BR112018014186B1 - Método para preparação de um cátodo - Google Patents

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Abstract

é provido aqui um método para preparar um eletrodo de cátodo com base em uma pasta aquosa fluida. a presente invenção provê uma pasta fluida de cátodo que compreende um material ativo de cátodo, especialmente, um material ativo de cátodo ternário de ni alto com estabilidade de água aprimorada. o material ativo de cátodo mostra tendências mais baixas à mudança de ph quando aplicado na pasta aquosa fluida. as temperaturas de processamento mais baixas podem impedir a decomposição indesejável do material ativo de cátodo que tem alto teor de níquel e/ou manganês. adicionalmente, as baterias que têm os eletrodos preparados através do método descrito no presente documento mostram impressionante retenção de energia.

Description

“MÉTODO PARA PREPARAÇÃO DE UM CÁTODO”
CAMPO DA INVENÇÃO [001] A presente invenção refere-se ao campo de baterias. Em particular, a presente invenção se refere aos métodos para preparar cátodo para baterias de íon-lítio.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [002] Nas décadas passadas, as baterias de íon-lítio (LIBs) foram amplamente utilizadas em várias aplicações especialmente produtos eletrônicos de consumidor pela densidade de energia superior, vida longa de ciclo e capacidade de descarregamento das mesmas. Devido ao rápido desenvolvimento do mercado de veículos elétricos (EV) e armazenamento de energia de rede de distribuição as LIBs de alto desempenho e baixo custo estão atualmente oferecendo uma das opções mais promissoras para dispositivos de armazenamento de energia de grande escala.
[003] O uso de óxido de metal de transição de lítio com múltiplos elementos tais como óxido de lítio níquel manganês cobalto (NMC) e óxido de lítio níquel cobalto alumínio (NCA) se tornou popular devido às suas propriedades eletroquímicas superiores em comparação ao material ativo de cátodo tradicional tais como LiMnCE, LiCoCE e LiNiCE. O material ativo de cátodo de níquel alto exibe uma alta densidade de energia e propriedade de capacidade superior.
[004] Atualmente, uma pasta fluida de cátodo pode ser preparada através da dispersão de um material ativo de cátodo, material de ligação e agente condutor em um solvente orgânico tal como N-metil-2-pirrolidona (NMP). A pasta fluida de cátodo é, então, revestida em um coletor de corrente e secada para preparar um cátodo.
[005] O uso de soluções aquosas ao invés de solventes orgânicos é preferencial por razões ambientais e de manuseio e, portanto, pastas fluidas com base em água foram consideradas. No entanto, o material ativo de cátodo
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2/65 de níquel alto é sensível à exposição à água. Mediante à exposição à água, o lítio na superfície do material ativo de cátodo reage com água e, através disso, resulta na formação de bases solúveis. O alto teor de base solúvel irá afetar o pH da pasta fluida de cátodo. No entanto, valores de pH fora de certas faixas podem afetar a homogeneidade de dispersão de componentes (por exemplo, material ativo de cátodo) na pasta fluida de cátodo e força de ligação do material de ligação e também podem ter efeitos negativos nos componentes metálicos do eletrodo (por exemplo, o coletor metálico). Todos esses fatores contribuem para o desempenho eletroquímico insatisfatório. Convencionalmente, a modificador de pH é usado para ajustar o pH da pasta fluida de cátodo. No entanto, aditivos também podem ter um efeito deletério nos processos eletroquímicos que ocorrem no cátodo, especialmente em tensões mais altas e alta temperatura, que, por sua vez, reduzem o desempenho de bateria. Consequentemente, é desejável ajustar um pH da pasta fluida de cátodo sem adicionar quaisquer aditivos.
[006] O Pedido de patente n- CN 105762353 A revela um método para preparação de uma bateria de íon-lítio que tem material de cátodo ternário de níquel alto. O método compreende misturar um material de cátodo ternário de níquel alto com um agente condutor em um mesclador para obter uma mistura; adicionar um ligante e água à mistura mediante a misturação; adicionar mais água à mistura até alcançar uma certa viscosidade. No entanto, a vida de ciclo das baterias preparadas por esse método é menos do que 360 ciclos em termos de 20% de perda de sua capacidade inicial, que é insuficiente para muitas aplicações-objetivo tais como produtos eletrônicos portáteis e veículos elétricos.
[007] O Pedido de patente n2 CN 105261753 A revela uma pasta fluida aquosa de cátodo e um método para preparação dos mesmos. A pasta fluida aquosa de cátodo compreende um material ativo de cátodo (25% a 35%), um nanotubo de carbono (12% a 20%), um agente condutor (6% a 10%), um
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3/65 ligante aquoso (4% a 6%) e água (40% a 50%). O método compreende misturar um ligante com água para obter uma solução pré-misturada; adicionar um nanotubo de carbono e um agente condutor à solução pré-misturada para obter uma solução de gel condutor; moer a solução de gel condutor até o material moído ter uma finura de 5 pm a 10 pm; adicionar um material ativo de cátodo e mais água à solução de gel condutor moída mediante a misturação; bombear a vácuo a pasta fluida; deixar a pasta fluida descansar um pouco para obter uma pasta fluida aquosa de cátodo. No entanto, não há dados para avaliar o desempenho eletroquímico de uma bateria através do uso de óxido de metal de transição ternário como um material ativo de cátodo.
[008] Tendo em vista o que foi acima mencionado, há sempre uma necessidade de desenvolver um método para preparar pastas fluidas de cátodo que tenham material ativo de cátodo de níquel alto para baterias de íon-lítio com bom desempenho eletroquímico através do uso de um método simples, fácil e ecológico.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO [009] As necessidades supracitadas são satisfeitas por vários aspectos e modalidades descritos no presente documento.
[0010] Em um aspecto, um método para preparação de um cátodo para uma bateria secundária é fornecido no presente documento, sendo que o mesmo compreende as etapas de:
1) dispersar um material de ligação e um agente condutor em um solvente aquoso para formar uma primeira suspensão;
2) resfriar a primeira suspensão até uma temperatura abaixo ou igual a cerca de 15°C;
3) adicionar um material ativo de cátodo na primeira suspensão para formar uma segunda suspensão;
4) homogeneizar a segunda suspensão através de um homogeneizador em uma temperatura abaixo ou igual a cerca de 15°C para
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4/65 obter uma pasta fluida homogeneizada;
5) aplicar a pasta fluida homogeneizada em um coletor de corrente para formar uma película revestida no coletor de corrente; e
6) secar a película revestida no coletor de corrente em uma temperatura de cerca de 35°C a cerca de 65°C para formar o cátodo, em que o solvente aquoso é água; em que o pH da pasta fluida homogeneizada é de cerca de 7 a cerca de 11,6; e em que a película revestida no coletor de corrente é secada por um período de tempo de menos do que 5 minutos.
[0011 ] Em algumas modalidades, o material de ligação é selecionado a partir do grupo que consiste em borracha de estireno-butadieno, carboximetilcelulose, fluoreto de polivinilideno, copolímero de acrilonitrila, ácido poliacrílico, poliacrilonitrila, poli(fluoreto de vinilideno)hexafluoropropeno, LA132, LA133, látex, um sal de ácido algínico e combinações dos mesmos. Em certas modalidades, o sal de ácido algínico compreende um cátion selecionado a partir do grupo que consiste em Na, Li, K, Ca, NH4, Mg, Al e combinações dos mesmos.
[0012] Em certas 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, carbono ativado, carbono mesoporoso e combinações dos mesmos.
[0013] Em algumas modalidades, o solvente aquoso que compreende, além disso, etanol, isopropanaol, metanol, acetona, n-propanol, t-butanol, nbutanol, dimetil cetona, metil etil cetona, acetato de etila, acetato de isopropila, acetato de propila e combinações dos mesmos.
[0014] Em certas modalidades, o material ativo de cátodo é selecionado a partir do grupo que consiste em Lii+xNiaMnbCocAl(i_a-b-c)O2, LiNio,33Mno,33Coo,3302, LiNiogMnogCoo^CE, LiNio,sMno,3Coo,202,
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LiNio,óMno,2Coo,202, LiNiojMnojsCoogsCh, LiNio,sMno,iCoo,i02,
LiNio,92Mno,o4Coo,o402, LiNio^CoojsAlcmsCh, L1COO2, LÍN1O2, LiMnCE, LiMn2O4, LÍ2M11O3 e combinações dos mesmos; em que -0,2<x<0,2, 0<a<l, 0<b<l, 0<c<l e a+b+c<l. Em algumas modalidades, o material ativo de cátodo é selecionado a partir do grupo que consiste em LiNio,sMno,3Coo,202, LiNio,óMno,2Coo,202, LiNiojMnojsCoojsCh, LiNio,8Mno,iCoo,i02,
LiNio,92Mno,o4Coo,o402, LiNio,8Co0,i5Alo,0502, LÍN1O2 e combinações dos mesmos. Em outras modalidades, o material ativo de cátodo compreende ou é um compósito de núcleo e invólucro que tem uma estrutura de núcleo e invólucro, em que o núcleo e o invólucro, cada um, independentemente compreendem um óxido de metal de transição de lítio selecionado a partir do grupo que consiste em Lii+xNiaMnbCocAl(i_a-b-c)O2, L1COO2, LÍN1O2, LiMnCE, LiMn2O4, Li2MnO3, LiCrCE, LÍ4T15O12, L1V2O5, LÍT1S2, L1M0S2 e combinações dos mesmos; em que -0,2<x<0,2, 0<a<l, 0<b<l, 0<c<l e a+b+c<l.
[0015] Em algumas modalidades, a segunda suspensão é homogeneizada por um misturador planetário de agitação, um misturador de agitação, um mesclador ou um ultrassonicador. Em algumas modalidades, a segunda suspensão é homogeneizada por um período de tempo de cerca de 0,5 hora a cerca de 8 horas. Em certas modalidades, a segunda suspensão é homogeneizada por um período de tempo de menos do que 8 horas.
[0016] Em certas modalidades, o método compreende, além disso, uma etapa de desgaseificar a segunda suspensão sob vácuo em uma pressão de cerca de 0,5 kPa a cerca de 10 kPa por um período de tempo de cerca de 2 minutos a cerca de 5 minutos.
[0017] Em algumas modalidades, a viscosidade da pasta fluida homogeneizada é de cerca de 1.000 mPa-s a cerca de 6.000 mPa-s. Em certas modalidades, o teor de sólido da pasta fluida homogeneizada é de cerca de 30% a cerca de 60% em peso, com base no peso total da pasta fluida homogeneizada.
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6/65 [0018] Em certas modalidades, a pasta fluida homogeneizada é aplicada no coletor de corrente através do uso de uma revestidora por lâmina de raspadeira, uma revestidora por matriz com ranhura, uma revestidora por transferência ou uma revestidora por pulverização. Em algumas modalidades, o tempo de processamento total para as etapas 5) e 6) é de menos do que 5 minutos.
[0019] Em algumas modalidades, a pasta fluida homogeneizada é livre de um agente de dispersão, em que o agente de dispersão é um tensoativo catiônico, um tensoativo aniônico, um tensoativo não iônico, um tensoativo anfotérico ou um ácido polimérico.
[0020] Em certas modalidades, o tempo de processamento total para as etapas 3) a 6) é de cerca de 2 horas a cerca de 8 horas. Em algumas modalidades, o tempo de processamento total para as etapas 3) a 6) é menos do que 5 horas.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0021] A Figura 1 ilustra o desempenho de ciclabilidade de uma célula eletroquímica preparada através do método descrito no Exemplo 1.
[0022] A Figura 2 ilustra o desempenho de ciclabilidade de uma célula eletroquímica preparada através do método descrito no Exemplo 2.
[0023] A Figura 3 ilustra o desempenho de ciclabilidade de uma célula eletroquímica preparada através do método descrito no Exemplo 3.
[0024] A Figura 4 ilustra o desempenho de ciclabilidade de uma célula eletroquímica preparada através do método descrito no Exemplo 4.
[0025] A Figura 5 ilustra o desempenho de ciclabilidade de uma célula eletroquímica preparada através do método descrito no Exemplo 5.
[0026] A Figura 6 ilustra o desempenho de ciclabilidade de uma célula eletroquímica preparada através do método descrito no Exemplo 6.
[0027] A Figura 7 ilustra o desempenho de ciclabilidade de uma célula eletroquímica preparada através do método descrito no Exemplo 7.
[0028] A Figura 8 ilustra o desempenho de ciclabilidade de uma célula
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7/65 eletroquímica preparada através do método descrito no Exemplo 8.
[0029] A Figura 9 ilustra o desempenho de ciclabilidade de uma célula eletroquímica preparada através do método descrito no Exemplo comparativo
1.
[0030] A Figura 10 ilustra o desempenho de ciclabilidade de uma célula eletroquímica preparada através do método descrito no Exemplo comparativo
2.
[0031 ] A Figura 11 ilustra o desempenho de ciclabilidade de uma célula eletroquímica preparada através do método descrito no Exemplo comparativo
3.
[0032] A Figura 12 ilustra o desempenho de ciclabilidade de uma célula eletroquímica preparada através do método descrito no Exemplo comparativo
4.
[0033] A Figura 13 ilustra o desempenho de ciclabilidade de uma célula eletroquímica preparada através do método descrito no Exemplo comparativo
5.
[0034] A Figura 14 ilustra o desempenho de ciclabilidade de uma célula eletroquímica preparada através do método descrito no Exemplo comparativo
6.
[0035] A Figura 15 ilustra o desempenho de ciclabilidade de uma célula eletroquímica preparada através do método descrito no Exemplo comparativo
7.
[0036] A Figura 16 ilustra o desempenho de ciclabilidade de uma célula eletroquímica preparada através do método descrito no Exemplo comparativo
8.
[0037] A Figura 17 ilustra uma imagem da superfície do coletor de corrente de alumínio do Exemplo 2.
[0038] A Figura 18 ilustra uma imagem da superfície do coletor de corrente de alumínio do Exemplo comparativo 2.
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8/65
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0039] E fornecido no presente documento um método para preparação de um cátodo para uma bateria secundária, sendo que o método compreende as etapas de:
1) dispersar um material de ligação e um agente condutor em um solvente aquoso para formar uma primeira suspensão;
2) resfriar a primeira suspensão até uma temperatura abaixo ou igual a cerca de 15°C;
3) adicionar um material ativo de cátodo na primeira suspensão para formar uma segunda suspensão;
4) homogeneizar a segunda suspensão através de um homogeneizador em uma temperatura abaixo ou igual a cerca de 15°C para obter uma pasta fluida homogeneizada;
5) aplicar a pasta fluida homogeneizada em um coletor de corrente para formar uma película revestida no coletor de corrente; e
6) secar a película revestida no coletor de corrente em uma temperatura de cerca de 35°C a cerca de 65°C para formar o cátodo, em que o solvente aquoso é água; em que o pH da pasta fluida homogeneizada é de cerca de 7 a cerca de 11,6; e em que a película revestida no coletor de corrente é secada por um período de tempo de menos do que 5 minutos.
[0040] O termo “eletrodo” se refere a um “cátodo” ou a um “ânodo.” [0041] O termo “eletrodo positivo” é usado de maneira intercambiável com o cátodo. Do mesmo modo, o termo “eletrodo negativo” é usado de maneira intercambiável com o ânodo.
[0042] O termo “material de ligação” se refere a um produto químico ou a uma substância que podem ser usadas para reter o material de eletrodo e o agente condutor em suas localizações.
[0043] O termo “agente condutor” se refere a um material que é
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9/65 quimicamente inativo e tem boa condutividade elétrica. Portanto, o agente condutor é frequentemente misturado com um material de eletrodo ativo no tempo de formação de um eletrodo para aprimorar a condutividade elétrica do eletrodo.
[0044] O termo “homogeneizador” se refere a um equipamento que pode ser usado para a homogeneização dos materiais. O termo “homogeneização” se refere a um processo de redução de uma substância ou material em partículas pequenas e de distribuição do mesmo de maneira uniforme por todo um fluido. Quaisquer homogeneizadores convencionais podem ser usados para o método descrito no presente documento. Alguns exemplos não limitantes do homogeneizador incluem misturadores por agitação, misturadores planetários por agitação, mescladores e ultrassonicadores.
[0045] O termo “misturador planetário” se refere a um equipamento que pode ser usado para misturar ou agitar diferentes materiais para produzir uma mistura homogênea, que consiste em movimentar lâminas em movimento planetário dentro de um vaso. Em algumas modalidades, o misturador planetário compreende pelo menos uma lâmina planetária e pelo menos uma lâmina de dispersão de alta velocidade. As lâminas planetária e de dispersão de alta velocidade giram em seus próprios eixos geométricos e também giram continuamente ao redor do vaso. A velocidade de rotação pode ser expressa na unidade de rotações por minuto (rpm) que se refere ao número de rotações que um corpo giratório completa em um minuto.
[0046] O termo “ultrassonicador” se refere a um equipamento que pode aplicar energia ultrassônica para agitar as partículas em uma amostra. Qualquer ultrassonicador que pode dispersar a pasta fluida descrita no presente documento pode ser usado no presente documento. Alguns exemplos não limitantes do ultrassonicador incluem um banho ultrassônico, um ultrassonicador do tipo sonda e uma célula de fluxo ultrassônico.
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10/65 [0047] O termo “banho ultrassônico” se refere a um aparelho através do qual a energia ultrassônica é transmitida através da parede do recipiente do banho ultrassônico para uma amostra líquida.
[0048] 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 no líquido de processamento.
[0049] O termo “célula de fluxo ultrassônico” ou “câmara de reator ultrassônico” se refere a um aparelho através do qual os processos de sonicação podem ser executados em um modo de fluxo atravessante. Em algumas modalidades, a célula de fluxo ultrassônico está em uma configuração de passagem única, passagens múltiplas ou de recirculação.
[0050] O termo “aplicar” se refere ao ato de dispor ou espalhar uma substância em uma superfície.
[0051] O termo “coletor de corrente” se refere a um suporte para o revestimento do material de eletrodo ativo e de um condutor de elétron elevado quimicamente inativo para manter uma corrente elétrica fluindo para os eletrodos durante o descarregamento ou carregamento de uma bateria secundária.
[0052] O termo “lâminas de raspadeira” se refere a um processo para a fabricação de películas de área grande em substratos rígidos ou flexíveis. Uma espessura de revestimento pode ser controlada por uma largura ajustável de vão entre uma lâmina de revestimento e uma superfície de revestimento, que permite a deposição de espessuras variáveis de camada úmida.
[0053] O termo “revestimento por transferência” ou “revestimento por cilindro” se refere a um processo para a fabricação de películas de área grande em substratos rígidos ou flexíveis. Uma pasta fluida é aplicada no substrato mediante a transferência de um revestimento da superfície de um cilindro de revestimento com pressão. Uma espessura de revestimento pode ser controlada
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11/65 por uma largura ajustável de vão entre uma lâmina de medição e uma superfície do cilindro de revestimento, que permite uma deposição de espessuras variáveis de camada úmida. Em um sistema de cilindro de medição, a espessura do revestimento é controlada mediante o ajuste do vão entre um cilindro de medição e um cilindro de revestimento.
[0054] O termo “temperatura ambiente” se refere às temperaturas de ambiente fechado de cerca de 18°C a cerca de 30°C, por exemplo, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 ou 30°C. Em algumas modalidades, temperatura ambiente se refere a uma temperatura de cerca de 20°C +/- 1°C ou +/- 2°C ou +/- 3°C. Em outras modalidades, temperatura ambiente se refere a uma temperatura de cerca de 22°C ou cerca de 25°C.
[0055] O termo “teor de sólido” se refere à quantidade de material não volátil restante após a evaporação.
[0056] O termo “taxa de C” se refere à taxa de carregamento ou de 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 a utilização de toda a energia armazenada em uma hora; 0,1 C significa a utilização de 10% da energia em uma hora ou toda a energia em 10 horas; e 5 C significa a utilização de toda a energia em 12 minutos.
[0057] O termo “ampère-hora (Ah)” se refere a uma unidade usada na especificação da capacidade de armazenamento de uma bateria. Por exemplo, uma bateria com 1 Ah capacidade pode abastecer uma corrente de um ampère por uma hora ou 0,5 A por duas horas, etc. Portanto, 1 Ampère-hora (Ah) é o equivalente de 3.600 coulombs de carga elétrica. De maneira similar, o termo “miliampère-hora (mAh)” também se refere a uma unidade da capacidade de armazenamento de uma bateria e é 1/1.000 de um ampère-hora.
[0058] O termo “vida de ciclo de bateria” se refere ao número de ciclos completos de carga/descarga que uma bateria pode executar antes que sua capacidade nominal caia para abaixo de 80% de sua capacidade inicial
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12/65 calculada.
[0059] O termo “componente principal” de uma composição se refere ao componente que é mais do que 50%, mais do que 55%, mais do que 60%, mais do que 65%, mais do que 70%, mais do que 75%, mais do que 80%, mais do que 85%, mais do que 90% ou mais do que 95% em peso ou volume, com base no peso total ou volume da composição.
[0060] O termo “componente secundário” de uma composição se refere ao componente que é menos do que 50%, menos do que 45%, menos do que 40%, menos do que 35%, menos do que 30%, menos do que 25%, menos do que 20%, menos do que 15%, menos do que 10% ou menos do que 5% em peso ou volume, com base no peso total ou volume da composição.
[0061] Na seguinte descrição, todos os numerais descritos no presente documento são valores aproximados, independentemente de se o termo “cerca de” ou “aproximado” for usado em conexão aos mesmos. Os mesmos podem variar por 1 por cento, 2 por cento, 5 por cento, ou, algumas vezes, 10 a 20 por cento. Se uma faixa numérica com um limite inferior, RL e um limite superior, Ru, for descrita, qualquer numeral que se enquadre dentro da faixa está especificamente descrito. Em particular, os seguinte numerais dentro da faixa são especificamente descritos: R=Rl +k(R-Rl ), em que k é uma variável que abrange de 1 por cento a 100 por cento com a 1 por cento de incremento, 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 numerais de R conforme definido acima também está especificamente descrita.
[0062] Geralmente, eletrodos de bateria de íon-lítio são fabricadas mediante a fundição de uma pasta fluida com base orgânica em um coletor metálico de corrente. A pasta fluida contém material de eletrodo ativo, carbono condutor e ligante em um solvente orgânico, mais comumente N-Metil-2
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13/65 pirrolidona (NMP). O ligante, mais comumente fluoreto de polivinilideno (PVDF), é dissolvido no solvente e os aditivos de condutor assim como no material de eletrodo ativo são suspensos na pasta fluida. PVDF provê uma boa estabilidade eletroquímica e alta adesão aos materiais de eletrodo e coletores de corrente. No entanto, PVDF pode dissolver se apenas em alguns solventes orgânicos específicos tais como N-Metil-2-pirrolidona (NMP) que é inflamável e tóxica e, assim, exige manuseio específico.
[0063] Um sistema de recuperação de NMP precisa estar disposto durante o processo de secagem para recuperar os vapores de NMP. Isso irá gerar custos significativos no processo de fabricação visto que o mesmo exige um grande investimento de capital. O uso de solventes menos dispendiosos e mais ecológicos, tal como solventes com base aquosa é preferencial, visto que o mesmo poderia eliminar o grande custo em capital do sistema de recuperação. As tentativas de substituir o processo de revestimento com base em NMP orgânico por um processo de revestimento com base em água teve sucesso para o eletrodo negativo. Um fluido com base em água típico para revestimento de ânodo que compreende carboximetilcelulose (CMC) e borracha de estirenobutadieno (SBR). Dentro da bateria, cátodos estão em alta tensão. A maioria das borrachas incluindo SBR são apenas estáveis na tensão baixa de ânodo e irão se decompor em alta tensão. Portanto, contrário aos ânodos, o revestimento com base em água para cátodos é muito mais difícil.
[0064] Outra preocupação com o uso de revestimento de cátodo com base em água é que muitos materiais ativos de cátodo não são inertes em água. Lítio localizado próximo à superfície é reativo. Se a pasta fluida contiver água como um solvente, então, o lítio reativo irá reagir com água, formando alguns compostos inorgânicos de superfície tais como L12CO3 e LiOH. Visto que os materiais ativos de cátodo que contêm esses compostos de superfície são imersos em água, compostos de superfície contendo Li tais como L12CO3 e LiOH se dissolvem e geram um aumento de pH. Adicionalmente Li próximo à
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14/65 superfície pode se dissolver mediante uma reação de troca de íons Li+ - H+. O lítio também pode se difundir a partir do total para a superfície, criando lacunas catiônicas no total.
[0065] Esse fenômeno se tornará mais aparente quando há o uso de materiais ativos de cátodo de níquel alto. Isso irá afetar as propriedades eletroquímicas dos materiais ativos de cátodo, introduzindo efeitos adversos ao desempenho de bateria. Portanto, o método convencional de fabricação de um eletrodo, especialmente cátodo com material ativo de cátodo de níquel alto usa um solvente orgânico anídrico para preparar uma pasta fluida. Os processos de fabricação são geralmente executados em ambientes secos em que a umidade do meio ambiente é cuidadosamente controlada.
[0066] A presente invenção pode provêr uma pasta fluida de bateria de íon-lítio com base em água de cátodo que compreende um material ativo de cátodo tal como óxido de metal de transição de lítio. Em algumas modalidades, um material de ligação e um agente condutor são dispersados em um solvente aquoso para formar uma primeira suspensão. Em outras modalidades, uma primeira suspensão é preparada mediante a adição sequencial um material de ligação e agente condutor a um solvente aquoso.
[0067] Em algumas modalidades, o material de ligação é selecionado a partir do grupo que consiste em borracha de estireno-butadieno (SBR), carboximetilcelulose (CMC), fluoreto de polivinilideno (PVDF), copolímero de acrilonitrila, ácido poliacrílico (PAA), poliacrilonitrila, poli(fluoreto de vinilideno)-hexafluoropropeno (PVDF-HFP), LA132, LA133, látex, um sal de ácido algínico e combinações dos mesmos. Em certas modalidades, o sal de ácido algínico que compreende um cátion selecionado a partir de Na, Li, K, Ca, NH4, Mg, Al ou uma combinação dos mesmos.
[0068] Em certas modalidades, o material de ligação é selecionado a partir de SBR, CMC, PAA, LA132, LA133, um sal de ácido algínico ou uma combinação dos mesmos. Em certas modalidades, o material de ligação é
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15/65 copolímero de acrilonitrila. Em algumas modalidades, o material de ligação é poliacrilonitrila. Em certas modalidades, o material de ligação é livre de borracha de estireno-butadieno, carboximetilcelulose, fluoreto de polivinilideno, copolímero de acrilonitrila, ácido poliacrílico, poliacrilonitrila, poli(fluoreto de vinilideno)-hexafluoropropeno, látex, LA132, LA133 ou um sal de ácido algínico. Em certas modalidades, o material de ligação não é um polímero que contém flúor tais como PVDF, PVDF-HFP ou PTFE.
[0069] 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, carbono ativado, carbono mesoporoso e combinações dos mesmos. Em certas modalidades, o agente condutor não é 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, carbono ativado ou carbono mesoporoso.
[0070] Em certas modalidades, as soluções aquosas são uma solução contendo 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 certas modalidades, a quantidade de água é de 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 relação à quantidade total de água e solventes diferentes de água. Em algumas modalidades, a quantidade de água está em uma maioria de 55%, em uma maioria 60%, em uma maioria 65%, em uma maioria 70%, em uma maioria 75%, em uma maioria 80%, em uma maioria 85%, em uma maioria 90% ou em uma maioria 95% em relação à quantidade total de água e solventes diferentes de água. Em algumas modalidades, as soluções aquosas consistem somente em água, isto é, a
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16/65 proporção de água nas soluções aquosas é de 100 % em volume.
[0071 ] Quaisquer solventes miscíveis em água podem ser usados como o componente secundário. Alguns exemplos não limitantes 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 limitantes do álcool incluem álcoois C1-C4, tais como metanol, etanol, isopropanol, n-propanol, butanol e combinações dos mesmos. Alguns exemplos não limitantes das cetonas alifáticas inferiores incluem acetona, dimetil cetona e metil etil cetona. Alguns exemplos não limitantes dos acetatos de alquila inferiores incluem acetato de etila, acetato de isopropila e acetato de propila.
[0072] Em algumas modalidades, as soluções aquosas são uma mistura de água e um ou mais componentes secundários miscíveis em água. Em certas modalidades, as soluções aquosas são uma mistura de água e um componente secundário selecionado a partir de metanol, etanol, isopropanol, n-propanol, tbutanol, n-butanol e combinações dos mesmos. Em algumas modalidades, a razão de volume de água e do componente secundário é de cerca de 51:49 a cerca de 100:1.
[0073] Em certas modalidades, as soluções aquosas são água. Alguns exemplos não limitantes de água incluem água de torneira, água engarrafada, água purificada, água pura, água destilada, água deionizada, D2O ou uma combinação das mesmas. Em algumas modalidades, as soluções aquosas são água deionizada. Em certas modalidades, as soluções aquosas são livres de álcool, cetona alifática, acetato de alquila ou uma combinação dos mesmos.
[0074] Em certas modalidades, a quantidade de cada um dentre o material de ligação e o material condutor na primeira suspensão é independentemente de cerca de 1% a cerca de 25%, de cerca de 1% a cerca de 15%, de cerca de 1% a cerca de 10%, de cerca de 1% a cerca de 5%, de cerca de 3% a cerca de 20%, de cerca de 5% a cerca de 20%, de cerca de 5% a cerca
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17/65 de 10%, de cerca de 10% a cerca de 20%, de cerca de 10% a cerca de 15% ou de cerca de 15% a cerca de 20% em peso, com base no peso total da primeira suspensão. Em algumas modalidades, a quantidade de cada um dentre o material de ligação e o material condutor na primeira suspensão é independentemente menos do que 20%, menos do que 15%, menos do que 10%, menos do que 8% ou menos do que 6% em peso, com base no peso total da primeira suspensão.
[0075] Em algumas modalidades, o teor de sólido da primeira suspensão é de cerca de 10% a cerca de 30%, de cerca de 10% a cerca de 25%, de cerca de 10% a cerca de 20% ou de cerca de 10% a cerca de 15% em peso, com base no peso total da primeira suspensão. Em certas modalidades, o teor de sólido da primeira suspensão é cerca de 10%, cerca de 15%, cerca de 20%, cerca de 25% ou cerca de 30% em peso, com base no peso total da primeira suspensão. Em certas modalidades, o teor de sólido da primeira suspensão é menos do que 20%, menos do que 15% ou menos do que 10% em peso, com base no peso total da primeira suspensão.
[0076] Durante o revestimento com base em água, o material ativo de cátodo é exposto à água. Desempenho de ciclabilidade de baterias de íon-lítio
X é dominado pelas propriedades de superfície do material ativo de cátodo. Agua pode danificar a superfície do material ativo de cátodo causando, assim, desempenho insatisfatório de ciclabilidade.
[0077] Adicionalmente, quando material ativo de cátodo ternário tal
NMC é imerso em água, uma certa quantidade de Li irá ser submetida à troca de íons por prótons. O Li dissolvido gera um aumento do pH da água. Visto que a razão de Ni:Mn em NMC aumenta, a capacidade de cátodo aumenta. No entanto, conforme a razão de Ni:Mn aumenta, a quantidade de Li disponível para troca de íons aumenta dramaticamente, resultando em um valor aumentado para pH. Portanto, seria muito difícil aplicar revestimentos de eletrodo com base em água para materiais ativos de cátodo com Ni alto.
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18/65 [0078] Esse pH alcalino também pode resultar na degradação do coletor de corrente (por exemplo, corrosão e/ou dissolução). O pH alto da pasta fluida com base em água pode gerar corrosão grave ao coletor de corrente de folha de alumínio visto que folha de Al não é resistente ao ataque corrosivo por soluções alcalinas que tem um pH alto. Degradação do coletor pode gerar a adição de impurezas indesejáveis à pasta fluida e consequentemente reduzir o desempenho do eletrodo positivo.
[0079] Diversas estratégias são propostas para resolver os problemas, por exemplo, reduzir o pH da pasta fluida mediante a adição de um tampão ou de um modificador de pH tal como um ácido ou revestimento da folha de alumínio com revestimento protetor. No entanto, o valor de pH irá aumentar novamente após adicionar o ácido visto que a pasta fluida não alcançou uma situação estável. Esse fenômeno é típico para materiais ativos de cátodo ternário tais como NCA e NMC com razão elevada de Ni:Mn. Uma desvantagem principal do revestimento protetor é o custo relativamente alto do revestimento. Isso é muito difícil de ser realizado em condições de produção em massa.
[0080] Ademais, o pH alto da pasta fluida gera problemas durante o revestimento como afinidade de ligação do ligante é afetado pelo pH. A ocorrência de delaminação ou separação da camada de eletrodo de cátodo do coletor de corrente é prejudicial. Esses problemas tem sido resolvidos pela presente invenção. Em algumas modalidades, a primeira suspensão é resfriada até uma temperatura de cerca de -5°C a cerca de 20°C antes adicionar um material ativo de cátodo na primeira suspensão para formar uma segunda suspensão e a segunda suspensão é homogeneizada através de um homogeneizador em uma temperatura de cerca de -5°C a cerca de 20°C para obter uma pasta fluida homogeneizada.
[0081] Foi supreendentemente constatado que o controle da temperatura da primeira suspensão e o tratamento de homogeneização
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19/65 subsequente podem resolver os problemas supramencionados. O controle de temperatura da primeira suspensão e o tratamento de homogeneização subsequente podem retardar a reação do material ativo de cátodo com água e provê um método simples com capacidade para preparar pasta fluida com base em água estável sem a necessidade de adicionar quaisquer aditivos.
[0082] Em algumas modalidades, a primeira suspensão é resfriada até uma temperatura abaixo da temperatura ambiente. Em certas modalidades, a primeira suspensão é resfriada até uma temperatura de cerca de -5°C a cerca de 25°C, de cerca de -5°C a cerca de 20°C, de cerca de -5°C a cerca de 15°C, de cerca de -5°C a cerca de 10°C, de cerca de -5°C a cerca de 5°C, de cerca de 5°C a cerca de 0°C, de cerca de 0°C a cerca de 25°C, de cerca de 0°C a cerca de 20°C, de cerca de 0°C a cerca de 15°C, de cerca de 0°C a cerca de 10°C, de cerca de 5°C a cerca de 20°C, de cerca de 5°C a cerca de 15°C, de cerca de 10°C a cerca de 25°C ou de cerca de 10°C a cerca de 20°C. Em algumas modalidades, a primeira suspensão é resfriada até uma temperatura menor do que ou igual a cerca de 25°C, menor do que ou igual a cerca de 20°C, menor do que ou igual a cerca de 15°C, menor do que ou igual a cerca de 10°C, menor do que ou igual a cerca de 5°C ou menor do que ou igual a cerca de 0°C.
[0083] O método descrito no presente documento é particularmente adequado para preparar um cátodo através do uso de um material ativo de cátodo com alto teor de níquel. O cátodo com alto teor de níquel preparado pelo método descrito no presente documento tem desempenho aprimorado eletroquímico e estabilidade de longo prazo quando operado e uma condição rigorosa tal como um ambiente com alta temperatura.
[0084] Em algumas modalidades, o material ativo de cátodo é
Lii+xNiaMnbCocAl(i.a.b.c)O2, LiNio,33Mno,33Coo,3302 (NMC333),
LiNiogMnogCoo^CE, LiNicbsMnogCoo^Ch (NMC532), LiNio,6Mno,2Coo,202 (NMC622), LiNio,7Mno,i5Coo,i502, LiNio,8Mno,iCoo,i02 (NMC811), LiNio,92Mno,o4Coo,o402, LiNio,8Coo,i5Alo,os02 (NCA), LiCoCE (LCO), LiNiCh
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20/65 (LNO), LiMnCh, LiMmCU (LMO), LÍ2M11O3 e combinações dos mesmos; em que -0,2<x<0,2, 0<a<l, 0<b<l, 0<c<l e a+b+c<l. Em certas modalidades, o material ativo de cátodo é selecionado a partir do grupo que consiste em Lii+xNiaMnbCocAl(i_a-b-c)O2; em que -0,2<x<0,2, 0<a<l, 0<b<l, 0<c<l e a+b+c<l. Em algumas modalidades, a é qualquer numeral de cerca de 0,33 a cerca de 0,92, de cerca de 0,33 a cerca de 0,9, de cerca de 0,33 a cerca de 0,8, de cerca de 0,5 a cerca de 0,92, de cerca de 0,5 a cerca de 0,9, de cerca de 0,5 a cerca de 0,8, de cerca de 0,6 a cerca de 0,92 ou de cerca de 0,6 a cerca de 0,9. Em certas modalidades, cada um dentre b e c é independentemente qualquer numeral de cerca de 0 a cerca de 0,5, de cerca de 0 a cerca de 0,3, de cerca de 0,1 a cerca de 0,5, de cerca de 0,1 a cerca de 0,4, de cerca de 0,1 a cerca de 0,3, de cerca de 0,1 a cerca de 0,2 ou de cerca de 0,2 a cerca de 0,5.
[0085] Em outras modalidades, o material ativo de cátodo não é
L1COO2, LÍNÍO2, LiMnCE, LiMmCU ou Li2MnO3. Em modalidades adicionais, o material ativo de cátodo não é LiNio,33Mno,33Coo,3302, LiNiogMno,4(200,2()2, LiNio,5Mno,3Coo,202, LiNio,óMno,2Coo,202, LiNiojMnojsCoo.isCh, LiNio,8Mno,iCoo,i02, LiNio,92Mno,o4Coo,o402 ou LiNio,8Coo,i5Alo,os02· [0086] Em certas modalidades, o material ativo de cátodo compreende ou é um compósito de núcleo e invólucro que tem uma estrutura de núcleo e invólucro, em que o núcleo e o invólucro, cada um, independentemente compreendem um óxido de metal de transição de lítio selecionado a partir do grupo que consiste em Lii+xNiaMnbCocAl(i_a-b-c)O2, L1COO2, LÍN1O2, LiMnCE, LiMmCU, Li2MnO3, LiCrCE, LÍ4T15O12, LÍV2O5, LÍT1S2, L1M0S2 e combinações dos mesmos; em que -0,2<x<0,2, 0<a<l, 0<b<l, 0<c<l e a+b+c<l. Em outras modalidades, o núcleo e o invólucro, cada um, independentemente compreendem dois ou mais óxidos de metal de transição de lítio. Os dois ou mais óxidos de metal de transição de lítio no núcleo e o invólucro podem ser os mesmos ou podem ser diferentes ou parcialmente diferentes. Em algumas modalidades, os dois ou mais óxidos de metal de
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21/65 transição de lítio são distribuídos de maneira uniforme sobre o núcleo. Em certas modalidades, os dois ou mais óxidos de metal de transição de lítio não são distribuídos de maneira uniforme sobre o núcleo. Em algumas modalidades, o material ativo de cátodo não é um compósito de núcleo e invólucro.
[0087] 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 certas modalidades, a espessura do invólucro 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 certas modalidades, o diâmetro ou a razão de espessura do núcleo e do invólucro estão na faixa de 15:85 a 85:15, 25:75 a 75:25, 30:70 a 70:30 ou 40:60 a 60:40. Em certas modalidades, o volume ou razão de peso do núcleo e o invólucro é de 95:5, 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 40:60 ou 30:70.
[0088] Antes da homogeneização da segunda suspensão, a pasta fluida é desgaseificada em uma pressão reduzida por um curto período de tempo para remover bolhas de ar presas na pasta fluida. Em algumas modalidades, a pasta fluida é desgaseificada em uma pressão de cerca de 1 kPa a cerca de 10 kPa, de cerca de 1 kPa a cerca de 5 kPa ou de cerca de 1 kPa a cerca de 3 kPa. Em certas modalidades, a pasta fluida é desgaseificada em uma pressão menos do que 10 kPa, menos do que 8 kPa, menos do que 6 kPa, menos do que 5 kPa ou menos do que 1 kPa. Em algumas modalidades, a pasta fluida é desgaseificada por um período de tempo de cerca de 1 minutos a cerca de 5 minutos, de cerca de 2 minutos a cerca de 5 minutos, de cerca de 3 minutos a cerca de 5 minutos ou de cerca de 4 minutos a cerca de 5 minutos. Em certas modalidades, a pasta fluida é desgaseificada por um período de tempo menos do que 5 minutos, menos do que 4,5 minutos, menos do que 4 minutos ou menos do que 3,5 minutos.
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22/65 [0089] A segunda suspensão é homogeneizada através de um homogeneizador em uma temperatura de cerca de -5°C a cerca de 20°C para obter uma pasta fluida homogeneizada. O homogeneizador é equipado com um sistema de controle de temperatura em que a temperatura da segunda suspensão pode ser controlada pelo sistema de controle de temperatura. Qualquer homogeneizador que pode reduzir ou eliminar a agregação de partícula, e/ou promover a distribuição homogênea de ingredientes de pasta fluida pode ser usado no presente documento. Distribuição homogênea desempenha um papel importante para fabricar baterias com bom desempenho de bateria. Em algumas modalidades, o homogeneizador é um misturador planetário de agitação, um misturador de agitação, um mesclador ou um ultrassonicador.
[0090] Em certas modalidades, a segunda suspensão pode ser homogeneizada em qualquer temperatura abaixo da temperatura ambiente para obter uma pasta fluida homogeneizada. Em algumas modalidades, a segunda suspensão é homogeneizada em uma temperatura de cerca de -5°C a cerca de 25°C, de cerca de -5°C a cerca de 20°C, de cerca de -5°C a cerca de 15°C, de cerca de -5°C a cerca de 10°C, de cerca de -5°C a cerca de 5°C, de cerca de 5°C a cerca de 0°C, de cerca de 0°C a cerca de 25°C, de cerca de 0°C a cerca de 20°C, de cerca de 0°C a cerca de 15°C, de cerca de 0°C a cerca de 10°C, de cerca de 5°C a cerca de 25°C, de cerca de 5°C a cerca de 20°C, de cerca de 5°C a cerca de 15°C, de cerca de 10°C a cerca de 25°C ou de cerca de 10°C a cerca de 20°C. Em certas modalidades, a segunda suspensão é homogeneizada em uma temperatura menor do que ou igual a cerca de 25°C, menor do que ou igual a cerca de 20°C, menor do que ou igual a cerca de 15°C, menor do que ou igual a cerca de 10°C, menor do que ou igual a cerca de 5°C ou menor do que ou igual a cerca de 0°C. Reduzir a temperatura da segunda suspensão durante a homogeneização pode limitar a ocorrência de reações indesejadas do material ativo de cátodo com o solvente aquoso.
[0091] Em algumas modalidades, o misturador planetário de agitação
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23/65 compreende pelo menos uma lâmina planetária e pelo menos uma lâmina de dispersão de alta velocidade. Em certas 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 algumas modalidades, a velocidade rotacional da lâmina planetária é de cerca de 20 rpm a cerca de 200 rpm, de cerca de 20 rpm a cerca de 150 rpm, de cerca de 30 rpm a cerca de 150 rpm ou de cerca de 50 rpm a cerca de 100 rpm. A velocidade rotacional da lâmina de dispersão é de cerca de 1.000 rpm a cerca de 4.000 rpm, de cerca de 1.000 rpm a cerca de 3.000 rpm, de cerca de 1.000 rpm a cerca de 2.000 rpm, de cerca de 1.500 rpm a cerca de 3.000 rpm ou de cerca de 1.500 rpm a cerca de 2.500 rpm.
[0092] Em certas modalidades, o ultrassonicador é um banho ultrassônico, um ultrassonicador do tipo sonda ou uma célula de fluxo ultrassônico. Em algumas modalidades, o ultrassonicador é operado em uma densidade de potência de cerca de 10 W/l a cerca de 100 W/l, de cerca 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 60 W/l, de cerca de 40 W/l a cerca de 50 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. Em certas modalidades, o ultrassonicador é operado em uma densidade de potência de cerca de 10 W/l, cerca de 20 W/l, cerca de 30 W/l, cerca de 40 W/l, cerca de 50 W/l, cerca de 60 W/l, cerca de 70 W/l, cerca de 80 W/l, cerca de 90 W/l ou cerca de 100 W/l.
[0093] Quando o material ativo de cátodo é homogeneizado em uma pasta aquosa fluida por um longo período de tempo, água pode danificar o material ativo de cátodo até mesmo em condições de agitação em baixa temperatura. Em algumas modalidades, a segunda suspensão é homogeneizada por um período de tempo de cerca de 0,5 hora a cerca de 8 horas, de cerca de
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0,5 hora a cerca de 6 horas, de cerca de 0,5 hora a cerca de 5 horas, de cerca de 0,5 hora a cerca de 4 horas, de cerca de 0,5 hora a cerca de 3 horas, de cerca de 0,5 hora a cerca de 2 horas, de cerca de 0,5 hora a cerca de 1 hora, de cerca de 1 hora a cerca de 8 horas, de cerca de 1 hora a cerca de 6 horas, de cerca de 1 hora a cerca de 4 horas, de cerca de 2 horas a cerca de 8 horas, de cerca de 2 horas a cerca de 6 horas ou de cerca de 2 horas a cerca de 4 horas. Em certas modalidades, a segunda suspensão é homogeneizada por um período de tempo menos do que 8 horas, menos do que 7 horas, menos do que 6 horas, menos do que 5 horas, menos do que 4 horas, menos do que 3 horas, menos do que 2 horas ou menos do que 1 hora. Em algumas modalidades, a segunda suspensão é homogeneizada por um período de tempo de cerca de 6 horas, cerca de 5 horas, cerca de 4 horas, cerca de 3 horas, cerca de 2 horas, cerca de 1 hora ou cerca de 0,5 hora.
[0094] Quando valor de pH da pasta fluida variar durante a homogeneização e estiver fora de certas faixas, o mesmo pode afetar a homogeneidade de dispersão e a distribuição de tamanho de partícula dos componentes insolúveis em água, por exemplo, material de eletrodo ativo e agente condutor na pasta fluida, dessa forma, resultando em desempenho insatisfatório de eletrodo. Consequentemente, é desejável manter o pH da pasta fluida durante a homogeneização. E constatado que o valor de pH da pasta fluida pode permanecer estável quando a homogeneização for executada em temperatura baixa. A presente invenção provê materiais ativos de cátodo, especialmente, material ativo de cátodo ternário de Ni altos com estabilidade de água aprimorada, mostrando tendências mais baixas para a mudança de pH quando aplicados na pasta fluida.
[0095] Em algumas modalidades, o pH da pasta fluida homogeneizada é de cerca de 7 a cerca de 12, de cerca de 7 a cerca de 11,6, de cerca de 7 a cerca de 11,5, de cerca de 7 a cerca de 11, de cerca de 7 a cerca de 10,5, de cerca de 7 a cerca de 10, de cerca de 7 a cerca de 9,5, de cerca de 7 a cerca de
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9, de cerca de 7 a cerca de 8,5, de cerca de 7 a cerca de 8, de cerca de 7.5 a cerca de 11, de cerca de 7.5 a cerca de 10,5, de cerca de 7.5 a cerca de 9,5, de cerca de 8 a cerca de 11,6, de cerca de 8 a cerca de 11, de cerca de 8 a cerca de
10.5, de cerca de 8 a cerca de 10, de cerca de 8 a cerca de 9, de cerca de 8,5 a cerca de 11, de cerca de 8,5 a cerca de 10,5, de cerca de 9 a cerca de 11,6, de cerca de 9 a cerca de 11, de cerca de 9 a cerca de 10,5, de cerca de 9 a cerca de 10 ou de cerca de 9,5 a cerca de 11. Em certas modalidades, o pH da pasta fluida homogeneizada é menos do que 12, menos do que 11,6, menos do que
11.5, menos do que 11, menos do que 10,5, menos do que 10, menos do que
9.5, menos do que 9, menos do que 8,5 ou menos do que 8. Em algumas modalidades, o pH da pasta fluida homogeneizada é cerca de 7, cerca de 7.5, cerca de 8, cerca de 8,5, cerca de 9, cerca de 9,5, cerca de 10, cerca de 10,5, cerca de 11, cerca de 11,5 ou cerca de 11,6.
[0096] Em certas modalidades, a quantidade de cada um dentre o material de ligação e o agente condutor na pasta fluida homogeneizada é independentemente de cerca de 0,5% a cerca de 10%, de cerca de 0,5% a cerca de 5%, de cerca de 0,5% a cerca de 3%, de cerca de 1% a cerca de 10%, de cerca de 1% a cerca de 8%, de cerca de 1% a cerca de 6%, de cerca de 1% a cerca de 5%, de cerca de 2% a cerca de 8% ou de cerca de 2% a cerca de 6% em peso, com base no peso total da pasta fluida homogeneizada. Em algumas modalidades, a quantidade de cada um dentre o material de ligação e o agente condutor na pasta fluida homogeneizada é independentemente pelo menos 0,5%, pelo menos 1%, pelo menos 2%, pelo menos 3%, pelo menos 4%, pelo menos 5% ou pelo menos 10% em peso, com base no peso total da pasta fluida homogeneizada. Em certas modalidades, a quantidade de cada um dentre o material de ligação e o agente condutor na pasta fluida homogeneizada é independentemente em uma maioria 1 %, em uma maioria 2%, em uma maioria 3%, em uma maioria 4%, em uma maioria 5% ou em uma maioria 10% em peso, com base no peso total da pasta fluida homogeneizada.
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26/65 [0097] Em algumas modalidades, o peso do material de ligação é maior do que, menor do que ou igual ao peso do agente condutor na pasta fluida homogeneizada. Em certas modalidades, a razão do peso do material de ligação para o peso do agente condutor é de cerca de 1:10a cerca de 10:1, de cerca de 1:10a cerca de 5:1, de cerca de 1:10 a cerca de 1:1, de cerca de 1:10 a cerca de 1:5, de cerca de 1:5 a cerca de 5:1 ou de cerca de 1:2 a cerca de 2:1.
[0098] Em certas modalidades, a quantidade do material ativo de cátodo na pasta fluida homogeneizada é de pelo menos 20%, pelo menos 30%, pelo menos 35%, pelo menos 40%, pelo menos 45%, pelo menos 50%, pelo menos 55% ou pelo menos 60% em peso, com base no peso total da pasta fluida homogeneizada. Em algumas modalidades, a quantidade do material ativo de cátodo na pasta fluida homogeneizada está em uma maioria de 50%, em uma maioria 55%, em uma maioria 60%, em uma maioria 65%, em uma maioria 70%, em uma maioria 75% ou em uma maioria 80% em peso, com base no peso total da pasta fluida homogeneizada.
[0099] Em algumas modalidades, a quantidade do material ativo de cátodo na pasta fluida homogeneizada é de cerca de 30% a cerca de 70%, de cerca de 30% a cerca de 65%, de cerca de 30% a cerca de 60%, de cerca de 30% a cerca de 55%, de cerca de 30% a cerca de 50%, de cerca de 40% a cerca de 70%, de cerca de 40% a cerca de 65%, de cerca de 40% a cerca de 60%, de cerca de 40% a cerca de 55%, de cerca de 40% a cerca de 50%, de cerca de 50% a cerca de 70% ou de cerca de 50% a cerca de 60% em peso, com base no peso total da pasta fluida homogeneizada. Em certas modalidades, a quantidade do material ativo de cátodo na pasta fluida homogeneizada é cerca de 30%, cerca de 45%, cerca de 50%, cerca de 65% ou cerca de 70% em peso, com base no peso total da pasta fluida homogeneizada.
[00100] Em certas modalidades, o teor de sólido da pasta fluida homogeneizada é de cerca de 30% a cerca de 60%, de cerca de 30% a cerca de 55%, de cerca de 30% a cerca de 50%, de cerca de 40% a cerca de 60% ou de
Petição 870190074557, de 02/08/2019, pág. 31/75 /65 cerca de 50% a cerca de 60% em peso, com base no peso total da pasta fluida homogeneizada. Em algumas modalidades, o teor de sólido da pasta fluida homogeneizada é menos do que 70%, menos do que 65%, menos do que 60%, menos do que 55%, menos do que 50% ou menos do que 45% em peso, com base no peso total da pasta fluida homogeneizada. Em certas modalidades, o teor de sólido de pasta fluida homogeneizada é cerca de 30%, cerca de 40%, cerca de 50%, cerca de 55% ou cerca de 60% em peso, com base no peso total da pasta fluida homogeneizada.
[00101] A alta viscosidade da pasta fluida torna difícil dispersar os materiais a granel para obter uma pasta fluida uniforme. O solvente usado na pasta fluida homogeneizada descrita no presente documento pode compreender pelo menos um álcool. A adição do álcool pode aprimorar a processabilidade da pasta fluida e diminuir o ponto de congelamento de água. Em algumas modalidades, a pasta fluida não compreende um álcool. Alguns exemplos não limitantes de álcool adequado incluem etanol, isopropanol, n-propanol, tbutanol, n-butanol e combinações dos mesmos. A quantidade total do álcool pode estar na faixa de cerca de 10% a cerca de 50%, de cerca de 10% a cerca de 35%, de cerca de 20% a cerca de 40%, de cerca de 0% a cerca de 15%, de cerca de 0,001% a cerca de 10%, de cerca de 0,01% a cerca de 8% ou de cerca de 0,1% a cerca de 5% em peso, com base no peso total da pasta fluida homogeneizada.
[00102] A viscosidade da pasta fluida homogeneizada é preferencialmente menos do que cerca de 6.000 mPa-s. Em algumas modalidades, a viscosidade da pasta fluida homogeneizada é de cerca de 1.000 mPa· s a cerca de 6.000 mPa· s, de cerca de 1.000 mPa· s a cerca de 5.000 mPa· s, de cerca de 1.000 mPa-s a cerca de 4.000 mPa-s, de cerca de 1.000 mPa-s a cerca de 3.000 mPa-s ou de cerca de 1.000 mPa-s a cerca de 2.000 mPa-s. Em certas modalidades, a viscosidade da pasta fluida homogeneizada é menos do que 6.000 mPa-s, menos do que 5.000 mPa-s, menos do que 4.000 mPa-s,
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28/65 menos do que 3.000 mPa-s ou menos do que 2.000 mPa-s. Em algumas modalidades, a viscosidade da pasta fluida homogeneizada é cerca de 1.000 mPa-s, cerca de 2.000 mPa-s, cerca de 3.000 mPa-s, cerca de 4.000 mPa-s, cerca de 5.000 mPa· s ou cerca de 6.000 mPa· s. Assim, a pasta fluida resultante pode ser totalmente misturada ou homogênea.
[00103] Nos métodos convencionais de preparação da pasta fluida de cátodo, um agente de dispersão pode ser usado para auxiliar a dispersar o material ativo de cátodo, o agente condutor e o material de ligação na pasta fluida. Alguns exemplos não limitantes do agente de dispersão incluem um ácido polimérico e um tensoativo que podem diminuir a tensão de superfície entre um líquido e um sólido. Em algumas modalidades, o agente de dispersão é um tensoativo não iônico, um tensoativo aniônico, um tensoativo catiônico, um tensoativo anfotérico ou uma combinação dos mesmos.
[00104] Uma das vantagens da presente invenção é que os componentes de pasta fluida podem ser dispersado de forma homogênea em temperaturas abaixo da temperatura ambiente sem o uso de um agente de dispersão. Em algumas modalidades, o método da presente invenção não compreende uma etapa de adicionar um agente de dispersão à primeira suspensão, à segunda suspensão ou à pasta fluida homogeneizada. Em certas modalidades, a primeira suspensão, a segunda suspensão e a pasta fluida homogeneizada são livres de um agente de dispersão.
[00105] Alguns exemplos não limitantes do ácido polimérico incluem ácido polilático, ácido polissuccínico, ácido polimaleico, ácido piromúcico, ácido polifumárico, ácido polissórbico, ácido polilinoleico, ácido polilinolênico, ácido poliglutâmico, ácido polimetacrílico, ácido polilicânico, ácido poliglicólico, ácido poliaspártico, ácido poliâmico, ácido polifórmico, ácido poliacético, ácido polipropiônico, ácido polibutírico, ácido polisebácico, copolímeros dos mesmos e combinações dos mesmos. Em certas modalidades, a pasta fluida homogeneizada é livre de um ácido polimérico.
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29/65 [00106] Alguns exemplos não limitantes de tensoativo não iônico adequado incluem um éster carboxílico, um éster de polietileno glicol e combinações dos mesmos.
[00107] Alguns exemplos não limitantes de tensoativo aniônico adequado incluem um sal de um sulfato de alquila, um sulfato de éter de polietoxilato de alquila, um sulfato 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 que compreende um cátion selecionado a partir do grupo que consiste em sódio, potássio, amônia e combinações dos mesmos. Em certas modalidades, o tensoativo aniônico é sulfonato de dodecilbenzeno de sódio, estearato de sódio, sulfato de dodecila de lítio ou uma combinação dos mesmos. Em algumas modalidades, a pasta fluida homogeneizada é livre do tensoativo aniônico.
[00108] Alguns exemplos não limitantes de tensoativo catiônico adequado incluem um sal de amônia, um sal de fosfônio, um sal de imidazólio, um sal de sulfosfônio e combinações dos mesmos. Alguns exemplos não limitantes de sal de amônia adequado incluem brometo de trimetilamônio de estearila (STAB), brometo de trimetilamônio de cetila (CTAB), brometo de trimetilamônio de miristila (MTAB), cloreto de amônia de trimetilhexadecila e combinações dos mesmos. Em algumas modalidades, a pasta fluida homogeneizada é livre do tensoativo catiônico.
[00109] Alguns exemplos não limitantes de tensoativo anfotérico adequado são tensoativos que contêm tanto grupos catiônicos quanto aniônicos. O grupo catiônico é amônia, 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 homogeneizada é livre do tensoativo anfotérico.
[00110] Após a mistura uniforme de componentes de pasta fluida, a pasta fluida homogeneizada pode ser aplicada em um coletor de corrente para
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30/65 formar uma película revestida no coletor de corrente. O coletor de corrente age para coletar elétrons gerados por reações eletroquímicas do material ativo de cátodo ou para suprir elétrons necessários para as reações eletroquímicas. Em algumas modalidades, o coletor de corrente pode ser na forma de uma folha, chapa ou película. Em certas modalidades, o coletor de corrente é aço inoxidável, titânio, níquel, alumínio ou resina eletricamente condutora. Em algumas modalidades, o coletor de corrente não é revestido com um revestimento protetor. Em certas modalidades, o revestimento protetor que compreende um material que contém carbono.
[00111] Durante o revestimento, pH é um parâmetro muito importante no controle da estabilidade de pasta fluida. O risco de instabilidade de pH gera a necessidade de a pasta fluida ser revestida imediatamente após a homogeneização. Isso é muito difícil de realizar em condições de produção em massa, em que o processo de revestimentos frequentemente continua por muitas horas. Se há mudanças de pH, então, as propriedades-chave, por exemplo viscosidade e grau de dispersão, também irão mudar. Qualquer instabilidade tal como mudança de viscosidade e de grau de dispersão durante o revestimento será uma questão séria e o processo de revestimento se tornará instável. Portanto, essas propriedades-chave precisam ser muito estáveis durante a homogeneização e permanecerem estáveis após a homogeneização por um longo tempo.
[00112] Ademais, a alcalinidade da pasta fluida também pode ter um efeito negativo no coletor metálico de corrente. Por exemplo, um pH altamente alcalino pode oxidar o material de coletor de corrente tal como Al. Como um resultado, as propriedades de adesão dos componentes de eletrodo no coletor podem ser reduzidas. A película revestida é facilmente esfoliada e também carece de durabilidade. A fixação insuficiente ou irregular do material de revestimento também irá reduzir a condução eletrônica do eletrodo positivo.
[00113] A corrosão pode reduzir significativamente o tempo de vida da
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31/65 bateria. A pasta fluida deveria ter um pH estável. Em algumas modalidades, o pH da pasta fluida homogeneizada é de cerca de 8 a cerca de 10. Em certas modalidades, a mudança de pH observada durante a homogeneização é de menos do que 0,5 pH por unidade, menos do que 0,4 pH por unidade, menos do que 0,3 pH por unidade, menos do que 0,2 pH por unidade ou menos do que 0,1 pH por unidade.
[00114] Em algumas modalidades, o coletor de corrente tem uma espessura de cerca de 6 μτη a cerca de 100 gm visto que espessura irá afetar o volume ocupado pelo coletor de corrente dentro de uma bateria e a quantidade do material de eletrodo ativo e, assim, a capacidade na bateria.
[00115] Em certas modalidades, o processo de revestimento é executado através do uso de uma revestidora por lâmina de raspadeira, uma revestidora por matriz com ranhura, uma revestidora por transferência, uma revestidora por pulverização, uma revestidora por cilindro, uma revestidora por gravura, uma revestidora por imersão ou uma revestidora por cortina. Em algumas modalidades, a espessura da película revestida 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.
[00116] Evaporar o solvente para criar um eletrodo seco poroso é necessário para fabricar a bateria. Após aplicar a pasta fluida homogeneizada em um coletor de corrente, a película revestida no coletor de corrente pode ser secada por um secador para obter o eletrodo de bateria. Qualquer secador que possa secar a película revestida no coletor de corrente pode ser usado no presente documento. Alguns exemplos não limitantes do secador incluem um forno de secagem em batelada, um forno de secagem em esteira e um forno de secagem por micro-ondas. Alguns exemplos não limitantes do forno de secagem em esteira incluem um forno de secagem em esteira por ar quente, um forno de secagem em esteira por resistência, um forno de secagem em esteira indutivo e um forno de secagem em esteira por micro-ondas.
[00117] Em algumas modalidades, o forno de secagem em esteira para
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32/65 secar a película revestida no coletor de corrente inclui uma ou mais seções de aquecimento, em que cada uma dentre as seções de aquecimento é individualmente controlada por temperatura e em que cada um dentre as seções de aquecimento pode incluir independentemente zonas de aquecimento controlado.
[00118] Em certas modalidades, o forno de secagem em esteira que compreende uma primeira seção de aquecimento posicionada em um lado da esteira e uma segunda seção de aquecimento posicionada em um lado oposto da esteira a partir da primeira seção de aquecimento, em que cada uma dentre a primeira e segunda seções de aquecimento compreende independentemente um ou mais elementos de aquecimento e um sistema de controle de temperatura conectados aos elementos de aquecimento da primeira seção de aquecimento e da segunda seção de aquecimento de maneira a monitorar e controlar seletivamente a temperatura de cada seção de aquecimento.
[00119] Em algumas modalidades, o forno de secagem em esteira que 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.
[00120] Em certas modalidades, cada uma dentre a primeira e a segunda seções de aquecimento tem independentemente uma zona de aquecimento de entrada e uma zona de aquecimento de saída, em que cada uma dentre zonas de aquecimento de entrada e de saída compreende independentemente um ou mais elementos de aquecimento e um sistema de controle de temperatura conectados 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.
[00121] A película revestida no coletor de corrente deveria ser secada em uma temperatura de aproximadamente 60°C ou menos em
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33/65 aproximadamente 5 minutos ou menos. Secar o eletrodo positivo revestido em temperaturas acima de 60°C pode resultar na decomposição indesejável do material ativo de cátodo, aumentando o pH da pasta fluida e afetando o desempenho do eletrodo positivo.
[00122] Ademais, a corrosão do coletor de corrente pode afetar gravemente o desempenho de baterias, degradando a ciclabilidade e desempenho de classificação. A secagem em uma temperatura relativamente baixa abaixo de cerca de 60°C por menos do que 5 minutos pode reduzir a corrosão de coletor de corrente de alumínio.
[00123] Em algumas modalidades, a película revestida no coletor de corrente pode ser secada em uma temperatura de cerca de 30°C a cerca de 60°C. Em certas modalidades, a película revestida no coletor de corrente pode ser secada em uma temperatura de cerca de 30°C a cerca de 55°C, de cerca de 30°C a cerca de 50°C, de cerca de 30°C a cerca de 45°C, de cerca de 30°C a cerca de 40°C, de cerca de 35°C a cerca de 45°C ou de cerca de 35°C a cerca de 40°C. Em algumas modalidades, a película revestida no coletor de corrente é secada em uma temperatura de menos do que 65°C, menos do que 60°C, menos do que 55°C, menos do que 50°C, menos do que 45°C ou menos do que 40°C. Em algumas modalidades, a película revestida no coletor de corrente é secada em uma temperatura de cerca de 60°C, cerca de 55°C, cerca de 50°C, cerca de 45°C, cerca de 40°C ou cerca de 35°C. As temperaturas de secagem diminuídas podem impedir a decomposição indesejável do material ativo de cátodo que tem alto teor de níquel e/ou manganês.
[00124] Em certas modalidades, a esteira 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
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34/65 metros/minuto a cerca de 16 metros/minuto.
[00125] Controlar o comprimento e velocidade da esteira pode regular o tempo de secagem da película revestida. Em algumas modalidades, a película revestida no coletor de corrente pode ser secada por um período de tempo de cerca de 2 minutos a cerca de 5 minutos, de cerca de 2 minutos a cerca de 4,5 minutos, de cerca de 2 minutos a cerca de 4 minutos, de cerca de 2 minutos a cerca de 3 minutos, de cerca de 2,5 minutos a cerca de 5 minutos, de cerca de
2.5 minutos a cerca de 4,5 minutos, de cerca de 2,5 minutos a cerca de 4 minutos, de cerca de 3 minutos a cerca de 5 minutos, de cerca de 3 minutos a cerca de 4,5 minutos, de cerca de 3 minutos a cerca de 4 minutos, de cerca de
3.5 minutos a cerca de 5 minutos ou de cerca de 3,5 minutos a cerca de 4,5 minutos. Em certas modalidades, a película revestida no coletor de corrente pode ser secada por um período de tempo de menos do que 5 minutos, menos do que 4,5 minutos, menos do que 4 minutos, menos do que 3,5 minutos, menos do que 3 minutos, menos do que 2,5 minutos ou menos do que 2 minutos. Em algumas modalidades, a película revestida no coletor de corrente pode ser secada por um período de tempo de cerca de 5 minutos, cerca de 4,5 minutos, cerca de 4 minutos, cerca de 3,5 minutos, cerca de 3 minutos, cerca de 2,5 minutos ou cerca de 2 minutos.
[00126] Visto que os materiais ativos de cátodo são suficientemente ativos para reagir com água, é necessário controlar o tempo de processamento total do método especialmente as etapas de 3) a 6). Em algumas modalidades, o tempo de processamento total para as etapas de 3) a 6) é de cerca de 2 horas a cerca de 8 horas, de cerca de 2 horas a cerca de 7 horas, de cerca de 2 horas a cerca de 6 horas, de cerca de 2 horas a cerca de 5 horas, de cerca de 2 horas a cerca de 4 horas ou de cerca de 2 horas a cerca de 3 horas. Em certas modalidades, o tempo de processamento total para as etapas de 3) a 6) é menos do que 8 horas, menos do que 7 horas, menos do que 6 horas, menos do que 5 horas, menos do que 4 horas ou menos do que 3 horas. Em algumas
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35/65 modalidades, o tempo de processamento total para as etapas de 3) a 6) é cerca de 8 horas, cerca de 7 horas, cerca de 6 horas, cerca de 5 horas, cerca de 4 horas, cerca de 3 horas ou cerca de 2 horas.
[00127] Após a película revestida no coletor de corrente ser secada, um cátodo é formado. Em algumas modalidades, o cátodo é comprimido mecanicamente com a finalidade de aprimorar a densidade do cátodo.
[00128] O método descrito no presente documento tem a vantagem de que o solvente aquoso pode ser usado no processo de fabricação, que pode poupar tempo de processamento e instalações evitando-se a necessidade de manusear ou reciclar solventes orgânicos perigosos. Visto que o solvente aquoso pode ser usado na presente invenção, o eletrodo exigiria menos tempo e energia na etapa de secagem. Adicionalmente, os custos são reduzidos através da simplificação do processo total. Portanto, esse método é especialmente adequado para processos industriais por causa de seu baixo custo e facilidade de manuseio.
[00129] Uma bateria envelhece com o uso e com o tempo, até mesmo se não for usada. As condições operacionais da bateria afetam o processo de envelhecimento. A temperatura e tensões de carregamento são alguns dos fatores mais relevantes no envelhecimento. Expor uma bateria a temperaturas altas pode acelerar o seu envelhecimento. No geral, uma bateria tal como bateria automotiva é frequentemente exposta a uma temperatura elevada quando em operação. E comum que uma bateria automotiva perca aproximadamente de 20% a 30% de sua capacidade inicial de bateria no primeiro ano.
[00130] O método para preparação de cátodo descrito no presente documento que tem temperatura baixa de mistura, tempos de mistura reduzidos, pH controlado de pasta fluida de cátodo, temperaturas baixas de secagem e tempos de secagem diminuídos da película revestida aprimora significativamente o desempenho em alta temperatura das baterias. As baterias
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36/65 que compreendem eletrodos positivos preparados de acordo com a presente invenção mostram pequena perda de capacidade durante o armazenamento em alta temperatura e estabilidade alta de ciclo em condições de alta temperatura. O desenvolvimento de tecnologia de revestimento com base em água sem reduzir o desempenho de ciclabilidade é alcançado pela presente invenção. [00131] Em algumas modalidades, o eletrodo tem a capacidade de reter pelo menos cerca de 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97% ou 98% de sua capacidade de armazenamento inicial após 300 ciclos em uma taxa de 1C a 25°C em uma célula completa. Em certas modalidades, o eletrodo tem a capacidade de reter pelo menos cerca de 90%, 91%, 92%, 93%, 94% ou 95% de sua capacidade de armazenamento inicial após 500 ciclos em uma taxa de 1C a 25°C em uma célula completa. Em algumas modalidades, o eletrodo tem a capacidade de reter pelo menos cerca de 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94% ou 95% de sua capacidade de armazenamento inicial após 1.000 ciclos em uma taxa de 1C a 25°C em uma célula completa. Em certas modalidades, o eletrodo tem a capacidade de reter pelo menos cerca de 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89% ou 90% de sua capacidade de armazenamento inicial após 1.500 ciclos em uma taxa de 1C a 25°C em uma célula completa. Em algumas modalidades, o eletrodo tem a capacidade de reter pelo menos cerca de 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80%, 81%, 82%, 83%, 84% ou 85% de sua capacidade de armazenamento inicial após 2.000 ciclos em uma taxa de 1C a 25°C em uma célula completa.
[00132] A retenção de capacidade de uma bateria também varia com a temperatura de armazenamento. Se uma bateria for armazenada em altas temperaturas, o autodescarregamento será acelerado. A bateria descrita no presente documento mostra boa retenção de capacidade que se mantém mais do que 60% da capacidade inicial após 2 semanas armazenamento em uma temperatura elevada. Em algumas modalidades, a retenção de capacidade da bateria não é menos do que 50%, não menos do que 55%, não menos do que
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60%, não menos do que 65% ou não menos do que 70% de sua capacidade inicial após o armazenamento por 2 semanas a 60°C.
[00133] Os seguintes exemplos são apresentados para exemplificar as modalidades da invenção, mas não são destinadas a limitar a presente invenção às modalidades específicas estabelecidas. A menos que indicado o contrário, todas as partes e porcentagens estão em peso. Todos os valores numéricos são aproximados. Quando faixas numéricas são fornecidas, deveria ser entendido que as modalidades fora das faixas definidas podem ainda estar dentro do escopo da invenção. Detalhes específicos descritos em cada exemplo não deveriam ser construídos como recursos necessários da invenção.
EXEMPLOS [00134] Os valores de pH da pasta fluida foram medidos por um medidor de pH do tipo eletrodo (ION 2700, Eutech Instruments) no início e no término da homogeneização da pasta fluida de cátodo. A viscosidade de pasta fluida foi medida através do uso de um medidor de viscosidade rotacional (NDJ-5S, Shanghai JT Electronic Technology Co. Ltd., China).
EXEMPLO 1
A) PREPARAÇÃO DE ELETRODO POSITIVO [00135] Uma primeira suspensão foi preparada através da dispersão de 0,36 kg de negro de carbono (SuperP; obtido junto à Timcal Ltd, Bodio, Suíça) e 0,36 kg poliacrilonitrila (PAN) (LA 132, Chengdu índigo Power Sources Co., Ltd., China) em 3,6 1 de água deionizada enquanto agitada com um misturador planetário de 10 1 (CMDJ-10L; obtido junto à ChienMei Co. Ltd., China), seguido pelo resfriamento da mistura a 15°C. Após a adição, a primeira suspensão foi agitada, ainda mais, por cerca de 30 minutos a 15°C em uma velocidade de lâmina planetária de 40 rpm e uma velocidade de lâmina de dispersão de 2.500 rpm.
[00136] Uma segunda suspensão foi preparada através da dispersão de 8,28 kg de LiNio,8Mno,iCoo,i02 (NMC811) (obtido junto à Henan Kelong
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NewEnergy Co., Ltd., Xinxiang, China) na primeira suspensão a 15°C. Portanto, 2,4 1 de água deionizada são adicionados à segunda suspensão para ajustar o seu teor de sólido. Após ajustar o teor de sólido, a segunda suspensão foi desgaseificada em uma pressão de 1.000 Pa por 4 minutos. Então, a segunda suspensão foi agitada, ainda mais, por cerca de 2 horas a 15°C em uma velocidade de lâmina planetária de 40 rpm e uma velocidade de lâmina de dispersão de 2.500 rpm. Uma formulação de pasta fluida de cátodo de 55,2% em peso NMC811, 2,4% em peso de negro de carbono, 2,4% em peso de LA132 e 40% em peso de água deionizada foi preparada. A viscosidade da pasta fluida de cátodo a 25°C foi 2.350 mPa-s. O teor de sólido da pasta fluida de cátodo foi 60% em peso. A formulação do Exemplo 1 é mostrada na Tabela 1 abaixo.
[00137] Logo após a preparação, a pasta fluida de cátodo foi revestida em ambos os lados de uma folha de alumínio que tem uma espessura de 20 pm através do uso de uma revestidora por transferência com uma densidade de área de cerca de 38 mg/cm2. As películas revestidas na folha de alumínio foram secadas durante 3,5 minutos em um forno de secagem por ar quente em esteira com 24 metros de comprimento como um submódulo da revestidora por transferência operada em uma velocidade de esteira de cerca de 6.8 metros/minuto a cerca de 40°C para obter um eletrodo positivo. O eletrodo foi, então, prensado para aumentar a densidade do revestimento e a densidade foi 2,98 g/cm3.
B) PREPARAÇÃO DE ELETRODO NEGATIVO [00138] Uma pasta fluida de eletrodo negativo foi preparada mediante a mistura de 90% em peso de carbono rígido (HC; pureza de 99,5%, obtido junto à Ruifute Technology Ltd., Shenzhen, Guangdong, China) com 1,5% em peso carboximetilcelulose (CMC, BSH-12, DKS Co. Ltd., Japão) e 3,5% em peso SBR (AL-2001, NIPPON A&L INC., Japão) como um ligante e 5% em peso de negro de carbono como um agente condutor em água deionizada. O teor de
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39/65 sólido da pasta fluida de ânodo foi 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 através do uso de uma revestidora por transferência com uma densidade de área de cerca de 19 mg/cm2. As películas revestidas na folha de cobre foram secadas a cerca de 50°C por 2,4 minutos em um secador por ar quente em esteira com 24 metros de comprimento operado em uma velocidade de esteira de cerca de 10 metros/minuto para obter um eletrodo negativo. O eletrodo foi, então, prensado para aumentar a densidade do revestimento e a densidade foi 1,8 g/cm3.
C) MONTAGEM DE CÉLULA EM FORMATO DE BOLSA (POUCH
CELL) [00139] Após a secagem, a película de cátodo e a película de ânodo resultantes foram usadas para preparar o cátodo e ânodo respectivamente através do corte em placas individuais de eletrodo. Uma célula em formato de bolsa foi montada mediante o empilhamento das placas de eletrodo de cátodo e de ânodo alternativamente e, então, embalada em um estojo fabricado a partir de uma película laminada de alumínio e plástico. As placas de eletrodo de cátodo e de ânodo foram mantidas separadas pelos separadores e o estojo foi pré-formado. O separador foi uma membrana microporosa revestida por cerâmica fabricada a partir de tecido não tecido (SEPARION, Evonik Industries, Alemanha), que tinha uma espessura de cerca de 35 pm. Um eletrólito foi, então, carregado no estojo retendo os eletrodos embalados em atmosfera de argônio com alta pureza com umidade e teor de oxigênio menores do que 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 carregar o eletrólito, a célula em formato de bolsa foi selada a vácuo e, então, prensada mecanicamente através do uso de um ferramental de puncionamento com formato quadrado padrão. O desempenho eletroquímico da célula em formato
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40/65 de bolsa do Exemplo 1 foi medido e é mostrado na Tabela 2 abaixo. O resultado do teste de desempenho de ciclabilidade é mostrado na Figura 1.
EXEMPLO 2
A) PREPARAÇÃO DE ELETRODO POSITIVO [00140] Uma primeira suspensão foi preparada através da dispersão de 0,3 kg de negro de carbono e 0,3 kg de LA132 em 4,5 1 de água deionizada enquanto agitada com um misturador planetário de 10 1, seguido pelo resfriamento da mistura a 10°C. Após a adição, a primeira suspensão foi agitada, ainda mais, por cerca de 30 minutos a 10°C em uma velocidade de lâmina planetária de 40 rpm e uma velocidade de lâmina de dispersão de 2.500 rpm.
[00141] Uma segunda suspensão foi preparada através da dispersão de
6,9 kg de NMC811 na primeira suspensão a 10°C. Portanto, 3 1 de água deionizada são adicionados à segunda suspensão para ajustar o seu teor de sólido. Após ajustar o teor de sólido, a segunda suspensão foi desgaseificada em uma pressão de 1.000 Pa por 4 minutos. Então, a segunda suspensão foi agitada, ainda mais, por cerca de 2,5 horas a 10oC em uma velocidade de lâmina planetária de 40 rpm e uma velocidade de lâmina de dispersão de 2.500 rpm. Uma formulação de pasta fluida de cátodo de 46% em peso NMC811, 2% em peso de negro de carbono, 2% em peso de LA132 e 50% em peso de água deionizada foi preparada. A viscosidade da pasta fluida de cátodo a 25°C foi de 2.760 mPa-s. O teor de sólido da pasta fluida de cátodo foi 50% em peso. A formulação do Exemplo 2 é mostrada na Tabela 1 abaixo.
[00142] Logo após a preparação, a pasta fluida de cátodo foi revestida em ambos os lados de uma folha de alumínio que tem uma espessura de 20 μτη através do uso de uma revestidora por transferência com uma densidade de área de cerca de 38 mg/cm2. As películas revestidas na folha de alumínio foram secadas durante 4,2 minutos em um forno de secagem por ar quente em esteira com 24 metros de comprimento como um submódulo da revestidora por
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41/65 transferência operada em uma velocidade de esteira de cerca de 5,7 metros/minuto e cerca de 37°C para obter um eletrodo positivo. O eletrodo foi, então, prensado para aumentar a densidade do revestimento e a densidade foi de 2,85 g/cm3.
B) PREPARAÇÃO DE ELETRODO NEGATIVO [00143] Uma pasta fluida de eletrodo negativo foi preparada mediante a mistura de 90% em peso de carbono rígido com 5% em peso de LA132 e 5% em peso de negro de carbono em água deionizada. O teor de sólido da pasta fluida de ânodo foi 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 através do uso de uma revestidora por transferência com uma densidade de área de cerca de 19 mg/cm2. As películas revestidas na folha de cobre foram secadas a cerca de 50°C por 2,4 minutos em um secador por ar quente em esteira com 24 metros de comprimento operado em uma velocidade de esteira de cerca de 10 metros/minuto para obter um eletrodo negativo. O eletrodo foi, então, prensado para aumentar a densidade do revestimento e a densidade foi de 1,8 g/cm3.
C) MONTAGEM DE CÉLULA EM FORMATO DE BOLSA [00144] Uma célula em formato de bolsa foi montada da maneira como no Exemplo 1. O desempenho eletroquímico da célula em formato de bolsa do Exemplo 2 foi medido e é mostrado na Tabela 2 abaixo. O resultado do teste de desempenho de ciclabilidade é mostrado na Figura 2.
EXEMPLO 3
A) PREPARAÇÃO DE ELETRODO POSITIVO [00145] A pasta fluida de eletrodo positivo foi preparada da maneira como no Exemplo 2, com a exceção de que a primeira suspensão foi preparada a 0°C ao invés de 10°C; o teor de sólido da segunda suspensão foi ajustado mediante a adição uma mistura de água deionizada e etanol em uma razão de peso de 2:1 ao invés de água deionizada por si só; e a segunda suspensão foi homogeneizada por uma célula de fluxo ultrassônico circulante (NP8000,
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42/65 obtida junto à Guangzhou Newpower Ultrasonic Electronic Equipment Co., Ltd., China) a 0°C por 3,5 horas ao invés de um misturador planetário a 10°C por 2,5 horas. A viscosidade da pasta fluida de cátodo a 25°C foi de 2.200 mPa-s. O teor de sólido da pasta fluida de cátodo foi 50% em peso. A formulação do Exemplo 3 é mostrada na Tabela 1 abaixo.
[00146] Logo após a preparação, a pasta fluida de cátodo foi revestida em ambos os lados de uma folha de alumínio que tem uma espessura de 20 gm através do uso de uma revestidora por transferência com uma densidade de área de cerca de 38 mg/cm2. As películas revestidas na folha de alumínio foram secadas durante 3,2 minutos em um forno de secagem por ar quente em esteira com 24 metros de comprimento como um submódulo da revestidora por transferência operada em uma velocidade de esteira de cerca de 7.5 metros/minuto e cerca de 45°C para obter um eletrodo positivo. O eletrodo foi, então, prensado para aumentar a densidade do revestimento e a densidade foi
2,91 g/cm3.
B) PREPARAÇÃO DE ELETRODO NEGATIVO [00147] Uma pasta fluida de eletrodo negativo foi preparada da maneira como no Exemplo 2.
C) MONTAGEM DE CÉLULA EM FORMATO DE BOLSA [00148] Uma célula em formato de bolsa foi montada da maneira como no Exemplo 1. O desempenho eletroquímico da célula em formato de bolsa do Exemplo 3 foi medido e é mostrado na Tabela 2 abaixo. O resultado do teste de desempenho de ciclabilidade é mostrado na Figura 3.
EXEMPLO 4
A) PREPARAÇÃO DE ELETRODO POSITIVO [00149] Uma primeira suspensão foi preparada através da dispersão de 0,29 kg de negro de carbono e 0,29 kg de LA132 em 4,05 1 de água deionizada enquanto agitada com um misturador planetário de 10 1, seguido pelo resfriamento da mistura a 15°C. Após a adição, a primeira suspensão foi
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43/65 agitada, ainda mais, por cerca de 30 minutos a 15°C em uma velocidade de lâmina planetária de 40 rpm e uma velocidade de lâmina de dispersão de 2.500 rpm.
[00150] Uma segunda suspensão foi preparada através da dispersão de 7,67 kg de Lii,oNio,8Coo,i5Alo,o502 (NCA) (obtida junto à Hunan Rui Xiang New Material Co., Ltd., Changsha, China) na primeira suspensão a 15°C. Portanto,
2,7 1 de água deionizada são adicionados à segunda suspensão para ajustar o seu teor de sólido. Após ajustar o teor de sólido, a segunda suspensão foi desgaseificada em uma pressão de 1.000 Pa por 4 minutos. Então, a segunda suspensão foi agitada, ainda mais, por cerca de 2,5 horas a 15°C em uma velocidade de lâmina planetária de 40 rpm e uma velocidade de lâmina de dispersão de 2.500 rpm. Uma formulação de pasta fluida de cátodo de 51,15% em peso NCA, 1.925% em peso de negro de carbono, 1.925% em peso de LA132 e 45% em peso de água deionizada foi preparada. A viscosidade da pasta fluida de cátodo a 25°C foi de 3.350 mPa-s. O teor de sólido da pasta fluida de cátodo foi de 55% em peso. A formulação do Exemplo 4 é mostrada na Tabela 1 abaixo.
[00151] Logo após a preparação, a pasta fluida homogeneizada foi revestida em ambos os lados de uma folha de alumínio que tem uma espessura de 20 pm através do uso de uma revestidora por transferência com uma densidade de área de cerca de 38 mg/cm2. As películas revestidas na folha de alumínio foram secadas durante 4,5 minutos em um forno de secagem por ar quente em esteira com 24 metros de comprimento como um submódulo da revestidora por transferência operada em uma velocidade de esteira de cerca de 5,3 metros/minuto e cerca de 35°C para obter um eletrodo positivo. O eletrodo foi, então, prensado para aumentar a densidade do revestimento e a densidade foi 3,3 g/cm3.
B) PREPARAÇÃO DE ELETRODO NEGATIVO [00152] Uma pasta fluida de eletrodo negativo foi preparada da maneira
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44/65 como no Exemplo 1.
C) MONTAGEM DE CÉLULA EM FORMATO DE BOLSA [00153] Uma célula em formato de bolsa foi montada da maneira como no Exemplo 1. O desempenho eletroquímico da célula em formato de bolsa do Exemplo 4 foi medido e é mostrado na Tabela 2 abaixo. O resultado do teste de desempenho de ciclabilidade é mostrado na Figura 4.
EXEMPLO 5
A) PREPARAÇÃO DE ELETRODO POSITIVO [00154] Uma primeira suspensão foi preparada através da dispersão de 0,26 kg de negro de carbono e 0,26 kg de LA132 em 4,5 1 de água deionizada enquanto agitada com um misturador planetário de 10 1, seguido pelo resfriamento da mistura a 10°C. Após a adição, a primeira suspensão foi agitada, ainda mais, por cerca de 30 minutos a 10°C em uma velocidade de lâmina planetária de 40 rpm e uma velocidade de lâmina de dispersão de 2.500 rpm.
[00155] Uma segunda suspensão foi preparada através da dispersão de 6.98 kg de NCA na primeira suspensão a 10°C. Portanto, 3 1 de água deionizada são adicionados à segunda suspensão para ajustar o seu teor de sólido. Após ajustar o teor de sólido, a segunda suspensão foi desgaseificada em uma pressão de 1.000 Pa por 4 minutos. Então, a segunda suspensão foi agitada, ainda mais, por cerca de 3,2 horas a 10°C em uma velocidade de lâmina planetária de 40 rpm e uma velocidade de lâmina de dispersão de 2.500 rpm. Uma formulação de pasta fluida de cátodo de 46,5% em peso NCA, 1,75% em peso de negro de carbono, 1,75% em peso de LA132 e 50% em peso de água deionizada foi preparada. A viscosidade da pasta fluida de cátodo a 25°C foi de 2.980 mPa-s. O teor de sólido da pasta fluida de cátodo foi 50% em peso. A formulação do Exemplo 5 é mostrada na Tabela 1 abaixo.
[00156] Logo após a preparação, a pasta fluida homogeneizada foi revestida em ambos os lados de uma folha de alumínio que tem uma espessura
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45/65 de 20 μιτι através do uso de uma revestidora por transferência com uma densidade de área de cerca de 38 mg/cm2. As películas revestidas na folha de alumínio foram secadas durante 3,1 minutos em um forno de secagem por ar quente em esteira com 24 metros de comprimento como um submódulo da revestidora por transferência operada em uma velocidade de esteira de cerca de
7.7 metros/minuto e cerca de 50°C para obter um eletrodo positivo. O eletrodo foi, então, prensado para aumentar a densidade do revestimento e a densidade foi 3,1 g/cm3.
B) PREPARAÇÃO DE ELETRODO NEGATIVO [00157] Uma pasta fluida de eletrodo negativo foi preparada da maneira como no Exemplo 2.
C) MONTAGEM DE CÉLULA EM FORMATO DE BOLSA [00158] Uma célula em formato de bolsa foi montada da maneira como no Exemplo 1. O desempenho eletroquímico da célula em formato de bolsa do Exemplo 5 foi medido e é mostrado na Tabela 2 abaixo. O resultado do teste de desempenho de ciclabilidade é mostrado na Figura 5.
EXEMPLO 6
A) PREPARAÇÃO DE ELETRODO POSITIVO [00159] Uma pasta fluida de eletrodo positivo foi preparada da maneira como no Exemplo 5, com a exceção de que a primeira suspensão foi preparada a 0°C ao invés de 10°C; o teor de sólido da segunda suspensão foi ajustado mediante a adição uma mistura de água deionizada e isopropanol (IPA) em uma razão de peso de 2:1 ao invés de água deionizada por si só; e a segunda suspensão foi homogeneizada por uma célula de fluxo ultrassônico circulante (NP8000, obtida junto à Guangzhou Newpower Ultrasonic Electronic Equipment Co., Ltd., China) a 0°C por 4 horas ao invés de um misturador planetário a 10°C por 3,2 horas. A viscosidade da pasta fluida de cátodo a 25°C foi 2.060 mPa-s. O teor de sólido da pasta fluida de cátodo foi 50% em peso. A formulação do Exemplo 6 é mostrada na Tabela 1 abaixo.
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46/65 [00160] Logo após a preparação, a pasta fluida homogeneizada foi revestida em ambos os lados de uma folha de alumínio que tem uma espessura de 20 μτη através do uso de uma revestidora por transferência com uma densidade de área de cerca de 38 mg/cm2. As películas revestidas na folha de alumínio foram secadas durante 3,7 minutos em um forno de secagem por ar quente em esteira com 24 metros de comprimento como um submódulo da revestidora por transferência operada em uma velocidade de esteira de cerca de
6,5 metros/minuto e cerca de 42°C para obter um eletrodo positivo. O eletrodo foi, então, prensado para aumentar a densidade do revestimento e a densidade foi de 2,95 g/cm3.
B) PREPARAÇÃO DE ELETRODO NEGATIVO [00161 ] Uma pasta fluida de eletrodo negativo foi preparada da maneira como no Exemplo 2.
C) MONTAGEM DE CÉLULA EM FORMATO DE BOLSA [00162] Uma célula em formato de bolsa foi montada da maneira como no Exemplo 1. O desempenho eletroquímico da célula em formato de bolsa do Exemplo 6 foi medido e é mostrado na Tabela 2 abaixo. O resultado do teste de desempenho de ciclabilidade é mostrado na Figura 6.
EXEMPLO 7
A) PREPARAÇÃO DE ELETRODO POSITIVO [00163] Uma primeira suspensão foi preparada através da dispersão de 0,3 kg de negro de carbono e 0,3 kg de LA132 em 4,5 1 de água deionizada enquanto agitada com um misturador planetário de 10 1, seguido pelo resfriamento da mistura a 10°C. Após a adição, a primeira suspensão foi agitada, ainda mais, por cerca de 30 minutos a 10°C em uma velocidade de lâmina planetária de 40 rpm e uma velocidade de lâmina de dispersão de 2.500 rpm.
[00164] Uma segunda suspensão foi preparada através da dispersão de
6,9 kg de Lii,oNio,6Mno,2Coo,202 (NMC622) (obtida junto à Hunan Rui Xiang
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New Material Co., Ltd., Changsha, China) na primeira suspensão a 10°C. Portanto, 3 1 de água deionizada são adicionados à segunda suspensão para ajustar o seu teor de sólido. Após ajustar o teor de sólido, a segunda suspensão foi desgaseificada em uma pressão de 1.000 Pa por 4 minutos. Então, a segunda suspensão foi agitada, ainda mais, por cerca de 4 horas a 10°C em uma velocidade de lâmina planetária de 40 rpm e uma velocidade de lâmina de dispersão de 2.500 rpm. Uma formulação de pasta fluida de cátodo de 46% em peso NMC622, 2% em peso de negro de carbono, 2% em peso de LA132 e 50% em peso de água deionizada foi preparada. A viscosidade da pasta fluida de cátodo a 25°C foi de 2.110 mPa-s. O teor de sólido da pasta fluida de cátodo foi 50% em peso. A formulação do Exemplo 7 é mostrada na Tabela 1 abaixo. [00165] Logo após a preparação, a pasta fluida homogeneizada foi revestida em ambos os lados de uma folha de alumínio que tem uma espessura de 20 pm através do uso de uma revestidora por transferência com uma densidade de área de cerca de 38 mg/cm2. As películas revestidas na folha de alumínio foram secadas durante 4 minutos em um forno de secagem por ar quente em esteira com 24 metros de comprimento como um submódulo da revestidora por transferência operada em uma velocidade de esteira de cerca de 6 metros/minuto e cerca de 45°C para obter um eletrodo positivo. O eletrodo foi, então, prensado para aumentar a densidade do revestimento e a densidade foi 2,85 g/cm3.
B) PREPARAÇÃO DE ELETRODO NEGATIVO [00166] Uma pasta fluida de eletrodo negativo foi preparada da maneira como no Exemplo 2.
C) MONTAGEM DE CÉLULA EM FORMATO DE BOLSA [00167] Uma célula em formato de bolsa foi montada da maneira como no Exemplo 1. O desempenho eletroquímico da célula em formato de bolsa do Exemplo 7 foi medido e é mostrado na Tabela 2 abaixo. O resultado do teste de desempenho de ciclabilidade é mostrado na Figura 7.
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EXEMPLO 8
A) PREPARAÇÃO DE ELETRODO POSITIVO [00168] Uma pasta fluida de eletrodo positivo foi preparada da maneira como no Exemplo 7, com a exceção de que um material ativo de cátodo de núcleo e invólucro (C-S LNMgO) foi usado ao invés de NMC622 como um material ativo de cátodo. O núcleo do material ativo de cátodo de núcleo e invólucro foi Lii,oiNio,9óMgo,o402 (LNMgO) e foi preparado por reação de estado líquido em que MgO e NiOx (x= 1 a 2) foram misturados com LiOH seguido por calcinação a 850°C. O invólucro do material ativo de cátodo de núcleo e invólucro foi Lio,9sCoi,i02 e foi preparado pela formação de um precipitado de Co(OH)2 na superfície do núcleo para formar um precursor, misturando o precursor com L12CO3 (obtido junto à Tianqi Lithium, Shenzhen, China) para obter uma mistura e calcinando a mistura a 800°C. O produto calcinado foi esmagado por uma fresa com jatos (LNJ-6A, obtida junto à Mianyang Liuneng Powder Equipment Co., Ltd., Sichuan, China) por cerca de 1 hora, seguido pela passagem do produto esmagado através de uma peneira de 270 mesh para obter um material ativo de cátodo que tem um tamanho de partícula D50 de cerca de 33 gm. O teor de cobalto no material ativo de cátodo de núcleo e no invólucro diminuiu gradualmente a partir da superfície externa do invólucro para o núcleo interno. A espessura do invólucro foi de cerca de 5 gm. A viscosidade da pasta fluida de cátodo a 25°C foi de 2.650 mPa· s. O teor de sólido da pasta fluida de cátodo foi de 50% em peso. A formulação do Exemplo 8 é mostrada na Tabela 1 abaixo.
[00169] Logo após a preparação, a pasta fluida homogeneizada foi revestida em ambos os lados de uma folha de alumínio que tem uma espessura de 20 gm através do uso de uma revestidora por transferência com uma densidade de área de cerca de 38 mg/cm2. As películas revestidas na folha de alumínio foram secadas durante 4 minutos em um forno de secagem por ar quente em esteira com 24 metros de comprimento como um submódulo da
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49/65 revestidora por transferência operada em uma velocidade de esteira de cerca de 6 metros/minuto e cerca de 45°C para obter um eletrodo positivo. O eletrodo foi, então, prensado para aumentar a densidade do revestimento e a densidade foi 2,78 g/cm3.
B) PREPARAÇÃO DE ELETRODO NEGATIVO [00170] Uma pasta fluida de eletrodo negativo foi preparada da maneira como no Exemplo 2.
C) MONTAGEM DE CÉLULA EM FORMATO DE BOLSA [00171] Uma célula em formato de bolsa foi montada da maneira como no Exemplo 1. O desempenho eletroquímico da célula em formato de bolsa do Exemplo 8 foi medido e é mostrado na Tabela 2 abaixo. O resultado do teste de desempenho de ciclabilidade é mostrado na Figura 8.
EXEMPLO COMPARATIVO 1
A) PREPARAÇÃO DE ELETRODO POSITIVO [00172] Uma pasta fluida de eletrodo positivo foi preparada da maneira como no Exemplo 1, com a exceção de que a primeira suspensão foi preparada a 25°C ao invés de 15°C; e a segunda suspensão foi homogeneizada por uma célula de fluxo ultrassônico circulante a 25°C por 5 horas ao invés de um misturador planetário a 15°C por 2 horas. A viscosidade da pasta fluida de cátodo a 25°C foi 2,450 mPa-s. O teor de sólido da pasta fluida de cátodo foi 60% em peso. A formulação do Exemplo comparativo 1 é mostrada na Tabela 1 abaixo.
[00173] Logo após a preparação, a pasta fluida homogeneizada foi revestida em ambos os lados de uma folha de alumínio que tem uma espessura de 20 pm através do uso de uma revestidora por transferência com uma densidade de área de cerca de 38 mg/cm2. As películas revestidas na folha de alumínio foram secadas durante 5 minutos em um forno de secagem por ar quente em esteira com 24 metros de comprimento como um submódulo da revestidora por transferência operada em uma velocidade de esteira de cerca de
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4,8 metros/minuto e cerca de 60°C temperatura para obter um eletrodo positivo. O eletrodo foi, então, prensado para aumentar a densidade do revestimento e a densidade foi 2.96 g/cm3.
B) PREPARAÇÃO DE ELETRODO NEGATIVO [00174] Uma pasta fluida de eletrodo negativo foi preparada da maneira como no Exemplo 2.
C) MONTAGEM DE CÉLULA EM FORMATO DE BOLSA [00175] Uma célula em formato de bolsa foi montada da maneira como no Exemplo 1. O desempenho eletroquímico da célula em formato de bolsa do Exemplo comparativo 1 foi medido e é mostrado na Tabela 2 abaixo. O resultado do teste de desempenho de ciclabilidade é mostrado na Figura 9.
EXEMPLO COMPARATIVO 2
A) PREPARAÇÃO DE ELETRODO POSITIVO [00176] Uma pasta fluida de eletrodo positivo foi preparada da maneira como no Exemplo 1, com a exceção de que a primeira suspensão foi preparada a 40°C ao invés de 15°C; e a segunda suspensão foi homogeneizada por um misturador planetário a 40°C por 6 horas ao invés de 15°C por 2 horas. A viscosidade da pasta fluida de cátodo a 25°C foi de 2.670 mPa-s. O teor de sólido da pasta fluida de cátodo foi de 60% em peso. A formulação do Exemplo comparativo 2 é mostrada na Tabela 1 abaixo.
[00177] Logo após a preparação, a pasta fluida de cátodo foi revestida em ambos os lados de uma folha de alumínio que tem uma espessura de 20 pm através do uso de uma revestidora por transferência com uma densidade de área de cerca de 38 mg/cm2. As películas revestidas na folha de alumínio foram secadas durante 5 minutos em um forno de secagem por ar quente em esteira com 24 metros de comprimento como um submódulo da revestidora por transferência operada em uma velocidade de esteira de cerca de 4,8 metros/minuto e cerca de 70°C para obter um eletrodo positivo. O eletrodo foi, então, prensado para aumentar a densidade do revestimento e a densidade foi
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2,86 g/cm3.
B) PREPARAÇÃO DE ELETRODO NEGATIVO [00178] Uma pasta fluida de eletrodo negativo foi preparada da maneira como no Exemplo 2.
C) MONTAGEM DE CÉLULA EM FORMATO DE BOLSA [00179] Uma célula em formato de bolsa foi montada da maneira como no Exemplo 1. O desempenho eletroquímico da célula em formato de bolsa do Exemplo comparativo 2 foi medido e é mostrado na Tabela 2 abaixo. O resultado do teste de desempenho de ciclabilidade é mostrado na Figura 10.
EXEMPLO COMPARATIVO 3
A) PREPARAÇÃO DE ELETRODO POSITIVO [00180] Uma pasta fluida de eletrodo positivo foi preparada da maneira como no Exemplo 4, com a exceção de que a primeira suspensão foi preparada a 25°C ao invés de 15°C; e a segunda suspensão foi homogeneizada por um misturador planetário a 25°C por 5 horas ao invés de 15°C por 2,5 horas. A viscosidade da pasta fluida de cátodo a 25°C foi 3.050 mPa-s. O teor de sólido da pasta fluida de cátodo foi 55% em peso. A formulação do Exemplo comparativo 3 é mostrada na Tabela 1 abaixo.
[00181] Logo após a preparação, a pasta fluida homogeneizada foi revestida em ambos os lados de uma folha de alumínio que tem uma espessura de 20 pm através do uso de uma revestidora por transferência com uma densidade de área de cerca de 38 mg/cm2. As películas revestidas na folha de alumínio foram secadas durante 5 minutos em um forno de secagem por ar quente em esteira com 24 metros de comprimento como um submódulo da revestidora por transferência operada em uma velocidade de esteira de cerca de
4,8 metros/minuto e cerca de 55°C para obter um eletrodo positivo. O eletrodo foi, então, prensado para aumentar a densidade do revestimento e a densidade foi 3,05 g/cm3.
B) PREPARAÇÃO DE ELETRODO NEGATIVO
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52/65 [00182] Uma pasta fluida de eletrodo negativo foi preparada da maneira como no Exemplo 2.
C) MONTAGEM DE CÉLULA EM FORMATO DE BOLSA [00183] Uma célula em formato de bolsa foi montada da maneira como no Exemplo 1. O desempenho eletroquímico da célula em formato de bolsa do Exemplo comparativo 3 foi medido e é mostrado na Tabela 2 abaixo. O resultado do teste de desempenho de ciclabilidade é mostrado na Figura 11.
EXEMPLO COMPARATIVO 4
A) PREPARAÇÃO DE ELETRODO POSITIVO [00184] Uma pasta fluida de eletrodo positivo foi preparada da maneira como no Exemplo 4, com a exceção de que a primeira suspensão foi preparada a 40°C ao invés de 15°C; e a segunda suspensão foi homogeneizada por um misturador planetário a 40°C por 10 horas ao invés de a 15°C por 2,5 horas. A viscosidade da pasta fluida de cátodo a 25°C foi de 1.940 mPa-s. O teor de sólido da pasta fluida de cátodo foi 55% em peso. A formulação do Exemplo comparativo 4 é mostrada na Tabela 1 abaixo.
[00185] Logo após a preparação, a pasta fluida de cátodo foi revestida em ambos os lados de uma folha de alumínio que tem uma espessura de 20 gm através do uso de uma revestidora por transferência com uma densidade de área de cerca de 38 mg/cm2. As películas revestidas na folha de alumínio foram secadas durante 5 minutos em um forno de secagem por ar quente em esteira com 24 metros de comprimento como um submódulo da revestidora por transferência operada em uma velocidade de esteira de cerca de 4,8 metros/minuto e cerca de 65°C para obter um eletrodo positivo. O eletrodo foi, então, prensado para aumentar a densidade do revestimento e a densidade foi
2.86 g/cm3.
B) PREPARAÇÃO DE ELETRODO NEGATIVO [00186] Uma pasta fluida de eletrodo negativo foi preparada da maneira como no Exemplo 2.
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C) MONTAGEM DE CÉLULA EM FORMATO DE BOLSA [00187] Uma célula em formato de bolsa foi montada da maneira como no Exemplo 1. O desempenho eletroquímico da célula em formato de bolsa do Exemplo comparativo 4 foi medido e é mostrado na Tabela 2 abaixo. O resultado do teste de desempenho de ciclabilidade é mostrado na Figura 12.
EXEMPLO COMPARATIVO 5
A) PREPARAÇÃO DE ELETRODO POSITIVO [00188] Uma pasta fluida de eletrodo positivo foi preparada da maneira como no Exemplo 2, com a exceção de que a primeira suspensão foi preparada a 15°C ao invés de 10°C; o teor de sólido da segunda suspensão foi ajustado mediante a adição uma mistura de água deionizada e etanol em uma razão de peso de 2:1 ao invés de água deionizada por si só; e a segunda suspensão foi homogeneizada por um misturador planetário a 15°C por 3 horas ao invés de 10°C por 2,5 horas. A viscosidade da pasta fluida de cátodo a 25°C foi de 2.630 mPa-s. O teor de sólido da pasta fluida de cátodo foi 50% em peso. A formulação do Exemplo comparativo 5 é mostrada na Tabela 1 abaixo.
[00189] Logo após a preparação, a pasta fluida homogeneizada foi revestida em ambos os lados de uma folha de alumínio que tem uma espessura de 20 pm através do uso de uma revestidora por transferência com uma densidade de área de cerca de 38 mg/cm2. As películas revestidas na folha de alumínio foram secadas durante 5 minutos em um forno de secagem por ar quente em esteira com 24 metros de comprimento como um submódulo da revestidora por transferência operada em uma velocidade de esteira de cerca de
4,8 metros/minuto e cerca de 80°C para obter um eletrodo positivo. O eletrodo foi, então, prensado para aumentar a densidade do revestimento e a densidade foi de 3,11 g/cm3.
B) PREPARAÇÃO DE ELETRODO NEGATIVO [00190] Uma pasta fluida de eletrodo negativo foi preparada da maneira como no Exemplo 2.
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C) MONTAGEM DE CÉLULA EM FORMATO DE BOLSA [00191] Uma célula em formato de bolsa foi montada da maneira como no Exemplo 1. O desempenho eletroquímico da célula em formato de bolsa do Exemplo comparativo 5 foi medido e é mostrado na Tabela 2 abaixo. O resultado do teste de desempenho de ciclabilidade é mostrado na Figura 13.
EXEMPLO COMPARATIVO 6
A) PREPARAÇÃO DE ELETRODO POSITIVO [00192] Uma pasta fluida de eletrodo positivo foi preparada da maneira como no Exemplo 5, com a exceção de que a primeira suspensão foi preparada a 15°C ao invés de 10°C; o teor de sólido da segunda suspensão foi ajustado mediante a adição de uma mistura de água deionizada e isopropanol em uma razão de peso de 2:1 ao invés de água deionizada por si só; e a segunda suspensão foi homogeneizada por um misturador planetário a 15°C por 2 horas ao invés de 10°C por 3,2 horas. A viscosidade da pasta fluida de cátodo a 25°C foi de 2.770 mPa-s. O teor de sólido da pasta fluida de cátodo foi de 50% em peso. A formulação do Exemplo comparativo 6 é mostrada na Tabela 1 abaixo. [00193] Logo após a preparação, a pasta fluida de cátodo foi revestida em ambos os lados de uma folha de alumínio que tem uma espessura de 20 gm através do uso de uma revestidora por transferência com uma densidade de área de cerca de 38 mg/cm2. As películas revestidas na folha de alumínio foram secadas durante 15 minutos em um forno de secagem por ar quente em esteira com 24 metros de comprimento como um submódulo da revestidora por transferência operada em uma velocidade de esteira de cerca de 4,8 metros/minuto e cerca de 40°C para obter um eletrodo positivo. O eletrodo foi, então, prensado para aumentar a densidade do revestimento e a densidade foi 3,29 g/cm3.
B) PREPARAÇÃO DE ELETRODO NEGATIVO [00194] Uma pasta fluida de eletrodo negativo foi preparada da maneira como no Exemplo 2.
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C) MONTAGEM DE CÉLULA EM FORMATO DE BOLSA [00195] Uma célula em formato de bolsa foi montada da maneira como no Exemplo 1. O desempenho eletroquímico da célula em formato de bolsa do Exemplo comparativo 6 foi medido e é mostrado na Tabela 2 abaixo. O resultado do teste de desempenho de ciclabilidade é mostrado na Figura 14.
EXEMPLO COMPARATIVO 7
A) PREPARAÇÃO DE UM SOLUÇÃO DE LIGANTE [00196] Uma solução de ligante foi preparada mediante a mistura de metil celulose (MC) (#M0512, obtida junto à Sigma-Aldrich, EUA), poliacrilato de sódio (SPA) (432784, obtido junto à Sigma-Aldrich, EUA) e borracha de estireno-butadieno (SBR) (AL-2001, obtida junto àNIPPON A&L INC., Japão) em uma razão de peso de 5:2:3 em água através do uso de um misturador planetário de agitação. A solução de ligante e água foi em uma razão de peso de 10:7. A velocidade de lâmina planetária foi de 40 rpm e a velocidade de dispersão de lâmina foi de 1.000 rpm.
B) PREPARAÇÃO DE UMA SOLUÇÃO DE GEL CONDUTOR [00197] Uma solução de gel condutor foi preparada através da dispersão de nanotubo de carbono (obtido junto à Shenzhen Nanotech Port Co. Ltd, China) e SuperP (obtido junto à Timcal Ltd, Bodio, Suíça) na solução de ligante agitada por um misturador planetário de agitação em uma velocidade de lâmina planetária de 30 rpm e uma velocidade de lâmina de dispersão de 1.800 rpm. A solução de gel condutor foi moído em uma fresa de esferas (MSK-SFM-1, obtida junto à Shenzhen Kejing Star Technology Ltd., China) a 200 revoluções por minuto até o material moído ter uma finura de 5 μηι.
C) PREPARAÇÃO DE UMA PASTA FLUIDA DE CÁTODO [00198] O material ativo de cátodo NMC811, água e a solução de gel condutor moída foram misturadas por um misturador planetário de agitação a 25°C em uma velocidade de lâmina planetária de 50 rpm e uma velocidade de lâmina de dispersão de 1.800 rpm até o material moído ter uma finura de 20
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56/65 pm para obter uma mistura. A mistura foi desgaseificada em uma pressão de 15 kPa por 4 minutos. Uma pasta fluida de cátodo foi obtida mediante a agitação da mistura por 20 minutos. A pasta fluida de cátodo compreendeu 30% de NMC811, 12% de nanotubo de carbono, 6% de Super-P, 5% de material de ligação com base em água e 47% de água deionizada em peso, com base no peso total da pasta fluida de cátodo. A viscosidade da pasta fluida de cátodo a 25°C foi de 1.560 mPa· s. O teor de sólido da pasta fluida de cátodo foi 55% em peso. A formulação do Exemplo comparativo 7 é mostrada na Tabela 1 abaixo.
D) PREPARAÇÃO DE UM ELETRODO DE CÁTODO [00199] Logo após a preparação, a pasta fluida de cátodo foi revestida em ambos os lados de uma folha de alumínio que tem uma espessura de 20 pm através do uso de uma revestidora por transferência com uma densidade de área de cerca de 38 mg/cm2. As películas revestidas na folha de alumínio foram secadas durante 5 minutos em um forno de secagem por ar quente em esteira com 24 metros de comprimento como um submódulo da revestidora por transferência operada em uma velocidade de esteira de cerca de 4,8 metros/minuto e cerca de 70°C para obter um eletrodo positivo. O eletrodo foi, então, prensado para aumentar a densidade do revestimento e a densidade foi
2,92 g/cm3.
E) MONTAGEM DE CÉLULA EM FORMATO DE BOLSA [00200] Uma célula em formato de bolsa foi montada da maneira como no Exemplo 1. O desempenho eletroquímico da célula em formato de bolsa do Exemplo comparativo 7 foi medido e é mostrado na Tabela 2 abaixo. O resultado do teste de desempenho de ciclabilidade é mostrado na Figura 15.
EXEMPLO COMPARATIVO 8 [00201 ] Uma célula em formato de bolsa foi preparada da maneira como no Exemplo comparativo 7 com a exceção de que NCA ao invés de NMC811 foi usada como um material ativo de cátodo. Uma célula em formato de bolsa foi montada da maneira como no Exemplo 1. A viscosidade da pasta fluida de
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57/65 cátodo a 25°C foi 1,375 mPa-s. O teor de sólido da pasta fluida de cátodo foi 55% em peso. A formulação do Exemplo comparativo 8 é mostrada na Tabela 1 abaixo. O desempenho eletroquímico da célula em formato de bolsa do Exemplo comparativo 8 foi medido e é mostrado na Tabela 2 abaixo. O resultado do teste de desempenho de ciclabilidade é mostrado na Figura 16.
EXEMPLO COMPARATIVO 9 [00202] Uma célula em formato de bolsa foi preparada da maneira como no Exemplo 2 com a exceção de que a primeira suspensão foi preparada a 25°C ao invés de 10°C; e a segunda suspensão foi homogeneizada a 25°C ao invés de 10°C. Uma célula em formato de bolsa foi montada da maneira como no Exemplo 1. A viscosidade da pasta fluida de cátodo a 25°C foi 1.940 mPa· s. O teor de sólido da pasta fluida de cátodo foi 50% em peso. A formulação do Exemplo comparativo 9 é mostrada na Tabela 1 abaixo. O desempenho eletroquímico da célula em formato de bolsa do Exemplo comparativo 9 foi medido e é mostrado na Tabela 2 abaixo.
EXEMPLO COMPARATIVO 10 [00203] Uma célula em formato de bolsa foi preparada da maneira como no Exemplo 5 com a exceção de que a primeira suspensão foi preparada a 25°C ao invés de 10°C; e a segunda suspensão foi homogeneizada a 25°C ao invés de 10°C. Uma célula em formato de bolsa foi montada da maneira como no Exemplo 1. A viscosidade da pasta fluida de cátodo a 25°C foi 2.150 mPa-s. O teor de sólido da pasta fluida de cátodo foi 50% em peso. A formulação do Exemplo comparativo 10 é mostrada na Tabela 1 abaixo. O desempenho eletroquímico da célula em formato de bolsa do Exemplo comparativo 10 foi medido e é mostrado na Tabela 2 abaixo.
EXEMPLO COMPARATIVO 11 [00204] Uma célula em formato de bolsa foi preparada da maneira como no Exemplo 2 com a exceção de que a segunda suspensão foi homogeneizada por 8 horas ao invés de 2,5 horas. Uma célula em formato de bolsa foi montada
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58/65 da maneira como no Exemplo 1. A viscosidade da pasta fluida de cátodo a 25°C foi de 1.830 mPa-s. O teor de sólido da pasta fluida de cátodo foi de 50% em peso. A formulação do Exemplo comparativo 11 é mostrada na Tabela 1 abaixo. O desempenho eletroquímico da célula em formato de bolsa do Exemplo comparativo 11 foi medido e é mostrado na Tabela 2 abaixo.
EXEMPLO COMPARATIVO 12 [00205] Uma célula em formato de bolsa foi preparada da maneira como no Exemplo 2 com a exceção de que a película revestida no coletor de corrente foi secada a 80°C ao invés de 37°C. Uma célula em formato de bolsa foi montada da maneira como no Exemplo 1. A viscosidade da pasta fluida de cátodo a 25°C foi 2.570 mPa-s. O teor de sólido da pasta fluida de cátodo foi 50% em peso. A formulação do Exemplo comparativo 12 é mostrada na Tabela 1 abaixo. O desempenho eletroquímico da célula em formato de bolsa do Exemplo comparativo 12 foi medido e é mostrado na Tabela 2 abaixo.
EXEMPLO COMPARATIVO 13 [00206] Uma célula em formato de bolsa foi preparada da maneira como no Exemplo 2 com a exceção de que a película revestida no coletor de corrente foi secada por 10 minutos ao invés de 4,2 minutos. Uma célula em formato de bolsa foi montada da maneira como no Exemplo 1. A viscosidade da pasta fluida de cátodo a 25°C foi de 2.610 mPa-s. O teor de sólido da pasta fluida de cátodo foi de 50% em peso. A formulação do Exemplo comparativo 13 é mostrada na Tabela 1 abaixo. O desempenho eletroquímico da célula em formato de bolsa do Exemplo comparativo 13 foi medido e é mostrado na Tabela 2 abaixo.
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Petição 870190074557, de 02/08/2019, pág. 64/75 ο
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Exemplo comparativo NMC811 10 $ 37 4,2 LA132 água
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Figure BR112018014186B1_D0003
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Figure BR112018014186B1_D0004
Figure BR112018014186B1_D0005
Figure BR112018014186B1_D0006
Exemplo comparativo NMC811 10 80 4,2 LA132 água
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62/65 [00207] A bateria foi testada de modo galvânico em uma densidade de corrente de C/2 a 25°C em um testador de bateria (BTS-5V20A, obtido junto à Neware Electronics Co. Ltd, China) entre 3,0 V e 4,2 V. As capacidades nominais das células em formato de bolsa dos Exemplos 1 a 8 e Exemplos comparativos 1 a 13 são mostrados na Tabela 2 abaixo.
[00208] O desempenho de ciclabilidade das células em formato de bolsa dos Exemplos 1 a 8 e dos Exemplos comparativos 1 a 13 foi testado mediante o carregamento e o descarregamento em uma taxa de corrente constante de 1C entre 3,0 V e 4,2 V a cerca de 60°C em uma câmara aquecida (T-HWS-150U, Dongguan TIANYI Instrument Co. Ltd., China). Os resultados de teste de desempenho de ciclabilidade das células em formato de bolsa são mostrados na Tabela 2 abaixo.
TABELA 2
Valores medidos Valores estimados por extrapolação
Capacidad e nominal (Ah) n- de Ciclo Retenção de capacidade (%) Vida de ciclo de célula em formato de bolsa com 80% de retenção de capacidade
Exemplo 1 9,68 355 85,2 480
Exemplo 2 10,34 479 82,4 544
Exemplo 3 9,84 491 80,6 506
Exemplo 4 9,5 437 83,1 517
Exemplo 5 10,31 398 83,7 488
Exemplo 6 9,85 469 80,9 491
Exemplo 7 9,22 336 83,3 402
Exemplo 8 9,05 393 81,7 430
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63/65
Exemplo comparativo 1 9,64 166 81,1 176
Exemplo comparativo 2 10,5 137 81,6 149
Exemplo comparativo 3 10,08 217 85,5 299
Exemplo comparativo 4 10,48 186 86,4 274
Exemplo comparativo 5 9,86 176 84,9 233
Exemplo comparativo 6 9,72 203 87,0 312
Exemplo comparativo 7 9,97 112 80,8 117
Exemplo comparativo 8 9,74 96 78,4 89
Exemplo comparativo 9 9,98 324 83,0 381
Exemplo comparativo 10 10,31 326 84,2 413
Exemplo comparativo 11 9,55 361 81,3 386
Exemplo comparativo 12 9,86 255 84,9 338
Exemplo 10,38 398 82,7 460
comparativo 13 [00209] As células em formato de bolsa dos Exemplos 1 a 8 mostraram ciclabilidade excelente em condições de alta temperatura. Baterias preparadas pelo método descrito no presente documento mostram desempenho aprimorado, especialmente no caso dos materiais ativos de cátodo de níquel alto.
[00210] As células em formato de bolsa do Exemplo 2 e do Exemplo comparativo 2 foram desmontadas após 200 e 137 ciclos de carga/descarga respectivamente. O coletor de corrente de alumínios de cada célula foi
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64/65 examinado. As imagens da superfície do coletor de corrente de alumínio do Exemplo 2 e do Exemplo comparativo 2 foram mostradas nas Figuras 17 e 18 respectivamente. O coletor de corrente de alumínio do Exemplo 2 tem uma superfície lisa enquanto àquele do Exemplo comparativo 2 tem uma superfície áspera com furos de pino devido à corrosão. Durante o revestimento e a secagem, o metal de alumínio no cátodo coletor de corrente pode dissolver e contaminar a camada de eletrodo de cátodo. A presente invenção pode impedir a corrosão de coletor de corrente de alumínio.
[00211] As células em formato de bolsa dos Exemplos 1 a 8 e dos Exemplos comparativos 1 a 13 foram totalmente carregadas e armazenadas por 2 semanas a 60°C. Após 2 semanas, as células foram removidas da câmara de 60°C e testadas a 25°C. As células foram descarregadas a 1°C, durante o descarregamento, a capacidade restante foi medida. Os resultados de teste são mostrados na Tabela 3 abaixo.
TABELA 3
Retenção de capacidade (%) após o armazenamento por 2 semanas a 60° C
Exemplo 1 63
Exemplo 2 69
Exemplo 3 71
Exemplo 4 67
Exemplo 5 76
Exemplo 6 62
Exemplo 7 72
Exemplo 8 78
Exemplo comparativo 1 51
Exemplo comparativo 2 42
Exemplo comparativo 3 57
Exemplo comparativo 4 46
Exemplo comparativo 5 39
Exemplo comparativo 6 47
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65/65
Exemplo comparativo 7 37
Exemplo comparativo 8 32
Exemplo comparativo 9 63
Exemplo comparativo 10 61
Exemplo comparativo 11 66
Exemplo comparativo 12 55
Exemplo comparativo 13 59
[00212] Embora a presente invenção tenha sido descrita em relação a um número limitado de modalidades, os recursos específicos de uma modalidade não deveriam ser atribuídos a outras modalidades da invenção. Em algumas modalidades, os métodos podem incluir numerosas 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 são destinadas a cobrir todas essas modificações e variações conforme estiverem dentro do escopo da invenção.

Claims (18)

REIVINDICAÇÕES
1) dispersar um material de ligação e um agente condutor em um solvente aquoso para formar uma primeira suspensão;
1. Método para preparação de um cátodo para uma bateria secundária, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:
2/4 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, carbono ativado, carbono mesoporoso e combinações dos mesmos.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material de ligação é selecionado a partir do grupo que consiste em borracha de estireno-butadieno, carboximetilcelulose, fluoreto de polivinilideno, copolímero de acrilonitrila, ácido poliacrílico, poliacrilonitrila, poli(fluoreto de vinilideno)-hexafluoropropeno, LA132, LA133, látex, um sal de ácido algínico e combinações dos mesmos.
2) resfriar a primeira suspensão até uma temperatura de -5°C a 15°C;
3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o sal de ácido algínico compreende um cátion selecionado a partir de Na, Li, K, Ca, NH4, Mg, Al ou uma combinação dos mesmos.
3) adicionar um material ativo de cátodo na primeira suspensão para formar uma segunda suspensão;
4/4 fato de que o tempo de processamento total para as etapas 3) a 6) é de 2 horas a 6 horas.
4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente condutor é selecionado a partir do grupo que consiste em
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4) homogeneizar a segunda suspensão através de um homogeneizador em uma temperatura de -5°C a 15°C para obter uma pasta fluida homogeneizada;
5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o solvente aquoso compreende, além disso, etanol, isopropanaol, metanol, acetona, n-propanol, t-butanol, n-butanol, dimetil cetona, metil etil cetona, acetato de etila, acetato de isopropila, acetato de propila e combinações dos mesmos.
5) aplicar a pasta fluida homogeneizada em um coletor de corrente para formar uma película revestida no coletor de corrente; e
6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material ativo de cátodo é selecionado a partir do grupo que consiste em Lii+xNiaMnbCocAl(i_a-b-c)O2,
LiNio ,33Mno,33COo,3302,
LiNio, 4Mno,4Coo,202,
LiNio, 5Mn0,3Coo,202,
LiNio,óMno,2Coo,202,
LiNio,7Mno,i5Coo,i502,
LiNio, «M no. i Coo, ι O2,
LiNio,92Mno,o4Coo,o402,
LiNio,8Coo,i5Alo,o502, LÍN1O2, LiMnCL, LiMn2O4, Li2MnO3 e combinações dos mesmos; em que -0,2<x<0,2, 0<a<l, 0<b<l, 0<c<l e a+b+c<l.
6) secar a película revestida no coletor de corrente em uma temperatura de 35°C a 65°C para formar o cátodo, em que o solvente aquoso é água; e em que a o tempo total de processamento para as etapas 5) e 6) é menos do que 5 minutos.
7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material ativo de cátodo é selecionado a partir do grupo que consiste em LiNio,sMnogCoo^CL, LiNio,óMno^Coo^CL, LiNio,yMnojsCoo.isCh,
LiNio,8Mno,iCoo,i02, LiNio,92Mno,o4Coo,o402, LiNio,sCoo, 15Alo,05O2, LÍN1O2,
LiMnCL, LiMn2O4, Li2MnO3 e combinações dos mesmos.
8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material ativo de cátodo compreende ou é um compósito de núcleo e invólucro que tem uma estrutura de núcleo e invólucro, em que o núcleo e o invólucro, cada um, independentemente compreendem um óxido de metal de transição de lítio selecionado a partir do grupo que consiste em Lii+xNiaMnbCocAl(i_a-b-c)O2, LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, Li2MnO3, LiCrCL, LÜT15O12, L1V2O5, LÍT1S2, L1M0S2 e combinações dos mesmos; em que -0,2<x<0,2, 0<a<l, 0<b<l, 0<c<l e a+b+c<l.
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9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda suspensão é homogeneizada por um misturador planetário de agitação, um misturador de agitação, um mesclador ou um ultrassonicador.
10. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a homogeneização é realizada sob vácuo em uma pressão de 0,5 kPa a 10 kPa.
11. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda suspensão é homogeneizada por 0,5 hora a 6 horas.
12. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda suspensão é homogeneizada por um período de tempo de menos do que 3 horas, menos do que 2 horas ou menos do que 1 hora.
13. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a viscosidade da pasta fluida homogeneizada é de 1.000 mPa· s a 6.000 mPa-s.
14. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o teor de sólido da pasta fluida homogeneizada é de 30% a 60% em peso, com base no peso total da pasta fluida homogeneizada.
15. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pasta fluida homogeneizada é aplicada no coletor de corrente através do uso de uma revestidora por lâmina de raspadeira, uma revestidora por matriz com ranhura, uma revestidora por transferência ou uma revestidora por pulverização.
16. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a película revestida é secada por um forno de secagem em esteira por ar quente, um forno de secagem em esteira por resistência, um forno de secagem em esteira indutivo ou um forno de secagem em esteira por microondas.
17. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo
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18. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tempo de processamento total para as etapas 3) a 6) é de menos do que 5 horas ou menos do que 3 horas.
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