BR112018012420B1 - Método para preparar um eletrodo de cátodo de bateria - Google Patents

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Abstract

é provido aqui um método para preparar um eletrodo de bateria com base em uma pasta fluida aquosa. o método descrito aqui tem a vantagem de que um solvente aquoso pode ser usado no processo de fabricação, o que pode economizar tempo e facilitar o processo, evitando-se a necessidade de manusear ou reciclar solventes orgânicos perigosos. portanto, custos são reduzidos simplificando-se o processo total. adicionalmente, as baterias que têm os eletrodos preparados pelo método descrito aqui mostram retenção de energia significativa.

Description

MÉTODO PARA PREPARAR UM ELETRODO DE CÁTODO DE BATERIA
CAMPO DA INVENÇÃO [001] Esta invenção refere-se a baterias de íons de lítio na aplicação de área de energia sustentável. Mais particularmente, esta invenção se refere ao uso de pastas fluidas de base aquosa para preparar eletrodo de bateria.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [002] Baterias de íon de lítio (LIBs) têm atraído atenção extensiva nas últimas duas décadas para uma ampla faixa de aplicações em dispositivos eletrônicos portáteis tais como telefones celulares e computadores do tipo laptop. Devido ao rápido desenvolvimento do mercado de veículos elétricos (EV) e armazenamento de energia de rede, LIBs de alto desempenho e baixo custo oferecem atualmente uma das opções mais promissoras para dispositivos de armazenamento de energia em larga escala.
[003] Em geral, uma bateria de íon de lítio inclui um separador, um cátodo e um ânodo. Atualmente, eletrodos são preparados dispersando-se pós finos de um material de eletrodo de bateria ativo, um agente condutor e um material aglutinante em um solvente apropriado. A dispersão pode ser revestida sobre um coletor de corrente tal como uma folha de metal de cobre ou alumínio, e então seca a uma temperatura elevada para remover o solvente. Lâminas do cátodo e ânodo são subsequentemente empilhadas ou laminadas com o separador que separa o cátodo e ânodo para formar uma bateria.
[004] Fluoreto de polivinilideno (PVDF) foi o material aglutinante mais amplamente usado tanto para o cátodo quanto para o ânodo eletrodos. Em comparação aos materiais aglutinantes não PVDF, PVDF fornece uma boa estabilidade eletromecânica e alta adesão aos materiais de eletrodo e coletores de corrente. No entanto, PVDF pode se dissolver somente em alguns solventes orgânicos específicos tais como N-metil-2-pirolidona (NMP) o que exige gerenciamento específico, padrões de produção e reciclagem dos
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 13/122 / 72 solventes orgânicos de modo amigável ao ambiente. Isso causará custos significativos no processo de fabricação.
[005] O uso de soluções aquosas em vez de solventes orgânicos é preferencial por razões ambientais e de manuseamento e, portanto, pastas fluidas à base de água foi considerado. Aglutinantes solúveis em água tais como carboximetil celulose (CMC) e borracha de estireno-butadieno (SBR) foram empreendidos. No entanto, CMC e SBR são geralmente limitados a aplicações de ânodo.
[006] O Documento de Patente no U.S. 8.956.688 B2 descreve um método de produção de um eletrodo de bateria. O método compreende medir o potencial zeta do material de eletrodo ativo e do material aditivo condutor; selecionar um agente dispersante catiônico ou aniônico com base no potencial zeta; determinar o ponto isoelétrico (IEP) do material de eletrodo ativo e do material aditivo condutor; dispersar um material de eletrodo ativo e um aditivo condutor em água com pelo menos um agente dispersante para criar uma dispersão misturada; tratar uma superfície de um coletor de corrente para elevar a energia de superfície da superfície para pelo menos a tensão de superfície da dispersão misturada; depositar o material de eletrodo ativo dispersado e aditivo condutor em um coletor de corrente; e aquecer a superfície revestida para remover água do revestimento. No entanto, o método é complicado, envolvendo medições do potencial zeta do material de eletrodo ativo e do material aditivo condutor, e ponto isoelétrico (IEP) do material de eletrodo ativo e do material aditivo condutor. Ademais, uma etapa de tratamento de superfície adicional para tratar a superfície do coletor de corrente é necessária de modo a intensificar a retenção de capacidade.
[007] O Documento de Patente no U.S. 8.092.557 B2 descreve um método de produção de um eletrodo para uma bateria de íon de lítio recarregável com o uso de uma pasta fluida à base de água que tem um pH entre 7,0 e 11,7, em que o eletrodo inclui um material eletroativo, um
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 14/122 / 72 polímero de borracha de (polistirenobutadieno)-poli(acrilonitrila-coacrilamida) e um aditivo condutor. No entanto, esse método não fornece nenhum dado para avaliar o desempenho eletromecânico dos eletrodos preparados por esse método.
[008] O Pedido de Patente no U.S. 2013/0034651 A1 descreve uma pasta fluida para a fabricação de um eletrodo, em que a pasta fluida compreende uma combinação de pelo menos três dentre ácido poliacrílico (PAA), carboximetil celulose (CMC), borracha de estireno-butadieno (SBR) e fluoreto de polivinilideno (PVDF) em uma solução aquosa e um composto eletromecanicamente ativável. No entanto, a pasta fluida para preparar o cátodo eletrodo compreende acetona ou outros solventes orgânicos tais como NMP e DMAC.
[009] Em vista do supracitado, há sempre uma necessidade de desenvolver um método para preparar eletrodos de cátodo e ânodo para bateria de íon de lítio com o uso de um método simples, não custoso e amigável ao ambiente.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0010] As necessidades supracitadas são atendidas por vários aspectos e modalidades descritas no presente documento.
[0011] Em um aspecto, é fornecido no presente documento um método para preparar um eletrodo de bateria, que compreende as etapas de:
1) pré-tratar um material de eletrodo de bateria ativo em uma primeira solução aquosa que tem um pH de cerca de 2,0 a cerca de 7,5 para formar uma primeira suspensão;
2) secar a primeira suspensão para obter um material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado;
3) dispersar o material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado, um agente condutor, e um material aglutinante em uma segunda solução aquosa para formar uma pasta fluida;
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 15/122 / 72
4) homogeneizar a pasta fluida por um homogeneizador para obter uma pasta fluida homogeneizada;
5) aplicar a pasta fluida homogeneizada em um coletor de corrente para formar um filme revestido no coletor de corrente; e
6) secar o filme revestido no coletor de corrente para formar o eletrodo de bateria.
[0012] Em determinadas modalidades, o material de eletrodo de bateria ativo é um material de cátodo, em que o material de cátodo é selecionado a partir do grupo que consiste em LiCO2, LiNiO2, LiNixMnyO2, Li1+zNixMnyCo1-x-yO2, LiNixCoyAlzO2, L^Os, LiTiS2, LiMoS2, LiMnO2, LiCrO2, LiMn2O4, LiFeO2 LiFePO4, e combinações dos mesmos, em que cada x é, independentemente, de 0,3 a 0,8; cada y é, independentemente, de 0,1 a 0,45; e cada z é, independentemente, de 0 a 0,2.
[0013] Em algumas modalidades, o pH da primeira solução aquosa está em uma faixa de cerca de 4 a cerca de 7 e a primeira suspensão é agitada por um período de tempo de cerca de 2 minutos a cerca de 12 horas. Em modalidades adicionais, a primeira solução aquosa compreende um ou mais ácidos selecionados a partir do grupo que consiste em H2SO4, HNO3, H3PO4, HCOOH, CH3COOH, H3C6H5O7, H2C2O4, C6H12O7, C4H6O5 e combinações dos mesmos.
[0014] Em determinadas modalidades, a primeira solução aquosa compreende adicionalmente etanol, isopropanol, metanol, acetona, npropanol, t-butanol ou uma combinação dos mesmos.
[0015] Em algumas modalidades, a primeira suspensão é seca por um secador a vácuo de cone duplo, um secador por micro-ondas, ou um secador a vácuo por micro-ondas.
[0016] Em determinadas modalidades, o agente condutor é selecionado a partir do grupo que consiste em carbono, negro de carbono, grafite, grafite expandido, grafeno, nanoplaquetas de grafeno, fibras de
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 16/122 / 72 carbono, nanofibras de carbono, floco de carbono grafitizado, tubos de carbono, nanotubos de carbono, nanotubos ativado, carbono mesoporoso e combinações dos mesmos.
[0017] Em algumas modalidades, o agente condutor é pré-tratado em uma solução alcalina ou uma solução básica por um período de tempo de cerca de 30 minutos a cerca de 2 horas, em que a solução alcalina ou solução básica compreende uma base selecionada a partir do grupo que consiste em H2O2, LiOH, NaOH, KOH, NH.uH^O, Be(OH)2, Mg(OH)2, Ca(OH)2, Li2COs, Na2CO3, NaHCO3, K2CO3, KHCO3 e combinações dos mesmos.
[0018] Em determinadas modalidades, o agente condutor é disperso em uma terceira solução aquosa para formar uma segunda suspensão antes da etapa 3).
[0019] Em algumas modalidades, o material aglutinante é selecionado a partir do grupo que consiste em borracha de estireno-butadieno (SBR), carboximetil celulose (CMC), fluoreto de polivinilideno (PVDF), copolímero de acrilonitrila, ácido poliacrílico (PAA), poliacrilonitrila, fluoreto de (poli)vinilideno-hexafluoropropeno (PVDF-HFP), látex, um sal de ácido algínico e combinações dos mesmos. Em modalidades adicionais, o sal de ácido algínico compreende um cátion selecionado dentre Na, Li, K, Ca, NH4, Mg, Al ou uma combinação dos mesmos.
[0020] Em algumas modalidades, o material aglutinante é dissolvido em uma quarta solução aquosa para formar uma solução resultante antes da etapa 3).
[0021] Em determinadas modalidades, cada uma dentre a primeira, segunda, terceira e quarta soluções aquosas é, independentemente, água purificada, água pura, água deionizada, água destilada ou uma combinação dos mesmos.
[0022] Em algumas modalidades, a pasta fluida ou pasta fluida homogeneizada compreende adicionalmente um agente de dispersão
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 17/122 / 72 selecionado a partir do grupo que consiste em etanol, isopropanol, n-propanol, t-butanol, n-butanol, dodecil sulfato de lítio, cloreto de trimetil-hexadecil amônio, etoxilato de álcool, etoxilato de nonilfenol, dodecilbenzeno sulfonato de sódio, estearato de sódio e combinações dos mesmos.
[0023] Em determinadas modalidades, o homogeneizador é um misturador de agitação, um mesclador, um triturador, um ultrassonicador, um homogeneizador de rotor-estator ou um homogeneizador de alta pressão.
[0024] Em algumas modalidades, o ultrassonicador é um ultrassonicador do tipo sonda ou uma célula de fluxo ultrassônico.
[0025] Em determinadas modalidades, o ultrassonicador é operado em uma densidade de potência de cerca de 10 W/L a cerca de 100 W/L ou de cerca de 20 W/L a cerca de 40 W/L.
[0026] Em algumas modalidades, a pasta fluida homogeneizada é aplicada no coletor de corrente com o uso de um revestidor de lâmina raspadora, um revestidor de molde de fenda, um revestidor de transferência ou um revestidor de aspersão.
[0027] Em determinadas modalidades, cada um dentre os coletores de corrente dos eletrodos positivo e negativo é independentemente aço inoxidável, titânio, níquel, alumínio, cobre ou resina eletricamente condutora. Em determinadas modalidades, o coletor de corrente do eletrodo positivo é um filme fino de alumínio. Em algumas modalidades, o coletor de corrente do eletrodo negativo é um filme fino de cobre.
[0028] Em algumas modalidades, o filme revestido é seco por um período de tempo de cerca de 1 minuto a cerca de 30 minutos ou de cerca de 2 minutos a cerca de 10 minutos a uma temperatura de cerca de 45 °C a cerca de 100 °C ou de cerca de 55 °C a cerca de 75 °C.
[0029] Em determinadas modalidades, o filme revestido é seco por um forno de secagem de ar quente de transportador, um forno de secagem de resistência de transportador, um forno de secagem indutivo de transportador,
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 18/122 / 72 ou um forno de secagem de micro-ondas de transportador.
[0030] Em algumas modalidades, o transportador se move em uma velocidade de cerca de 2 metros/minuto a cerca de 30 metros/minuto, de cerca de 2 metros/minuto a cerca de 25 metros/minuto, de cerca de 2 metros/minuto a cerca de 20 metros/minuto, de cerca de 2 metros/minuto a cerca de 16 metros/minuto, de cerca de 3 metros/minuto a cerca de 30 metros/minuto, de cerca de 3 metros/minuto a cerca de 20 metros/minuto ou de cerca de 3 metros/minuto a cerca de 16 metros/minuto.
[0031] Em determinadas modalidades, o material de eletrodo de bateria ativo é um material de ânodo, em que o material de ânodo é selecionado a partir do grupo que consiste em particulado de grafite natural, particulado de grafite sintético, particulado de Sn, particulado de Li4Ti5O12, particulado de Si, particulado compósito de Si-C e combinações dos mesmos.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0032] A Figura 1 retrata uma modalidade do método descrito no presente documento.
[0033] A Figura 2 retrata uma imagem SEM da morfologia de superfície do Exemplo 1, uma modalidade do eletrodo de cátodo revestido descrito no presente documento.
[0034] A Figura 3 retrata o desempenho de ciclo de uma célula eletromecânica que contém um cátodo e um ânodo preparados pelo método descrito no Exemplo 2.
[0035] A Figura 4 retrata o desempenho de ciclo de uma célula eletromecânica que contém um cátodo e um ânodo preparados pelo método descrito no Exemplo 4.
[0036] A Figura 5 retrata o desempenho de ciclo de uma célula eletromecânica que contém um cátodo e um ânodo preparados pelo método descrito no Exemplo 6.
[0037] A Figura 6 retrata o desempenho de ciclo de uma célula
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 19/122 / 72 eletromecânica que contém um cátodo e um ânodo preparados pelo método descrito no Exemplo 8.
[0038] A Figura 7 retrata o desempenho de ciclo de uma célula eletromecânica que contém um cátodo e um ânodo preparados pelo método descrito no Exemplo 10.
[0039] A Figura 8 retrata o desempenho de ciclo de uma célula eletromecânica que contém um cátodo e um ânodo preparados pelo método descrito no Exemplo 12.
[0040] A Figura 9 retrata o desempenho de ciclo de uma célula eletromecânica que contém um cátodo e um ânodo preparados pelo método descrito no Exemplo 14.
[0041] A Figura 10 retrata o desempenho de ciclo de uma célula eletromecânica que contém um cátodo e um ânodo preparados pelo método descrito no Exemplo 15.
[0042] A Figura 11 retrata o desempenho de ciclo de uma célula eletromecânica que contém um cátodo e um ânodo preparados pelo método descrito no Exemplo 16.
[0043] A Figura 12 retrata o desempenho de ciclo de uma célula eletromecânica que contém um cátodo e um ânodo preparados pelo método descrito no Exemplo 17.
[0044] A Figura 13 retrata o desempenho de ciclo de uma célula eletromecânica que contém um cátodo e um ânodo preparados pelo método descrito no Exemplo 18.
[0045] A Figura 14 retrata o desempenho de ciclo de uma célula eletromecânica que contém um cátodo e um ânodo preparados pelo método descrito no Exemplo Comparativo 1.
[0046] A Figura 15 retrata o desempenho de ciclo de uma célula eletromecânica que contém um cátodo e um ânodo preparados pelo método descrito no Exemplo Comparativo 2.
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 20/122 / 72 [0047] A Figura 16 retrata o desempenho de ciclo de uma célula eletromecânica que contém um cátodo e um ânodo preparados pelo método descrito no Exemplo Comparativo 3.
[0048] A Figura 17 retrata o desempenho de ciclo de uma célula eletromecânica que contém um cátodo e um ânodo preparados pelo método descrito no Exemplo Comparativo 4.
[0049] A Figura 18 retrata o desempenho de ciclo de uma célula eletromecânica que contém um cátodo e um ânodo preparados pelo método descrito no Exemplo Comparativo 5.
[0050] A Figura 19 retrata o desempenho de ciclo de uma célula eletromecânica que contém um cátodo e um ânodo preparados pelo método descrito no Exemplo Comparativo 6.
[0051] A Figura 20 retrata o desempenho de ciclo de uma célula eletromecânica que contém um cátodo e um ânodo preparados pelo método descrito no Exemplo Comparativo 7.
[0052] A Figura 21 retrata o desempenho de ciclo de uma célula eletromecânica que contém um cátodo e um ânodo preparados pelo método descrito no Exemplo Comparativo 8.
[0053] A Figura 22 retrata o desempenho de ciclo de uma célula eletromecânica que contém um cátodo e um ânodo preparados pelo método descrito no Exemplo Comparativo 9.
[0054] A Figura 23 retrata o desempenho de ciclo de uma célula eletromecânica que contém um cátodo e um ânodo preparados pelo método descrito no Exemplo Comparativo 10.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0055] É fornecido no presente documento um método para preparar um eletrodo de bateria, que compreende as etapas de:
1) pré-tratar um material de eletrodo de bateria ativo em uma primeira solução aquosa que tem um pH de cerca de 2,0 a cerca de 7,5 para
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 21/122 / 72 formar uma primeira suspensão;
2) secar a primeira suspensão para obter um material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado;
3) dispersar o material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado, um agente condutor, e um material aglutinante em uma segunda solução aquosa para formar uma pasta fluida;
4) homogeneizar a pasta fluida por um homogeneizador para obter uma pasta fluida homogeneizada;
5) aplicar a pasta fluida homogeneizada em um coletor de corrente para formar um filme revestido no coletor de corrente; e
6) secar o filme revestido no coletor de corrente para formar o eletrodo de bateria.
[0056] O termo “eletrodo” se refere a um “cátodo” ou um “ânodo”.
[0057] O termo “eletrodo positivo” é usado de modo intercambiável com cátodo. De modo similar, o termo “eletrodo negativo” é usado de modo intercambiável com ânodo.
[0058] O termo “ácido” inclui qualquer molécula ou íon que pode denotar um íon de hidrogênio a outra substância, e/ou conter íons H+ completa ou parcialmente deslocáveis. Alguns exemplos não limitadores de ácidos adequados incluem ácidos inorgânicos e ácidos orgânicos. Alguns exemplos não limitadores do ácido inorgânico incluem ácido clorídrico, ácido nítrico, ácido fosfórico, ácido sulfúrico, ácido bórico, ácido fluorídrico, ácido hidrobrômico, ácido perclórico, ácido hidroiódico e combinações dos mesmos. Alguns exemplos não limitadores dos ácidos orgânicos incluem ácido acético, ácido láctico, ácido oxálico, ácido cítrico, ácido úrico, ácido trifluoroacético, ácido metanossulfônico, ácido fórmico, ácido propiônico, ácido butírico, ácido valérico, ácido glucônico, ácido málico, ácido capróico e combinações dos mesmos.
[0059] O termo “solução ácida” se refere a uma solução de um ácido
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 22/122 / 72 solúvel, que tem um pH menor do que 7,0, menor do que 6,5, menor do que 6,0, menor do que 5,0, menor do que 4,0, menor do que 3,0 ou menor do que 2,0. Em algumas modalidades, o pH é maior do que 6,0, maior do que 5,0, maior do que 4,0, maior do que 3,0, ou maior do que 2,0.
[0060] O termo “pré-tratar” conforme usado no presente documento se refere a um ato de aprimorar ou alterar as propriedades de um material, ou remover quaisquer agentes contaminantes em um material atuando-se com alguns agentes, ou um ato de suspender um material em alguns solventes.
[0061] O termo “dispersar” conforme usado no presente documento se refere a um ato de distribuir uma espécie química ou um sólido de modo mais ou menos uniforme por todo um fluido.
[0062] O termo “material aglutinante” se refere a um produto químico ou uma substância que pode ser usada para manter o material de eletrodo de bateria ativo e agente condutor no lugar.
[0063] O termo “homogeneizador” se refere a um equipamento que pode ser usado para homogeneização de materiais. O termo “homogeneização” se refere a um processo de redução de uma substância ou material à pequenas partículas e distribuição do mesmo de modo uniforme por todo um fluido. Quaisquer homogeneizadores convencionais podem ser usados para o método descrito no presente documento. Alguns exemplos não limitadores do homogeneizador incluem misturadores de agitação, mescladores, trituradores (por exemplo, trituradores coloides e trituradores de areia), ultrassonicadores, atomizadores, homogeneizadores de rotor-estator e homogeneizadores de alta pressão.
[0064] O termo “ultrassonicador” se refere a um equipamento que pode aplicar energia de ultrassom para agitar partículas em uma amostra. Qualquer ultrassonicador que pode dispersar a pasta fluida descrita no presente documento pode ser usada no presente documento. Alguns exemplos não limitadores do ultrassonicador incluem um banho ultrassônico, um
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 23/122 / 72 ultrassonicador do tipo sonda e uma célula de fluxo ultrassônico.
[0065] O termo “banho ultrassônico” se refere a um aparelho através do qual a energia ultrassônica é transmitida por meio da parede do recipiente do banho ultrassônico à amostra de líquido.
[0066] O termo “ultrassonicador do tipo sonda” se refere a uma sonda ultrassônica imersa em um meio para sonicação direta. O termo “sonicação direta” significa que o ultrassom é diretamente acoplado ao líquido de processamento.
[0067] O termo “célula de fluxo ultrassônico” ou “câmara de reator ultrassônico” se refere a um aparelho através do qual processos de sonicação podem ser realizados em um modo de fluxo atravessante. Em algumas modalidades, a célula de fluxo ultrassônico está em uma configuração de passo único, passo múltiplo ou recirculação.
[0068] O termo “misturador planetário” se refere a um equipamento que pode ser usado para misturar ou mesclar diferentes materiais para produzir uma mistura homogênea, que consiste em uma lâmina única ou dupla com uma lâmina de dispersão de alta velocidade. A velocidade rotacional pode ser expressa em unidade de rotações por minuto (rpm) que se refere ao número de rotações que um corpo giratório completa em um minuto. [0069] O termo “aplicar” conforme usado no presente documento, em general, se refere a um ato de dispor ou assentar uma substância em uma superfície.
[0070] O termo “coletor de corrente” se refere a um suporte para revestir o material de eletrodo de bateria ativo e um condutor com alto teor de elétron quimicamente inativo para manter uma corrente elétrica em fluxo a eletrodos durante o descarregamento ou carregamento de uma bateria secundária.
[0071] O termo “temperatura ambiente” se refere a temperaturas internas de cerca de 18 °C a cerca de 30 °C, por exemplo, 18, 19, 20, 21, 22,
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23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, ou 30 °C. Em algumas modalidades, a temperatura ambiente se refere a uma temperatura de cerca de 20 °C +/- 1 °C ou +/- 2 °C ou +/- 3 °C. Em outras modalidades, a temperatura ambiente se refere a uma temperatura de cerca de 22 °C ou cerca de 25 °C.
[0072] O termo “taxa C” se refere à taxa de carregamento ou descarregamento de uma célula ou bateria, expressa em termos de sua capacidade de armazenamento total em Ah ou mAh. Por exemplo, uma taxa de 1 C significa utilização de toda a energia armazenada em uma hora; um 0,1 C significa utilização de 10% da energia em uma hora e da energia total em 10 horas; e um 5 C significa a utilização da energia total em 12 minutos.
[0073] O termo “ampere-hora (Ah)” se refere a uma unidade usada ao especificar a capacidade de armazenamento de uma bateria. Por exemplo, uma bateria com capacidade de 1 Ah pode suprir uma corrente de um ampere por uma hora ou 0,5 um por duas horas, etc. portanto, 1 Ampere-hora (Ah) é o equivalente de 3.600 coulombs de carga elétrica. De modo similar, o termo “miniampere-hora (mAh)” também se refere a uma unidade da capacidade de armazenamento de uma bateria e é 1/1.000 de um ampere-hora.
[0074] O termo “lâmina raspadora” (doctor blading) se refere a um processo para fabricação de filmes de grande área em substratos rígidos ou flexíveis. Uma espessura de revestimento pode ser controlada por uma largura de lacuna ajustável entre uma lâmina de revestimento e uma superfície de revestimento, o que permite o depósito de espessuras de camada úmida variáveis.
[0075] O termo “revestimento de transferência” ou “revestimento de laminação” se refere a um processo para fabricação de filmes de grande área em substratos rígidos ou flexíveis. Uma pasta fluida é aplicada no substrato transferindo-se um revestimento a partir da superfície de um rolete de revestimento com pressão. Uma espessura de revestimento pode ser controlada por uma largura de lacuna ajustável entre uma lâmina de medição
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 25/122 / 72 e uma superfície do rolete de revestimento, o que permite o depósito de espessuras de camada úmida variáveis. Em um sistema de laminação de medição, a espessura do revestimento é controlada ajustando-se a lacuna entre um rolete de medição e um rolete de revestimento.
[0076] O termo “vida de ciclo de bateria” se refere ao número de ciclos de carga/descarga completos que uma bateria pode realizar antes de sua capacidade nominal cai abaixo de 80% de sua capacidade classificada inicial.
[0077] O termo “componente principal” de uma composição se refere ao componente que é maior do que 50%, maior do que 55%, maior do que 60%, maior do que 65%, maior do que 70%, maior do que 75%, maior do que 80%, maior do que 85%, maior do que 90%, ou maior do que 95% em peso ou volume, com base no peso total ou volume da composição.
[0078] O termo “componente secundário” de uma composição se refere ao componente que é menor do que 50%, menor do que 45%, menor do que 40%, menor do que 35%, menor do que 30%, menor do que 25%, menor do que 20%, menor do que 15%, menor do que 10%, ou menor do que 5% em peso ou volume, com base no peso total ou volume da composição.
[0079] O termo “taxa relativamente lenta” conforme usado no presente documento se refere à perda do solvente do sólido úmido no filme revestido por um período de tempo relativamente longo. Em algumas modalidades, o tempo necessário para secar o filme revestido de uma composição de revestimento designada em uma taxa relativamente lenta é de cerca de 5 minutos a cerca de 20 minutos.
[0080] O termo “taxa de secagem relativamente rápida” conforme usado no presente documento se refere à perda de solvente do sólido úmido no filme revestido por um período de tempo relativamente curto. Em algumas modalidades, o tempo necessário para secar o filme revestido de uma composição de revestimento designada em uma taxa de secagem relativamente rápida é de cerca de 1 minuto a cerca de 5 minutos.
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 26/122 / 72 [0081] Na descrição a seguir, todos os números descritos no presente documento são valores aproximados, independente de se as palavras “cerca de” ou “aproximado(a)” forem usadas em conexão com os mesmos. Os mesmos podem variar em 1 por cento, 2 por cento, 5 por cento, ou, algumas vezes, 10 a 20 por cento. Sempre que uma faixa numérica com um limite inferior, RL, e um limite superior, RU, é descrito, qualquer número que está dentro da faixa é especificamente descrito. Em particular, os números a seguir dentro da faixa são especificamente descritos: R=RL+k*(RU-RL), em que k é uma variável que varia de 1 por cento a 100 por cento com um 1 por cento de acréscimo, isto é, k é 1 por cento, 2 por cento, 3 por cento, 4 por cento, 5 por cento,..., 50 por cento, 51 por cento, 52 por cento,..., 95 por cento, 96 por cento, 97 por cento, 98 por cento, 99 por cento ou 100 por cento. Ademais, qualquer faixa numérica definida por dois números R conforme definido acima é também especificamente descrito.
[0082] A Figura 1 mostra uma modalidade do método descrito no presente documento, no qual uma primeira suspensão é preparada prétratando-se um material de eletrodo de bateria ativo em uma primeira solução aquosa que tem um pH de cerca de 2,0 a cerca de 7,5 para formar uma primeira suspensão. A primeira suspensão é então seca para obter um material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado. Uma pasta fluida é preparada misturando-se o material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado, um agente condutor e um material aglutinante em uma segunda solução aquosa. Componentes adicionais podem ser adicionados. A pasta fluida é então homogeneizada por um homogeneizador para obter uma pasta fluida homogeneizada. Um coletor de corrente é revestido com a pasta fluida homogeneizada, e o coletor revestido é então seco para formar o eletrodo de bateria.
[0083] Em determinadas modalidades, a primeira suspensão é preparada pré-tratando-se um material de eletrodo de bateria ativo em uma
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 27/122 / 72 primeira solução aquosa que tem um pH de cerca de 2,0 a cerca de 7,5.
[0084] Qualquer temperatura que pode pré-tratar o material de eletrodo de bateria ativo pode ser usado no presente documento. Em algumas modalidades, o material de eletrodo de bateria ativo pode ser adicionado à primeira solução aquosa em agitação em cerca de 14 oC, cerca de 16 oC, cerca de 18 oC, cerca de 20 oC, cerca de 22 oC, cerca de 24 oC ou cerca de 26 oC. Em determinadas modalidades, o processo de pré-tratamento pode ser realizado com aquecimento a uma temperatura de cerca de 30 oC a cerca de 80 oC, de cerca de 35 oC a cerca de 80 oC, de cerca de 40 oC a cerca de 80 oC, de cerca de 45 oC a cerca de 80 oC, de cerca de 50 oC a cerca de 80 oC, de cerca de 55 oC a cerca de 80 oC, de cerca de 55 oC a cerca de 70 oC, de cerca de 45 oC a cerca de 85 oC ou de cerca de 45 oC a cerca de 90 oC. Em algumas modalidades, o processo de pré-tratamento pode ser realizado a uma temperatura abaixo de 30 oC, abaixo de 25 oC, abaixo de 22 oC, abaixo de 20 oC, abaixo de 15 oC, ou abaixo de 10 oC.
[0085] Em algumas modalidades, o material de eletrodo de bateria ativo é um material de cátodo, em que o material de cátodo é selecionado a partir do grupo que consiste em LiCO2, LiNiO2, LiNixMnyO2, Li1+zNixMnyCo1_x_yO2, LiNixCoyAlzO^ LiV2O5, LiTiS2, LiMoS2, LiMnO2, LiCrO2, LiMn2O4, LiFeO2 LiFePO4 e e combinações dos mesmos, em que cada x é, independentemente, de 0,3 a 0,8; cada y é, independentemente, de 0,1 a 0,45; e cada z é, independentemente, de 0 a 0,2. Em determinadas modalidades, o material de cátodo é selecionado a partir do grupo que consiste em LiCO2, LiNiO2, LiNixMnyO2, Li1+zNixMnyCo1-x-yO2 (NMC), LiNixCoyAlzO2 LiV2O5, LiTiS2, LiMoS2, LiMnO2, LiCrO2, LiMn2O4, LiFeO2 LiFePO4 e combinações dos mesmos, em que cada x é, independentemente, de 0,4 a 0,6; cada y é, independentemente, de 0,2 a 0,4; e cada z é, independentemente, de 0 a 0,1. Em outras modalidades, o material de cátodo não é LiCO2, LiNiO2, LiV2O5, LiTiS2, LiMoS2, LiMnO2, LiCrO2, LiMn2O4, LiFeO2 ou LiFePO4. Em
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 28/122 / 72 modalidades adicionais, o material de cátodo não é LiNixMnyO2, Li1+zNixMnyCo1-x-yO2, ou LiNixCoyAlzO2, em que cada x é, independentemente, de 0,3 a 0,8; cada y é, independentemente, de 0,1 a 0,45; e cada z é, independentemente, de 0 a 0,2.
[0086] Em determinadas modalidades, o material de cátodo é dopado com um agente dopante selecionado a partir do grupo que consiste em Fe, Ni, Mn, Al, Mg, Zn, Ti, La, Ce, Sn, Zr, Ru, Si, Ge e combinações dos mesmos. Em algumas modalidades, o agente dopante não é Fe, Ni, Mn, Mg, Zn, Ti, La, Ce, Ru, Si, ou Ge. Em determinadas modalidades, o agente dopante não é Al, Sn, ou Zr.
[0087] Em algumas modalidades, o material de cátodo compreende ou é um compósito de carcaça-núcleo que compreende um núcleo que compreende um óxido de metal de transição de lítio e uma carcaça formada revestindo-se a superfície do núcleo com um óxido de metal de transição. Em determinadas modalidades, o óxido de metal de transição de lítio é selecionado a partir do grupo que consiste em LiCO2, LiNiO2, LiNixMnyO2, Li1+zNixMnyCo1-x-yO2, LiNixCoyAlzO2 LiV2O5, LiTiS2, LiMoS2, LiMnO2, LiCrO2, LiMn2O4, LiFeO2 LiFePO4 e combinações dos mesmos, em que cada x é, independentemente, de 0,3 a 0,8; cada y é, independentemente, de 0,1 a 0,45; e cada z é, independentemente, de 0 a 0,2. Em algumas modalidades, o óxido de metal de transição é selecionado a partir do grupo que consiste em Fe2O3, MnO2, Al2O3, MgO, ZnO, TiO2, La2O3, CeO2, SnO2, ZrO2, RuO2 e combinações dos mesmos.
[0088] Em determinadas modalidades, o material de cátodo compreende ou é um compósito de carcaça-núcleo que tem uma estrutura de núcleo e carcaça, em que o núcleo e a carcaça compreendem, cada um, independentemente, um óxido de metal de transição de lítio selecionado a partir do grupo que consiste em LiCO2, LiNiO2, LiNixMnyO2, Li1+zNixMnyCo1-x-yO2, LiNixCoyAlzO2 LiV2O5, LiTiS2, LiMoS2, LiMnO2, LiCrO2,
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LiMn2O4, LiFeO2, LiFePO4 e combinações dos mesmos, em que cada x é, independentemente, de 0,3 a 0,8; cada y é, independentemente, de 0,1 a 0,45; e cada z é, independentemente, de 0 a 0,2. Em outras modalidades, o núcleo e a carcaça compreendem, cada um, independentemente, dois ou mais óxidos de metal de transição de lítio. Os dois ou mais óxidos de metal de transição de lítio no núcleo e na carcaça podem ser os mesmos, ou podem ser diferentes ou parcialmente diferentes. Em algumas modalidades, os dois ou mais óxidos de metal de transição de lítio, são distribuídos de modo uniforme pelo núcleo. Em determinadas modalidades, os dois ou mais óxidos de metal de transição de lítio não são distribuídos de modo uniforme pelo núcleo.
[0089] Em algumas modalidades, cada um dos óxidos de metal de transição de lítio no núcleo e na carcaça é independentemente dopado com um agente dopante selecionado a partir do grupo que consiste em Fe, Ni, Mn, Al, Mg, Zn, Ti, La, Ce, Sn, Zr, Ru, Si, Ge e combinações dos mesmos. Em determinadas modalidades, o núcleo e a carcaça compreendem, cada um, independentemente, dois ou mais óxidos de metal de transição de lítio dopados. Em algumas modalidades, os dois ou mais óxidos de metal de transição de lítio dopados são distribuídos de modo uniforme pelo núcleo. Em determinadas modalidades, os dois ou mais óxidos de metal de transição de lítio dopados não são distribuídos de modo uniforme pelo núcleo.
[0090] Em algumas modalidades, o diâmetro do núcleo é de cerca de 5 pm a cerca de 45 pm, de cerca de 5 pm a cerca de 35 pm, de cerca de 5 pm a cerca de 25 pm, de cerca de 10 pm a cerca de 40 pm ou de cerca de 10 pm a cerca de 35 pm. Em determinadas modalidades, a espessura da carcaça é de cerca de 3 pm a cerca de 15 pm, de cerca de 15 pm a cerca de 45 pm, de cerca de 15 pm a cerca de 30 pm, de cerca de 15 pm a cerca de 25 pm, de cerca de 20 pm a cerca de 30 pm ou de cerca de 20 pm a cerca de 35 pm. Em determinadas modalidades, o diâmetro ou razão de espessura do núcleo e da carcaça estão na faixa de 15:85 a 85:15, 25:75 a 75:25, 30:70 a 70:30 ou
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40:60 a 60:40. Em determinadas modalidades, o volume ou razão em peso do núcleo e a carcaça é 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 40:60, ou 30:70.
[0091] Em determinadas modalidades, a primeira solução aquosa é uma solução que contém água como o componente principal e um solvente volátil, tal como álcoois, cetonas alifáticas inferiores, acetatos de alquila inferiores ou similares como componente secundário adicionalmente à água. Em determinadas modalidades, a quantidade de água é pelo menos 50%, pelo menos 55%, pelo menos 60%, pelo menos 65%, pelo menos 70%, pelo menos 75%, pelo menos 80%, pelo menos 85%, pelo menos 90%, ou pelo menos 95% à quantidade total de água e solventes diferentes de água. Em algumas modalidades, a quantidade de água é, no máximo, 55%, no máximo 60%, no máximo 65%, no máximo 70%, no máximo 75%, no máximo 80%, no máximo 85%, no máximo 90%, ou no máximo 95% à quantidade total de água e solventes diferente de água. Em algumas modalidades, a primeira solução aquosa consiste somente em água, ou seja, a proporção de água na primeira solução aquosa é 100% em volume.
[0092] Quaisquer solventes miscíveis em água podem ser usados como o componente secundário. Alguns exemplos não limitadores do componente secundário (isto é, solventes diferentes de água) incluem álcoois, cetonas alifáticas inferiores, acetatos de alquila inferiores e combinações dos mesmos. Alguns exemplos não limitadores do álcool incluem C2-C4 álcoois, tais como metanol, etanol, isopropanol, n-propanol, butanol e combinações dos mesmos. Alguns exemplos não limitadores DAS cetonas alifáticas inferiores incluem acetona, cetona de dimetila, e cetona de etila de metila. Alguns exemplos não limitadores dos acetatos de alquila inferiores incluem acetato de etila, acetato de isopropila e acetato de propila.
[0093] Em determinadas modalidades, o solvente volátil ou o componente secundário é cetona de etila de metila, etanol, acetato de etila ou uma combinação dos mesmos.
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 31/122 / 72 [0094] Em algumas modalidades, a primeira solução aquosa é uma mistura de água e um ou mais componentes secundários miscíveis em água. Em determinadas modalidades, a primeira solução aquosa é uma mistura de água e um componente secundário selecionado dentre etanol, isopropanol, npropanol, t-butanol, n-butanol e combinações dos mesmos. Em algumas modalidades, a razão de volume de água e o componente secundário é de cerca de 51:49 a cerca de 100:1.
[0095] Em determinadas modalidades, a primeira solução aquosa é água. Alguns exemplos não limitadores de água incluem água de distribuição, água engarrafada, água purificada, água pura, água destilada, água deionizada, D2O ou uma combinação dos mesmos. Em algumas modalidades, a primeira solução aquosa é água deionizada. Em determinadas modalidades, a primeira solução aquosa é livre de álcool, cetona alifática, acetato de alquila ou uma combinação dos mesmos.
[0096] Em algumas modalidades, a primeira solução aquosa é ácida, ligeiramente alcalina, ou neutra, e tem um pH em qualquer ponto dentro da faixa de cerca de 2,0 a cerca de 8,0. Em determinadas modalidades, o pH da primeira solução aquosa é de cerca de 2,0 a cerca de 7,5, de cerca de 3,0 a cerca de 7,5, de cerca de 4,0 a cerca de 7,5, de cerca de 4,0 a cerca de 7,0, de cerca de 5,0 a cerca de 7,5, de cerca de 6,0 a cerca de 7,5 ou de cerca de 6,0 a cerca de 7,0. Em algumas modalidades, o pH da primeira solução aquosa é cerca de 7,0, cerca de 6,5, cerca de 6,0, cerca de 5,5, cerca de 5,0 ou cerca de 4,0. Em outras modalidades, o pH da primeira solução aquosa é de cerca de 2 a cerca de 7, de cerca de 2 a cerca de 6, de cerca de 2 a cerca de 5 ou de cerca de 2 a cerca de 4. Em algumas modalidades, o pH da primeira solução aquosa é menor do que cerca de 7, menor do que cerca de 6, menor do que cerca de 5, menor do que cerca de 4 ou menor do que cerca de 3.
[0097] Em determinadas modalidades, a primeira solução aquosa compreende um ou mais ácidos selecionados a partir do grupo que consiste
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 32/122 / 72 em ácidos inorgânicos, ácidos orgânicos e combinações dos mesmos.
[0098] Em algumas modalidades, o ácido é uma mistura de um ou mais ácidos inorgânicos e um ou mais ácidos orgânicos, em que uma razão em peso do um ou mais ácidos inorgânicos ao um ou mais ácidos orgânicos é de cerca de 10/1 a cerca de 1/10, de cerca de 8/1 a cerca de 1/8, de cerca de 6/1 a cerca de 1/6 ou de cerca de 4/1 a cerca de 1/4.
[0099] Em determinadas modalidades, o um ou mais ácidos inorgânicos são selecionados a partir do grupo que consiste em ácido clorídrico, ácido nítrico, ácido fosfórico, ácido sulfúrico, ácido bórico, ácido fluorídrico, ácido hidrobrômico, ácido perclórico, ácido hidroiódico e combinações dos mesmos. Em modalidades adicionais, o um ou mais ácidos inorgânicos são ácido sulfúrico, ácido clorídrico, ácido hidrobrômico, ácido nítrico, ácido fosfórico e combinações dos mesmos. Em ainda mais modalidades, o ácido inorgânico é ácido clorídrico. Em algumas modalidades, o ácido é livre de ácido inorgânico tal como ácido clorídrico, ácido nítrico, ácido fosfórico, ácido sulfúrico, ácido bórico, ácido fluorídrico, ácido hidrobrômico, ácido perclórico ou ácido hidroiódico.
[00100] Em algumas modalidades, o um ou mais ácidos orgânicos são selecionados a partir do grupo que consiste em ácido acético, ácido láctico, ácido oxálico, ácido cítrico, ácido úrico, ácido trifluoroacético, ácido metanossulfônico, ácido fórmico, ácido propiônico, ácido butírico, ácido valérico, ácido glucônico, ácido málico, ácido capróico e combinações dos mesmos. Em modalidades adicionais, o um ou mais ácidos orgânicos são ácido fórmico, ácido acético, ácido propiônico e combinações dos mesmos. Em ainda mais modalidades, o ácido orgânico é ácido acético. Em algumas modalidades, o ácido é livre de ácido orgânico tal como ácido acético, ácido láctico, ácido oxálico, ácido cítrico, ácido úrico, ácido trifluoroacético, ácido metanossulfônico, ácido fórmico, ácido propiônico, ácido butírico, ácido valérico, ácido glucônico, ácido málico ou ácido capróico.
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 33/122 / 72 [00101] O pH da primeira solução aquosa é mantido durante a adição do material de eletrodo de bateria ativo em uma faixa de cerca de 4,0 a cerca de 7,5 por adição de um ou mais ácidos como um ajustador de pH. A escolha do ajustador de pH não é crucial. Qualquer orgânico adequado ou ácido inorgânico pode ser usado. Em algumas modalidades, o ajustador de pH é um ácido selecionado a partir do grupo que consiste em um ácido inorgânico, um ácido orgânico e combinações dos mesmos. O pH pode ser monitorado por um dispositivo de medição de pH tal como sensores de pH. Em algumas modalidades, mais do que um sensor de pH é usado para monitorar o valor de pH.
[00102] Quando o material de cátodo que tem uma estrutura de núcleocarcaça é exposto a uma solução ácida aquosa, a carcaça do compósito de carcaça-núcleo será danificada pelo ambiente ácido, afetando assim o desempenho do material de cátodo. Em algumas modalidades, a carcaça do compósito de carcaça-núcleo é muito fina e tem uma espessura de cerca de 3 pm a cerca de 15 pm. A espessura fina é muito frágil e pode ser, portanto, facilmente danificada. Em determinadas modalidades, a primeira solução aquosa é ligeiramente alcalina ou neutra, e tem um pH em qualquer ponto dentro da faixa de cerca de 7,0 a cerca de 7,5 ou de cerca de 7,0 a cerca de 8,0. Em algumas modalidades, o compósito de carcaça-núcleo é pré-tratado em água, álcool, ou uma mistura de água e álcool. Em uma modalidade, a primeira solução aquosa é água e contaminantes tais como sujeira e impurezas solúveis em água podem ser removidos da superfície do compósito de carcaça-núcleo sem danificar a carcaça. Em outra modalidade, a primeira solução aquosa é um álcool ou uma mistura de água e álcool, e agentes contaminantes tais como sujeira, compostos orgânicos tais como graxa e óleo, e impurezas solúveis em água podem ser removidos da superfície do compósito de carcaça-núcleo sem danificar a carcaça. Em modalidades adicionais, o álcool é selecionado a partir do grupo que consiste em metanol,
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 34/122 / 72 etanol, propanol, butanol, pentanol e isômeros e combinações dos mesmos. [00103] O uso da solução ácida aquosa para pré-tratar o material rico em Ni de cátodo tal como NMC532, NMC622, ou NMC811 pode resultar em defeitos na superfície do material de cátodo. Esses defeitos, por sua vez, causa degradação branda a severa de desempenho eletromecânico de uma célula eletromecânica. O pré-tratamento com ácido também pode causar irregularidades de superfície do material de cátodo, que, por sua vez, causam desempenho celular reduzido ou mesmo falha de célula. Em algumas modalidades, o material rico em Ni de cátodo é pré-tratado em um ambiente ligeiramente alcalino ou neutro. Em determinadas modalidades, a primeira solução aquosa tem um pH em qualquer ponto dentro da faixa de cerca de 7,0 a cerca de 7,5 ou de cerca de 7,0 a cerca de 8,0. Em algumas modalidades, o material rico em Ni de cátodo é pré-tratado em água, álcool ou uma mistura de água e álcool. Em outras modalidades, o material rico em Ni de cátodo é pré-tratado em um ambiente ligeiramente ácido que tem um pH de cerca de 6,0 a cerca de 7,0. Em modalidades adicionais, a primeira solução aquosa compreende um ácido em uma quantidade de cerca de 0,001% em peso a cerca de 0,01% em peso. Em outras modalidades, a primeira solução aquosa compreende um ácido em uma quantidade de menos do que cerca de 0,01% em peso. Portanto, agentes contaminantes podem ser removidos da superfície do material rico em Ni de cátodo sem criar defeitos de superfície para o material de cátodo.
[00104] Em algumas modalidades, depois de adicionar o material de eletrodo de bateria ativo à primeira solução aquosa, a mistura pode ser adicionalmente agitada por um período de tempo suficiente para formar a primeira suspensão. Em determinadas modalidades, o período de tempo é de cerca de 5 minutos a cerca de 2 horas, de cerca de 5 minutos a cerca de 1,5 horas, de cerca de 5 minutos a cerca de 1 hora, de cerca de 5 minutos a cerca de 30 minutos, de cerca de 5 minutos a cerca de 15 minutos, de cerca de 10
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 35/122 / 72 minutos a cerca de 2 horas, de cerca de 10 minutos a cerca de 1,5 horas, de cerca de 10 minutos a cerca de 1 hora, de cerca de 10 minutos a cerca de 30 minutos, de cerca de 15 minutos a cerca de 1 hora ou de cerca de 30 minutos a cerca de 1 hora.
[00105] Em determinadas modalidades, o material de eletrodo de bateria ativo é um material de ânodo, em que o material de ânodo é selecionado a partir do grupo que consiste em particulado de grafite natural, particulado de grafite sintético, particulado de Sn (estanho), particulado de Li4Ti5O12, particulado de Si (silício), particulado compósito de Si-C e combinações dos mesmos.
[00106] Em algumas modalidades, a primeira suspensão pode ser seca para obter um material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado. Qualquer secador que pode secar uma suspensão pode ser usado no presente documento. Em algumas modalidades, o processo de secagem é realizado por um secador a vácuo de cone duplo, um secador por micro-ondas ou um secador a vácuo por micro-ondas.
[00107] De modo convencional, o material de metal não é sugerido para usar o secador por micro-ondas para secar visto que a característica de material de metal pode refletir frequência de micro-ondas. Surpreendentemente, quando a secagem é realizada por um secador por micro-ondas ou secador a vácuo por micro-ondas, o material de cátodo pode ser seco de modo eficaz e o tempo de secagem pode ser significativamente encurtado, diminuindo assim os custos operacionais. Em algumas modalidades, o tempo de secagem é de cerca de 3 minutos a cerca de 25 minutos. Ademais, secar o material de cátodo em altas temperaturas por longo tempo pode resultar em decomposição indesejável do material de cátodo, e alterar os estados de oxidação do material de cátodo. O material de cátodo que tem alto teor de níquel e/ou manganês é particularmente sensível à temperatura. Sendo assim, o eletrodo positivo pode ter desempenho reduzido.
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Portanto, tempos de secagem diminuídos reduzem significativamente ou eliminam a degradação do material de cátodo. Em determinadas modalidades, o secador é um secador por micro-ondas ou um secador a vácuo por microondas. Em algumas modalidades, o secador por micro-ondas ou secador a vácuo por micro-ondas é operado em uma potência de cerca de 500 W a cerca de 3 kW, de cerca de 5 kW a cerca de 15 kW, de cerca de 6 kW a cerca de 20 kW, de cerca de 7 kW a cerca de 20 kW, de cerca de 15 kW a cerca de 70 kW, de cerca de 20 kW a cerca de 90 kW, de cerca de 30 kW a cerca de 100 kW ou de cerca de 50 kW a cerca de 100 kW.
[00108] Em algumas modalidades, a etapa de secagem pode ser realizada por um período de tempo que é suficiente para secar a primeira suspensão. Em determinadas modalidades, o tempo de secagem é de cerca de 3 minutos a cerca de 2 horas, de cerca de 5 minutos a cerca de 2 horas, de cerca de 10 minutos a cerca de 3 horas, de cerca de 10 minutos a cerca de 4 horas, de cerca de 15 minutos a cerca de 4 horas ou de cerca de 20 minutos a cerca de 5 horas.
[00109] Após a formação do material de eletrodo de bateria ativo prétratado secando-se a primeira suspensão, uma pasta fluida pode ser formada dispersando-se o material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado, um agente condutor e um material aglutinante em uma segunda solução aquosa.
[00110] Em determinadas modalidades, a quantidade do material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado é pelo menos 1%, pelo menos 2%, pelo menos 3%, pelo menos 4%, pelo menos 5%, pelo menos 10%, pelo menos 15%, pelo menos 20%, pelo menos 25%, pelo menos 30%, pelo menos 35%, pelo menos 40%, pelo menos 45%, pelo menos 50%, pelo menos 55%, pelo menos 60%, pelo menos 65%, pelo menos 70%, pelo menos 75%, pelo menos 80%, pelo menos 85%, pelo menos 90%, ou pelo menos 95% em peso ou volume, com base no peso total ou volume da pasta fluida. Em algumas modalidades, a quantidade do material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 37/122 / 72 é, no máximo, 1%, no máximo 2%, no máximo 3%, no máximo 4%, no máximo 5%, no máximo 10%, no máximo 15%, no máximo 20%, no máximo 25%, no máximo 30%, no máximo 35%, no máximo 40%, no máximo 45%, no máximo 50%, no máximo 55%, no máximo 60%, no máximo 65%, no máximo 70%, no máximo 75%, no máximo 80%, no máximo 85%, no máximo 90%, ou no máximo 95% em peso ou volume, com base no peso total ou volume da pasta fluida.
[00111] Em algumas modalidades, o material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado é o componente principal da pasta fluida. Em algumas modalidades, o material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado está presente em uma quantidade de cerca de 50% a cerca de 95% em peso ou volume, de cerca de 55% a cerca de 95% em peso ou volume, de cerca de 60% a cerca de 95% em peso ou volume, de cerca de 65% a cerca de 95% em peso ou volume, de cerca de 70% a cerca de 95% em peso ou volume, de cerca de 75% a cerca de 95% em peso ou volume, de cerca de 80% a cerca de 95% em peso ou volume, de cerca de 85% a cerca de 95% em peso ou volume, de cerca de 55% a cerca de 85% em peso ou volume, de cerca de 60% a cerca de 85% em peso ou volume, de cerca de 65% a cerca de 85% em peso ou volume, de cerca de 70% a cerca de 85% em peso ou volume, de cerca de 65% a cerca de 80% em peso ou volume ou de cerca de 70% a cerca de 80% em peso ou volume, com base no peso total ou volume da pasta fluida.
[00112] O agente condutor na pasta fluida é para acentuar a propriedade eletricamente condutora de um eletrodo. Em algumas modalidades, o agente condutor é selecionado a partir do grupo que consiste em carbono, negro de carbono, grafite, grafite expandido, grafeno, nanoplaquetas de grafeno, fibras de carbono, nanofibras de carbono, floco de carbono grafitizado, tubos de carbono, nanotubos de carbono, nanotubos ativado, carbono mesoporoso e combinações dos mesmos. Em determinadas modalidades, o agente condutor não é carbono, negro de carbono, grafite,
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 38/122 / 72 grafite expandido, grafeno, nanoplaquetas de grafeno, fibras de carbono, nanofibras de carbono, floco de carbono grafitizado, tubos de carbono, nanotubos de carbono, nanotubos ativado ou carbono mesoporoso.
[00113] O material aglutinante na pasta fluida desempenha uma função de ligar o material de eletrodo de bateria ativo e agente condutor entre si no coletor de corrente. Em algumas modalidades, o material aglutinante é selecionado a partir do grupo que consiste em borracha de estireno-butadieno (SBR), carboximetil celulose (CMC), fluoreto de polivinilideno (PVDF), copolímero de acrilonitrila, ácido poliacrílico (PAA), poliacrilonitrila, fluoreto de (poli)vinilideno-hexafluoropropeno (PVDF-HFP), látex, um sal de ácido algínico e combinações dos mesmos. Em determinadas modalidades, o sal de ácido algínico compreende um cátion selecionado dentre Na, Li, K, Ca, NH4, Mg, Al ou uma combinação dos mesmos.
[00114] Em algumas modalidades, o material aglutinante é SBR, CMC, PAA, um sal de ácido algínico ou uma combinação dos mesmos. Em determinadas modalidades, o material aglutinante é copolímero de acrilonitrila. Em algumas modalidades, o material aglutinante é poliacrilonitrila. Em determinadas modalidades, o material aglutinante é livre de borracha de estireno-butadieno (SBR), carboximetil celulose (CMC), fluoreto de polivinilideno (PVDF), copolímero de acrilonitrila, ácido poliacrílico (PAA), poliacrilonitrila, fluoreto de (poli)vinilidenohexafluoropropeno (PVDF-HFP), látex ou um sal de ácido algínico.
[00115] Em determinadas modalidades, a quantidade de cada do agente condutor e material aglutinante é independentemente pelo menos 1%, pelo menos 2%, pelo menos 3%, pelo menos 4%, pelo menos 5%, pelo menos 10%, pelo menos 15%, pelo menos 20%, pelo menos 25%, pelo menos 30%, pelo menos 35%, pelo menos 40%, pelo menos 45%, ou pelo menos 50% em peso ou volume, com base em com base no peso total ou volume da pasta fluida. Em algumas modalidades, a quantidade de cada do agente condutor e
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 39/122 / 72 material aglutinante é independentemente no máximo 1%, no máximo 2%, no máximo 3%, no máximo 4%, no máximo 5%, no máximo 10%, no máximo 15%, no máximo 20%, no máximo 25%, no máximo 30%, no máximo 35%, no máximo 40%, no máximo 45%, ou no máximo 50% em peso ou volume, com base no peso total ou volume da pasta fluida.
[00116] Em algumas modalidades, o agente condutor é pré-tratado em uma solução alcalina ou básica antes da etapa 3). Pré-tratar o agente condutor antes da preparação de pasta fluida pode acentuar a capacidade de umidificação e capacidade de dispersão do agente condutor na pasta fluida, permitindo desse modo a distribuição homogênea do agente condutor dentro do eletrodo compósito seco. Se particulados do agente condutor forem dispersos de modo heterogêneo no eletrodo, o desempenho, vida e segurança da bateria serão afetados.
[00117] Em determinadas modalidades, o agente condutor pode ser pré-tratado por um período de tempo de cerca de 30 minutos a cerca de 2 horas, de cerca de 30 minutos a cerca de 1,5 horas, de cerca de 30 minutos a cerca de 1 hora, de cerca de 45 minutos a cerca de 2 horas, de cerca de 45 minutos a cerca de 1,5 horas ou de cerca de 45 minutos a cerca de 1 hora. Em algumas modalidades, a solução alcalina ou básica compreende uma base selecionada a partir do grupo que consiste em H2O2, LiOH, NaOH, KOH, NH3«H2O, Be(OH)2, Mg(OH)2, Ca(OH)2, Li2CO3, Na2CO3, NaHCO3, K2CO3, KHCO3 e combinações dos mesmos. Em determinadas modalidades, a solução básica compreende uma base orgânica. Em algumas modalidades, a solução básica é livre de base orgânica. Em determinadas modalidades, a solução básica é livre de H2O2, LiOH, NaOH, KOH, NH3-H2O, Be(OH)2, Mg(OH)2, Ca(OH)2, Li2CO3, Na2CO3, NaHCO3, K2CO3 ou KHCO3. É desejável manter o particulado disperso de modo uniforme dentro de uma pasta fluida. O pré-tratamento do agente condutor com uma solução alcalina pode lavar impureza tal como óleo e graxa, promove distribuição mais
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 40/122 / 72 uniforme de partículas do agente condutor e aprimora sua dispersabilidade na pasta fluida sem acumular a impureza alcalina que tem impacto negativo no desempenho de bateria. Em comparação à adição de agente de dispersão, o agente de dispersão permanecerá na pasta fluida e pode causar impacto negativo no desempenho de bateria.
[00118] Em algumas modalidades, o pH da solução alcalina ou básica é maior do que 7, maior do que 8, maior do que 9, maior do que 10, maior do que 11, maior do que 12, ou maior do que 13. Em algumas modalidades, o pH da solução alcalina ou básica é menor do que 8, menor do que 9, menor do que 10, menor do que 11, menor do que 12, ou menor do que 13.
[00119] Em determinadas modalidades, o agente condutor é disperso em uma terceira solução aquosa para formar uma segunda suspensão antes da etapa 3).
[00120] Em comparação a um material de eletrodo de bateria ativo, um agente condutor tem uma área de superfície específica relativamente alta. Portanto, o agente condutor tem uma tendência a se aglomerar, devido a sua área de superfície específica relativamente alta, especialmente quando os particulados do agente condutor precisam ser dispersos em uma suspensão altamente densa do material de eletrodo de bateria ativo. Dispersar o agente condutor antes da preparação de pasta fluida pode minimizar a aglomeração das partículas, permitindo desse modo mais distribuição homogênea do agente condutor dentro do eletrodo compósito seco. Isso poderia reduzir a resistência interna e acentuar o desempenho eletromecânico dos materiais de eletrodo.
[00121] Cada um dentre o material de eletrodo de bateria ativo prétratado, agente condutor, e material aglutinante pode ser independentemente adicionado à segunda solução aquosa em uma porção, simplificando assim amplamente o método da presente invenção.
[00122] Em algumas modalidades, a quantidade do agente condutor na segunda suspensão é de cerca de 0,05% em peso a cerca de 0,5% em peso, de
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 41/122 / 72 cerca de 0,1% em peso a cerca de 1% em peso, de cerca de 0,25% em peso a cerca de 2,5% em peso, de cerca de 0,5% em peso a cerca de 5% em peso, de cerca de 2% em peso a cerca de 5% em peso, de cerca de 3% em peso a cerca de 7% em peso ou de cerca de 5% em peso a cerca de 10% em peso, com base no peso total da mistura do agente condutor e da terceira solução aquosa.
[00123] Em determinadas modalidades, o material aglutinante é dissolvido em uma quarta solução aquosa para formar uma solução resultante ou uma solução aglutinante antes da etapa 3).
[00124] Dispersar o material aglutinante sólido antes da preparação de pasta fluida pode evitar a adesão do material aglutinante sólido à superfície de outros materiais, permitindo desse modo que o material aglutinante disperse de modo homogêneo à pasta fluida. Se o material aglutinante for disperso de modo heterogêneo no eletrodo, o desempenho da bateria pode se deteriorar.
[00125] Em algumas modalidades, a quantidade do material aglutinante na solução aglutinante é de cerca de 3% em peso a cerca de 6% em peso, de cerca de 5% em peso a cerca de 10% em peso, de cerca de 7,5% em peso a cerca de 15% em peso, de cerca de 10% em peso a cerca de 20% em peso, de cerca de 15% em peso a cerca de 25% em peso, de cerca de 20% em peso a cerca de 40% em peso ou de cerca de 35% em peso a cerca de 50% em peso, com base no peso total da mistura do material aglutinante e da quarta solução aquosa.
[00126] Em determinadas modalidades, cada um dentre a segunda, terceira e quarta soluções aquosas é, independentemente, uma solução que contém água como o componente principal e um solvente volátil, tais como álcoois, cetonas alifáticas inferiores, acetatos de alquila inferiores ou similares, como o componente secundário adicionalmente à água. Em determinadas modalidades, a quantidade de água em cada solução é independentemente, pelo menos 55%, pelo menos 60%, pelo menos 65%, pelo menos 70%, pelo menos 75%, pelo menos 80%, pelo menos 85%, pelo
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 42/122 / 72 menos 90%, ou pelo menos 95% à quantidade total de água e solventes diferente de água. Em algumas modalidades, a quantidade de água é, no máximo, 55%, no máximo 60%, no máximo 65%, no máximo 70%, no máximo 75%, no máximo 80%, no máximo 85%, no máximo 90%, ou no máximo 95% à quantidade total de água e solventes diferente de água. Em algumas modalidades, cada um dentre a segunda, terceira e quarta soluções aquosas consiste independentemente somente em água, ou seja, a proporção de água em cada solução é 100 vol.%.
[00127] Quaisquer solventes miscíveis em água podem ser usados como o componente secundário da segunda, terceira ou quarta solução aquosa. Alguns exemplos não limitadores do componente secundário incluem álcoois, cetonas alifáticas inferiores, acetatos de alquila inferiores e combinações dos mesmos. Alguns exemplos não limitadores do álcool incluem C2-C4 álcoois, tais como metanol, etanol, isopropanol, n-propanol, butanol e combinações dos mesmos. Alguns exemplos não limitadores DAS cetonas alifáticas inferiores incluem acetona, cetona de dimetila, e cetona de etila de metila. Alguns exemplos não limitadores dos acetatos de alquila inferiores incluem acetato de etila, acetato de isopropila e acetato de propila.
[00128] Em algumas modalidades, o solvente volátil ou componente secundário é cetona de etila de metila, etanol, acetato de etila ou uma combinação dos mesmos.
[00129] Em algumas modalidades, a composição da pasta fluida não exige solventes orgânicos. Em determinadas modalidades, cada uma dentre a segunda, terceira e quarta soluções aquosas é, independentemente, água. Alguns exemplos não limitadores de água incluem água de distribuição, água engarrafada, água purificada, água pura, água destilada, água deionizada, D2O ou uma combinação dos mesmos. Em algumas modalidades, cada uma dentre a segunda, terceira e quarta soluções aquosas é, independentemente, água purificada, água pura, água deionizada, água destilada ou uma combinação
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 43/122 / 72 dos mesmos. Em determinadas modalidades, cada uma dentre a segunda, terceira e quarta soluções aquosas é livre de um solvente orgânico tal como álcoois, cetonas alifáticas inferiores, acetatos de alquila inferiores. Visto que a composição da pasta fluida não contém nenhum solvente orgânico, o manuseamento custoso, restritivo e complicado de solventes orgânicos é evitado durante a fabricação da pasta fluida.
[00130] Qualquer temperatura que pode ser usada na etapa de dispersão para formar a pasta fluida pode ser usada no presente documento. Em algumas modalidades, o material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado, agente condutor e material aglutinante são adicionados à segunda solução aquosa em agitação em cerca de 14o C, cerca de 16o C, cerca de 18o C, cerca de 20o C, cerca de 22o C, cerca de 24o C ou cerca de 26o C. Em determinadas modalidades, o processo de dispersão pode ser realizado com aquecimento a uma temperatura de cerca de 30o C a cerca de 80o C, de cerca de 35o C a cerca de 80o C, de cerca de 40o C a cerca de 80o C, de cerca de 45o C a cerca de 80o C, de cerca de 50o C a cerca de 80o C, de cerca de 55o C a cerca de 80o C, de cerca de 55o C a cerca de 70o C, de cerca de 45o C a cerca de 85o C ou de cerca de 45o C a cerca de 90o C. Em algumas modalidades, o processo de dispersão pode ser realizado a uma temperatura abaixo de 30o C, abaixo de 25o C, abaixo de 22o C, abaixo de 20o C, abaixo de 15o C ou abaixo de 10o C.
[00131] Componentes opcionais podem ser usados para auxiliar na dispersão do material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado, agente condutor e material aglutinante na pasta fluida. Em algumas modalidades, o componente adicional é um agente de dispersão. Qualquer agente de dispersão que pode acentuar a dispersão pode ser adicionado à pasta fluida descrita no presente documento. Em determinadas modalidades, o agente de dispersão é selecionado a partir do grupo que consiste em etanol, isopropanol, n-propanol, t-butanol, n-butanol, dodecil sulfato de lítio, cloreto de trimetilhexadecil amônio, etoxilato de polietileno, dodecilbenzeno sulfonato de
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 44/122 / 72 sódio, estearato de sódio e combinações dos mesmos.
[00132] Em algumas modalidades, a quantidade total do agente de dispersão é de cerca de 0,1% a cerca de 10%, de cerca de 0,1% a cerca de 8%, de cerca de 0,1% a cerca de 6%, de cerca de 0,1% a cerca de 5%, de cerca de 0,1% a cerca de 4%, de cerca de 0,1% a cerca de 3%, de cerca de 0,1% a cerca de 2%, ou de cerca de 0,1% a cerca de 1% em peso, com base no peso total da pasta fluida.
[00133] Em algumas modalidades, cada uma dentre a segunda, terceira e quarta soluções aquosas independentemente compreende um agente de dispersão para promover a separação de partículas e/ou evirar a aglomeração das partículas. Qualquer tensoativo que pode diminuir a tensão de superfície entre um líquido e um sólido pode ser usado como o agente de dispersão.
[00134] Em determinadas modalidades, o agente de dispersão é um tensoativo não iônico, um tensoativo aniônico, um tensoativo catiônico, um tensoativo anfotérico ou uma combinação dos mesmos.
[00135] Alguns exemplos não limitadores de tensoativo não iônico adequado incluem um álcool alcoxilado, um éster carboxílico, um éster de polietileno glicol e combinações dos mesmos. Alguns exemplos não limitadores de álcool alcoxilado adequado incluem álcoois etoxilados e propoxilados. Em algumas modalidades, a pasta fluida descrita no presente documento é livre de tensoativo não iônico.
[00136] Alguns exemplos não limitadores de tensoativo aniônico adequado incluem um sal de um sulfato de alquila, um sulfato de éter de polietoxilado de alquila, um sulfonato de benzeno de alquila, um sulfato de éter de alquila, um sulfonato, um sulfosuccinato, um sarcosinato e combinações dos mesmos. Em algumas modalidades, o tensoativo aniônico compreende um cátion selecionado a partir do grupo que consiste em sódio, potássio, amônio e combinações dos mesmos. Em algumas modalidades, a pasta fluida descrita no presente documento é livre de tensoativo aniônico.
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 45/122 / 72 [00137] Alguns exemplos não limitadores de tensoativo catiônico adequado incluem um sal de amônio, um sal de fosfônio, um sal de imidazólio, um sal de sulfônio e combinações dos mesmos. Alguns exemplos não limitadores de sal de amônio adequado incluem brometo de trimetilamônio de estearila (STAB), brometo de trimetilamônio de cetila (CTAB), e brometo de trimetilamônio de miristila (MTAB) e combinações dos mesmos. Em algumas modalidades, a pasta fluida descrita no presente documento é livre de tensoativo catiônico.
[00138] Alguns exemplos não limitadores de tensoativo anfotérico adequado são tensoativos que contêm tanto grupos catiônicos quanto grupos aniônicos. O grupo catiônico é amônio, fosfônio, imidazólio, sulfônio ou uma combinação dos mesmos. O grupo hidrofílico aniônico é carboxilato, sulfonato, sulfato, fosfonato ou uma combinação dos mesmos. Em algumas modalidades, a pasta fluida descrita no presente documento é livre de tensoativo anfotérico.
[00139] A pasta fluida pode ser homogeneizada por um homogeneizador. Qualquer equipamento que pode homogeneizar a pasta fluida pode ser usado. Em algumas modalidades, o homogeneizador é um misturador de agitação, um mesclador, um triturador, um ultrassonicador, um homogeneizador de rotor-estator, um atomizador ou um homogeneizador de alta pressão.
[00140] Em algumas modalidades, o homogeneizador é um ultrassonicador. Qualquer ultrassonicador que pode aplicar energia de ultrassom para agitar e dispersar partículas em uma amostra pode ser usada no presente documento. Em algumas modalidades, o ultrassonicador é um ultrassonicador do tipo sonda ou uma célula de fluxo ultrassônico.
[00141] Em determinadas modalidades, a pasta fluida é homogeneizada por agitação mecânica por um período de tempo de cerca de 2 horas a cerca de 8 horas. Em algumas modalidades, o misturador de agitação
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 46/122 / 72 é um misturador planetário que consiste em lâminas de dispersão planetárias e de alta velocidade. Em determinadas modalidades, a velocidade rotacional da lâmina planetária é de cerca de 20 rpm a cerca de 200 rpm e velocidade rotacional da lâmina de dispersão é de cerca de 1.000 rpm a cerca de 3.500 rpm. Em modalidades adicionais, a velocidade rotacional da lâmina planetária é de cerca de 20 rpm a cerca de 150 rpm ou de cerca de 30 rpm a cerca de 100 rpm, e velocidade rotacional da lâmina de dispersão é de cerca de 1.000 rpm a cerca de 3.000 rpm ou de cerca de 1.500 rpm a cerca de 2.500 rpm. Quando o homogeneizador é um misturador de agitação, a pasta fluida é agitada por pelo menos duas horas para garantir dispersão suficiente. Se a dispersão não é suficiente, o desempenho de bateria tal como vida de ciclo pode ser seriamente afetado. Em modalidades adicionais, o tempo de agitação é de cerca de 2 horas a cerca de 6 horas, de cerca de 3 horas a cerca de 8 horas, de cerca de 3 horas a cerca de 6 horas ou de cerca de 4 horas a cerca de 8 horas.
[00142] Em determinadas modalidades, a célula de fluxo ultrassônico pode ser operada em um modo de um passe, múltiplos passes ou de recirculação. Em algumas modalidades, a célula de fluxo ultrassônico pode incluir um camisa de resfriamento de água para ajudar a manter a temperatura exigida. Alternativamente, um trocador de calor separado pode ser usado. Em determinadas modalidades, a célula de fluxo pode ser feita de aço inoxidável ou vidro.
[00143] Em algumas modalidades, a pasta fluida é homogeneizada por um período de tempo de cerca de 1 hora a cerca de 10 horas, de cerca de 2 horas a cerca de 4 horas, de cerca de 15 minutos a cerca de 4 horas, de cerca de 30 minutos a cerca de 4 horas, de cerca de 1 hora a cerca de 4 horas, de cerca de 2 horas a cerca de 5 horas, de cerca de 3 horas a cerca de 5 horas ou de cerca de 2 horas a cerca de 6 horas.
[00144] Em determinadas modalidades, o ultrassonicador é operado em uma densidade de potência de cerca de 10 W/L a cerca de 100 W/L, de cerca
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 47/122 / 72 de 20 W/L a cerca de 100 W/L, de cerca de 30 W/L a cerca de 100 W/L, de cerca de 40 W/L a cerca de 80 W/L, de cerca de 40 W/L a cerca de 70 W/L, de cerca de 40 W/L a cerca de 50 W/L, de cerca de 40 W/L a cerca de 60 W/L, de cerca de 50 W/L a cerca de 60 W/L, de cerca de 20 W/L a cerca de 80 W/L, de cerca de 20 W/L a cerca de 60 W/L ou de cerca de 20 W/L a cerca de 40 W/L.
[00145] O fluxo contínuo através do sistema tem diversas vantagens sobre o processamento do tipo batelada. Por sonicação por meio de célula de fluxo ultrassônico, a capacidade de processamento se torna significativamente maior. O tempo de retenção do material na célula de fluxo pode ser ajustado ajustando-se a taxa de fluxo.
[00146] Por sonicação por meio de modo de recirculação, o material é recirculado muitas vezes através da célula de fluxo em uma configuração de recirculação. A recirculação aumenta o tempo de exposição cumulativa devido ao fato de que o líquido atravessa a célula de fluxo ultrassônico somente uma vez em uma configuração de passe único.
[00147] O modo de múltiplos passes tem uma configuração de célula de fluxo múltiplo. Essa disposição permite um processamento de passe único sem a necessidade de passes de recirculação ou múltiplos através do sistema. Essa disposição fornece um fator de escala ascendente de produtividade adicional igual ao número de células de fluxo utilizadas.
[00148] A etapa de homogeneização descrita no presente documento reduz ou elimina a agregação potencial do material de eletrodo de bateria ativo e do agente condutor e acentua a dispersão de cada ingrediente na pasta fluida.
[00149] Quando a pasta fluida é homogeneizada por um triturador, um meio tal como esferas, seixos, rocha pequena, areia ou outro meio é usado em uma mistura agitada junto com o material de amostra a ser misturado. As partículas na mistura são misturadas e reduzidas em tamanho por impacto
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 48/122 / 72 com superfícies rapidamente em movimento em um triturador. Em algumas modalidades, a esfera é feita de materiais rígidos tais como aço, aço inoxidável, cerâmica ou dióxido de zircônio (ZrO2). No entanto, é observado que o estresse mecânico durante o processo de trituração causa danos à estrutura do material de cátodo resultando em distorção ou dano estrutural maior tal como rachaduras. O material de cátodo também pode ser friccionado pela esfera causando dano estrutural e superfície formadas de modo irregular. Esses defeitos, por sua vez, causa degradação branda a severa de desempenho eletromecânico de uma célula eletromecânica. O material de cátodo que tem uma estrutura de núcleo-carcaça é ainda mais suscetível a danos mecânicos devido à vulnerabilidade da carcaça.
[00150] A pasta fluida homogeneizada pode ser aplicada em um coletor de corrente para formar um filme revestido no coletor de corrente. O coletor de corrente atua para coletar elétrons gerados por reações eletromecânicas do material de eletrodo de bateria ativo ou para aplicar elétrons necessários para as reações eletromecânicas. Em algumas modalidades, cada um dos coletores de corrente dos eletrodos positivo e negativo, que pode estar na forma de uma folha, lâmina ou filme, é independentemente aço inoxidável, titânio, níquel, alumínio, cobre ou resina eletricamente condutora. Em determinadas modalidades, o coletor de corrente do eletrodo positivo é um filme fino de alumínio. Em algumas modalidades, o coletor de corrente do eletrodo negativo é um filme fino de cobre.
[00151] Em algumas modalidades, o coletor de corrente tem uma espessura de cerca de 6 pm a cerca de 100 pm visto que a espessura afetará o volume ocupado pelo coletor de corrente dentro de uma bateria e a quantidade do material de eletrodo de bateria ativo e, portanto, a capacidade na bateria. [00152] Em determinadas modalidades, o processo de revestimento é realizado com o uso de um revestidor de lâmina raspadora, um revestidor de molde de fenda, um revestidor de transferência, um revestidor de aspersão,
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 49/122 / 72 um revestidor de laminação, um revestidor de gravura, um revestidor de imersão, ou um revestidor de cortina. Em algumas modalidades, a espessura do filme revestido no coletor de corrente é de cerca de 10 gm a cerca de 300 gm ou de cerca de 20 gm a cerca de 100 gm.
[00153] Depois de aplicar a pasta fluida homogeneizada em um coletor de corrente, o filme revestido no coletor de corrente pode ser seco por um secador para obter o eletrodo de bateria. Qualquer secador que pode secar o filme revestido no coletor de corrente pode ser usado no presente documento. Alguns exemplos não limitadores do secador são um forno de secagem de batelada, um forno de secagem de transportador e um forno de secagem de micro-ondas. Alguns exemplos não limitadores do forno de secagem de transportador incluem um forno de secagem de ar quente de transportador, um forno de secagem de resistência de transportador, um forno de secagem indutivo de transportador, e um forno de secagem de micro-ondas de transportador.
[00154] Em algumas modalidades, o forno de secagem de transportador para secar o filme revestido no coletor de corrente inclui uma ou mais seções de aquecimento, em que cada uma das seções de aquecimento é individualmente de temperatura controlada, e em que cada uma das seções de aquecimento pode incluir zonas de aquecimento independentemente controladas.
[00155] Em determinadas modalidades, o forno de secagem de transportador compreende uma primeira seção de aquecimento posicionada em um lado do transportador e uma segunda seção de aquecimento posicionada em um lado oposto do transportador a partir da primeira seção de aquecimento, em que cada uma dentre a primeira e a segunda seções de aquecimento independentemente compreende um ou mais elementos de aquecimento e uma sistema de controle de temperatura conectado aos elementos de aquecimento da primeira seção de aquecimento e da segunda
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 50/122 / 72 seção de aquecimento de maneira a monitorar e controlar seletivamente a temperatura de cada seção de aquecimento.
[00156] Em algumas modalidades, o forno de secagem de transportador compreende uma pluralidade de seções de aquecimento, em que cada seção de aquecimento inclui elementos de aquecimento independentes que são operados para manter uma temperatura constante dentro da seção de aquecimento.
[00157] Em determinadas modalidades, cada uma dentre a primeira e a segunda seções de aquecimento independentemente tem uma zona de aquecimento de entrada e uma zona de aquecimento de saída, em que cada uma das zonas de aquecimento de entrada e saída independentemente compreende um ou mais elementos de aquecimento e uma sistema de controle de temperatura conectado aos elementos de aquecimento da zona de aquecimento de entrada e da zona de aquecimento de saída de maneira a monitorar e controlar seletivamente a temperatura de cada zona de aquecimento separadamente do controle de temperatura das outras zonas de aquecimento.
[00158] Em algumas modalidades, o filme revestido no coletor de corrente pode ser seco a uma temperatura de cerca de 50o C a cerca de 80o C. A faixa de temperatura significa um gradiente de temperatura controlável no qual a temperatura aumenta gradualmente da temperatura de entrada de 50 °C à temperatura de saída de 80 °C. O gradiente de temperatura controlável evita que o filme revestido no coletor de corrente seque muito rapidamente. Secar o filme revestido muito rapidamente pode degradar materiais na pasta fluida. A secagem do filme revestido muito rapidamente também pode causar defeitos de estresse no eletrodo devido ao fato de que o solvente pode ser removido do filme revestido mais rapidamente do que o filme pode relaxar ou ajustar às mudanças de volume resultante, o que pode causar defeitos tais como rachaduras. Acredita-se que evitar tais defeitos pode acentuar, em geral, o
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 51/122 / 72 desempenho do eletrodo. Ademais, secar o filme revestido muito rapidamente pode causar o material aglutinante para migrar e formar uma camada do material aglutinante na superfície do eletrodo.
[00159] Em determinadas modalidades, o filme revestido no coletor de corrente é seco em uma taxa relativamente lenta. Em determinadas modalidades, o filme revestido no coletor de corrente é seco de modo relativamente lento em uma taxa constante, seguido por uma taxa de secagem relativamente rápida.
[00160] Em algumas modalidades, o filme revestido no coletor de corrente pode ser seco a uma temperatura de cerca de 45 oC a cerca de 100 oC, de cerca de 50 oC a cerca de 100 oC, de cerca de 55 oC a cerca de 100 oC, de cerca de 50 oC a cerca de 90 oC, de cerca de 55 oC a cerca de 80 oC, de cerca de 55 oC a cerca de 75 oC, de cerca de 55 oC a cerca de 70 oC, de cerca de 50 oC a cerca de 80 oC ou de cerca de 50 oC a cerca de 70 oC. Em uma modalidade, o filme revestido no coletor de corrente pode ser seco a uma temperatura de cerca de 40 °C a cerca de 55 °C por um período de tempo de cerca de 5 minutos a cerca de 10 minutos. As temperaturas de secagem inferiores podem evitar a decomposição indesejável de material de cátodo que tem alto teor de níquel e/ou manganês.
[00161] Em determinadas modalidades, o transportador se move em uma velocidade de cerca de 2 metros/minuto a cerca de 30 metros/minuto, de cerca de 2 metros/minuto a cerca de 25 metros/minuto, de cerca de 2 metros/minuto a cerca de 20 metros/minuto, de cerca de 2 metros/minuto a cerca de 16 metros/minuto, de cerca de 3 metros/minuto a cerca de 30 metros/minuto, de cerca de 3 metros/minuto a cerca de 20 metros/minuto ou de cerca de 3 metros/minuto a cerca de 16 metros/minuto.
[00162] Controlar o comprimento e velocidade de transportador pode regular o tempo de secagem do filme revestido. Portanto, o tempo de secagem pode ser aumentado sem aumentar o comprimento do transportador. Em
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 52/122 / 72 algumas modalidades, o filme revestido no coletor de corrente pode ser seco por um período de tempo de cerca de 1 minuto a cerca de 30 minutos, de cerca de 1 minuto a cerca de 25 minutos, de cerca de 1 minuto a cerca de 20 minutos, de cerca de 1 minuto a cerca de 15 minutos, de cerca de 1 minuto a cerca de 10 minutos, de cerca de 2 minutos a cerca de 15 minutos ou de cerca de 2 minutos a cerca de 10 minutos.
[00163] Depois que o filme revestido no coletor de corrente é seco, o eletrodo de bateria é formado. Em algumas modalidades, o eletrodo de bateria é comprimido mecanicamente de modo a intensificar a densidade do eletrodo. [00164] O método descrito no presente documento tem a vantagem de que um solvente aquoso é usado no processo de fabricação, o que pode economizar tempo de processo e facilita evitando-se a necessidade de manusear ou reciclar solventes orgânicos perigosos. Adicionalmente, custos são reduzidos simplificando-se o processo total. Portanto, esse método é especialmente adequado para processos industriais devido a seu baixo custo e facilidade de manuseamento.
[00165] Em algumas modalidades, baterias que compreendem os eletrodos preparados pelo método descrito no presente documento mostram uma retenção de capacidade de pelo menos cerca de 89%, cerca de 94%, cerca de 95%, cerca de 97%, ou cerca de 98% após 500 ciclos quando descarregados em uma taxa de 1 C. Em determinadas modalidades, baterias mostram uma retenção de capacidade de pelo menos cerca de 83%, cerca de 88%, cerca de 90%, cerca de 92%, cerca de 94% cerca de 95% ou cerca de 96% após 1.000 ciclos quando descarregados em uma taxa de 1 C. Em algumas modalidades, baterias mostram uma retenção de capacidade de pelo menos cerca de 73%, cerca de 77%, cerca de 80%, cerca de 81%, cerca de 88%, cerca de 90%, ou cerca de 92% após 2.000 ciclos quando descarregados em uma taxa de 1 C.
[00166] São apresentados os exemplos a seguir às modalidades
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 53/122 / 72 exemplificadoras da invenção porém, os mesmos não se destinam a limitar a invenção às modalidades específicas definidas. A menos que indicado o contrário, todas as partes e porcentagens são em peso. Todas os valores numéricos são aproximados. Quando faixas numéricas são dadas, deve-se entender que modalidades fora das faixas declaradas podem estar ainda dentro do escopo da invenção. Detalhes específicos descritos em cada exemplo não devem ser interpretados como recursos necessários da invenção.
EXEMPLOS
EXEMPLO 1
A) PRÉ-TRATAMENTO DE MATERIAL DE ELETRODO DE BATERIA ATIVO [00167] Um material de cátodo particulado LiNi0,33Mn0,33Co0,33O2 (NMC333) (obtido junto à Xiamen Tungsten CO. Ltd., China) foi adicionado a uma solução de agitação que contém 50% de água deionizada e 50% de etanol em temperatura ambiente para formar uma suspensão que tem um teor de sólido de cerca de 35% em peso. O pH da suspensão foi medido com o uso de um medidor de pH e o pH foi cerca de 7. A suspensão foi adicionalmente agitado em temperatura ambiente por 5 horas. Então a suspensão foi separada e seca por um secador por micro-ondas de 2,45 GHz (ZY-4HO, obtido junto à Zhiya Industrial Microwave Equipment Co., Ltd., Guangdong, China) em 75o W por 5 minutos para obter um material de eletrodo de bateria ativo prétratado.
B) PREPARAÇÃO DE PASTA FLUIDA DE ELETRODO POSITIVO [00168] Uma pasta fluida de eletrodo positivo foi preparado misturando-se 91% em peso de material de eletrodo de bateria ativo prétratado, 4% em peso de negro de carbono (SuperP; Timcal Ltd, Bodio, Suiça), 4% em peso de poliacrilonitrila (PAN) (LA 132, Chengdu Indigo Power Sources Co., Ltd., China) e 1% de isopropanol (obtido junto à Aladdin Industries Corporation, China) em água deionizada para formar uma pasta
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 54/122 / 72 fluida que tem um teor de sólido de 70% em peso. A pasta fluida foi homogeneizada por um misturador de agitação planetário (misturador 200 L, Chienemei Industry Co. Ltd., China) para 6 horas operado em uma velocidade de agitação de 20 rpm e uma velocidade de dispersão de 1.500 rpm para obter uma pasta fluida homogeneizada. A formulação do Exemplo 1 é mostrada na Tabela 1 abaixo.
C) PREPARAÇÃO DE ELETRODO POSITIVO [00169] A pasta fluida homogeneizada foi revestida em ambos os lados de uma folha de alumínio que tem uma espessura de 20 pm com o uso de um revestidor de transferência (ZY-TSF6-6518, obtido junto à Jin Fan Zhanyu New Energy Technology Co. Ltd., China) com uma densidade de área de cerca de 26 mg/cm2. Os filmes revestidos na folha de alumínio foram secos por 3 minutos por um forno de secagem de ar quente de transportador de 24 metros de comprimento como um submódulo do revestidor de transferência operado em uma velocidade de transportador de cerca de 8 metros/minuto para obter um eletrodo positivo. O forno de temperatura programada permitiu um gradiente de temperatura controlável no qual a temperatura aumentou gradualmente da temperatura de entrada de 55 °C à temperatura de saída de 80 °C.
D) PREPARAÇÃO DE ELETRODO NEGATIVO [00170] Um eletrodo negativo pasta fluida foi preparado misturando-se 90% em peso de carbono rígido (HC; 99,5% de pureza, Ruifute Technology Ltd., Shenzhen, Guangdong, China), 5% em peso de negro de carbono e 5% em peso de poliacrilonitrila em água deionizada para formar uma pasta fluida que tem um teor de sólido de 50% em peso. A pasta fluida foi revestida em ambos os lados de uma folha de cobre que tem uma espessura de 9 pm com o uso de um revestidor de transferência com uma densidade de área de cerca de 15 mg/cm2. Os filmes revestidos na folha de cobre foram secos em cerca de 50 °C por 2,4 minutos por um secador de ar seco transportador de 24 metros
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 55/122 / 72 de comprimento operado em uma velocidade de transportador de cerca de 10 metros/minuto para obter um eletrodo negativo.
MEDIÇÃO MORFOLÓGICA DO EXEMPLO 1 [00171] A Figura 2 mostra a imagem SEM da morfologia de superfície do eletrodo de cátodo revestido após a secagem. A morfologia do eletrodo de cátodo revestido foi caracterizada por uma microscopia de elétron de varredura (JEOL-6300, obtido junto à JEOL, Ltd., Japão). A imagem SEM mostra claramente um revestimento uniforme, sem rachaduras e estável por toda a superfície de eletrodo. Ademais, o eletrodo mostra uma distribuição homogênea do material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado e agente condutor sem grandes aglomerados.
EXEMPLO 2
MONTAGEM DE BATERIAS TIPO BOLSA [00172] Após a secagem, o filme de cátodo resultante e o filme de ânodo do Exemplo 1 foram usados para preparar o cátodo e ânodo respectivamente cortando-se em placas de eletrodo individuais. Uma célula de bolsa foi montada empilhando-se as placas de eletrodo de cátodo e ânodo alternativamente e então empacotada em um invólucro feito de um filme laminado de alumínio e plástico. As placas de eletrodo de cátodo e ânodo foram mantidas separadas por separadores e o invólucro foi pré-formado. Um eletrólito foi então enchido no invólucro que mantém o eletrodo empacotado em atmosfera de argônio de alta pureza com umidificação e teor de oxigênio < 1 ppm. O eletrólito foi uma solução de LiPF6 (1 M) em uma mistura de carbonato de etileno (EC), carbonato de metila de etila (EMC) e carbonato de dimetila (DMC) em uma razão de volume de 1:1:1. Após o enchimento de eletrólito, as células de bolsa foram vedadas a vácuo e então mecanicamente prensadas com o uso de um equipamento de punção com formato quadrado padrão.
MEDIÇÕES ELETROMECÂNICAS DO EXEMPLO 2
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I) CAPACIDADE NOMINAL [00173] A célula foi testada de modo galvano-estático em uma densidade de corrente de C/2 a 25 °C em um testador de bateria (BTS5V20A, obtido junto à Neware Electronics Co. Ltd, China) entre 3,0 V e 4,3 V. A capacidade nominal foi cerca de 10 Ah.
II) DESEMPENHO DE CAPACIDADE DE CICLO [00174] O desempenho de capacidade de ciclo da célula de bolsa foi testado por carregamento e descarregamento em uma taxa de corrente constante de 1C entre 3,0 V e 4,3 V. O resultado de teste do desempenho de capacidade de ciclo é mostrado na Figura 3. A retenção de capacidade após 450 ciclos foi cerca de 95,6% do valor inicial. O resultado de teste é mostrado na Tabela 2 abaixo.
EXEMPLO 3
A) PRÉ-TRATAMENTO DE MATERIAL DE ELETRODO DE BATERIA ATIVO [00175] Um material de cátodo particulado LiMn2O4 (LMO) (obtido junto à HuaGuan HengYuan LiTech Co. Ltd., Qingdao, China) foi adicionado a uma solução de ácido acético de 7% em peso em agitação em água (obtida junto à Aladdin Industries Corporation, China) em temperatura ambiente para formar uma suspensão que tem um teor de sólido de cerca de 50% em peso. O pH da suspensão foi medido com o uso de um medidor de pH e o pH foi cerca de 6. A suspensão foi adicionalmente agitado em temperatura ambiente por 2,5 horas. Em seguida, a suspensão foi separada e seca por um secador por micro-ondas de 2,45 GHz a 750 W por 5 minutos para obter um material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado.
B) PREPARAÇÃO DE PASTA FLUIDA DE ELETRODO POSITIVO [00176] O nanotubo de carbono (NTP2003; Shenzhen Nanotech Port Co., Ltd., China) (25g) foi pré-tratado em 2 L de uma solução alcalina que contém 0,5% em peso de NaOH por cerca de 15 minutos e então lavado por
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 57/122 / 72 água deionizada (5 L). O nanotubo de carbono tratado foi então disperso em água deionizada para formar uma suspensão que tem um teor de sólido de 6,25% em peso.
[00177] Uma pasta fluida de eletrodo positivo foi preparada misturando-se 92% em peso de material de eletrodo de bateria ativo prétratado, 3% em peso de negro de carbono, 1% em peso de suspensão do nanotubo de carbono tratado e 4% em peso de poliacrilonitrila em água deionizada para formar uma pasta fluida que tem um teor de sólido de 65% em peso. A pasta fluida foi homogeneizada por uma célula de fluxo ultrassônico em circulação (NP8000, obtida junto à Guangzhou Newpower Ultrasonic Electronic Equipment Co., Ltd., China) por 8 horas operada a 1.000 W para obter uma pasta fluida homogeneizada. A formulação do Exemplo 3 é mostrada na Tabela 1 abaixo.
C) PREPARAÇÃO DE ELETRODO POSITIVO [00178] A pasta fluida homogeneizada foi revestida em ambos os lados de uma folha de alumínio que tem uma espessura de 20 pm com o uso de um revestidor de transferência com uma densidade de área de cerca de 40 mg/cm2. Os filmes revestidos na folha de alumínio foram secos por 6 minutos por um forno de secagem de ar quente de transportador de 24 metros de comprimento como um submódulo do revestidor de transferência operado em uma velocidade de transportador de cerca de 4 metros/minuto para obter um eletrodo positivo. O forno de temperatura programada permitiu um gradiente de temperatura controlável no qual a temperatura aumentou gradualmente da temperatura de entrada de 65 °C à temperatura de saída de 90 °C.
D) PREPARAÇÃO DE ELETRODO NEGATIVO [00179] Um eletrodo negativo pasta fluida foi preparado misturando-se 90% em peso de carbono rígido (HC; 99,5% de pureza, Ruifute Technology Ltd., Shenzhen, Guangdong, China), 5% em peso de negro de carbono e 5% em peso de poliacrilonitrila em água deionizada para formar uma pasta fluida
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 58/122 / 72 que tem um teor de sólido de 50% em peso. A pasta fluida foi revestida em ambos os lados de uma folha de cobre que tem uma espessura de 9 pm com o uso de um revestidor de transferência com uma densidade de área de cerca de 15 mg/cm2. Os filmes revestidos na folha de cobre foram secos em cerca de 50 °C para 2,4 minutos por um secador de ar seco transportador de 24 metros de comprimento operado em uma velocidade de transportador de cerca de 10 metros/minuto para obter um eletrodo negativo.
EXEMPLO 4
MONTAGEM DE BATERIAS TIPO BOLSA [00180] Uma célula de bolsa foi preparada da mesma maneira que no Exemplo 2.
MEDIÇÕES ELETROMECÂNICAS DO EXEMPLO 4
I) CAPACIDADE NOMINAL [00181] A célula foi testada de modo galvano-estático em uma densidade de corrente de C/2 a 25 °C em um testador de bateria entre 3,0 V e 4,3 V. A capacidade nominal foi cerca de 10 Ah.
II) DESEMPENHO DE CAPACIDADE DE CICLO [00182] O desempenho de capacidade de ciclo da célula de bolsa foi testado por carregamento e descarregamento em uma taxa de corrente constante de 1C entre 3,0 V e 4,3 V. O resultado de teste do desempenho de capacidade de ciclo é mostrado na Figura 4. A retenção de capacidade após 2.000 ciclos foi cerca de 77% do valor inicial. O resultado de teste é mostrado na Tabela 2 abaixo.
EXEMPLO 5
A) PRÉ-TRATAMENTO DE MATERIAL DE ELETRODO DE BATERIA ATIVO [00183] Um material de cátodo particulado LiNi0,33Mn0,33Co0,33O2 (NMC333) (obtido junto à Shenzhen Tianjiao Technology Co. Ltd., China) foi adicionado a uma água deionizada em agitação em temperatura ambiente
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 59/122 / 72 para formar uma suspensão que tem um teor de sólido de cerca de 65% em peso. O pH da suspensão foi medido com o uso de um medidor de pH e o pH foi cerca de 7. A suspensão foi adicionalmente agitado em temperatura ambiente por 10 horas. Em seguida, a suspensão foi separada e seca por um secador por micro-ondas de 2,45GHz a 750 W por 5 minutos para obter um material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado.
B) PREPARAÇÃO DE PASTA FLUIDA DE ELETRODO POSITIVO [00184] Um pasta fluida de eletrodo positivo foi preparado misturandose 93% em peso de material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado, 3% em peso de negro de carbono, 0,5% em peso de etoxilato de nonilfenol (TERGITOL™ NP-6, DOW Chemical, E.U.A) e 3,5% em peso de poliacrilonitrila em água deionizada para formar uma pasta fluida que tem um teor de sólido de 75% em peso. A pasta fluida foi homogeneizada por uma célula de fluxo ultrassônico em circulação por 8 horas operada a 1.000 W para obter uma pasta fluida homogeneizada. A formulação do Exemplo 5 é mostrada na Tabela 1 abaixo.
C) PREPARAÇÃO DE ELETRODO POSITIVO [00185] A pasta fluida homogeneizada foi revestida em ambos os lados de uma folha de alumínio que tem uma espessura de 20 pm com o uso de um revestidor de transferência com uma densidade de área de cerca de 32 mg/cm2. Os filmes revestidos na folha de alumínio foram secos por 4 minutos por um forno de secagem de ar quente de transportador de 24 metros de comprimento como um submódulo do revestidor de transferência operado em uma velocidade de transportador de cerca de 6 metros/minuto para obter um eletrodo positivo. O forno de temperatura programada permitiu um gradiente de temperatura controlável no qual a temperatura aumentou gradualmente da temperatura de entrada de 50 °C à temperatura de saída de 75 °C.
D) PREPARAÇÃO DE ELETRODO NEGATIVO [00186] Um eletrodo negativo pasta fluida foi preparado misturando-se
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90% em peso carbono rígido, 5% em peso de negro de carbono e 5% em peso de poliacrilonitrila em água deionizada para formar uma pasta fluida que tem um teor de sólido de 50% em peso. A pasta fluida foi revestida em ambos os lados de uma folha de cobre que tem uma espessura de 9 qm com o uso de um revestidor de transferência com uma densidade de área de cerca de 15 mg/cm2. Os filmes revestidos na folha de cobre foram secos em cerca de 50 °C para 2,4 minutos por um secador de ar seco transportador de 24 metros de comprimento operado em uma velocidade de transportador de cerca de 10 metros/minuto para obter um eletrodo negativo.
EXEMPLO 6
MONTAGEM DE BATERIAS TIPO BOLSA [00187] Uma célula de bolsa foi preparada da mesma maneira que no Exemplo 2.
MEDIÇÕES ELETROMECÂNICAS DO EXEMPLO 6
I) CAPACIDADE NOMINAL [00188] A célula foi testada de modo galvano-estático em uma densidade de corrente de C/2 a 25 °C em um testador de bateria entre 3,0 V e 4,3 V. A capacidade nominal foi cerca de 10 Ah.
II) DESEMPENHO DE CAPACIDADE DE CICLO [00189] O desempenho de capacidade de ciclo da célula de bolsa foi testado por carregamento e descarregamento em uma taxa de corrente constante de 1C entre 3,0 V e 4,3 V. O resultado de teste do desempenho de capacidade de ciclo é mostrado na Figura 5. A retenção de capacidade após 560 ciclos foi cerca de 94,8% do valor inicial. O resultado de teste é mostrado na Tabela 2 abaixo.
EXEMPLO 7
A) PRÉ-TRATAMENTO DE MATERIAL DE ELETRODO DE BATERIA ATIVO [00190] Um material de cátodo particulado LiFePO4 (obtido junto à
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Xiamen Tungsten Co. Ltd., China) foi adicionado a uma solução de ácido acético de 3% em peso em agitação em água (obtida junto à Aladdin Industries Corporation, China) em temperatura ambiente para formar uma suspensão que tem um teor de sólido de cerca de 50% em peso. O pH da suspensão foi medido com o uso de um medidor de pH e o pH foi cerca de 3,8. A suspensão foi adicionalmente agitado em temperatura ambiente por 2,5 horas. Em seguida, a suspensão foi separada e seca por um secador por microondas de 2,45 GHz a 700 W por 5 minutos para obter um material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado.
B) PREPARAÇÃO DE PASTA FLUIDA DE ELETRODO POSITIVO [00191] Um pasta fluida de eletrodo positivo foi preparado misturandose 88% em peso de material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado, 5,5% em peso de negro de carbono, 0,5% em peso de etoxilato de nonilfenol (TERGITOL™ NP-6, DOW Chemical, E.U.A) e 6% em peso de poliacrilonitrila em água deionizada para formar uma pasta fluida que tem um teor de sólido de 70% em peso. A pasta fluida foi homogeneizada por uma célula de fluxo ultrassônico em circulação por 6 horas operada a 1.000 W para obter uma pasta fluida homogeneizada. A formulação do Exemplo 7 é mostrada na Tabela 1 abaixo.
C) PREPARAÇÃO DE ELETRODO POSITIVO [00192] A pasta fluida homogeneizada foi revestida em ambos os lados de uma folha de alumínio que tem uma espessura de 30 gm com o uso de um revestidor de transferência com uma densidade de área de cerca de 56 mg/cm2. Os filmes revestidos na folha de alumínio foram então secos por 6 minutos por um forno de secagem de ar quente de transportador de 24 metros de comprimento como um submódulo do revestidor de transferência operado em uma velocidade de transportador de cerca de 4 metros/minuto para obter um eletrodo positivo. O forno de temperatura programada permitiu um gradiente de temperatura controlável no qual a temperatura aumentou
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 62/122 / 72 gradualmente da temperatura de entrada de 75 °C à temperatura de saída de 90 °C.
D) PREPARAÇÃO DE ELETRODO NEGATIVO [00193] Um eletrodo negativo pasta fluida foi preparado misturando-se 90% em peso de carbono rígido (HC; 99,5% de pureza, Ruifute Technology Ltd., Shenzhen, Guangdong, China), 5% em peso de negro de carbono e 5% em peso de poliacrilonitrila em água deionizada para formar uma pasta fluida que tem um teor de sólido de 50% em peso. A pasta fluida foi revestida em ambos os lados de uma folha de cobre que tem uma espessura de 9 qm com o uso de um revestidor de transferência com uma densidade de área de cerca de 15 mg/cm2. Os filmes revestidos na folha de cobre foram então secos em cerca de 50 °C por 2,4 minutos por um secador de ar seco transportador de 24 metros de comprimento operados em uma velocidade de transportador de cerca de 10 metros/minuto para obter um eletrodo negativo.
EXEMPLO 8
MONTAGEM DE BATERIAS TIPO BOLSA [00194] Uma célula de bolsa foi preparada da mesma maneira que no Exemplo 2.
MEDIÇÕES ELETROMECÂNICAS DO EXEMPLO 8
I) CAPACIDADE NOMINAL [00195] A célula foi testada de modo galvano-estático em uma densidade de corrente de C/2 a 25 °C em um testador de bateria entre 2,5 V e 3,6 V. A capacidade nominal foi cerca de 3,6 Ah.
II) DESEMPENHO DE CAPACIDADE DE CICLO [00196] O desempenho de capacidade de ciclo da célula de bolsa foi testado por carregamento e descarregamento em uma taxa de corrente constante de 1C entre 2,5 V e 3,6 V. O resultado de teste do desempenho de capacidade de ciclo é mostrado na Figura 6. A retenção de capacidade após 3.000 ciclos foi cerca de 82,6% do valor inicial. O resultado de teste é
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 63/122 / 72 mostrado na Tabela 2 abaixo.
EXEMPLO 9
A) PREPARAÇÃO DE UM MATERIAL ATIVO DE CÁTODO COM ESTRUTURA DE NÚCLEO-CARCAÇA [00197] O núcleo do material de cátodo de núcleo-carcaça foi Li1,03Ni0,51Mn0,32Co0,17O2 e foi preparado por um método de coprecipitação. A carcaça do material de cátodo de núcleo-carcaça foi Li0,95Ni0,53Mn0,29Co0,15Al0,03O2 e foi preparada formando-se um precipitado de Al(OH)3 na superfície do núcleo para formar um precursor, misturar o precursor com Li2CO3 (obtido junto à Tianqi Lithium, Shenzhen, China) para obter uma mistura, e calcinar a mistura a 900 °C. O produto calcinado foi esmagado por um triturador a jato (LNJ-6A, obtido junto à Mianyang Liuneng Powder Equipment Co., Ltd., Sichuan, China) para cerca de 1 hora, seguido pela passagem do produto esmagado através de uma peneira de 270 mesh para obter um material de cátodo que tem um tamanho de partícula D5o de cerca de 38 qm. O teor de alumínio no material de cátodo de núcleo-carcaça diminuiu de modo gradiente da superfície externa da carcaça ao núcleo interno. A espessura da carcaça foi cerca de 3 qm.
B) PRÉ-TRATAMENTO DO MATERIAL DE ELETRODO DE BATERIA ATIVO [00198] O material de cátodo de núcleo-carcaça (C-S NMC532) preparado acima foi adicionado a uma solução de agitação que contém 50% de água deionizada e 50% metanol em temperatura ambiente para formar uma suspensão que tem um teor de sólido de cerca de 50% em peso. O pH da suspensão foi medido com o uso de um medidor de pH e o pH foi cerca de 7,5. A suspensão foi adicionalmente agitado em temperatura ambiente por 3,5 horas. Em seguida, a suspensão foi separada e seca por um secador por microondas de 2,45 GHz a 750 W por 5 minutos para obter um material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado.
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 64/122 / 72
C) PREPARAÇÃO DE PASTA FLUIDA DE ELETRODO POSITIVO [00199] Uma pasta fluida de eletrodo positivo foi preparada misturando-se 90% em peso de material de eletrodo de bateria ativo prétratado, 5% em peso de negro de carbono (SuperP; obtido junto à Timcal Ltd, Bodio, Suiça) como um agente condutor, e 5% em peso de poliacrilonitrila (LA 132, Chengdu Indigo Power Sources Co., Ltd., China) como um aglutinante, que foram dispersos em água deionizada para formar uma pasta fluida com um teor de sólido de 50% em peso. A pasta fluida foi homogeneizada por um misturador de agitação planetário para 6 horas operado em uma velocidade de agitação de 20 rpm e uma velocidade de dispersão de 1.500 rpm para obter uma pasta fluida homogeneizada. A formulação do Exemplo 9 é mostrada na Tabela 1 abaixo.
D) PREPARAÇÃO DE ELETRODO POSITIVO [00200] A pasta fluida homogeneizada foi revestida em ambos os lados de uma folha de alumínio que tem uma espessura de 30 pm com o uso de um revestidor de transferência com uma densidade de área de cerca de 44 mg/cm2. Os filmes revestidos na folha de alumínio foram então secos por 5 minutos por um forno de secagem de ar quente de transportador de 24 metros de comprimento como um submódulo do revestidor de transferência operado em uma velocidade de transportador de cerca de 4 metros/minuto para obter um eletrodo positivo. O forno de temperatura programada permitiu um gradiente de temperatura controlável no qual a temperatura aumentou gradualmente da temperatura de entrada de 67 °C à temperatura de saída de 78 °C.
E) PREPARAÇÃO DE ELETRODO NEGATIVO [00201] Um eletrodo negativo pasta fluida foi preparado misturando-se 90% em peso de carbono rígido (HC; 99,5% de pureza, Ruifute Technology Ltd., Shenzhen, Guangdong, China), 5% em peso de negro de carbono e 5% em peso de poliacrilonitrila em água deionizada para formar uma pasta fluida
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 65/122 / 72 que tem um teor de sólido de 50% em peso. A pasta fluida foi revestida em ambos os lados de uma folha de cobre que tem uma espessura de 9 pm com o uso de um revestidor de transferência com uma densidade de área de cerca de 15 mg/cm2. Os filmes revestidos na folha de cobre foram então secos em cerca de 50 °C por 2,4 minutos por um secador de ar seco transportador de 24 metros de comprimento operados em uma velocidade de transportador de cerca de 10 metros/minuto para obter um eletrodo negativo.
EXEMPLO 10
MONTAGEM DE BATERIAS TIPO BOLSA [00202] Uma célula de bolsa foi preparada da mesma maneira que no Exemplo 2.
MEDIÇÕES ELETROMECÂNICAS DO EXEMPLO 10
I) CAPACIDADE NOMINAL [00203] A célula foi testada de modo galvano-estático em uma densidade de corrente de C/2 a 25 °C em um testador de bateria entre 3,0 V e
4,2 V. A capacidade nominal foi cerca de 10,46 Ah.
II) DESEMPENHO DE CAPACIDADE DE CICLO [00204] O desempenho de capacidade de ciclo da célula de bolsa foi testado por carregamento e descarregamento em uma taxa de corrente constante de 1C entre 3,0 V e 4,2 V. O resultado de teste do desempenho de capacidade de ciclo é mostrado na Figura 7. A retenção de capacidade após 361 ciclos foi cerca de 98,6% do valor inicial. O resultado de teste é mostrado na Tabela 2 abaixo.
EXEMPLO 11
A) PREPARAÇÃO DE UM MATERIAL ATIVO DE CÁTODO COM ESTRUTURA DE NÚCLEO-CARCAÇA [00205] O núcleo do material de cátodo de núcleo-carcaça foi Li1,01Ni0,96Mg0,04O2 (C-S LNMgO) e foi preparado por reação de estado sólido na qual MgO e NiOx (x=1 a 2) foram misturados com LiOH seguido por
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 66/122 / 72 calcinação a 850 °C. a carcaça do material de cátodo de núcleo-carcaça foi Lia95CouO2 e foi preparada formando-se um precipitado de Co(OH)2 na superfície do núcleo para formar um precursor, misturando-se o precursor com Li2CO3 (obtido junto à Tianqi Lithium, Shenzhen, China) para obter uma mistura, e calcinar a mistura a 800 °C. O produto calcinado foi esmagado por um triturador a jato (LNJ-6A, obtido junto à Mianyang Liuneng Powder Equipment Co., Ltd., Sichuan, China) para cerca de 1 hora, seguido pela passagem do produto esmagado através de uma peneira de 270 mesh para obter um material de cátodo que tem um tamanho de partícula D50 de cerca de 33 μηι. O teor de cobalto no material de cátodo de núcleo-carcaça diminuiu de modo gradiente da superfície externa da carcaça ao núcleo interno. A espessura da carcaça foi cerca de 5 μm.
B) PRÉ-TRATAMENTO DO MATERIAL DE ELETRODO DE BATERIA ATIVO [00206] O material de cátodo de núcleo-carcaça preparados acima foi adicionado a uma solução de agitação que contém 70% de água deionizada e 30% de iso-propanol em temperatura ambiente para formar uma suspensão que tem um teor de sólido de cerca de 60% em peso. O pH da suspensão foi medido com o uso de um medidor de pH e o pH foi cerca de 8,0, A suspensão foi adicionalmente agitado em temperatura ambiente por 6,5 horas. Em seguida, a suspensão foi separada e seca por um secador por micro-ondas de 2,45 GHz a 750 W por 5 minutos para obter um material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado.
C) PREPARAÇÃO DE PASTA FLUIDA DE ELETRODO POSITIVO [00207] Uma pasta fluida de eletrodo positivo foi preparado misturando-se 89% em peso de material de eletrodo de bateria ativo prétratado, 5,5% em peso de negro de carbono (SuperP; obtido junto à Timcal Ltd, Bodio, Suiça) como um agente condutor, e 5,5% em peso de poliacrilonitrila (LA 132, Chengdu Indigo Power Sources Co., Ltd., China)
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 67/122 / 72 como um aglutinante, que foram dispersos em água deionizada para formar uma pasta fluida com um teor de sólido de 50% em peso. A pasta fluida foi homogeneizada por um misturador de agitação planetário para 6 horas operado em uma velocidade de agitação de 20 rpm e uma velocidade de dispersão de 1.500 rpm para obter uma pasta fluida homogeneizada. A formulação do Exemplo 11 é mostrada na Tabela 1 abaixo.
D) PREPARAÇÃO DE ELETRODO POSITIVO [00208] A pasta fluida homogeneizada foi revestida em ambos os lados de uma folha de alumínio que tem uma espessura de 30 pm com o uso de um revestidor de transferência com uma densidade de área de cerca de 42 mg/cm2. Os filmes revestidos na folha de alumínio foram então secos por 5,5 minutos por um forno de secagem de ar quente de transportador de 24 metros de comprimento como um submódulo do revestidor de transferência operado em uma velocidade de transportador de cerca de 4,2 metros/minuto para obter um eletrodo positivo. O forno de temperatura programada permitiu um gradiente de temperatura controlável no qual a temperatura aumentou gradualmente da temperatura de entrada de 62 °C à temperatura de saída de 75 °C.
E) PREPARAÇÃO DE ELETRODO NEGATIVO [00209] Um eletrodo negativo pasta fluida foi preparado misturando-se 90% em peso de carbono rígido (HC; 99,5% de pureza, Ruifute Technology Ltd., Shenzhen, Guangdong, China), 5% em peso de negro de carbono e 5% em peso de poliacrilonitrila em água deionizada para formar uma pasta fluida que tem um teor de sólido de 50% em peso. A pasta fluida foi revestida em ambos os lados de uma folha de cobre que tem uma espessura de 9 pm com o uso de um revestidor de transferência com uma densidade de área de cerca de 15 mg/cm2. Os filmes revestidos na folha de cobre foram então secos em cerca de 50 °C por 2,4 minutos por um secador de ar seco transportador de 24 metros de comprimento operados em uma velocidade de transportador de
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 68/122 / 72 cerca de 10 metros/minuto para obter um eletrodo negativo.
EXEMPLO 12
MONTAGEM DE BATERIAS TIPO BOLSA [00210] Uma célula de bolsa foi preparada da mesma maneira que no Exemplo 2.
MEDIÇÕES ELETROMECÂNICAS DO EXEMPLO 12
I) CAPACIDADE NOMINAL [00211] A célula foi testada de modo galvano-estático em uma densidade de corrente de C/2 a 25 °C em um testador de bateria entre 3,0 V e
4,2 V. A capacidade nominal foi cerca de 10,4 Ah.
II) DESEMPENHO DE CAPACIDADE DE CICLO [00212] O desempenho de capacidade de ciclo da célula de bolsa foi testado por carregamento e descarregamento em uma taxa de corrente constante de 1C entre 3,0 V e 4,2 V. O resultado de teste do desempenho de capacidade de ciclo é mostrado na Figura 8. A retenção de capacidade após 385 ciclos foi cerca de 98,1% do valor inicial. O resultado de teste é mostrado na Tabela 2 abaixo.
EXEMPLO 13
A) PRÉ-TRATAMENTO DE MATERIAL DE ELETRODO DE BATERIA ATIVO [00213] Um material de cátodo particulado LiCoO2 (obtido junto à Xiamen Tungsten CO. Ltd., China) foi adicionado a uma solução de agitação que contém 50% de água deionizada e 50% de etanol em temperatura ambiente para formar uma suspensão que tem um teor de sólido de cerca de 2% em peso. O pH da suspensão foi medido com o uso de um medidor de pH e o pH foi cerca de 7,0. A suspensão foi adicionalmente agitada em temperatura ambiente por 1 hora. Então a suspensão foi separada e seca por um secador por micro-ondas de 2,45 GHz (ZY-4HO, obtido junto à Zhiya Industrial Microwave Equipment Co., Ltd., Guangdong, China) em 750 W
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 69/122 / 72 por 5 minutos para obter um material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado.
B) PREPARAÇÃO DE PASTA FLUIDA DE ELETRODO POSITIVO [00214] Uma pasta fluida de eletrodo positivo foi preparada misturando-se 90% em peso de material de eletrodo de bateria ativo prétratado, 5% em peso de negro de carbono (SuperP; obtido junto à Timcal Ltd, Bodio, Suiça) como um agente condutor, e 5% em peso de poliacrilonitrila (LA 132, Chengdu Indigo Power Sources Co., Ltd., China) como um aglutinante, que foram dispersos em água deionizada para formar uma pasta fluida com um teor de sólido de 50% em peso. A pasta fluida foi homogeneizada por um misturador de agitação planetário para 6 horas operado em uma velocidade de rotação de 30 rpm e uma velocidade de dispersão de 1.500 rpm para obter uma pasta fluida homogeneizada. A formulação do Exemplo 13 é mostrada na Tabela 1 abaixo.
C) PREPARAÇÃO DE ELETRODO POSITIVO [00215] A pasta fluida homogeneizada foi revestida em ambos os lados de uma folha de alumínio que tem uma espessura de 20 qm com o uso de um revestidor de transferência (ZY-TSF6-6518, obtido junto à Jin Fan Zhanyu New Energy Technology Co. Ltd., China) com uma densidade de área de cerca de 26 mg/cm2. Os filmes revestidos na folha de alumínio foram secos por 3,4 minutos por um forno de secagem de ar quente de transportador de 24 metros de comprimento como um submódulo do revestidor de transferência operado em uma velocidade de transportador de cerca de 7 metros/minuto para obter um eletrodo positivo. O forno de temperatura programada permitiu um gradiente de temperatura controlável no qual a temperatura aumentou gradualmente da temperatura de entrada de 70 °C à temperatura de saída de 80 °C.
D) PREPARAÇÃO DE ELETRODO NEGATIVO [00216] Um eletrodo negativo pasta fluida foi preparado misturando-se 90% em peso de carbono rígido (HC; 99,5% de pureza, Ruifute Technology
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 70/122 / 72
Ltd., Shenzhen, Guangdong, China), 5% em peso de negro de carbono e 5% em peso de poliacrilonitrila em água deionizada para formar uma pasta fluida que tem um teor de sólido de 50% em peso. A pasta fluida foi revestida em ambos os lados de uma folha de cobre que tem uma espessura de 9 qm com o uso de um revestidor de transferência com uma densidade de área de cerca de 15 mg/cm2. Os filmes revestidos na folha de cobre foram secos em cerca de 50 °C por 2,4 minutos por um secador de ar seco transportador de 24 metros de comprimento operado em uma velocidade de transportador de cerca de 10 metros/minuto para obter um eletrodo negativo.
EXEMPLO 14
MONTAGEM DE BATERIAS TIPO BOLSA [00217] Uma célula de bolsa foi preparada da mesma maneira que no Exemplo 2.
MEDIÇÕES ELETROMECÂNICAS DO EXEMPLO 14 [00218] A célula foi testada de modo galvano-estático em uma densidade de corrente de C/2 a 25 °C em um testador de bateria entre 3,0 V e
4,2 V. A capacidade nominal foi cerca de 10,7 Ah.
[00219] O desempenho de capacidade de ciclo da célula de bolsa foi testado por carregamento e descarregamento em uma taxa de corrente constante de 1C entre 3,0 V e 4,2 V. O resultado de teste de desempenho de capacidade de ciclo é mostrado na Tabela 2 abaixo e na Figura 9.
EXEMPLO 15 [00220] Uma célula de bolsa foi preparada da mesma maneira que nos Exemplos 1 e 2, exceto que o material de cátodo LiNio,8Mno,iCoo,iO2 (NMC811) (obtido junto à Henan Kelong NewEnergy Co., Ltd., Xinxiang, China) foi usado em vez de NMC333, e aditivo não foi adicionado. Uma pasta fluida de eletrodo positivo foi preparado misturando-se 91% em peso de material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado, 5% em peso de negro de carbono (SuperP; Timcal Ltd, Bodio, Suiça), e 4% em peso de
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 71/122 / 72 poliacrilonitrila (PAN) (LA 132, Chengdu Indigo Power Sources Co., Ltd., China) em água deionizada para formar uma pasta fluida que tem um teor de sólido de 55% em peso. A pasta fluida foi homogeneizada por um misturador de agitação planetário (misturador 200 L, Chienemei Industry Co. Ltd., China) para 6 horas operado em uma velocidade de agitação de 20 rpm e uma velocidade de dispersão de 1.500 rpm para obter uma pasta fluida homogeneizada. A formulação do Exemplo 15 é mostrada na Tabela 1 abaixo. [00221] A célula foi testada de modo galvano-estático em uma densidade de corrente de C/2 a 25 °C em um testador de bateria entre 3,0 V e
4,2 V. A capacidade nominal foi cerca de 12,7Ah. O resultado de teste de desempenho de capacidade de ciclo é mostrado na Tabela 2 abaixo e na Figura 10.
EXEMPLO 16 [00222] Uma célula de bolsa foi preparada da mesma maneira que nos Exemplos 1 e 2, exceto que material de cátodo LiNi0 6Mn0 2Co0 2O2 (NMC622) (obtido junto à Hunan Rui Xiang New Material Co., Ltd., Changsha, China) foi usado em vez de NMC333 e aditivo não foi adicionado. Uma pasta fluida de eletrodo positivo foi preparado misturando-se 90% em peso de material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado, 5% em peso de negro de carbono (SuperP; Timcal Ltd, Bodio, Suiça), e 5% em peso de poliacrilonitrila (PAN) (LA 132, Chengdu Indigo Power Sources Co., Ltd., China) em água deionizada para formar uma pasta fluida que tem um teor de sólido de 60% em peso. A pasta fluida foi homogeneizada por um misturador de agitação planetário (misturador 200 L, Chienemei Industry Co. Ltd., China) para 6 horas operado em uma velocidade de agitação de 20 rpm e uma velocidade de dispersão de 1.500 rpm para obter uma pasta fluida homogeneizada. A formulação do Exemplo 16 é mostrada na Tabela 1 abaixo. [00223] A célula foi testada de modo galvano-estático em uma densidade de corrente de C/2 a 25 °C em um testador de bateria entre 3,0 V e
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4,2 V. A capacidade nominal foi cerca de 10 Ah. O resultado de teste de desempenho de capacidade de ciclo é mostrado na Tabela 2 abaixo e na Figura 11.
EXEMPLO 17 [00224] Uma célula de bolsa foi preparada da mesma maneira que nos Exemplos 1 e 2, exceto que material de cátodo Li1,0Ni0,8Co0,15Al0,05O2 (NCA) (obtido junto à Hunan Rui Xiang New Material Co., Ltd., Changsha, China) foi usado em vez de NMC333, e aditivo não foi adicionado. Uma pasta fluida de eletrodo positivo foi preparado misturando-se 91% em peso de material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado, 5% em peso de negro de carbono (SuperP; Timcal Ltd, Bodio, Suiça), e 4% em peso de poliacrilonitrila (PAN) (LA 132, Chengdu Indigo Power Sources Co., Ltd., China) em água deionizada para formar uma pasta fluida que tem um teor de sólido de 55% em peso. A pasta fluida foi homogeneizada por um misturador de agitação planetário (misturador 200 L, Chienemei Industry Co. Ltd., China) para 6 horas operado em uma velocidade de agitação de 20 rpm e uma velocidade de dispersão de 1.500 rpm para obter uma pasta fluida homogeneizada. A formulação do Exemplo 17 é mostrada na Tabela 1 abaixo.
[00225] A célula foi testada de modo galvano-estático em uma densidade de corrente de C/2 a 25 °C em um testador de bateria entre 3,0 V e
4,2 V. A capacidade nominal foi cerca de 10 Ah. O resultado de teste de desempenho de capacidade de ciclo é mostrado na Tabela 2 abaixo e na Figura 12.
EXEMPLO 18 [00226] Uma célula de bolsa foi preparada da mesma maneira que nos Exemplos 13 e 14, exceto que material de cátodo LiNi0,5Mn0,3Co0,2O2 (NMC532) (obtido junto à Hunan Rui Xiang New Material Co. Ltd., Changsha, China) foi usado em vez de LiCoO2; sal de ácido algínico sódio (alginato de sódio, obtido junto à Aladdin Industries Corporation, China) e
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 73/122 / 72 poliacrilonitrila foram usadas em vez de poliacrilonitrila como um material aglutinante de cátodo; e aditivo não foi adicionado. Uma pasta fluida de eletrodo positivo foi preparado misturando-se 88% em peso de material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado, 6% em peso de negro de carbono (SuperP; Timcal Ltd, Bodio, Suiça), 2,5% em peso sal de ácido algínico sódio, e 3,5% em peso de poliacrilonitrila (LA 132, Chengdu Indigo Power Sources Co., Ltd., China) em água deionizada para formar uma pasta fluida que tem um teor de sólido de 50% em peso. A pasta fluida foi homogeneizada por um misturador de agitação planetário (misturador 200 L, Chienemei Industry Co. Ltd., China) para 6 horas operado em uma velocidade de agitação de 20 rpm e uma velocidade de dispersão de 1.500 rpm para obter uma pasta fluida homogeneizada. A formulação do Exemplo 18 é mostrada na Tabela 1 abaixo.
[00227] A célula foi testada de modo galvano-estático em uma densidade de corrente de C/2 a 25 °C em um testador de bateria entre 3,0 V e
4,2 V. A capacidade nominal foi cerca de 10,7 Ah. O resultado de teste de desempenho de capacidade de ciclo é mostrado na Tabela 2 abaixo e na Figura 13.
EXEMPLO COMPARATIVO 1 [00228] Uma célula de bolsa foi preparada da mesma maneira que nos Exemplos 13 e 14, exceto que 1,5% em peso de carboximetil celulose (CMC, BSH-12, DKS Co. Ltd., Japão) e 3,5% em peso de SBR (AL-2001, NIPPON A&L INC., Japão) foi usado em vez de 5% em peso de poliacrilonitrila como um material aglutinante de cátodo, e 0,01% em peso de solução de ácido acético em água foi usado em vez de uma mistura de H2O e etanol ao prétratar o material de cátodo. Um material de cátodo particulado LiCoO2 (obtido junto à Xiamen Tungsten CO. Ltd., China) foi adicionado a 0,01% em peso de solução de ácido acético em água em agitação (obtido junto à Aladdin Industries Corporation, China) em temperatura ambiente para formar uma
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 74/122 / 72 suspensão que tem um teor de sólido de cerca de 2% em peso. O pH da suspensão foi medido com o uso de um medidor de pH e o pH foi cerca de 3,4. A suspensão foi adicionalmente agitada em temperatura ambiente por 1 hora. Então a suspensão foi separada e seca por um secador por micro-ondas de 2,45 GHz (ZY-4HO, obtido junto à Zhiya Industrial Microwave Equipment Co., Ltd., Guangdong, China) em 750 W por 5 minutos para obter um material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado. Uma pasta fluida de eletrodo positivo foi preparado misturando-se 90% em peso de material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado, 5% em peso de negro de carbono, 1,5% em peso de carboximetil celulose e 3,5% em peso de SBR em água deionizada para formar uma pasta fluida que tem um teor de sólido de 50% em peso. A pasta fluida foi homogeneizada por um misturador de agitação planetário (misturador 200 L, Chienemei Industry Co. Ltd., China) para 6 horas operado em uma velocidade de agitação de 30 rpm e uma velocidade de dispersão de 1.500 rpm para obter uma pasta fluida homogeneizada. A formulação do Exemplo Comparativo 1 é mostrada na Tabela 1 abaixo.
[00229] A célula foi testada de modo galvano-estático em uma densidade de corrente de C/2 a 25 °C em um testador de bateria entre 3,0 V e
4,2 V. A capacidade nominal foi cerca de 9,1 Ah.
[00230] O desempenho de capacidade de ciclo da célula de bolsa foi testado por carregamento e descarregamento em uma taxa de corrente constante de 1C entre 3,0 V e 4,2 V. O resultado de teste de desempenho de capacidade de ciclo é mostrado na Tabela 2 abaixo e na Figura 14.
EXEMPLO COMPARATIVO 2 [00231] Uma célula de bolsa foi preparada da mesma maneira que no Exemplo Comparativo 1, exceto que 2% em peso de carboximetil celulose (CMC, BSH-12, DKS Co. Ltd., Japão) e 3% em peso de álcool polivinílico (PVA) (obtido junto à The Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd., Japão) foi usado em vez de 1,5% em peso de carboximetil celulose e 3,5% em
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 75/122 / 72 peso de SBR como um material aglutinante de cátodo. Uma pasta fluida de eletrodo positivo foi preparado misturando-se 90% em peso de material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado, 5% em peso de negro de carbono, 2% em peso de carboximetil celulose e 3% em peso de PVA em água deionizada para formar uma pasta fluida que tem um teor de sólido de 50% em peso. A pasta fluida foi homogeneizada por um misturador de agitação planetário (misturador 200 L, Chienemei Industry Co. Ltd., China) para 6 horas operado em uma velocidade de agitação de 30 rpm e uma velocidade de dispersão de 1.500 rpm para obter uma pasta fluida homogeneizada. A formulação do Exemplo Comparativo 2 é mostrada na Tabela 1 abaixo.
[00232] A célula foi testada de modo galvano-estático em uma densidade de corrente de C/2 a 25 °C em um testador de bateria entre 3,0 V e
4,2 V. A capacidade nominal foi cerca de 8,2 Ah.
[00233] O desempenho de capacidade de ciclo da célula de bolsa foi testado por carregamento e descarregamento em uma taxa de corrente constante de 1C entre 3,0 V e 4,2 V. O resultado de teste de desempenho de capacidade de ciclo é mostrado na Tabela 2 abaixo e na Figura 15.
EXEMPLO COMPARATIVO 3 [00234] Uma célula de bolsa foi preparada da mesma maneira que nos Exemplos 13 e 14, exceto que o triturador de esfera foi usado em vez de misturador planetário as um homogeneizador ao preparar a pasta fluida de eletrodo positivo, e 0,01% em peso de solução de ácido acético em água foi usado em vez de uma mistura de H2O e etanol ao pré-tratar o material de cátodo. Um material de cátodo particulado LiCoO2 (obtido junto à Xiamen Tungsten CO. Ltd., China) foi adicionado a 0,01% em peso de solução de ácido acético em água em agitação (obtido junto à Aladdin Industries Corporation, China) em temperatura ambiente para formar uma suspensão que tem um teor de sólido de cerca de 2% em peso. O pH da suspensão foi medido com o uso de um medidor de pH e o pH foi cerca de 3,4. A suspensão
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 76/122 / 72 foi adicionalmente agitada em temperatura ambiente por 1 hora. Então a suspensão foi separada e seca por um secador por micro-ondas de 2,45 GHz (ZY-4HO, obtido junto à Zhiya Industrial Microwave Equipment Co., Ltd., Guangdong, China) em 750 W por 5 minutos para obter um material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado. Uma pasta fluida de eletrodo positivo foi preparado misturando-se 90% em peso de material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado, 5% em peso de negro de carbono (SuperP; Timcal Ltd, Bodio, Suiça), e 5% em peso de poliacrilonitrila (PAN) (LA 132, Chengdu Indigo Power Sources Co., Ltd., China) em água deionizada para formar uma pasta fluida que tem um teor de sólido de 50% em peso. A pasta fluida foi homogeneizada em um recipiente de 500 ml em um triturador de esfera do tipo planetário (Changsha MITR Instrument & Equipment Co. Ltd., China) com trinta (muito?) esferas de óxido de zircônio (ZrO2) esferas (quinze de 5 mm e quinze de 15 mm) por 3 horas operado em uma velocidade de rotação de 150 rpm e velocidade de giro de 250 rpm para obter uma pasta fluida homogeneizada. A formulação do Exemplo Comparativo 3 é mostrada na Tabela 1 abaixo.
[00235] A célula foi testada de modo galvano-estático em uma densidade de corrente de C/2 a 25 °C em um testador de bateria entre 3,0 V e
4,2 V. A capacidade nominal foi cerca de 9,9 Ah.
[00236] O desempenho de capacidade de ciclo da célula de bolsa foi testado por carregamento e descarregamento em uma taxa de corrente constante de 1C entre 3,0 V e 4,2 V. O resultado de teste de desempenho de capacidade de ciclo é mostrado na Tabela 2 abaixo e na Figura 16.
EXEMPLO COMPARATIVO 4 [00237] Uma célula de bolsa foi preparada da mesma maneira que no Exemplo Comparativo 1, exceto que 5% em peso de poliacrilonitrila foram usados em vez de 1,5% em peso de carboximetil celulose e 3,5% em peso de SBR como um material aglutinante de cátodo. A formulação do Exemplo
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Comparativo 4 é mostrada na Tabela 1 abaixo.
[00238] A célula foi testada de modo galvano-estático em uma densidade de corrente de C/2 a 25 °C em um testador de bateria entre 3,0 V e
4,2 V. A capacidade nominal foi cerca de 10,1 Ah.
[00239] O desempenho de capacidade de ciclo da célula de bolsa foi testado por carregamento e descarregamento em uma taxa de corrente constante de 1C entre 3,0 V e 4,2 V. O resultado de teste de desempenho de capacidade de ciclo é mostrado na Tabela 2 abaixo e na Figura 17.
EXEMPLO COMPARATIVO 5 [00240] Uma célula de bolsa foi preparada da mesma maneira que no Exemplo 15, exceto que 0,01% em peso de solução de ácido cítrico em água foi usado em vez de uma mistura de H2O e etanol ao pré-tratar o material de cátodo. Um material de cátodo particulado NMC811 foi adicionado a 0,01% em peso de solução de ácido cítrico em água em agitação (obtido junto à Aladdin Industries Corporation, China) em temperatura ambiente para formar uma suspensão que tem um teor de sólido de cerca de 2% em peso. O pH da suspensão foi medido com o uso de um medidor de pH e o pH foi cerca de 3,4. A suspensão foi adicionalmente agitada em temperatura ambiente por 1 hora. Então a suspensão foi separada e seca por um secador por micro-ondas de 2,45 GHz (ZY-4HO, obtido junto à Zhiya Industrial Microwave Equipment Co., Ltd., Guangdong, China) em 750 W por 5 minutos para obter um material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado. A formulação do Exemplo Comparativo 5 é mostrada na Tabela 1 abaixo.
[00241] A célula foi testada de modo galvano-estático em uma densidade de corrente de C/2 a 25 °C em um testador de bateria entre 3,0 V e
4,2 V. A capacidade nominal foi cerca de 11,4 Ah.
[00242] O desempenho de capacidade de ciclo da célula de bolsa foi testado por carregamento e descarregamento em uma taxa de corrente constante de 1C entre 3,0 V e 4,2 V. O resultado de teste de desempenho de
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 78/122 / 72 capacidade de ciclo é mostrado na Tabela 2 abaixo e na Figura 18.
EXEMPLO COMPARATIVO 6 [00243] Uma célula de bolsa foi preparada da mesma maneira que no Exemplo 15, exceto que o material de cátodo não foi pré-tratado. A formulação do Exemplo Comparativo 6 é mostrada na Tabela 1 abaixo. [00244] A célula foi testada de modo galvano-estático em uma densidade de corrente de C/2 a 25 °C em um testador de bateria entre 3,0 V e
4,2 V. A capacidade nominal foi cerca de 12,5 Ah.
[00245] O desempenho de capacidade de ciclo da célula de bolsa foi testado por carregamento e descarregamento em uma taxa de corrente constante de 1C entre 3,0 V e 4,2 V. O resultado de teste de desempenho de capacidade de ciclo é mostrado na Tabela 2 abaixo e na Figura 19.
EXEMPLO COMPARATIVO 7 [00246] Uma célula de bolsa foi preparada da mesma maneira que no Exemplo 11, exceto que 0,01% em peso de solução de ácido cítrico em água foi usado em vez de uma mistura de H2O e iso-propanol ao pré-tratar o material de cátodo. Um material de cátodo particulado C-S LNMgO foi adicionado a 0,01% em peso de solução de ácido cítrico em água em agitação (obtida junto à Aladdin Industries Corporation, China) em temperatura ambiente para formar uma suspensão que tem um teor de sólido de cerca de 2% em peso. O pH da suspensão foi medido com o uso de um medidor de pH e o pH foi cerca de 3,6. A suspensão foi adicionalmente agitada em temperatura ambiente por 1 hora. Então a suspensão foi separada e seca por um secador por micro-ondas de 2,45 GHz (ZY-4HO, obtido junto à Zhiya Industrial Microwave Equipment Co., Ltd., Guangdong, China) em 750 W por 5 minutos para obter um material de eletrodo de bateria ativo pré-tratado. A formulação do Exemplo Comparativo 7 é mostrada na Tabela 1 abaixo.
[00247] A célula foi testada de modo galvano-estático em uma densidade de corrente de C/2 a 25 °C em um testador de bateria entre 3,0 V e
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4,2 V. A capacidade nominal foi cerca de 10 Ah. [00248] O desempenho de capacidade de ciclo da célula de bolsa foi testado por carregamento e descarregamento em uma taxa de corrente constante de 1C entre 3,0 V e 4,2 V. O resultado de teste de desempenho de capacidade de ciclo é mostrado na Tabela 2 abaixo e na Figura 20.
EXEMPLO COMPARATIVO 8 [00249] Uma célula de bolsa foi preparada da mesma maneira que no Exemplo 13, exceto que 1,5% em peso de carboximetil celulose (CMC, BSH12, DKS Co. Ltd., Japão) e 3,5% em peso de SBR (AL-2001, NIPPON A&L INC., Japão) foi usado em vez de 5% em peso de poliacrilonitrila como um material aglutinante de ânodo. A formulação do Exemplo Comparativo 8 é mostrada na Tabela 1 abaixo.
[00250] A célula foi testada de modo galvano-estático em uma densidade de corrente de C/2 a 25 °C em um testador de bateria entre 3,0 V e
4,2 V. A capacidade nominal foi cerca de 11,2 Ah.
[00251] O desempenho de capacidade de ciclo da célula de bolsa foi testado por carregamento e descarregamento em uma taxa de corrente constante de 1C entre 3,0 V e 4,2 V. O resultado de teste de desempenho de capacidade de ciclo é mostrado na Tabela 2 abaixo e na Figura 21.
EXEMPLO COMPARATIVO 9 [00252] Uma célula de bolsa foi preparada da mesma maneira que no Exemplo 13, exceto que 5% em peso fluoreto de polivinilideno (PVDF; Solef® 5130, obtido junto à Solvay S.A., Belgium) foi usado em vez de 5% em peso de poliacrilonitrila como um material aglutinante de ânodo; e Nmetil-2-pirolidona (NMP; pureza de >99%, Sigma-Aldrich, USA) foi usado em vez de água deionizada como um solvente. Um eletrodo negativo pasta fluida foi preparado misturando-se 90% em peso carbono rígido (HC; 99,5% pureza, Ruifute Technology Ltd., Shenzhen, Guangdong, China), 5% em peso de negro de carbono e 5% em peso PVDF em NMP para formar uma pasta
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 80/122 / 72 fluida que tem um teor de sólido de 50% em peso. A pasta fluida foi revestida em ambos os lados de uma folha de cobre que tem uma espessura de 9 qm com o uso de um revestidor de transferência com uma densidade de área de cerca de 15 mg/cm2. Os filmes revestidos na folha de cobre foram secos em cerca de 87 °C por 8 minutos por um secador de ar seco transportador de 24 metros de comprimento operado em uma velocidade de transportador de cerca de 3 metros/minuto para obter um eletrodo negativo. A formulação do Exemplo Comparativo 9 é mostrada na Tabela 1 abaixo.
[00253] A célula foi testada de modo galvano-estático em uma densidade de corrente de C/2 a 25 °C em um testador de bateria entre 3,0 V e
4,2 V. A capacidade nominal foi cerca de 10,4 Ah.
[00254] O desempenho de capacidade de ciclo da célula de bolsa foi testado por carregamento e descarregamento em uma taxa de corrente constante de 1C entre 3,0 V e 4,2 V. O resultado de teste de desempenho de capacidade de ciclo é mostrado na Tabela 2 abaixo e na Figura 22.
EXEMPLO COMPARATIVO 10 [00255] Uma célula de bolsa foi preparada da mesma maneira que no Exemplo 13, exceto que um forno a vácuo (HSZK-6050, Shanghai Hasuc Instrument Manufacture Co., Ltd., China) foi usado em vez de um secador por micro-ondas para secar o material de cátodo pré-tratado. O material de cátodo pré-tratado foi seco em um forno a vácuo a 88 °C por 8 horas. A formulação do Exemplo Comparativo 10 é mostrada na Tabela 1 abaixo.
[00256] A célula foi testada de modo galvano-estático em uma densidade de corrente de C/2 a 25 °C em um testador de bateria entre 3,0 V e
4,2 V. A capacidade nominal foi cerca de 10,3 Ah.
[00257] O desempenho de capacidade de ciclo da célula de bolsa foi testado por carregamento e descarregamento em uma taxa de corrente constante de 1C entre 3,0 V e 4,2 V. O resultado de teste de desempenho de capacidade de ciclo é mostrado na Tabela 2 abaixo e na Figura 23.
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TABELA 1
Exemplo Material de cátodo Prétratamento Pasta fluida de cátodo Pasta fluida de ânodo
Aglutinante Solvente Homogeneizador Aglutinante Solvente
Exemplo 1 NMC333 H2O/etanol PAN H2O Misturador planetário PAN H2O
Exemplo 3 LMO Ácido acético PAN H2O Célula de fluxo ultrassônico PAN H2O
Exemplo 5 NMC333 H2O PAN H2O Célula de fluxo ultrassônico PAN H2O
Exemplo 7 LiFePO4 Ácido acético PAN H2O Célula de fluxo ultrassônico PAN H2O
Exemplo 9 C-S NMC532 H2O/metanol PAN H2O Misturador planetário PAN H2O
Exemplo 11 C-S LNMgO H2O/isopropanol PAN H2O Misturador planetário PAN H2O
Exemplo 13 LiCoO2 H2O/etanol PAN H2O Misturador planetário PAN H2O
Exemplo 15 NMC811 H2O/etanol PAN H2O Misturador planetário PAN H2O
Exemplo 16 NMC622 H2O/etanol PAN H2O Misturador planetário PAN H2O
Exemplo 17 NCA H2O/etanol PAN H2O Misturador planetário PAN H2O
Ácido Misturador planetário
Exemplo 18 NMC532 H2O/etanol algínico + PAN H2O PAN H2O
Exemplo Comparativo 1 LiCoO2 Ácido acético CMC + SBR H2O Misturador planetário PAN H2O
Exemplo Comparativo 2 LiCoO2 Ácido acético CMC + PVA H2O Misturador planetário PAN H2O
Exemplo Comparativo 3 LiCoO2 Ácido acético PAN H2O Triturador de esfera PAN H2O
Exemplo Comparativo 4 LiCoO2 Ácido acético PAN H2O Misturador planetário PAN H2O
Exemplo Comparativo 5 NMC811 Ácido Cítrico PAN H2O Misturador planetário PAN H2O
Exemplo Comparativo 6 NMC811 / PAN H2O Misturador planetário PAN H2O
Exemplo Comparativo 7 C-S LNMgO Ácido Cítrico PAN H2O Misturador planetário PAN H2O
Exemplo Comparativo 8 LiCoO2 H2O/etanol PAN H2O Misturador planetário CMC + SBR H2O
Exemplo Comparativo 9 LiCoO2 H2O/etanol PAN H2O Misturador planetário PVDF NMP
1Exemplo Comparativo 10 LiCoO2 H2O/etanol PAN H2O Misturador planetário PAN H2O
Observação: 1 O material de cátodo pré-tratado foi seco em um forno a vácuo.
[00258] O desempenho de capacidade de ciclo das células de bolsa dos
Exemplos 1 a 18 e Exemplos Comparativos 1 a 10 foi testado por
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 82/122 / 72 carregamento e descarregamento em uma taxa de corrente constante de 1C. As retenções de capacidade das células foram medidas durante a ciclagem e estimadas por extrapolação com base nos resultados plotados. Os valores medidos e estimados são mostrados na Tabela 2 abaixo.
TABELA 2
Exemplo Valores Medidos Valores Estimados por extrapolação
No de Ciclo Retenção de capacidade (%) No de Ciclo Retenção de capacidade (%)
Exemplo 2 450 95,6 2.000 80,4
Exemplo 4 2.000 77 / /
Exemplo 6 560 94,8 2.000 81,4
Exemplo 8 3.000 82,6 / /
Exemplo 10 361 98,6 2.000 92,2
Exemplo 12 385 98,1 2.000 90,1
Exemplo 14 576 94,4 2.000 80,6
Exemplo 15 476 95,7 2.000 81,9
Exemplo 16 497 94,4 2.000 77,5
Exemplo 17 553 93,9 2.000 77,9
Exemplo 18 522 93,1 2.000 73,6
Exemplo Comparativo 1 85 78,7 / /
Exemplo Comparativo 2 113 70,4 / /
Exemplo Comparativo 3 506 92,1 2.000 70,0
Exemplo Comparativo 4 514 93,4 2.000 74,3
Exemplo Comparativo 5 466 90,1 2.000 57,5
Exemplo Comparativo 6 485 93,8 2.000 74,4
Exemplo Comparativo 7 413 92,6 2.000 64,2
Exemplo Comparativo 8 508 95,1 2.000 80,7
Exemplo Comparativo 9 606 94,3 2.000 81,2
Exemplo Comparativo 10 472 94,8 2.000 78
[00259] As células de bateria de comparação tiveram uma retenção de descarga de capacidade menor do que 80% depois de somente menos do que
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100 ciclos quando aglutinantes solúveis em água, tais como CMC, SBR e PVA foram usados para preparar a pasta fluida aquosa. Em contraste, as baterias dos Exemplos 1 a 18 tiveram uma retenção de descarga de capacidade de pelo menos 86% depois de 1.000 ciclos.
[00260] Essa excelente capacidade de ciclo indica que a célula de bateria feita de eletrodos de cátodo e ânodo preparados pelo método descrito no presente documento pode alcançar estabilidade comparável ou até melhor em comparação à célula de bateria feita de eletrodos de cátodo e ânodo preparados por método convencional que envolve o uso de solventes orgânicos.
[00261] Embora a invenção tenha sido descrita em relação a um número limitado de modalidades, os recursos específicos de uma modalidade não devem ser atribuídos a outras modalidades da invenção. Em algumas modalidades, os métodos podem incluir inúmeras etapas não mencionadas no presente documento. Em outras modalidades, os métodos não incluem, ou são substancialmente livres de quaisquer etapas não enumeradas no presente documento. Variações e modificações das modalidades descritas existem. As reivindicações anexas se destinam a cobrir todas aquelas modificações e variações como estando dentro do escopo da invenção.

Claims (8)

REIVINDICAÇÕES
1) pré-tratar um material de cátodo em uma primeira solução aquosa que compreende água e que tem um pH de 5,0 a 7,5 para formar uma primeira suspensão;
1) pré-tratar um material de cátodo em uma primeira solução aquosa que compreende água e que tem um pH de 5,0 a 7,5 para formar uma
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1) pré-tratar um material de cátodo em uma primeira solução aquosa que compreende água e que tem um pH de 5,0 a 7,5 para formar uma primeira suspensão;
1. Método para preparar um eletrodo de cátodo de bateria, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:
2) secar a primeira suspensão para obter um material de cátodo pré-tratado;
2) secar a primeira suspensão para obter um material de cátodo pré-tratado;
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira solução aquosa compreende um ou mais ácidos selecionados a partir do grupo que consiste em H2SO4, HNO3, HCOOH, CH3COOH, H3C6H5O7, H2C2O4, C6H12O7, C4H6O5, e combinações dos mesmos.
2 / 8 nanoplaquetas de grafeno, fibras de carbono, nanofibras de carbono, floco de carbono grafitizado, tubos de carbono, nanotubos de carbono, nanotubos ativado, carbono mesoporoso e combinações dos mesmos; e em que o material aglutinante é selecionado do grupo que consiste de copolímero de acrilonitrila, ácido poliacrílico (PAA), poliacrilonitrila, um sal de ácido algínico e combinações dos mesmos.
2) secar a primeira suspensão para obter um material de cátodo pré-tratado;
3) dispersar o material de cátodo pré-tratado, um agente condutor, e um material aglutinante em uma segunda solução aquosa para formar uma pasta fluida;
3) dispersar o material de cátodo pré-tratado, um agente condutor, e um material aglutinante em uma segunda solução aquosa para formar uma pasta fluida;
3 / 8
8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material aglutinante é dissolvido em uma quarta solução aquosa para formar uma solução resultante antes da etapa 3).
9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pasta fluida compreende adicionalmente um agente de dispersão selecionado a partir do grupo que consiste em etanol, isopropanol, n-propanol, t-butanol, n-butanol, dodecil sulfato de lítio, cloreto de trimetilhexadecil amônio, etoxilato de álcool, etoxilato de nonilfenol, dodecilbenzeno sulfonato de sódio, estearato de sódio e combinações dos mesmos.
10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o homogeneizador é um misturador de agitação, um mesclador, um triturador, um ultrassonicador, um homogeneizador de rotorestator ou um homogeneizador de alta pressão.
11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o ultrassonicador é um ultrassonicador do tipo sonda ou uma célula de fluxo ultrassônico.
12. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pasta fluida homogeneizada é aplicada no coletor de corrente com o uso de um revestidor de lâmina raspadora, um revestidor de molde de fenda, um revestidor de transferência ou um revestidor de aspersão.
13. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o filme revestido é seco por um forno de secagem de ar quente de transportador, um forno de secagem de resistência de transportador, um forno de secagem indutivo de transportador, ou um forno de secagem de micro-ondas de transportador.
14. Método para preparar um eletrodo de cátodo de bateria, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira solução aquosa compreende adicionalmente etanol, isopropanol, metanol, acetona, n-propanol, t-butanol ou uma combinação dos mesmos.
3) dispersar o material de cátodo pré-tratado, um agente condutor, e um material aglutinante em uma segunda solução aquosa para formar uma pasta fluida;
4) homogeneizar a pasta fluida por um homogeneizador para obter uma pasta fluida homogeneizada;
4) homogeneizar a pasta fluida por um homogeneizador para obter uma pasta fluida homogeneizada;
4 / 8 primeira suspensão;
4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira suspensão é seca por um secador a vácuo de cone duplo, um secador por micro-ondas, ou um secador a vácuo por micro-ondas.
4) homogeneizar a pasta fluida por um homogeneizador para obter uma pasta fluida homogeneizada;
5) aplicar a pasta fluida homogeneizada em um coletor de corrente para formar um filme revestido no coletor de corrente; e
5 / 8 pelo fato de que a primeira solução aquosa compreende um ou mais ácidos selecionados do grupo que consiste de H2SO4, HNO3, HCOOH, CH3COOH, H3C6H5O7, H2C2O4, C6H12O7, C4H6O5, e combinações dos mesmos.
16. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a primeira solução aquosa compreende ainda etanol, isopropanol, metanol, acetona, n-propanol, t-butanol, ou uma combinação dos mesmos.
17. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a primeira suspensa é seca por um secador a vácuo de cone duplo, um secador por micro-ondas, ou um secador a vácuo por micro-ondas.
18. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o agente condutor é pré-tratado por um período de 30 minutos a 2 horas e em que a solução base compreende uma base selecionada do grupo consistindo de H2O2, LiOH, NaOH, KOH, NH3-H2O, Be(OH)2, Mg(OH)2, Ca(OH)2, Li2CO3, Na2CO3, NaHCO3, K2CO3, KHCO3, e combinações dos mesmos.
19. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o agente condutor é disperso em uma terceira solução aquosa para formar uma segunda suspensão antes da etapa 3).
20. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o material aglutinante é dissolvido em uma quarta solução aquosa para formar uma solução resultante antes da etapa 3).
21. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a pasta fluida compreende adicionalmente um agente de dispersão selecionado a partir do grupo que consiste em etanol, isopropanol, n-propanol, t-butanol, n-butanol, dodecil sulfato de lítio, cloreto de trimetilhexadecil amônio, etoxilato de álcool, etoxilato de nonilfenol, dodecilbenzeno sulfonato de sódio, estearato de sódio e combinações dos mesmos.
22. Método para preparar um eletrodo de cátodo de bateria,
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5) aplicar a pasta fluida homogeneizada em um coletor de corrente para formar um filme revestido no coletor de corrente; e
5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente condutor é pré-tratado em uma solução básica por um período de tempo de 30 minutos a 2 horas e em que a solução básica compreende uma base selecionada a partir do grupo que consiste em H2O2, LiOH, NaOH, KOH, NH3-H2O, Be(OH)2, Mg(OH)2, Ca(OH)2, Li2CO3, Na2CO3, NaHCO3, K2CO3, KHCO3, e combinações dos mesmos.
5) aplicar a pasta fluida homogeneizada em um coletor de corrente para formar um filme revestido no coletor de corrente; e
6) secar o filme revestido no coletor de corrente para formar o eletrodo de cátodo de bateria a uma temperatura de 45 °C a 75°C por um período de 1 minuto a 15 minutos;
em que a quantidade de água da primeira solução aquosa é de pelo menos 50% em volume com relação à quantidade total de solvente e em que a quantidade de água na segunda solução aquosa é de pelo menos 90% em volume com relação à quantidade total de solvente;
em que o material de cátodo é selecionado a partir do grupo que consiste em LiCoO2, LiNixMnyO2, Li1+zNixMnyCo1-x_yO2, LiNixCoyAlzO2 LiMn2O4, LiFePO4, e combinações dos mesmos, em que cada x é, independentemente, de 0,3 a 0,8; cada y é, independentemente, de 0,1 a 0,45; e cada z é, independentemente, de 0 a 0,2;
em que o agente condutor é selecionado a partir do grupo que consiste de carbono, negro de carbono, grafite, grafite expandido, grafeno, nanoplaquetas de grafeno, fibras de carbono, nanofibras de carbono, floco de carbono grafitizado, tubos de carbono, nanotubos de carbono, nanotubos
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6 / 8 caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:
6) secar o filme revestido no coletor de corrente para formar o eletrodo de cátodo de bateria a uma temperatura de 45 °C a 90°C por um período de 1 minuto a 15 minutos;
em que a quantidade de água da primeira solução aquosa é de pelo menos 50% em volume com relação à quantidade total de solvente e em que a quantidade de água na segunda solução aquosa é de pelo menos 90% em volume com relação à quantidade total de solvente;
em que o material de cátodo é selecionado a partir do grupo que consiste em LiCoO2, LiNixMnyO2, Li1+zNixMnyCo1-x-yO2, LiNixCoyAlzO2, LiMn2O4, LiFePO4, e combinações dos mesmos, em que cada x é, independentemente, de 0,3 a 0,8; cada y é, independentemente, de 0,1 a 0,45; e cada z é, independentemente, de 0 a 0,2;
em que o agente condutor é selecionado a partir do grupo que consiste de carbono, negro de carbono, grafite, grafite expandido, grafeno, nanoplaquetas de grafeno, fibras de carbono, nanofibras de carbono, floco de carbono grafitizado, tubos de carbono, nanotubos de carbono, nanotubos ativado, carbono mesoporoso e combinações dos mesmos; e em que o agente aglutinante é látex.
15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 88/122
6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente condutor é disperso em uma terceira solução aquosa para formar uma segunda suspensão antes da etapa 3).
6) secar o filme revestido no coletor de corrente para formar o eletrodo de cátodo de bateria a uma temperatura de 45 °C a 90°C por um período de 1 minuto a 20 minutos;
em que a quantidade de água na primeira solução aquosa é de pelo menos 50% em volume com relação à quantidade total de solvente e em que a quantidade de água na segunda solução aquosa é de pelo menos 90% em volume com relação à quantidade total de solvente;
em que o material de cátodo é selecionado a partir do grupo que consiste em LiCoO2, LiNixMnyO2, Li1+zNixMnyCo1-x_yO2, LiNixCoyAlzO2 LiMnO2, LiMn2O4, LiFePO4, e combinações dos mesmos, em que cada x é, independentemente, de 0,3 a 0,8; cada y é, independentemente, de 0,1 a 0,45; e cada z é, independentemente, de 0 a 0,2;
em que o agente condutor é selecionado a partir do grupo que consiste de carbono, negro de carbono, grafite, grafite expandido, grafeno,
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 85/122
7 / 8 ativado, carbono mesoporoso e combinações dos mesmos; e em que o material aglutinante é uma mistura de boraracha estireno-butadieno e carboximetil celulose.
23. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a primeira solução aquosa compreende um ou mais ácidos selecionados do grupo consistindo de H2SO4, HNO3, HCOOH, CH3COOH, H3C6H5O7, H2C2O4, C6H12O7, C4H6O5, e combinações dos mesmos.
24. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a primeira solução aquosa compreende ainda etanol, isopropanol, metanol, acetona, n-propanol, t-butanol, ou uma combinação dos mesmos.
25. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a primeira suspensa é seca por um secador a vácuo de cone duplo, um secador por micro-ondas, ou um secador a vácuo por micro-ondas.
26. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o agente condutor é pré-tratado por um período de 30 minutos a 2 horas e em que a solução base compreende uma base selecionada do grupo consistindo de H2O2, LiOH, NaOH, KOH, NH3-H2O, Be(OH)2, Mg(OH)2, Ca(OH)2, Li2CO3, Na2CO3, NaHCO3, K2CO3, KHCO3, e combinações dos mesmos.
27. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o agente condutor é disperso em uma terceira solução aquosa para formar uma segunda suspensão antes da etapa 3).
28. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o material aglutinante é dissolvido em uma quarta solução aquosa para formar uma solução resultante antes da etapa 3).
29. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a pasta fluida compreende adicionalmente um agente de dispersão selecionado a partir do grupo que consiste em etanol, isopropanol,
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 91/122
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sal de ácido algínico compreende um cátion selecionado dentre Na, Li, K, Ca, NH4, Mg, Al ou uma combinação dos mesmos.
Petição 870190135299, de 17/12/2019, pág. 86/122
8 / 8 n-propanol, t-butanol, n-butanol, dodecil sulfato de lítio, cloreto de trimetilhexadecil amônio, etoxilato de álcool, etoxilato de nonilfenol, dodecilbenzeno sulfonato de sódio, estearato de sódio e combinações dos mesmos.
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