodo negativo 3 e o eletrodo positivo 5, mais especificamente, entre a camada que contém material ativo de eletrodo negativo 3b e a camada que contém material ativo de eletrodo positivo 5b.
[121] Conforme mostrado na Figura 2, a camada de eletrólito sólido 4 inclui partículas de eletrólito sólido 4A. Adicionalmente, a camada de eletrólito sólido 4 inclui, adicionalmente, um aglutinante (não mostrado).
[122] A camada de eletrólito sólido 4 inclui uma primeira porção 4 a 1 em contato com o eletrodo positivo, uma segunda
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46/102 porção 4 a 2 em contato com o eletrodo negativo, e uma terceira porção 4 a 3 fornecida entre a primeira porção 4 a 1 e a segunda porção 4 a 2.
[123] A primeira porção 4 a 1 inclui primeiras partículas de eletrólito sólido 4A a 1 em contato com uma porção das partículas de material ativo de eletrodo positivo 5A e um aglutinante (não mostrado). A segunda porção 4 a 2 inclui segundas partículas de eletrólito sólido 4A a 2 em contato com uma porção das partículas de material ativo de eletrodo negativo 3A e um aglutinante (não mostrado). A terceira porção 4 a 3 inclui terceiras partículas de eletrólito sólido 4A a 3 e um aglutinante (não mostrado).
[124] No grupo de eletrodos mostrado nas Figuras 1 a 3, o tamanho de partícula médio D3 (unidade: pm) das terceiras partículas de eletrólito sólido 4A a 3 na terceira porção 4 a 3 da camada de eletrólito sólido 4 é maior que o tamanho de partícula médio D1 (unidade: pm) das primeiras partículas de eletrólito sólido 4A a 1 na primeira porção 4 a 1. Adicionalmente, o tamanho de partícula médio D3 das terceiras partículas de eletrólito sólido 4A a 3 na terceira porção 4 a 3 da camada de eletrólito sólido 4 é maior que o tamanho de partícula médio D2 (unidade: pm) das segundas partículas de eletrólito sólido 4A a 2 na segunda porção 4 a 2.
[125] Adicionalmente, no grupo de eletrodos mostrado nas Figuras 1 a 3, o tamanho de partícula médio DC (unidade: pm) das partículas de material ativo de eletrodo positivo 5A é maior que o tamanho de partícula médio D1 (unidade: pm) das primeiras partículas de eletrólito sólido 4A a 1 na primeira
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47/102 porção 4 a 1 da camada de eletrólito sólido 4. O tamanho de partícula médio Da (unidade: pm) das partículas de material ativo de eletrodo negativo 3A é maior que o tamanho de partícula médio D2 (unidade: pm) das segundas partículas de eletrólito sólido 4A a 2 na segunda porção 4 a 2 da camada de eletrólito sólido 4.
[126] No grupo de eletrodos mostrado nas Figuras 1 a 3, a espessura T3 (unidade: pm) da terceira porção 4 a 3 da camada de eletrólito sólido 4 é maior que a espessura T1 (unidade: pm) da primeira porção 4 a 1. Adicionalmente, a espessura T3 da terceira porção 4 a 3 da camada de eletrólito sólido 4 é maior que a espessura T2 (unidade: pm) da segunda porção 4 a 2.
[127] Em seguida, um segundo exemplo do grupo de eletrodos, de acordo com a primeira modalidade, será descrito com referência à Figura 4.
[128] A Figura 4 é uma vista em corte transversal esquemática do grupo de eletrodos do segundo exemplo de acordo com a primeira modalidade.
[129] O grupo de eletrodos 1 mostrado na Figura 4 inclui um eletrodo negativo 81, um eletrodo positivo 85, múltiplos (por exemplo, três) eletrodos 82, 83 e 84, sendo que cada um tem uma estrutura bipolar, e quatro camadas de eletrólito sólido 4, sendo que cada um está fornecido entre os eletrodos.
[130] Conforme mostrado na Figura 4, o eletrodo negativo 81 inclui um coletor de corrente do tipo correia 8a e uma
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48/102 camada que contém material ativo de eletrodo negativo 3b fornecida em uma superfície do coletor de corrente 8a.
[131] Conforme mostrado na Figura 4, cada um dos três eletrodos 82, 83 e 84 tem um coletor de corrente do tipo correia 8a, uma camada que contém material ativo de eletrodo negativo 3b formada em uma superfície do coletor de corrente 8a, e uma camada que contém material ativo de eletrodo positivo 5b fornecida na outra superfície do coletor de corrente 8a.
[132] Conforme mostrado na Figura 4, o eletrodo positivo 85 inclui um coletor de corrente do tipo correia 8a e uma camada que contém material ativo de eletrodo positivo 5b formada em uma superfície do coletor de corrente 8a.
[133] Os três eletrodos 82, 83 e 84 estão empilhados como mostrado na Figura 4. Especificamente, a camada que contém material ativo de eletrodo negativo 3b do eletrodo 82 está voltada para a camada que contém material ativo de eletrodo positivo 5b do eletrodo 83 por meio da camada de eletrólito sólido 4. A camada que contém material ativo de eletrodo negativo 3b do eletrodo 83 está voltada para a camada que contém material ativo de eletrodo positivo 5b do eletrodo 84 por meio da camada de eletrólito sólido 4.
[134] Conforme mostrado na Figura 4, o eletrodo negativo 81 é colocado no eletrodo 82 de tal modo que a camada que contém material ativo de eletrodo negativo 3b do eletrodo 81 esteja voltada para a camada que contém material ativo de eletrodo positivo 5b do eletrodo 82 por meio da camada de eletrólito sólido 4.
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49/102 [135] Conforme mostrado na Figura 4, o eletrodo 85 está disposto sob o eletrodo 84 de tal modo que a camada que contém material ativo de eletrodo positivo 5b do eletrodo 85 esteja voltada para a camada que contém material ativo de eletrodo negativo 3b do eletrodo 84 por meio da camada de eletrólito sólido 4.
[136] As quatro camadas de eletrólito sólido 4 mostradas na Figura 4 têm estruturas similares à estrutura mostrada na Figura 2.
[MÉTODO DE FABRICAÇÃO] [137] O grupo de eletrodos, de acordo com a primeira modalidade, pode ser fabricado pelo método a seguir, por exemplo.
(PRIMEIRO EXEMPLO) [138] Primeiro, um eletrodo positivo e um eletrodo negativo são produzidos.
[139] Enquanto isso, as primeiras partículas de eletrólito sólido, as segundas partículas de eletrólito sólido, as terceiras partículas de eletrólito sólido e um aglutinante para uma camada de eletrólito sólido são fornecidos, respectivamente. Aqui, as terceiras partículas de eletrólito sólido que têm tamanho de partícula médio maior que o tamanho de partícula médio das primeiras partículas de eletrólito sólido e maior que o tamanho de partícula médio das segundas partículas de eletrólito sólido são fornecidas.
[140] Subsequentemente, as primeiras partículas de eletrólito sólido e o aglutinante são colocados em um
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50/102 solvente apropriado, tal como NMP ou água, e agitados para obter um primeiro material de revestimento. Similarmente, as segundas partículas de eletrólito sólido e o aglutinante são colocados em um solvente apropriado e agitados para obter um segundo material de revestimento. Similarmente, as terceiras partículas de eletrólito sólido e o aglutinante são colocados em um solvente apropriado e agitados para obter um terceiro material de revestimento. Aqui, a quantidade do aglutinante (a massas do aglutinante em relação à massa das partículas de eletrólito sólido) contida no terceiro material de revestimento pode ser feita menor que a quantidade do aglutinante contido no primeiro material de revestimento. Além disso, a quantidade do aglutinante contida no terceiro material de revestimento pode ser feita menor que a quantidade do aglutinante contido no segundo material de revestimento.
[141] Por outro lado, uma fornalha é fornecida. A fornalha a ser fornecida inclui primeiro e segundo transportadores que têm a capacidade de transportar os eletrodos na mesma direção ao longo da direção de gravidade. Os transportadores podem transportar os eletrodos, por exemplo, a partir do solo ao teto de um local de trabalho. A direção de transportação pode ser uma direção a partir do teto ao solo. A fornalha inclui, adicionalmente, uma zona de secagem que tem a capacidade de aplicar calor em sequência a um objeto a ser processado, que é carregado pelo transportador. Adicionalmente, a fornalha tem três cabeças de molde que incluem primeira a terceira cabeças de molde a
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51/102 montante da zona de secagem na direção de transportação do objeto a ser processado. A primeira cabeça de molde está em comunicação fluídica com um primeiro recipiente. A segunda cabeça de molde está em comunicação fluídica com um segundo recipiente. A terceira cabeça de molde está em comunicação fluídica com um terceiro recipiente. A primeira cabeça de molde é orientada para ejetar um primeiro fluido no primeiro recipiente no objeto a ser processado no primeiro transportador. A segunda cabeça de molde é orientada para ejetar um segundo fluido no segundo recipiente no primeiro fluido ejetado no objeto a ser processo. A terceira cabeça de molde é orientada para ejetar um terceiro fluido no terceiro recipiente no segundo fluido ejetado no primeiro fluido.
[142] Então, o primeiro material de revestimento é colocado no primeiro recipiente, o terceiro material de revestimento é colocado no segundo recipiente e o segundo material de revestimento é colocado no terceiro recipiente.
[143] Então, o eletrodo positivo é instalado no primeiro transportador e o eletrodo negativo é instalado no segundo transportador.
[144] Então, enquanto o primeiro transportador transporta o eletrodo positivo, o primeiro material de revestimento, o terceiro material de revestimento e o segundo material de revestimento são ejetados em sequência no eletrodo positivo com a utilização das três cabeças de molde. Nessa fornalha, visto que a direção de transportação está ao longo da direção de gravidade, mesmo se o terceiro material
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52/102 de revestimento que contém as terceiras partículas de eletrólito sólido que têm um tamanho de partícula médio grande for ejetado no primeiro material de revestimento, o primeiro material de revestimento e o terceiro material de revestimento podem ser prevenidos de se misturar um ao outro.
[145] O eletrodo negativo no segundo transportador é, então, colocado em contato com o segundo material de revestimento. Dessa forma, um compósito pode ser obtido.
[146] O compósito é aquecido na zona de secagem para volatizar o solvente contido em cada material de revestimento. Dessa forma, uma unidade mínima do grupo de eletrodos, de acordo com a primeira modalidade, pode ser obtida. Um tempo de secagem pode ser ajustado pelo, por exemplo, comprimento da zona de secagem.
(SEGUNDO EXEMPLO) [147] Nesse exemplo, o eletrodo positivo, o eletrodo negativo, o primeiro material de revestimento, o segundo material de revestimento e o terceiro material de revestimento são fornecidos pelo mesmo procedimento como o primeiro exemplo.
[148] Por outro lado, uma fornalha fornecida nesse exemplo inclui os dois primeiro e o segundo transportadores, mas as direções de transportação dos transportadores não são particularmente limitadas. A fornalha fornecida nesse exemplo inclui uma primeira cabeça de molde, uma primeira zona de secagem, uma segunda cabeça de molde, uma segunda zona de secagem, uma terceira cabeça de molde, uma terceira
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53/102 zona de secagem e uma quarta zona de secagem em sequência a partir de a montante à jusante na direção de transportação do transportador.
[149] A primeira à terceira cabeças de molde são orientados para ejetar o primeiro material de revestimento, o terceiro material de revestimento e o segundo material de revestimento em um objeto a ser processado no transportador, respectivamente.
[150] O eletrodo positivo é instalado no primeiro transportador dessa fornalha, e o eletrodo negativo é instalado no segundo transportador. Então, enquanto o eletrodo positivo é transportado pelo primeiro transportador, o primeiro material de revestimento é ejetado no eletrodo positivo pela primeira cabeça de molde. Depois disso, passando-se o eletrodo positivo através da primeira zona de secagem, uma porção do solvente contido no primeiro material de revestimento é volatizado, e uma primeira porção da camada de eletrólito sólido é formada em um estado meio seco. Então, o terceiro material de revestimento é ejetado na primeira porção da camada de eletrólito sólido pela segunda cabeça de molde. Depois disso, passando-se o eletrodo positivo através da segunda zona de secagem, uma porção do solvente contido no terceiro material de revestimento é volatizado, e uma terceira porção da camada de eletrólito sólido é formada em um estado meio seco. Então, o segundo material de revestimento é ejetado na terceira porção da camada de eletrólito sólido pela terceira cabeça de molde. Depois disso, passando-se o eletrodo positivo através da
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54/102 terceira zona de secagem, uma porção do solvente contido no segundo material de revestimento é volatizado, e uma segunda porção da camada de eletrólito sólido é formada em um estado meio seco. Então, o eletrodo negativo no segundo transportador é colocado em contato com a segunda porção da camada de eletrólito sólido. Dessa forma, um compósito é obtido. Esse compósito é passado através da quarta zona de secagem para volatizar o solvente restante na primeira porção à terceira porção da camada de eletrólito sólido (secagem principal). Dessa forma, uma unidade mínima do grupo de eletrodos, de acordo com a primeira modalidade, pode ser obtida.
[151] Deve-se observar que, nos exemplos acima, não o eletrodo positivo mas o eletrodo negativo pode ser instalado no primeiro transportador. No entanto, nesse caso, o segundo material de revestimento é ejetado no eletrodo negativo. Um grupo de eletrodos que inclui camadas de eletrólito sólido pode ser obtido repetindo-se, por exemplo, métodos dos exemplos acima.
<MÉTODO DE MEDIÇÃO>
(TAMANHO DE PARTÍCULA MÉDIO E ESPESSURA DE CAMADA) [152] O tamanho de partícula médio de partículas incluídas em uma bateria secundária pode ser medido pelo procedimento a seguir.
[153] Primeiro, uma bateria que inclui um grupo de eletrodos a ser medido é fornecida.
[154] Então, a bateria fornecida é submetida à
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55/102 carregamento ou descarregamento com a utilização de um dispositivo de carregamento-e-descarregamento, e ajustada para aproximadamente 30% a 80% de SOC, preferencialmente, 40% a 60% de SOC. A bateria, dessa forma, descarregada é desmontada em um porta-luvas preenchido com, por exemplo, árgon. Então, enquanto se presta atenção de tal modo que o eletrodo positivo e o eletrodo negativo não sejam energizados, o grupo de eletrodos é retirado.
[155] Então, o grupo de eletrodos retirado é minuciosamente lavado com carbonato de dietila (abreviado como DEC). Então, o grupo de eletrodos lavado é transferido em um recipiente evacuante. A pressão dentro desse recipiente é reduzida a menos 100 kPa, e essa condição é mantida por 1 hora. Então, a quantidade de pressão no recipiente é retornada à pressão atmosférica em uma atmosfera de árgon. Quando uma solução de eletrólito não aquoso está contida no grupo de eletrodos, a solução de eletrólito não aquoso pode ser removida por essa operação. Esse processo pode ser omitido se a solução de eletrólito não aquoso não for contida na bateria a ser medida.
[156] Então, o grupo de eletrodos lavado é cortado na direção de empilhamento dos eletrodos. No corte, um feixe de íon focado (FIB) é usado. Consequentemente, uma superfície de corte pode ser obtida sem destruir a estrutura de tecido. Mediante corte, quando um formato plano do grupo de eletrodos retirado é um formato quadrilateral (ou outro formato poligonal), corte é desempenhado de tal modo que um corte transversal paralelo à linha diagonal da superfície do grupo
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56/102 de eletrodos e a direção em que os eletrodos são empilhados seja obtido. Alternativamente, quando o formato plano do grupo de eletrodos retirados é circular (ou substancialmente em formato circular que inclui formato elíptico), corte é desempenhado de tal modo que um corte transversal paralelo à linha de diâmetro do círculo do grupo de eletrodos e a direção em que os eletrodos são empilhados seja obtido.
[157] A superfície de corte, dessa forma, obtida é observada até ambas extremidades com a utilização de um microscópio de elétron de varredura (SEM). Em uma imagem de SEM obtida por essa observação, medições são feitas em cada partícula incluída no eletrodo positivo, no eletrodo negativo e em cada porção da camada de eletrólito sólido. Mediante medição, pelo menos 100 partículas são medidas. Um valor médio de resultados de medição em 100 pontos é tomado como o tamanho de partícula médio.
[158] Aqui, o tamanho de partícula pode ser determinado como a seguir. Primeiro, um círculo circunscrito mínimo é desenhado para as partículas a serem medidas selecionadas na imagem de SEM obtida como descrita acima. O diâmetro do círculo circunscrito mínimo é definido como o tamanho de partícula.
[159] A espessura de cada camada incluída em uma imagem de SEM em corte transversal é medida em dez pontos, e o valor médio é tomado, em que a espessura de cada camada possa ser calculada.
(MÉTODO DE MEDIÇÃO DE DENSIDADE)
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57/102 [160] Primeiro, uma periferia do grupo de eletrodos tomada a partir da bateria secundária como descrita cima é endurecida com um material acondicionado de resina tal como epóxi para não penetrar no grupo de eletrodos. Então, o grupo de eletrodos é cortado com a utilização de, por exemplo, um dicer, e uma porção a ser medida na camada de eletrólito sólido é exposta polindo-se a superfície. Uma porção da porção exposta é descascada do grupo de eletrodos, e o peso e o volume são medidos. A partir dos resultados de medição, a densidade pode ser calculada. Alternativamente, o peso e o volume do eletrodo inteiro são medidos em um estado em que a porção a ser medida é exposta, de acordo ao método acima, e, então, a porção-alvo da camada de eletrólito sólido é, adicionalmente, polida e raspada polindo-se a superfície. O peso e o volume do eletrodo inteiro após raspagem são medidos, e o peso e o volume da porção-alvo da camada de eletrólito sólido podem ser calculados das diferenças entre os mesmos.
(MÉTODO DE MEDIÇÃO DE DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULA E MÉTODO DE ANÁLISE DE COMPOSIÇÃO) [161] Uma distribuição de tamanho de partícula das partículas de eletrólito sólido pode ser medida pelo procedimento a seguir.
[162] A partir do grupo de eletrodos retirados da bateria e lavados como descrito acima, apenas a camada de eletrólito sólido é raspada pelo método SAICAS (Sistema de Análise de Corte Interfacial e de Superfície). Dessa forma, a camada de eletrólito sólido pode ser separada do grupo de eletrodos.
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58/102 [163] Então, acamada de eletrólito sólido é lavada com um solvente apropriado e secada sob pressão reduzida a 60 °C por 12 horas. Como o solvente de lavagem, por exemplo, Nmetil-2-pirrolidona, água pura, carbonato de metiletila ou semelhantes podem ser usados. Mediante lavagem, uma agregação solta é soltada com um lavador ultrassônico. Dessa forma, uma mistura de partículas de eletrólito sólido é obtida.
[164] A mistura das partículas de eletrólito sólido obtida como descrito acima é dispersada em água pura e submetida à separação centrífuga. Cada porção centrifugada é coletada com a utilização de um aparelho de liofilização. Dessa forma, as partículas de eletrólito sólido que têm composições diferentes e/ou tamanhos de partícula diferentes podem ser separadas da mistura. *** *** * *** Várias características de partículas incluídas na camada de eletrólito sólido podem ser investigadas submetendo-se cada uma das partículas separadas à medição de difração de raiosX de pó, medição de distribuição de tamanho de partícula, medição de área de superfície específica, de acordo a um método de BET, e medição de condutividade de íon. Certamente, cada partícula também pode ser submetida à análise diferente desses métodos. Na medição de distribuição de tamanho de partícula, um método de dispersão de difração a laser é usado. Como o aparelho de medição de distribuição de tamanho de partícula, por exemplo, MT-3300 EXII fabricado por MicrotracBEL Corp. pode ser usado.
[165] Informações nas partículas de eletrólito sólido
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59/102 incluídas em cada porção da camada de eletrólito sólido podem ser obtidas comparando-se esses resultados com o tamanho de partícula médio obtido a partir de uma imagem de SEM em corte transversal.
[MEDIÇÃO DE DIFRAÇÃO DE RAIOS-X DE PÓ] [166] Uma estrutura de cristal de cada partícula pode ser investigada submetendo-se cada partícula separada da camada de eletrólito sólido como descrito acima a um método de difração de raios-X com a utilização de uma fonte de radiação Cu-Ka.
[167] Primeiro, as partículas como amostras-alvo são estabelecidas para preparar uma amostra que tem um tamanho de partícula médio de cerca de 5 pm. O tamanho de partícula médio pode ser obtido por um método de difração a laser. A amostra obtida é preenchida em uma porção retentora formada em uma chapa de amostra de vidro e que tem uma profundidade de 0,2 mm. Ao mesmo tempo, atenção é dada de tal modo que a amostra seja suficientemente preenchida na porção retentora.
[168] Então, outra chapa de vidro é pressionada contra a amostra preenchida a partir da parte de fora, e uma superfície da amostra preenchida é suavizada. Cuidado é tomado para preencher uma quantidade apropriada da amostra para não causar fissuras, vácuos, irregularidades ou semelhantes na amostra preenchida. Além disso, toma-se cuidado ao pressionar a chapa de vidro com pressão suficiente.
[169] Então, a chapa de vidro preenchida com a amostra
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60/102 é carregada em um aparelho de difração de raios-X de pó. Nesse aparelho, a amostra é submetida a medição, de acordo com um método de difração de raios-X, com a utilização de um método de feixe paralelo de uma fonte de radiação Cu-Κα para obter um padrão de difração de raios-X de pó. Na medição, um filtro Κβ ou um monocromador é usado. Condições de medição são como a seguir: velocidade de varredura é de 5 deg/min; largura de etapa é de 0,2 deg; tensão de tubo é de 40 kV; e corrente de tubo é de 300 mA.
[DIFRAÇÃO DE RAIOS-X DE PÓ DE PARTÍCULAS DE MATERIAL ATIVO] [170] O padrão de difração de raios-X de pó de cada uma dentre as partículas de material ativo de eletrodo positivo e as partículas de material ativo de eletrodo negativo incluídas em um grupo de eletrodos pode ser obtido de acordo com o procedimento a seguir.
[171] A partir do grupo de eletrodos que foi lavado como descrito acima, o eletrodo que inclui as partículas de material ativo a serem medidas é retirado. O eletrodo retirado é lavado com a utilização de solvente apropriado, e, então, é submetido à secagem sob pressão reduzida. Por exemplo, carbonato de metiletila pode ser usado. Após lavagem e secagem, verifica-se se existe ou não precipitados brancos, tal como um sal de lítio, na superfície.
[172] Em seguida, o eletrodo lavado é cortado em um tamanho que tem a mesma área como aquela de um retentor no aparelho de difração de raios-X de pó, para uso como uma amostra de medição. A amostra de medição obtida é diretamente fixada ao retentor de vidro, e medida. Nesse caso, a posição
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61/102 do pico derivado a partir do substrato de eletrodo tal como uma lâmina metálica de metal é previamente medida. Os picos de outros componentes tal como um agente condutor e um aglutinante também são previamente medidos. Quando os picos do substrato e material ativo se sobrepõe uns aos outros, é desejável que a camada que inclui o material ativo seja separada do substrato, e submetida à medição. Isso é um processo para separação dos picos de sobreposição quando a intensidade de pico for, quantitativamente, medida. Por exemplo, a camada de material ativo pode ser separada irradiando-se o substrato de eletrodo com uma onda ultrassônica em um solvente. A camada de material ativo é inserida o capilar, montado na mesa de amostra rotatória, e medida. Como resultado desse processo, o padrão de XRD do material ativo pode ser obtido com a influência da orientação reduzida.
[ANÁLISE DE COMPOSIÇÃO DE PARTÍCULAS DE MATERIAL ATIVO] [173] Composição de cada uma dentre as partículas de material ativo de eletrodo positivo e as partículas de material ativo de eletrodo negativo incluídas em um grupo de eletrodos pode ser obtida de acordo com o procedimento a seguir.
[174] A composição do material ativo pode ser obtida com a utilização de espectroscopia de emissão de Plasma Indutivamente Acoplado (ICP), por exemplo. Nesse momento, as razões de abundância de elementos dependem da sensitividade de um dispositivo de análise a ser usado. Portanto, quando a composição do material ativo é analisada, por exemplo, com
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62/102 a utilização de espectroscopia de emissão de ICP, os valores numéricos podem desviar devido a erros do dispositivo de medição a partir das razões de elemento previamente descrito.
[175] A fim de medir a composição do material ativo para uma bateria incluída na bateria de acordo com a espectroscopia de emissão de ICP, o procedimento a seguir é especificamente realizado. Primeiro, de acordo com o procedimento previamente descrito, um eletrodo que inclui um material ativo a ser medido é retirado de uma bateria, e lavado. O eletrodo lavado é colocado em um solvente adequado, e irradiado com uma onda ultrassônica. Por exemplo, um eletrodo é colocado dentro do carbonato de metiletila em um béquer de vidro e uma máquina de lavar ultrassônica, e, desse modo, uma camada que inclui um material ativo de eletrodo pode ser separada de um coletor de corrente. Em seguida, a camada de eletrodo separada é secada sob pressão reduzida. A camada obtida é estabelecida em uma argamassa ou semelhante para obter um pó que contém o material ativo, agente condutor e aglutinante alvos ou semelhantes. Dissolvendo-se o pó em um ácido, uma amostra líquida que contém o material ativo pode ser preparada. Nesse momento, ácido clorídrico, ácido nítrico, ácido sulfúrico e fluoreto de hidrogênio ou semelhantes podem ser usados como o ácido. A composição do material ativo pode ser descoberta submetendo-se a amostra líquida à análise espectroscópica de emissão de ICP.
[176] De acordo com a primeira modalidade, um grupo de eletrodos é fornecido. O grupo de eletrodos inclui um eletrodo positivo, um eletrodo negativo e uma camada de
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63/102 eletrólito sólido. A camada de eletrólito sólido é fornecida entre o eletrodo positivo e o eletrodo negativo. A camada de eletrólito sólido inclui uma primeira porção que inclui primeiras partículas de eletrólito sólido em contato com o eletrodo positivo, uma segunda porção que inclui segundas partículas de eletrólito sólido em contato com o eletrodo negativo, e uma terceira porção fornecida entre a primeira e a segunda porções e que inclui terceiras partículas de eletrólito sólido. O tamanho de partícula médio das terceiras partículas de eletrólito sólido é maior que o tamanho de partícula médio das primeiras partículas de eletrólito sólido, e maior que o tamanho de partícula médio das segundas partículas de eletrólito sólido. Dessa forma, no grupo de eletrodos de acordo com a primeira modalidade, o número de contatos entre o eletrodo positivo e o eletrólito sólido e o número de contatos entre o eletrodo negativo e o eletrólito sólido são aumentado, de modo que seja possível promover a entrega de íons de lítio entre cada um dentre o eletrodo positivo e o eletrodo negativo e a camada de eletrólito sólido. Por outro lado, visto que o tamanho de partícula médio das partículas de eletrólito sólido na terceira porção que é a porção intermediária é grande, a interface entre as partículas nessa porção pode ser reduzida. Como os resultados, o grupo de eletrodos, de acordo com a primeira modalidade, pode obter uma bateria secundária que tem a capacidade de exibir um desempenho de saída excelente.
(SEGUNDA MODALIDADE) [177] De acordo com a segunda modalidade, a bateria
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64/102 secundária é fornecida. A bateria secundária inclui o grupo de eletrodos de acordo com a primeira modalidade.
[178] A bateria secundária, de acordo com a segunda modalidade, pode incluir, adicionalmente, um eletrólito diferente das partículas de eletrólito sólido. A bateria secundária, de acordo com a segunda modalidade, pode incluir, adicionalmente, por exemplo, um eletrólito não aquoso líquido e/ou um eletrólito não aquoso gel. Isso significa que, a bateria secundária, de acordo com a segunda modalidade, pode ser uma bateria de eletrólito não aquoso. Alternativamente, a bateria secundária, de acordo com a segunda modalidade, pode incluir, adicionalmente, por exemplo, um eletrólito em uma solução não aquosa. O eletrólito diferente das partículas de eletrólito sólido pode estar contido, por exemplo, no grupo de eletrodos.
[179] A bateria secundária, de acordo com a segunda modalidade, pode incluir, adicionalmente, um membro de recipiente que aloja o grupo de eletrodos e o eletrólito adicional opcional.
[180] A bateria secundária, de acordo com a segunda modalidade, pode incluir, ademais, um terminal de eletrodo negativo eletricamente conectado ao eletrodo negativo e um terminal de eletrodo positivo eletricamente conectado ao eletrodo positivo.
[181] Doravante, o eletrólito não aquoso líquido, o eletrólito não aquoso gel, o membro de recipiente, o terminal de eletrodo negativo e o terminal de eletrodo positivo serão descritos em maior detalhe.
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A) ELETRÓLITO NÃO AQUOSO LÍQUIDO [182] Um eletrólito não aquoso líquido pode ser preparado dissolvendo-se um eletrólito em um solvente orgânico. A concentração do eletrólito é, preferencialmente, a partir de 0,5 a 2,5 mol/L.
[183] Exemplos do eletrólito incluem sais de lítio tais como um perclorato de lítio (LiClO4), um hexafluorofosfato de lítio (LiPF6), tetrafluoroborato de lítio (LiBF4), hexafluoroarsenato de lítio (LiAsF6), trifluorometanosulfonato de lítio (LiCF3SO3) e bistrifluorometilsulfonilimida de lítio (LiN(CF3SO2)2), e misturas dos mesmos. O eletrólito é, preferencialmente, um que é difícil de ser oxidado mesmo em um alto potencial elétrico, e mais preferencialmente, LiPF6.
[184] Exemplos do solvente orgânico incluem carbonatos cíclicos tais como carbonato de propileno (PC), carbonato de etileno (EC) e carbonato de vilineno; carbonatos lineares tais como carbonato de dietila (DEC), carbonato de dimetila (DMC) e carbonato de metiletila (MEC); éteres cíclicos tais como tetraidrofurano (THF), 2-metiltetraidrofurano (2-MeTHF) e dioxolano (DOX); éteres lineares tais como dimetoxietano (DME) e dietoxietano (DEE); γ-butirolactona (GBL), acetonitrila (AN) e sulfolano (SL). Um dentre esses solventes orgânicos pode ser usado sozinho, ou dois ou mais desses solventes podem ser usados como um solvente misturado.
[185] Alternativamente, como um eletrólito não aquoso líquido, podem ser usado um sal derretido em temperatura comum (fusões iônicas). O sal derretido em temperatura comum
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66/102 (fusão iônica) significa os compostos que podem existir em um estado líquido em temperatura comum (15 a 25 °C), entre sais orgânicos constituídos de combinações de cátions e ânions orgânicos. O sal derretido em temperatura comum inclui um sal derretido em temperatura comum que existe sozinho como um líquido, um sal derretido em temperatura comum que se torna um líquido após ser misturado com um eletrólito, um sal derretido em temperatura comum que se torna um líquido após ser dissolvido em um solvente orgânico, e misturas dos mesmos. Em geral, o ponto de derretimento do um sal derretido em temperatura comum em baterias de eletrólito não aquoso é de 25 °C ou menor. Os cátions orgânicos têm, geralmente, um esqueleto de amônio quaternário.
[186] A massa do eletrólito não aquoso líquido incluído na bateria de eletrólito não aquoso é, preferencialmente, a partir de 0,1% por massa a 20% por massa e, mais preferencialmente, a partir de 1% por massa a 10% por massa em relação à massa das partículas de eletrólito sólido incluídas no grupo de eletrodos, de acordo com a primeira modalidade, isso significa, o total de massa das primeiras, segundas e terceiras partículas de eletrólito sólido. A bateria de eletrólito não aquoso que inclui o eletrólito não aquoso líquido em uma quantidade dentro da faixa preferível acima pode alcançar um equilíbrio excelente entre um desempenho de saída, uma vida de ciclo e uma densidade de energia.
B) ELETRÓLITO NÃO AQUOSO GEL [187] Um eletrólito não aquoso gel pode ser preparado
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67/102 misturando-se um eletrólito não aquoso líquido e um material de polímero para obter um compósito. Exemplos de materiais de polímero incluem fluoreto de polivinilideno (PVdF), poliacrilonitrila (PAN), óxido de polietileno (PEO) e misturas dos mesmos.
[188] A massa do eletrólito não aquoso gel contido na bateria de eletrólito não aquoso é, preferencialmente, a partir de 0,2% por massa a 30% por massa e, mais preferencialmente, a partir de 1% por massa a 20% por massa em relação à massa das partículas de eletrólito sólido incluídas no grupo de eletrodos, de acordo com a primeira modalidade, isso significa, o total de massa das primeiras, segundas e terceiras partículas de eletrólito sólido. A bateria secundária inclui o eletrólito não aquoso gel em uma quantidade dentro da faixa preferível acima pode alcançar um equilíbrio excelente entre um desempenho de saída, uma vida de ciclo e uma densidade de energia.
C) MEMBRO DE RECIPIENTE [189] Como o membro de recipiente, um recipiente formado de uma película laminada ou um recipiente metálico pode ser usado, por exemplo.
[190] A espessura da película laminada é, por exemplo, de 0,5 mm ou menor, preferencialmente, 0,2 mm ou menor.
[191] A película laminada é uma película de múltiplas camadas que inclui camadas de resina e uma camada de metal prensou as camadas de resina. A camada de resina pode incluir, por exemplo, um polímero tal como polipropileno
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68/102 (PP), polietileno (PE), náilon e politereftalato de etileno (PET). A camada de metal é, preferencialmente, uma lâmina metálica de alumínio ou uma lâmina metálica de liga de alumínio para redução de peso. A película laminada pode ser formada no formato do membro de recipiente através de vedação por ligação de fusão térmica.
[192] A espessura de parede do recipiente metálico é, por exemplo, de 1mm ou menor, mais preferencialmente, 0,5 mm ou menor e, ainda preferencialmente, 0,2 mm ou menor.
[193] O recipiente metálico é formado de, por exemplo, um alumínio ou uma liga de alumínio. A liga de alumínio contém, preferencialmente, um elemento tal como magnésio, zinco e silício. O conteúdo de metais de transição tais como ferro, cobre, níquel e cromo na liga de alumínio é, preferencialmente, de 100 ppm ou menor.
[194] O formato do membro de recipiente não é particularmente limitado. O formato do membro de recipiente pode ser formato achatado (formato fino), formato prismático, formato cilíndrico, formato de moeda ou formato de botão. O formato e tamanho do membro de recipiente pode ser apropriadamente projetado de acordo com a dimensão de bateria. Por exemplo, o membro de recipiente pode ter um tamanho para uma bateria compacta montada nos dispositivos eletrônicos móveis e semelhantes, e uma bateria grande montada em automóveis de duas ou quatro rodas e veículos ferroviários e semelhantes.
D) Terminal Eletrodo Negativo
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69/102 [195] O terminal de eletrodo negativo pode ser formado de um material condutor que é eletronicamente estável em um potencial Li-inserção-e-extração do material ativo de eletrodo negativo, e tem uma condutividade elétrica. Mais especificamente, o terminal de eletrodo negativo é formado, preferencialmente, a partir de um cobre, níquel, aço inoxidável ou um alumínio ou uma liga de alumínio que contém um elemento tal como Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu e Si. Como material do terminal de eletrodo negativo, um alumínio ou uma liga de alumínio é, preferencialmente, usada. Para reduzir resistência de contato com o coletor de corrente de eletrodo negativo, o terminal de eletrodo negativo é formado, preferencialmente, a partir de um material similar àquele do coletor de corrente de eletrodo negativo.
E) TERMINAL DE ELETRODO POSITIVO [196] O terminal de eletrodo positivo pode ser formado de um material condutor que é eletricamente estável em um potencial dentro da faixa a partir de 3,0 V (versus Li/Li + ) a 4,5 V (versus Li/Li+) em relação ao potencial de redox de lítio. Um material do terminal de eletrodo positivo é, preferencialmente, alumínio ou uma liga de alumínio que contém pelo menos um elemento selecionado a partir do grupo que consiste em Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu e Si. A fim de reduzir resistência de contato com o coletor de corrente de eletrodo positivo, o terminal positivo é, preferencialmente, formado de um material similar àquele do coletor de corrente de eletrodo positivo.
[197] Em seguida, exemplos específicos de uma bateria
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70/102 secundária, de acordo com a segunda modalidade, serão descritos com referência aos desenhos.
[198] A Figura 5 é uma vista em corte transversal esquemática de uma bateria secundária de um primeiro exemplo de acordo com a segunda modalidade.
[199] A bateria secundária 100 mostrada na Figura 5 inclui um membro de recipiente em formato de saco 2, um grupo de eletrodos 1 e um eletrólito não aquoso líquido (não mostrado). Isso significa que, a bateria secundária 100 mostrada na Figura 5 é uma bateria de eletrólito não aquoso. O grupo de eletrodos 1 e o eletrólito não aquoso líquido (não mostrado) são acomodados no membro de recipiente 2. O eletrólito não aquoso líquido (não mostrado) está contido no grupo de eletrodos 1.
[200] O membro de recipiente em formato de saco 2 é produzido a partir de uma película laminada que inclui duas camadas de resina e uma camada de metal prensou as camadas de resina.
[201] O grupo de eletrodos 1 é o grupo de eletrodos do
primeiro exemplo, de acordo com . a primeira modalidade, que
será descrito com referência à Figura 1 a 3 . O terminal de
eletrodo negativo 6 conectado ao coletor de corrente de
eletrodo negativo 3a do grupo de eletrodos 1 e o terminal de
eletrodo positivo 7 conectado ao coletor de corrente de
eletrodo positivo do grupo de eletrodos 1 se estendem para a parte de fora a partir de uma parte de abertura do membro de recipiente do tipo saco 2. O membro de recipiente do tipo saco 2 é vedado a quente com uma camada de resina
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71/102 termoplástica fornecida na superfície interna do mesmo.
[202] A bateria secundária, de acordo com a segunda modalidade, não é limitada à bateria secundária que tem a estrutura mostrada na Figura 5, e pode ser uma bateria secundária que tem uma estrutura mostrada nas Figuras 6 e 7.
[203] A Figura 6 é uma vista em perspectiva parcialmente em recorte que mostra, esquematicamente, uma bateria secundária de um segundo exemplo de acordo com a segunda modalidade. A Figura 7 é uma vista em corte transversal ampliada de uma porção C da bateria secundária mostrada na Figura 6.
[204] A bateria secundária 100 mostrada nas Figuras 6 e 7 inclui um grupo de eletrodos 11 mostrado nas Figuras 6 e 7, um membro de recipiente 12 mostrado na Figura 6 e um eletrólito não aquoso líquido (não mostrado). Isso significa que, a bateria secundária 100 mostrada na Figura 6 e 7 é uma bateria de eletrólito não aquoso. O grupo de eletrodos 11 e o eletrólito não aquoso líquido são acomodados no membro de recipiente 12. O eletrólito não aquoso está contido no grupo de eletrodos 11.
[205] O membro de recipiente 12 é produzido a partir de uma película laminada que inclui duas camadas de resina e uma camada de metal presou as camadas de resina.
[206] Conforme mostrado na Figura 7, o grupo de eletrodos 11 é grupo de eletrodos do tipo pilha. O grupo de eletrodos do tipo pilha 11 tem uma estrutura na qual eletrodos positivos 13 e eletrodos negativos 14 são, alternativamente,
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72/102 empilhados com camadas de eletrólito sólido cada uma das quais estão prensadas entre um dos eletrodos positivos e um dos eletrodos negativos 14. Observa-se que, na Figura 7, para fins de clareza, existem espaços entre o eletrodo positivo 13 e a camada de eletrólito sólido 15, e o eletrodo negativo e a camada de eletrólito sólido 15. No entanto, em prática, a camada de eletrólito sólido 15 está em contato com o eletrodo positivo 13 e o eletrodo negativo 14.
[207] O grupo de eletrodos 11 inclui os eletrodos positivos 13. Cada um dos eletrodos positivos 13 inclui um coletor de corrente de eletrodo positivo 13a, e uma camada que contém material ativo de eletrodo positivo 13b sustentada em cada uma de ambas as superfícies do coletor de corrente de eletrodo positivo 13a. Adicionalmente, o grupo de eletrodos 11 inclui os eletrodos negativos 14. Cada um dos eletrodos negativos 14 inclui um coletor de corrente de eletrodo negativo 14a, e uma camada de eletrodo negativo 14b sustentada em cada uma de ambas as superfícies do coletor de corrente de eletrodo negativo 14a. Uma parte do coletor de corrente de eletrodo negativo 14a de cada um dos eletrodos negativos 14 se projeta a partir dos eletrodos positivos 13. A parte projetada do coletor de corrente de eletrodo negativo 14a está eletricamente conectada a um terminal de eletrodo negativo em formato de tira 16. A ponta do terminal de eletrodo negativo em formato de tira 16 é estendida para fora a partir do membro de recipiente 12. Embora não seja mostrado nos desenhos, uma parte do coletor de corrente de eletrodo positivo 13a do eletrodo positivo 13, que está
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73/102 localizado no lado oposto à parte projetada do coletor de corrente de eletrodo negativo 14a, se projeta a partir do eletrodo negativo 14. A parte projetada do coletor de corrente de eletrodo positivo 13a está eletricamente conectada a um terminal de eletrodo positivo em formato de tira 17, embora não seja mostrado nos desenhos. A ponta do terminal de eletrodo positivo em formato de tira 17 está localizada no lado oposto ao terminal de eletrodo negativo 16, e se estende para fora a partir do membro de recipiente
12.
[208] Cada uma da camada de eletrólito sólido 15 tem a mesma estrutura como a da camada de eletrólito sólido 4 mostrada na Figura 2.
[209] Ademais, o grupo de eletrodos incluído na bateria secundária, de acordo com a segunda modalidade, pode ser, por exemplo, um grupo de eletrodos que tem a estrutura como mostrada na Figura 4.
[210] A bateria secundária, de acordo com a segunda modalidade, inclui o grupo de eletrodos de acordo com a primeira modalidade. Dessa forma, a bateria secundária, de acordo com a segunda modalidade, pode exibir um desempenho de saída excelente.
(TERCEIRA MODALIDADE) [211] De acordo com uma terceira modalidade, um módulo de bateria é fornecido. O módulo de bateria, de acordo com a terceira modalidade, inclui baterias secundárias cada uma de acordo com a segunda modalidade.
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74/102 [212] No módulo de bateria, de acordo com a terceira modalidade, cada uma das baterias avulsas pode ser eletricamente conectada e disposta em série, em paralelo ou em uma combinação de conexão em série e conexão paralela.
[213] Em seguida, um exemplo de um módulo de bateria, de acordo com a terceira modalidade, será descrito com referência aos desenhos.
[214] A Figura 8 é uma vista em perspectiva que mostra, esquematicamente, um exemplo de um módulo de bateria de acordo com a terceira modalidade. Um módulo de bateria 200 mostrado na Figura 8 inclui cinco baterias avulsas 100, quatro barras de barramento 21, um chumbo de lado de eletrodo positivo 22 e um chumbo de lado de eletrodo negativo 23. Cada uma dentre as cinco baterias avulsas 100 é uma bateria secundária de acordo com a segunda modalidade.
[215] Cada barra de barramento 21 se conecta a um terminal de eletrodo negativo 6 de uma bateria avulsa 100 e um terminal de eletrodo positivo 7 de uma bateria avulsa vizinha 100. As cinco baterias avulsas 100 são, dessa forma, conectadas em série por meio das quatro barras de barramento 21. Isso significa que, o módulo de bateria 200 mostrado na Figura 8 é um módulo de bateria de cinco conexão em série.
[216] Conforme mostrado na Figura 8, o terminal de eletrodo positivo 7 da bateria avulsa 100 localizada na extremidade esquerda das cinco baterias avulsas 100 está conectado ao chumbo de lado de eletrodo positivo 22 para conexão externa. Adicionalmente, o terminal de eletrodo negativo 6 da bateria avulsa 100 localizada na extremidade
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75/102 direita das cinco baterias avulsas 100 está conectado ao chumbo de lado de eletrodo negativo 23 para conexão externa.
[217] O módulo de bateria, de acordo com a terceira modalidade, inclui a bateria secundária de acordo com a segunda modalidade. Dessa forma, o módulo de bateria, de acordo com a terceira modalidade, pode exibir um desempenho de saída excelente.
(QUARTA MODALIDADE) [218] De acordo com uma quarta modalidade, um conjunto de bateria é fornecido. O conjunto de bateria inclui o módulo de bateria de acordo com a terceira modalidade. O conjunto de bateria pode incluir uma bateria secundária avulsa, de acordo com a segunda modalidade, ao invés do módulo de bateria de acordo com a terceira modalidade.
[219] O conjunto de bateria, de acordo com a quarta modalidade, pode incluir, adicionalmente um circuito protetor. O circuito protetor tem uma função para controlada carregamento e descarregamento da bateria secundária. Alternativamente, um circuito incluído em um equipamento (por exemplo, dispositivos eletrônicos, veículos e semelhantes) em que o conjunto de bateria serve como uma fonte de alimentação pode ser usado como o circuito protetor para o conjunto de bateria.
[220] Ademais, o conjunto de bateria pode incluir, adicionalmente, um terminal de distribuição de energia externa. O terminal de distribuição de energia externa é configurado para emitir, externamente, a corrente a partir
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76/102 da bateria secundária, e/ou para admitir corrente externa à bateria secundária. Em outras palavras, quando o conjunto de bateria é usado como uma fonte de alimentação, a corrente é fornecida, externamente, por meio do terminal de distribuição de energia externa. Além disso, quando o conjunto de bateria é carregado, a corrente de carregamento (que inclui uma energia regenerativa a partir da força motriz de veículos tais como automóveis) é fornecida ao conjunto de bateria por meio do terminal de distribuição de energia externa.
[221] Em seguida, um conjunto de bateria, como um exemplo de acordo com a quarta modalidade, será descrito com referência aos desenhos.
[222] A Figura 9 é uma vista em perspectiva explodida que mostra um exemplo de um conjunto de bateria de acordo com uma modalidade. A Figura 10 é um diagrama de blocos que mostra um circuito elétrico do conjunto de bateria na Figura
9.
[223] Um conjunto de bateria 300 mostrado nas Figuras 9 e 10 inclui um recipiente de alojamento 31, uma tampa 32, folhas protetoras 33, um módulo de bateria 200, uma placa de circuito impresso 34, uma fiação 35, uma chapa isolante (não mostrado).
[224] O recipiente de alojamento 31 é configurado para ter a capacidade de alojar as folhas protetoras 33, o módulo de bateria 200, a placa de circuito impresso 34 e a fiação 35. A tampa 32 é colocada no recipiente de alojamento 31 para alojar o módulo de bateria 200 e semelhantes. Cada um
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77/102 dentre o recipiente de alojamento 31 e a tampa 32 é dotado de uma abertura, um terminal de conexão ou semelhantes (não mostrado) que deve ser conectado a um dispositivo externo ou semelhantes.
[225] Folhas protetoras 33 são dispostas em ambas as superfícies internas em uma direção de lado longa do recipiente de alojamento 31 e em uma superfície interna que está voltada para a placa de circuito impresso 34 por meio de módulo de bateria 200 em uma direção de lado curto do recipiente de alojamento 31. As folhas protetoras 33 são produzido a partir de, por exemplo, borracha ou resina.
[226] O módulo de bateria 200 inclui baterias avulsas 100, um chumbo de lado de eletrodo positivo 22, um chumbo de lado de eletrodo negativo 23 e uma fita adesiva 24. O módulo de bateria 200 pode incluir uma bateria avulsa 100.
[227] Cada uma das baterias avulsas 100 tem a estrutura mostrada na Figura 5. Pelo menos uma dentre as baterias avulsas 100 é uma bateria secundária de acordo com a segunda modalidade. As baterias avulsas 21 são empilhadas de modo que os terminais de eletrodo negativo 6 e os terminais de eletrodo positivo 7 se estendam para fora são dispostas na mesma direção. As baterias avulsas 100 estão eletronicamente conectadas em série como mostrado na Figura 10. As baterias avulsas 100 podem estar conectadas em paralelo, ou em uma combinação de conexão de série e conexão paralela. Se múltiplas baterias avulsas 100 estão conectadas em paralelo, a capacidade de bateria aumenta quando comparado a um caso em que as mesmas são conectadas em série.
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78/102 [228] A fita adesiva 24 afixa as baterias avulsas 100. No lugar da fita adesiva 24, uma fita termorretrátil pode ser usada para fixar as baterias avulsas 100. Nesse caso, as folhas protetoras são fornecidas em ambos os lados do módulo de bateria 200, uma fita termorretrátil revolve ao redor do módulo de bateria, e a fita termorretrátil encolhe, termicamente, para agrupar as baterias avulsas.
[229] Uma extremidade do chumbo de lado de eletrodo positivo 22 está conectada ao terminal de eletrodo positivo 7 da bateria avulsa 100 localizada na camada de fundo da pilha das baterias avulsas 100. Uma extremidade do chumbo de lado de eletrodo negativo 23 está conectada ao terminal de eletrodo negativo 6 da bateria avulsa 100 localizado na camada de topo da pilha das baterias avulsas 100.
[230] Uma placa de circuito impresso 34 é dotada de um conector de lado de eletrodo positivo 341, um conector de lado de eletrodo negativo 342, um termistor 343, um circuito protetor 344, fios 345 e 346, um terminal de distribuição de energia externa 347, um fio de lado positivo 348a e um fio de lado negativo 348b. Uma superfície principal da placa de circuito impresso 34 voltada para o plano lateral do módulo de bateria 200 em que os terminais de eletrodo negativo 6 e os terminais de eletrodo positivo 7 são estendidos. A chapa isolante (não mostrada) é fornecida entre a placa de circuito impresso 34 e o módulo de bateria 200.
[231] O conector de lado de eletrodo positivo 341 é dotado de um furo vazado. A outra extremidade do chumbo de lado de eletrodo positivo 22 é inserida dentro do furo vazado
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79/102 de modo a conectar, eletricamente, o conector de lado de eletrodo positivo 341 ao chumbo de lado de eletrodo positivo
22. O conector de lado de eletrodo negativo 342 é dotado de um furo vazado. A outra extremidade do chumbo de lado de eletrodo negativo 23 é inserida dentro do furo vazado de modo a conectar, eletricamente, o conector de lado de eletrodo negativo 342 ao chumbo de lado de eletrodo negativo
23.
[232] O termistor 343 é fixado em uma superfície principal da placa de circuito impresso 34. O termistor 343 detecta a temperatura de cada bateria avulsa 100 e transmite o sinal de detecção ao circuito protetor 344.
[233] O terminal de distribuição de energia externa 347 é fixado na outra superfície principal da placa de circuito impresso 34. O terminal de distribuição de energia externa 347 está conectado, eletricamente, a um dispositivo que existe do lado de fora do conjunto de bateria 300.
[234] O circuito protetor 344 está fixado na outra superfície principal da placa de circuito impresso 34. O circuito protetor 344 está conectado ao terminal de distribuição de energia externa 347 por meio do fio de lado positivo 348a. O circuito protetor 344 está conectado ao terminal de distribuição de energia externa 347 por meio do fio de lado negativo 348b. Adicionalmente, o circuito protetor 344 está eletricamente conectado ao conector de lado de eletrodo positivo 341 por meio do fio 345. O circuito protetor 344 está eletricamente conectado ao conector de lado de eletrodo negativo 342 por meio do fio 346. Ademais,
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80/102 o circuito protetor 344 está eletricamente conectado a cada uma das baterias avulsas 100 por meio do fio 35.
[235] O circuito protetor 344 controla carga e descarga das múltiplas baterias avulsas 100. O circuito protetor 344 também é configurado para cortar conexão elétrica entre o circuito protetor 344 e o terminal de distribuição de energia externa 347 a um dispositivo externo, com base nos sinais de detecção transmitidos a partir do termistor 343 ou sinais de detecção transmitidos a partir de cada bateria avulsa 100 ou do módulo de bateria 200.
[236] Um exemplo do sinal de detecção transmitido a partir do termistor 343 é um sinal que representa que a temperatura da bateria avulsa 100 é detectada para ser uma temperatura predeterminada ou mais. Um exemplo do sinal de detecção transmitido a partir de cada bateria avulsa 100 é um sinal que representa detecção de sobrecarga, sobredescarga, e sobretensão da bateria avulsa 100, e semelhantes. Se sobrecarga ou semelhante deve ser detectada para cada uma das baterias avulsas 100, a tensão de bateria pode ser detectada, ou um potencial de eletrodo positivo ou potencial de eletrodo negativo pode ser detectado. No último caso, um eletrodo de lítio a ser usado como um polo de referência inserido em cada bateria avulsa 100.
[237] Observa-se que como o circuito protetor 344, um circuito incluído em um dispositivo (por exemplo, um dispositivo eletrônico ou um automóvel) que usa o conjunto de bateria 300 como uma fonte de alimentação pode ser usado.
[238] Tal conjunto de bateria 300 é usado em, por
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81/102 exemplo, uma aplicação em que o conjunto de bateria 300 é exigido para ter um desempenho de ciclo excelente quando uma corrente grande é emitida. Mais especificamente, o conjunto de bateria 300 é usado como, por exemplo, um suprimento de energia para um dispositivo eletrônico, uma bateria estacionária ou uma bateria integrada para um veículo ou um veículo ferroviário. Como um dispositivo eletrônico, por exemplo, uma câmera digital pode ser usada. O conjunto de bateria 300 é usado, de preferência, particularmente, como uma bateria integrada.
[239] Como descrito acima, o conjunto de bateria 300 inclui o terminal de distribuição de energia externa 347. Logo, o conjunto de bateria 300 pode emitir uma corrente a partir do módulo de bateria 200 a um dispositivo externo e admitir uma corrente a partir do dispositivo externo ao módulo de bateria 200 por meio do terminal de distribuição de energia externa 347. Em outras palavras, quando se utiliza o conjunto de bateria 300 como um suprimento de energia, a corrente a partir do módulo de bateria 200 é suprida ao dispositivo externo por meio do terminal de distribuição de energia externa 347. Quando se carrega o conjunto de bateria 300, uma corrente de carga a partir do dispositivo externo é suprido ao conjunto de bateria 300 por meio do terminal de distribuição de energia externa 347. Se o conjunto de bateria 300 é usado como uma bateria integrada, a energia regenerativa de uma força motriz do veículo pode ser usada como a corrente de carga a partir do dispositivo externo.
[240] Observa-se que o conjunto de bateria 300 pode
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82/102 incluir módulos de bateria 200. Nesse caso, os módulos de bateria 200 podem estar conectados em série, em paralelo ou em uma combinação de conexão de série e conexão paralela. A placa de circuito impresso 34 e o fio 35 podem ser omitidos. Nesse caso, o chumbo de lado de eletrodo positivo 22 e o chumbo de lado de eletrodo negativo 23 podem ser usados como o terminal de distribuição de energia externa.
[241] O conjunto de bateria de acordo com a quarta modalidade, inclui a bateria secundária, de acordo com a segunda modalidade, ou o módulo de bateria de acordo com a terceira modalidade. Logo, o conjunto de bateria, de acordo com a quarta modalidade, pode exibir um desempenho de saída excelente.
(QUINTA MODALIDADE) [242] De acordo com uma quinta modalidade, um veículo é fornecido. O conjunto de bateria, de acordo com a quarta modalidade, é instalado nesse veículo.
[243] No veículo, de acordo com a quinta modalidade, o conjunto de bateria é configurado, por exemplo, para recuperar uma energia regenerativa a partir de uma força motriz do veículo.
[244] Exemplos do veículo, de acordo com a quinta modalidade, incluem automóveis elétricos híbridos de duas a quatro rodas, automóveis elétricos de duas a quatro rodas, bicicletas auxiliadas por eletricidade e vagões ferroviários.
[245] No veículo, de acordo com a quinta modalidade, a
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83/102 posição de instalação do conjunto de bateria não é particularmente limitada. Por exemplo, no caso em que o conjunto de bateria é instalado em um automóvel, o conjunto de bateria pode ser instalado no compartimento de motor do veículo, em partes traseiras do veículo ou sob assentos.
[246] Um exemplo do veículo, de acordo com a quinta modalidade, é explicado abaixo, com referência aos desenhos.
[247] A Figura 11 é uma vista em corte esquemática que mostra um exemplo de um veículo de acordo com a quinta modalidade.
[248] Um veículo 400 mostrado na Figura 11 inclui uma carroceria de veículo 40 e um conjunto de bateria 300 de acordo com a quarta modalidade.
[249] O veículo 400 mostrado na Figura 11 é um automóvel de quatro rodas. Como o veículo 400, por exemplo, automóveis elétricos híbridos de duas a quatro rodas, automóveis elétricos de duas a quatro rodas, bicicletas auxiliadas por eletricidade e vagões ferroviários podem ser usados.
[250] Esse veículo 400 pode ter múltiplos conjuntos de bateria 300 instalados. Em tal caso, os conjuntos de bateria 300 podem ser conectados em série, conectados em paralelo ou conectados em uma combinação de conexão em série e conexão em paralelo, [251] O conjunto de bateria 300 é instalado em um compartimento de motor localizado na frente da carroceria de veículo 40. A localização de instalação do conjunto de bateria 300 não é particularmente limitada. O conjunto de
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84/102 bateria 300 pode ser instalado em seções traseiras da carroceria de veículo 40, ou sob um assento. O conjunto de bateria 300 pode ser usado como uma fonte de alimentação do veículo 400. O conjunto de bateria 300 também pode recuperar energia regenerativa a partir da força motriz do veículo
400.
[252] Em seguida, com referência à Figura 12, um aspecto do veículo, de acordo com a quinta modalidade, é explicado.
[253] A Figura 12 mostra outro exemplo de um veículo, de acordo com a quinta modalidade. Um veículo 400, mostrado na Figura 12, é um automóvel elétrico.
[254] O veículo 400, mostrado na Figura 12, inclui uma carroceria de veículo 40, uma fonte de alimentação de veículo 41, um veículo ECU (unidade de controle elétrico) 42, que é um controlador mestre da fonte de alimentação de veículo 41, um terminado externo (um terminal de conexão de energia externo) 43, um inversor 44 e uma máquina motriz de acionamento 45.
[255] O veículo 400 inclui a fonte de alimentação de veículo 41, por exemplo, no compartimento de motor, nas seções traseiras da carroceria de automóvel ou sob um assento. Na Figura 12, a posição da fonte de alimentação de veículo 41 instalada no veículo 400 é esquematicamente mostrada.
[256] A fonte de energia de veículo 41 inclui múltiplos (por exemplo, três) conjuntos de bateria 300a, 300b e 300c, uma unidade de gerenciamento de bateria (BMU) 411 e um
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85/102 barramento de comunicação 412.
[257] Os três conjuntos de bateria 300a, 300b e 300c estão eletricamente conectados em série. O conjunto de bateria 300a inclui um módulo de bateria 200a e uma unidade de monitoramento de módulo de bateria (VTM: monitoramento de temperatura de tensão) 301a. O conjunto de bateria 300b inclui um módulo de bateria 200b e uma unidade de monitoramento de módulo de bateria 301b. O conjunto de bateria 300c inclui um módulo de bateria 200c e uma unidade de monitoramento de módulo de bateria 301c. Cada um dos conjuntos de bateria 300a, 300b e 300c podem ser independentemente removidos e podem ser trocados por um conjunto de bateria diferente 300.
[258] Cada um dos módulos de bateria 200a a 200c incluem múltiplas baterias avulsas conectadas em série. Pelo menos uma das múltiplas baterias avulsas é a bateria secundária de acordo com a segunda modalidade. Cada um dos módulos de bateria 200a a 200c realiza carregamento e descarregamento por meio um terminal de eletrodo positivo 413 e um terminal de eletrodo negativo 414.
[259] A fim de coletar informações em relação à segurança da fonte de alimentação de veículo 41, a unidade de gerenciamento de bateria 411 desempenha comunicação com as unidade de monitoramento de módulo de bateria 301a a 301c e coletar informações tais como tensões ou temperaturas das baterias avulsas 100 incluídas nos módulos de bateria 200aa 200c incluídos na fonte de alimentação de veículo 41.
[260] O barramento de comunicação 412 está conectado
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86/102 entre a unidade de gerenciamento de bateria 411 e as unidades de monitoramento de módulo de bateria 301a a 301c. O barramento de comunicação 412 é configurado de modo que os múltiplos nós (isto é, a unidade de gerenciamento de bateria e uma ou mais unidade de monitoramento de módulo de bateria) compartilham um set de linhas de comunicação. O barramento de comunicação 412 é, por exemplo, um barramento de comunicação configurado com base em padrão de CAN (Rede de Área de Controle).
[261] As unidades de monitoramento de módulo de bateria 301a a 301c medem uma tensão e uma temperatura de cada bateria avulsa nos módulos de bateria 200a a 200c com base nos comandos a partir da unidade de gerenciamento de bateria 411. É possível, no entanto, medir as temperaturas apenas em diversos pontos por módulo de bateria, e as temperaturas de todas as baterias avulsas não necessitam ser medidas.
[262] A fonte de energia de veículo 41 também pode ter um contator eletromagnético (por exemplo, uma unidade de comutação 415 mostrada na Figura 12) para comutar conexão entre o terminal de eletrodo positivo 413 e o terminal de eletrodo negativo 414. A unidade de comutação 415 inclui um comutador de pré-carga (não mostrado), que é ligado quando os módulos de bateria 200a a 200c são carregados, e um comutador principal (não mostrado), que é ligado quando a saída de bateria é suprida a uma carga. O comutador de précarga e o comutador principal incluem um circuito de retransmissão (não mostrado), que é ligado ou desligado com base em um sinal fornecido a uma bobina disposta perto dos
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87/102 elementos de comutação.
[263] O inversor 44 converte uma tensão de corrente direta admitida a uma alta tensão de corrente alternativa de três fases (AC) para acionamento de uma máquina motriz. O terminal (ou terminais) de saída de três fases do inversor 44 é (são) conectada a cada terminal de entrada de três fases da máquina motriz de acionamento 45. O inversor 44 controla uma tensão de saída com base em sinais de controle a partir da unidade de gerenciamento de bateria 411 ou do ECU de veículo 42, que controla a operação inteira do veículo.
[264] A máquina motriz de acionamento 45 é girada pela energia elétrica suprida a partir do inversos 44. A rotação é transferida a um eixo e rodas de acionamento W por meio de uma unidade de marcha diferencial, por exemplo.
[265] O veículo 400 também inclui um mecanismo de freio regenerativo, mesmo que não mostrado. O mecanismo de freio regenerativo gira a máquina motriz de acionamento 45 quando o veículo 400 está freado, e converte energia cinética em energia regenerativa, como energia elétrica. A energia regenerativa, recuperada no mecanismo de freio regenerativo, é admitida no inversor 44 e convertida para corrente direta. A corrente direta é admitida na fonte de alimentação de veículo 41.
[266] Um terminal de uma linha de conexão L1 está conectado por meio de um detector de corrente (não mostrado) na unidade de gerenciamento de bateria 411 ao terminal de eletrodo negativo 414 da fonte de alimentação de veículo 41. O outro terminal da linha de conexão L1 está conectado a um
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88/102 terminal de entrada de eletrodo negativo do inversor 44.
[267] Um terminal de uma linha de conexão L2 está conectado por meio da unidade de comutação 415 ao terminal de eletrodo positivo 413 da fonte de alimentação de veículo 41. O outro terminal da linha de conexão L2 está conectado a um terminal de entrada de eletrodo positivo do inversor
44.
[268] O terminal externo 43 está conectado à unidade de gerenciamento de bateria 411. O terminal externo 43 tem a capacidade de se conectar, por exemplo, a uma fonte de alimentação externa.
[269] O ECU de veículo 42 controla, cooperativamente, a unidade de gerenciamento de bateria 411 conjuntamente com outras unidades em resposta à entradas operadas por um acionador ou semelhante, o que, desse modo, desempenha o gerenciamento do veículo todo. Dados em relação à segurança da fonte de alimentação de veículo 41, tal como uma capacidade restante da fonte de alimentação de veículo 41, são transferidos entre a unidade de gerenciamento de bateria 411 e o ECU de veículo 42 por meio de linhas de comunicação.
[270] O veículo, de acordo com a quinta modalidade, inclui o conjunto de bateria de acordo com a quarta modalidade. Logo, o veículo, de acordo com a quinta modalidade, pode exibir um desempenho de saída excelente.
[EXEMPLOS] [271] Doravante, a modalidade acima será descrita em maior detalhe com base em exemplos.
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89/102 (EXEMPLO 1) [272] Uma bateria de eletrólito não aquoso foi fabricado pelo procedimento a seguir.
(ELETRODO NEGATIVO DE PRODUÇÃO) [273] Como um material ativo de eletrodo negativo, partículas de um óxido de compósito de nióbio-titânio (Nb2TiO7; NTO) que têm tamanho de partícula médio Da de 10 pm foram fornecidas. Como um material de uma camada que contém material ativo de eletrodo negativo, o material ativo de eletrodo negativo, um pó negro de acetileno e um pó de grafite como agente condutores, um pó de sal de amônio de carboximetilcelulose (CMC) e uma borracha de estirenobutadieno (SBR) foram usados. Adicionalmente, a razão de mescla desses materiais foi NTO: negro de acetileno: grafite: CMC: SBR = 93: 1,5: 3,5: 1: 1 por razão de massa. Os materiais de eletrodo negativo foram misturados na ordem a seguir. Primeiro, sal de amônio de carboximetilcelulose foi dissolvido em água pura, negro de acetileno foi disperso no mesmo, então, grafite foi dispersado, então, Nb2TiO7 foi dispersado no mesmo e finalmente borracha de estireno/butadieno foi misturada. A pasta fluida, dessa forma, obtida foi revestida em uma lâmina metálica de alumínio, como um coletor de corrente de eletrodo negativo, que tem uma espessura de 15 pm e um tamanho de partícula de cristal médio de 30 pm. Nesse momento, nenhuma pasta fluida foi revestida na superfície de uma porção do coletor de corrente de eletrodo negativo.
[274] Subsequentemente, a película revestida foi secada.
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Finalmente, a película revestida seca foi pressionada para obter um eletrodo negativo que inclui um coletor de corrente de eletrodo positivo de eletrodo negativo e uma camada que contém material ativo de eletrodo negativo formada em ambas as superfícies do coletor de corrente de eletrodo negativo. O coletor de corrente de eletrodo negativo incluía uma aba de eletrodo negativo que não sustentava a camada que contém material ativo de eletrodo negativo. A densidade da camada que contém material ativo de eletrodo negativo foi de 2,2 g/cm3.
(PRODUÇÃO DE ELETRODO POSITIVO) [275] Um pó de óxido de compósito de lítio-níquelcobalto-manganês (LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2: NCM 523) que tem um tamanho de partícula médio Dc de 15 pm foi fornecido como partículas de material ativo de eletrodo positivo. Como um material de uma camada de eletrodo positivo, esse material ativo de eletrodo positivo, um pó de grafite como um agente condutor e que tem um tamanho de partícula médio de 6 pm, e fluoreto de polivinilideno (PVdF) como um aglutinante foram usados.
[276] Os materiais fornecidos acima foram misturado na ordem a seguir com NCM 523: grafite: PVdF = 100: 5: 3 por razão de massa. Primeiro, PVdF foi dissolvido em N-metil-2pirrolidona, e grafite foi adicionado no mesmo e dispersado no mesmo para obter uma dispersão. Então, um pó de NCM 523 foi misturado e disperso nessa dispersão, e uma solução misturada foi obtida. Então, N-metil-2-pirrolidona foi adicionado, adicionalmente, para ajustar a concentração de
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91/102 conteúdo sólido da solução misturada a 60% e, dessa forma, para obter uma pasta fluida de um material de eletrodo positivo.
[277] A pasta fluida, dessa forma, obtida foi revestida em ambas as superfícies de uma lâmina metálica de alumínio, como um coletor de corrente de eletrodo positivo, que tem uma espessura de 15 pm e um tamanho de partícula de cristal médio de 30 pm. Nesse momento, nenhuma pasta fluida foi revestida na superfície de uma porção do coletor de corrente de eletrodo positivo.
[278] Subsequentemente, a película revestida foi secada. Finalmente, a película revestida seca foi pressionada para obter um eletrodo positivo que inclui um coletor de corrente de eletrodo positivo e uma camada que contém material ativo de eletrodo positivo formada em ambas as superfícies do coletor de corrente de eletrodo positivo. O coletor de corrente de eletrodo positivo incluiu uma aba de eletrodo negativo que não sustenta a camada que contém material ativo de eletrodo positivo. A densidade da camada que contém material ativo de eletrodo positivo foi de 3,0 g/cm3.
(PRODUÇÃO DE GRUPO DE ELETRODOS) [279] Com a utilização do eletrodo positivo e do eletrodo negativo produzidos como descrito acima, o grupo de eletrodos do Exemplo 1 foi produzido de acordo com o método de fabricação do primeiro exemplo descrito acima.
[280] Como materiais de um primeiro material de revestimento, um pó de Li7La3Zr2O12 (LLZ) que tem um tamanho
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92/102 de partícula médio Di de 1 pm, são de sódio de carboximetilcelulose (CMC) e borracha de estireno-butadieno (SBR) foram usados. Essa razão de mescla desses materiais foi 100: 1,0: 1,0 por razão de massa. Os materiais de camada de eletrólito foram misturados na ordem a seguir. Primeiro, CMC foi dissolvido em água pura, então, LLZ foi disperso no mesmo, e, finalmente, borracha de estireno-butadieno (SBR) foi misturada.
[281] Como materiais de um segundo material de revestimento, um pó de Li7La3Zr2O12 (LLZ) que tem um tamanho de partícula médio D2 de 1 pm, são de sódio de carboximetilcelulose (CMC) e borracha de estireno-butadieno (SBR) foram usados. Essa razão de mescla desses materiais foi 100: 1,0: 1,0 por razão de massa. Os materiais de camada de eletrólito foram misturados na ordem a seguir. Primeiro, CMC foi dissolvido em água pura, então, LLZ foi disperso no mesmo, e, finalmente, borracha de estireno-butadieno (SBR) foi misturada.
[282] Como materiais de um terceiro material de revestimento, um pó de Li7La3Zr2O12 (LLZ) que tem um tamanho de partícula médio D3 de 7 pm, sal de sódio de carboximetilcelulose (CMC) e borracha de estireno-butadieno (SBR) foram usados. Essa razão de mescla desses materiais foi 100: 0,5: 0,5 por razão de massa. Os materiais de camada de eletrólito foram misturados na ordem a seguir. Primeiro, CMC foi dissolvido em água pura, então, LLZ foi disperso no mesmo, e, finalmente, borracha de estireno-butadieno (SBR) foi misturada.
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93/102 [283] O revestimento de cada material de revestimento foi ajustado de tal modo que a espessura e a densidade de cada porção da camada de eletrólito sólido foram os valores mostrados na Tabela 1 a seguir.
(EXEMPLOS 2 A 9 E EXEMPLOS COMPARATIVOS 1 A 4) [284] Nos Exemplos 2 a 9 e Exemplos Comparativos 1 a 4, cada grupo de eletrodos foi produzido de acordo com o mesmo procedimento como no Exemplo 1 exceto o tamanho de partícula médio DA de partículas de NTO, o tamanho de partícula médio Dc de partículas de NCM 523 e o tamanho de partícula médio de LLZ incluídos nos primeiro a terceiro materiais de revestimento foram mudados como mostrado na Tabela 1 e 2 a seguir, e que a razão de mescla dos materiais de revestimento e o procedimento de revestimento foram ajustados de tal modo que a espessura e a densidade de cada porção da camada de eletrólito sólido foram os valores mostrados na Tabela 1 a seguir.
(FABRICAÇÃO DE BATERIA) [285] Cada grupo de eletrodos foi acomodado em um copo laminado. Então, uma borda periférica do copo laminado foi termicamente ligada enquanto se deixou uma porção do mesmo não ligada de tal modo que uma porção da aba de eletrodo negativo como um terminal externo de eletrodo positivo e uma porção da aba de eletrodo negativo como um terminal externo de eletrodo negativo foram localizadas na parte de fora do copo laminado.
[286] Então, o copo laminado foi, então, secado durante
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94/102 a noite a 100 °C nesse estado.
[287] Por outro lado, um eletrólito não aquoso foi preparado de acordo com o procedimento a seguir. Primeiro, carbonato de etileno e carbonato de dietila foram misturados em uma razão de volume de 1: 2 em um porta-luvas para preparar um solvente misturado. Hexafluorofosfato de lítio (LiPF6) foi dissolvido em uma concentração de 1 mol/L no solvente misturado para preparar uma solução de eletrólito não aquoso.
[288] 25 ml da solução eletrolítica foi derramada dentro do copo laminado secado durante a noite, e o grupo de eletrodos foi impregnado com a solução de eletrólito. Depois disso, a porção da borda periférica do copo laminado, que não foi termicamente ligada, foi termicamente ligada para vedar o grupo de eletrodos (e a solução de eletrólito não aquosa) no copo laminado.
[289] Dessa forma, baterias de Exemplos e Exemplos Comparativos foram fabricadas.
[TABELA 1]
Espéci es Primeira ?orção Segunda 3orção Terceira Porção
Di (pm) T1 (pm ) Densi dade (g/cm3 ) D2 (pm) T2 (pm ) Densi dade (g/cm3 ) D3 (pm) T3 (pm) Densid ade (g/cm3 )
Exemplo 1 LLZ 1 4 3,3 1 5 3,3 7 10 3,8
Exemplo 2 LLZ 1 4 3,3 1 5 3,3 5 10 3,7
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Exemplo 3 LLZ 1 4 3,3 1 5 3,3 3 10 3,6
Exemplo 4 LLZ 1 4 3,3 1 5 3,3 7 10 3,8
Exemplo 5 LLZ 1 4 3,3 1 5 3,3 5 10 3,7
Exemplo 6 LLZ 1 4 3,3 1 5 3,3 3 10 3,6
Exemplo 7 LLZ 4 3,3 1 5 3,3 7 10 3,8
Exemplo 8 LLZ 1 4 3,3 1 5 3,3 5 10 3,7
Exemplo 9 LLZ 1 4 3,3 1 5 3,3 3 10 3,6
Exemplo Comparati vo 1 LLZ 4 13 3,9 4 14 3,9 3 10 3,6
Exemplo Comparati vo 2 LLZ 7 13 3,9 4 14 3,9 3 10 3,6
Exemplo Comparati vo 3 LLZ 4 13 3,9 7 14 3,9 3 10 3,6
Exemplo Comparati vo 4 LLZ 7 13 3,9 7 14 3,9 3 10 3,6
[TABELA 2]
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Material Ativo De Eletrodo Positivo Material Ativo De Eletrodo Negativo
Espécies Dc (pm) Espécies DA (pm)
Exemplo 1 NCM523 15 NTO 10
Exemplo 2 NCM523 15 NTO 10
Exemplo 3 NCM523 15 NTO 10
Exemplo 4 NCM523 6 NTO 5
Exemplo 5 NCM523 6 NTO 5
Exemplo 6 NCM523 6 NTO 5
Exemplo 7 NCM523 3 NTO 2
Exemplo 8 NCM523 3 NTO 2
Exemplo 9 NCM523 3 NTO 2
Exemplo Comparativo 1 NCM523 6 NTO 5
Exemplo Comparativo 2 NCM523 6 NTO 5
Exemplo Comparativo 3 NCM523 6 NTO 5
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Exemplo Comparativo 4 NCM523 6 NTO 5
[AVALIAÇÃO] [290] O desempenho de bateria de cada uma dentre as baterias de eletrólito não aquoso dos Exemplos 1 a 9 e Exemplos Comparativos 1 a 4 foi avaliado de acordo com o procedimento a seguinte. No carregamento a seguir em uma corrente constante, carregamento foi realizado até a tensão de bateria alcançar 3,3 V. No descarregamento a seguir em uma corrente constante, descarregamento foi realizado até a tensão de bateria alcançar 1,0 V.
<DESEMPENHO DE SAÍDA>
[291] Cada uma das baterias fabricadas foi colocada em uma câmara termostática a 25 °C e submetida a carregamento em uma corrente constante de 1,0 C. Subsequentemente, a bateria foi submetida a descarregamento em uma corrente constante de 0,2 C. Subsequentemente, a bateria foi submetida a carregamento em uma corrente constante de 1,0 C na mesma câmara termostática. Subsequentemente, a bateria foi submetida a descarregamento em uma corrente constante de 5,0 C. A razão da capacidade de descarga a 5,0 C à capacidade de descarga a 0,2 C foi tomada como a razão de retenção de capacidade de taxa de cada bateria.
<DESEMPENHO DE CICLO>
[292] Cada uma das baterias fabricadas foi colocada em uma câmara termostática a 45 °C e submetida a 50 ciclos de
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98/102 ciclos de carga-e-descarga cada dos quais tem um carregamento em uma corrente constante de 1,0 C e um descarregamento em uma corrente constante de 1,0 C em um ciclo. Depois disso, cada uma das baterias foi colocada em uma câmara termostática a 25 °C e submetida a carregamento e descarregamento em uma densidade de corrente constante de 1,0 C tanto no carregamento quanto no descarregamento. A percentagem obtida aqui da capacidade de descarga em relação à capacidade de descarga no primeiro ciclo foi tomada como a razão de retenção de capacidade após ciclos.
[RESULTADOS] [293] Os resultados do desempenho de saída e do desempenho de ciclo são mostrados na Tabela 3 a seguir. Adicionalmente, as relações do tamanho de partícula médio e as relações da espessura na camada de eletrólito sólido também são mostrados na Tabela 3 a seguir.
[TABELA 3]
Relações de Relações de Avaliação
Tamanho de Partícula Espessura
Médio
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D1/D3 D2/D3 D1/DC D2/DA T1/T3 T2/T3 Razão de Retenç ão de Capaci dade de Taxa Razão de Retenção de Capacidade após ciclos
Exemplo 1 0,143 0,143 0,067 0,100 0,400 0,500 81% 91%
Exemplo 2 0,200 0,200 0,067 0,100 0,400 0,500 76% 89%
Exemplo 3 0,333 0,333 0,067 0,100 0,400 0,500 70% 88%
Exemplo 4 0,143 0,143 0,167 0,200 0,400 0,500 85% 94%
Exemplo 5 0,200 0,200 0,167 0,200 0,400 0,500 81% 92%
Exemplo 6 0,333 0,333 0,167 0,200 0,400 0,500 78% 89%
Exemplo 7 0,143 0,143 0,333 0,500 0,400 0,500 92% 89%
Exemplo 8 0,200 0,200 0,333 0,500 0,400 0,500 88% 87%
Exemplo 9 0,333 0,333 0,333 0,500 0,400 0,500 85% 86%
Exemplo Comparativ 1,333 1,333 0,667 0,800 1,300 1,400 51% 56%
o 1
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100/102
Exemplo Comparativ o 2 2,333 1,333 1,167 0,800 1,300 1,400 35% 36%
Exemplo Comparativ o 3 1,333 2,333 0,667 1,400 1,300 1,400 44% 47%
Exemplo Comparativ o 4 2,333 2,333 1,167 1,400 1,300 1,400 30% 34%
[294] Como é evidente a partir dos resultados mostrados na Tabela 3, as baterias de eletrólito não aquoso dos Exemplos 1 a 9 tiveram a capacidade de exibir um desempenho de saída mais excelente que as baterias de eletrólito não aquoso dos Exemplos Comparativos 1 a 4. Adicionalmente, as baterias de eletrólito não aquoso dos Exemplos 1 a 9 tiveram a capacidade de exibir um desempenho de ciclo mais excelente que aquelas de cada uma dentre as baterias de eletrólito não aquoso dos Exemplos comparativos 1 a 4. Considera-se que nas baterias de eletrólito não aquoso dos Exemplos 1 a 9, visto que a entrega de Li entre o eletrodo positivo e a camada de eletrólito sólido, a condução de Li na camada de eletrólito sólido, e a entrega de Li entre o eletrodo negativo e a camada de eletrólito sólido tiveram a capacidade de serem promovidas, carga aplicada a cada membro poderia ser reduzida mesmo repetindo-se ciclos de carga-e-descarga. Considera-se isso como uma das razões do porque as baterias de eletrólito
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101/102 não aquoso dos Exemplos 1 a 9 tiveram a capacidade de exibir um desempenho de vida excelente.
[295] De acordo com pelo menos uma modalidade e um Exemplo descritos acima, um grupo de eletrodos é fornecido. O grupo de eletrodos inclui um eletrodo positivo, um eletrodo negativo e uma camada de eletrólito sólido. A camada de eletrólito sólido é fornecida entre o eletrodo positivo e o eletrodo negativo. A camada de eletrólito sólido inclui uma primeira porção que inclui primeiras partículas de eletrólito sólido em contato com o eletrodo positivo, uma segunda porção que inclui segundas partículas de eletrólito sólido em contato com o eletrodo negativo, e uma terceira porção fornecida entre a primeira e a segunda porções e que inclui terceiras partículas de eletrólito sólido. o tamanho de partícula médio das terceiras partículas de eletrólito sólido é maior que o tamanho de partícula médio das primeiras partículas de eletrólito sólido, e maior que o tamanho de partícula médio das segundas partículas de eletrólito sólido. Dessa forma, no grupo de eletrodos, o número de contatos entre o eletrodo positivo e o eletrólito sólido e o número de contatos entre o eletrodo negativo e o eletrólito sólido são aumentados, de modo que é possível promover a entrega de íons de lítio entre a camada de eletrólito sólido e cada um dentre o eletrodo positivo e o eletrodo negativo. Por outro lado, visto que o tamanho de partícula médio das terceiras partículas de eletrólito sólido na terceira porção que é a porção intermediária é grande, a interface entre as partículas nessa porção pode ser reduzida. Como os
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102/102 resultados, o grupo de eletrodo pode obter uma bateria secundária que tem a capacidade de exibir um desempenho de saída excelente.
[296] Enquanto certas modalidades foram descritas, essas modalidades foram apresentadas a título de exemplo apenas, e não são destinadas a limitar o escopo das invenções. Certamente as modalidades inovadoras descritas no presente documento podem ser incorporadas em uma variedade de outras formas; ademais, várias omissões, substituições e mudanças na forma das modalidades descritas no presente documento podem ser feitas sem se afastar do espírito das invenções. As reivindicações anexas e seus equivalentes são destinados a cobrir tais formas ou modificações que caem dentro do escopo e espírito das invenções.
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Claims (12)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Grupo de eletrodos caracterizado pelo fato de que compreende:
    um eletrodo positivo;
    um eletrodo negativo; e uma camada de eletrólito sólido fornecida entre o eletrodo positivo e o eletrodo negativo, em que a camada de eletrólito sólido compreende uma
    primeira porção que compreende primeiras partículas de eletrólito sólido em contato com o eletrodo positivo, uma segunda porção que compreende segundas partículas de eletrólito sólido em contato com o eletrodo negativo, e uma
    terceira porção fornecida entre a primeira e a segunda porções e que compreende terceiras partículas de eletrólito sólido, e um tamanho de partícula médio das terceiras partículas de eletrólito sólido é maior do que um tamanho de partícula médio das primeiras partículas de eletrólito sólido, e maior do que um tamanho de partícula médio das segundas partículas de eletrólito sólido.
  2. 2. Grupo de eletrodos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camada de eletrólito sólido satisfaz
    0,0016 < D1/D3 < 0,96; e
    0, 0033 < D2/D3 < 0,96, primeiras partícula em que D1 partículas médio das é o tamanho de partícula médio das de eletrólito sólido, D2 é o tamanho de segundas partículas de eletrólito sólido,
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    2/4 e D3 é o tamanho de partícula médio das terceiras partículas de eletrólito sólido.
  3. 3. Grupo de eletrodos, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o eletrodo positivo compreende partículas de material de eletrodo positivo, e um tamanho de partícula médio das partículas de material ativo de eletrodo positivo é maior do que o tamanho de partícula médio das primeiras partículas de eletrólito sólido, e o eletrodo negativo compreende partículas de material ativo de eletrodo negativo, e um tamanho de partícula médio das partículas de material ativo de eletrodo negativo é maior do que o tamanho de partícula médio das segundas partículas de eletrólito sólido.
  4. 4. Grupo de eletrodos, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a camada de eletrólito sólido satisfaz
    0, 002 < T1/T3 < 0,99; e
    0, 004 < T2/T3 < 0,7, em que T1 é uma espessura da primeira porção, T2 é uma espessura da segunda porção, e T3 é uma espessura da terceira porção.
  5. 5. Grupo de eletrodos, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que as partículas de material ativo de eletrodo negativo compreendem pelo menos um tipo de partículas selecionadas a partir do grupo que consiste em partículas de um titanato de lítio que tem uma estrutura de cristal do tipo espinela, partículas de um titanato de lítio
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    3/4 que tem uma estrutura de cristal do tipo ramsdelita, partículas de um óxido de titânio que tem uma estrutura de cristal do tipo anatase, partículas de um óxido de titânio que tem uma estrutura de cristal monoclínica, partículas de um óxido de compósito de nióbio-titânio que tem uma estrutura de cristal monoclínica e partículas de um óxido de compósito que contém nióbio que tem uma estrutura de cristal ortorrômbica.
  6. 6. Bateria secundária caracterizada pelo fato de que compreende o grupo de eletrodos, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5.
  7. 7. Bateria secundária, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um eletrólito não aquoso líquido e/ou um eletrólito não aquoso em gel contido no grupo de eletrodos.
  8. 8. Conjunto de bateria caracterizado pelo fato de que compreende a bateria secundária, conforme definido na reivindicação 6 ou 7.
  9. 9. Conjunto de bateria, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:
    um terminal de distribuição de potência externa; e um circuito protetor.
  10. 10. Conjunto de bateria, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade de baterias secundárias, em que a pluralidade das baterias secundárias é conectada eletricamente em série, em paralelo, ou em combinação de em série e em paralelo.
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  11. 11. Veículo caracterizado pelo fato de que compreende o conjunto de bateria, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 8 a 10.
  12. 12. Veículo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende um mecanismo configurado para converter energia cinética do veículo em energia regenerativa.
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