ES2305453T3 - Procedimiento de produccion de celulas de polimero de litio constituidas por al menos una masa anodica y una masa catodica prefabricadas como banda laminar. - Google Patents

Procedimiento de produccion de celulas de polimero de litio constituidas por al menos una masa anodica y una masa catodica prefabricadas como banda laminar. Download PDF

Info

Publication number
ES2305453T3
ES2305453T3 ES03717306T ES03717306T ES2305453T3 ES 2305453 T3 ES2305453 T3 ES 2305453T3 ES 03717306 T ES03717306 T ES 03717306T ES 03717306 T ES03717306 T ES 03717306T ES 2305453 T3 ES2305453 T3 ES 2305453T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
electrolyte
separator
mass
anodic
cathodic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
ES03717306T
Other languages
English (en)
Inventor
Herbert Naarmann
Franz Josef Kruger
Stefan Theuerkauf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dilo Trading AG
Original Assignee
Dilo Trading AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dilo Trading AG filed Critical Dilo Trading AG
Application granted granted Critical
Publication of ES2305453T3 publication Critical patent/ES2305453T3/es
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04Construction or manufacture in general
    • H01M10/0404Machines for assembling batteries
    • H01M10/0409Machines for assembling batteries for cells with wound electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058Construction or manufacture
    • H01M10/0587Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411Organic material
    • H01M50/414Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H01M50/417Polyolefins
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/44Fibrous material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)

Abstract

Procedimiento de producción de células de polímero de litio consistentes en al menos una masa anódica y una masa catódica prefabricadas como bandas laminares con electrolito integrado y una fase intermedia pastosa aislante situada en medio como lámina separadora, caracterizado porque la banda laminar de las masas anódica (4) y catódica (5), así como el separador (6) y al menos un flujo adicional de electrolito (7, 7a) se alimentan en continuo y por separado a una unidad procesadora (1) encapsulada, la masa anódica (4), el separador (6) y la masa catódica (5) se unen en la unidad procesadora (1) e, inmediatamente antes de la unión, el separador (6) es chocado y relleno, al menos unidireccionalmente, por el flujo de electrolito (7, 7a), la masa anódica (4) reunida se prensa con el separador (6) y la masa catódica (5) en una célula compuesta; esta célula compuesta se encarcasa en una forma adecuada a la célula, se pone eléctricamente en contacto, se suelda y se equipa con material de vertido alimentado, y la célula final de litiopolímero se extrae de la unidad procesadora (1), añadiéndose un electrolito, que consiste en sal conductora, disolventes apróticos, si fuera necesario, con hidrocarburos fluoroorgánicos de bajo peso molecular y aditivos o polímeros orgánicos.

Description

Procedimiento de producción de células de polímero de litio constituidas por al menos una masa anódica y una masa catódica prefabricadas como banda laminar.
La invención hace referencia a un procedimiento de producción de células de polímero de litio constituidas por al menos una masa anódica y una masa catódica prefabricadas como banda laminar con electrolito integrado y una fase intermedia pastosa aislante situada en medio como separador.
En "Lithium Ion Batteries" Ed. M. Wakihara et O. Yamamoto Wiley-VCH, Weinheim 1998, pág. 235 y Fig. 10.9 se describe, por ejemplo, un procedimiento de elaboración para una batería de polímero-ión litio Pli, por el cual la activación de la superficie límite es efectuada por un proceso multietapa, que consiste en
1.
el laminado de los componentes celulares con empleo de un electrolito "plasticizers-added" y
2.
la extracción del "plastificante" y la siguiente alimentación con un electrolito líquido.
\vskip1.000000\baselineskip
Desfavorable en este procedimiento es, por un lado, la compleja extracción del "plastificante" y la posterior adición del electrolito líquido al sistema final de baterías y, por otro, que los sistemas de baterías elaborados por este procedimiento tienen sólo una baja capacidad de ciclo.
También se conocen procedimientos, en los que un electrolito polimérico sólido se lamina como capa intermedia entre las capas de electrodo. Un electrolito polimérico apropiado para ello se describe, por ejemplo, en la WO 00/16421. Este electrolito polimérico consiste en una mezcla de 3 polímeros sólidos diferentes, proporcionando el primer polímero una buena adhesión y conductividad iónica, el segundo polímero una buena compatibilidad con un disolvente orgánico y el tercer polímero una buena resistencia mecánica. Esta mezcla polimérica se calienta con un disolvente orgánico-electrolito durante 10-120 min. a de 100 a 180ºC. La mezcla altamente viscosa obtenida se procesa mediante racleado en una capa de electrolito y se emplea como capa intermedia entre las capas de electrodo durante la producción de una célula de de litio-polímero.
La US-A-5 688 293 muestra un procedimiento para la elaboración de células de litio-polímero. El separador consiste en una primera lámina separadora 112 (estabilidad mecánica), que se recubre adicionalmente con una fase separadora pastosa conteniendo electrolito y se lamina entonces con los electrodos. Se muestra además la elaboración de la célula compuesta de arrollamiento cilíndrico conforme a las Reivindicaciones 2 a 4 de la solicitud y la elaboración de la lámina separadora conforme a la Reivindicación 12 de la solicitud.
Finalmente, gracias a la DE 100 20 031 A1 se conoce un procedimiento para la elaboración de baterías de litio-polímero, por el cual las masas activas de electrodo elaboradas por separado y el electrolito de polímero-gel, que consiste en una mezcla polimérica y una disolución de sal conductora, se combinan considerablemente y el ánodo, el electrolito de polímero-gel y el cátodo se laminan simultáneamente. En esta ocasión resultan problemáticas la alta volatilidad de los componentes electrolíticos empleados a la temperatura necesaria del proceso, como por ejemplo, de los carbonatos lineales como, entre otros, dimetil-, dietilcarbonatos y la sensibilidad térmica de las sales conductoras. Además, también las disoluciones electrolíticas más modernas contienen aditivos, que no superan una mayor carga térmica. Sin embargo, también resulta desfavorable que, a las temperaturas necesarias del proceso, el electrolito puede conducir a fenómenos de corrosión, que actúan, por consiguiente, de forma corrosivamente destructiva. Por tanto, en la ejecución de uno de estos procedimientos hay que prestar muy cuidadosa atención a la naturaleza del material y a la evolución necesaria de la temperatura durante el procesamiento. Por otra parte, las masas elaboradas no son capaces de ligar una cantidad suficiente de disolución de sal conductora.
Es, por tanto, objetivo de la presente invención, proporcionar un procedimiento, con el que se mejore la capacidad de ciclo, pueda prescindirse de una extracción del "plastificante" o recubrimientos similares, no sea necesario un posterior vertido de los electrolitos adecuados a la batería para la activación del sistema de baterías y la carga térmica de la disolución electrolítica pueda mantenerse en límites inofensivos.
\vskip1.000000\baselineskip
Este objetivo se resuelve conforme a la invención por el hecho de que
-
la banda laminar de las masas anódica y catódica, así como el separador y al menos un flujo adicional de electrolito conforme a la Reivindicación 1 se alimentan en continuo y por separado a una unidad procesadora encapsulada,
-
la masa anódica, el separador y la masa catódica se combinan en la unidad procesadora e, inmediatamente antes de la unión, el separador es chocado y relleno, al menos unidireccionalmente, por el flujo de electrolito,
-
la masa anódica combinada se prensa con el separador y la masa catódica en una célula compuesta,
-
esta célula compuesta se encarcasa en una forma adecuada a la célula, se pone eléctricamente en contacto, se suelda y se equipa con material de vertido alimentado, y
-
la célula final de litio-polímero se extrae de la unidad procesadora.
\vskip1.000000\baselineskip
Con este procedimiento se garantiza, que, durante el fenómeno de bobinado y/o de prensado del ánodo, separador y cátodo, el electrolito, es decir, sal conductora más disolvente, se bobine y/o comprima de manera condicionada por el proceso directamente entre el ánodo y cátodo, de forma que una célula de litio-polímero extraída de la unidad procesadora esté ya activada. Por tanto, los "plastificantes" o componentes similares a eliminar, que tras la extracción deben producir la condición para el vertido del electrolito, no siguen siendo necesarios. Antes bien, en un sistema de baterías elaborado por este procedimiento se ha descubierto sorprendentemente, que debido a los electrolitos introducidos de manera condicionada por el proceso, la célula de litio-polímero cuenta con una adhesión mejorada y más estable entre los componentes celulares, obteniéndose una estabilidad de ciclo sustancialmente mayor. Con esta ejecución del procedimiento también la carga térmica sobre los electrolitos se mantiene en los límites permisibles e inofensivos. Por tanto, también se pueden emplear sin reparos electrolitos térmicamente sensibles o conteniendo aditivos, que contribuyen de manera conocida a la mejora de un sistema de baterías. Finalmente, el procedimiento de elaboración puede efectuarse de una manera simple, o bien con las láminas de electrodo y separadoras disponibles o partiendo de la mezcla de elementos celulares, en continuo hasta la obtención del sistema de baterías de litio-polímero activado con una alta calidad celular cualitativa y estable.
Las bandas laminares de las masas anódica y catódica se combinan favorablemente con el separador en la unidad procesadora a través de una combinación de rodillo y bobinador y se bobinan en una célula compuesta de arrollamiento cilíndrico. La combinación de rodillo y bobinador, que no es objeto de la invención, es una unidad especialmente proyectada, que puede diseñarse en las más diversas ejecuciones.
Resulta también favorable que la estación bobinadora integrada en la unidad procesadora, que es componente de la combinación de rodillo y bobinador, se una célula unitaria de arrollamiento cilíndrico, cuando se proyecte una unidad operando bajo presión. De este modo puede elaborarse la célula compuesta de arrollamiento cilíndrico directamente bajo presión y puede prescindirse de un dispositivo de prensado adicional.
Ha resultado también favorable, que el bobinado de la célula compuesta de arrollamiento cilíndrico se efectúe sin núcleo. De este modo puede limitarse al mínimo el volumen de la célula compuesta de arrollamiento cilíndrico y efectuarse de manera simplificada, desde el punto de vista técnico, el bobinado bajo presión en la unidad procesadora encapsulada.
Con este procedimiento y el concepto de bobinador propuesto son viables, de un modo simple, todos los procesos de bobinado (WP) concebibles en el diseño técnico apropiado de la unidad procesadora con las unidades procedimentales integradas. Por tanto, un bobinador puede arrollarse, entre otros, sin problemas simplemente, doblemente recubierto, bifilar o como célula de Bi o inversamente.
Resulta también favorable que el procedimiento se efectúe en la unidad procesadora en gas inerte, preferentemente argón, para evitar con seguridad posibles influencias dañinas, que, a pesar de la unidad procesadora encapsulada, no siempre pueden eliminarse completamente, durante la secuencia procedimental.
La herramienta de prensado o el dispositivo bobinador operando bajo presión pueden operar de manera calentable en un intervalo de temperatura entre 40 y 250ºC, preferentemente entre 60 y 90ºC.
Las masas anódica y/o catódica se alimentan con láminas de descarga, como mayas o fibras de carbono, cobre para el ánodo y aluminio para el cátodo, preferentemente imprimadas, a la unidad procesadora.
A la unidad procesadora se le añade un electrolito, consistente en sal conductora, como LiPF_{6}, Li-organoboratos, Li-trifluorosulfonilimidas y disolventes apróticos, preferentemente alquil-, etilen-, dimetil-, dietilcarbonatos aislados o en mezcla, si fuera necesario, con hidrocarburos fluoroorgánicos de bajo peso molecular y aditivos como MgO, Al_{2}O_{3} o polímeros orgánicos como los flúorelastómeros, polímeros de estirol, polivinilpirrolidona, poliacetatos de vinilo o éteres de polivinilo. Resulta favorable que el electrolito contenga sal conductora en concentraciones del 4,5 al 25% en peso y disolvente aprótico en concentraciones del 75 al 95% en peso.
El separador empleado contiene del 10 al 50% en peso de flúorelastómeros, poliolefinas o polímeros en bloque de estirol-butadieno y un electrolito, consistente en sal conductora en concentraciones del 4,5 al 25% en peso y disolventes apróticos en concentraciones del 75 al 95% en peso.
Ha demostrado ser favorable que a las masas anódica y catódica se les añadan adicionalmente fibras de carbono en concentraciones del 0,1 al 5% en peso. De este modo puede influirse favorablemente sobre la capacidad de las masas anódica y catódica para los electrolitos durante el prensado o bobinado de la célula compuesta.
\newpage
La elaboración de la masa separadora puede realizarse a una temperatura entre 70 y 150ºC, habiéndose mostrado como preferente un intervalo de temperatura entre 75 y 110ºC.
Finalmente, resulta favorable alimentar al separador preferentemente LiPF_{6} como sal conductora y alquilcarbonatos, así como perfluoralquiléter como disolvente.
Las ventajas considerables del procedimiento consisten en que la célula de litio-polímero con el electrolito, sal conductora más disolvente, se rellena justo antes de la combinación y/o proceso de bobinado de cátodo y ánodo con la capa intermedia aislante, el separador, y, por tanto, ya está activada al extraerla de la unidad procesadora. Puede prescindirse, por tanto, de un "plastificante" y de la compleja extracción del "plastificante" para el vertido del electrolito en la célula de litio-polímero. Otra considerable ventaja del procedimiento conforme a la invención es también que el separador se rellena con el electrolito en un paso procedimental, en el que puede predominar una temperatura del procedimiento o un aumento temporal de la temperatura durante el prensado, completamente inofensivo, tanto para los componentes electrolíticos en general como también para las sales conductoras térmicamente sensibles, como por ejemplo, LiPF_{6}, aunque también para los aditivos, como por ejemplo, vinilcarbonato para la mejora de la formación de lámina sobre el ánodo.
La secuencia procedimental conforme a la invención para la elaboración de células de litio-polímero, representada esquemáticamente en el diseño adjunto en una forma de ejecución preferente, así como la elaboración y composición de las masas anódica y catódica empleadas preferentemente para ello, así como de la masa intermedia aislante, el separador, se describe a continuación a fondo.
Tal y como se muestra en la representación esquemática, una unidad procesadora encapsulada 1 para la ejecución del procedimiento consiste esencialmente en una combinación de rodillo y bobinador 2 configurada especialmente para ello, un dispositivo de prensado 3 calentable, un dispositivo de alimentación 8 para material de empaquetado y un dispositivo 9 de encarcasado, soldadura, puesta en contacto y extracción de la célula de litio-polímero.
La masa anódica, masa catódica y el separador, empleados para el procedimiento en la composición preferente descrita a continuación, o bien se elaboran de manera conocida en mezcladores continuos independientes y apropiados para mezclas poliméricas o se mezclan por separado en un mezclador discontinuo. Estas mezclas se configuran en la elaboración continua a través de las boquillas de descarga del mezclador o en la elaboración discontinua a través de los dispositivos inyectores anchos, preferentemente en forma de bandas laminares con el ancho apropiado y un espesor de capa preferente de 80 a 90 \mum para la masa catódica, de 110 a 120 \mum para la masa anódica y de 6 a 10 \mum para el separador y se alimentan por separado a la unidad procesadora 1.
Las bandas laminares de la masa anódica 4, masa catódica 5 preparadas por los procedimientos conocidos de elaboración se fijan, antes de la alimentación a la unidad procesadora 1, sobre sus respectivos descargadores, que consisten preferentemente, para la masa catódica 5, en una lámina imprimada de Al o mayas de Al y, para la masa anódica 4, en una lámina de Cu pulida o tratada superficialmente o mallas de Cu. Las masas anódica 4 y catódica 5 provistas de descargadores, así como el separador 6 previsto en medio se alimentan por separado a la unidad procesadora 1 y a la combinación de rodillo y bobinador 2 allí contenida. Justo antes de la estación laminadora de la combinación de rodillo y bobinador 2, se alimenta el flujo preparado de electrolito 7, 7a preferentemente por ambos lados del separador 6, que moja y/o rellena el separador 6 total o adicionalmente con el electrolito.
La combinación y bobinado de las masas anódica 4 y catódica 5 y el separador 6 mojado y/o relleno con electrolito se lleva a cabo a través de la combinación de rodillo y bobinador 2 a una velocidad del proceso de aprox. 100 m/h en un sector encapsulado relleno de argón seco como gas protector.
Las masas combinadas se bobinan, preferentemente sin núcleo, en la estación bobinadora y, a continuación, se prensan en el dispositivo de prensado 3. Sin embargo, también es posible compactar las masas combinadas, de forma que el proceso de bobinado se efectúe a una presión apropiada.
El dispositivo de prensado 3 se implementa favorablemente de manera calentable, de forma que, en función de los requisitos de los materiales, el prensado pueda operar en un intervalo de temperatura entre 40 y 250ºC, preferentemente de 60 a 90ºC.
Tras la compactación se alimentan las masas combinadas al dispositivo 9, abastecido por un dispositivo de alimentación 8 con un material de vertido, preferentemente DNP-Japan, que cuenta con bolsas y/o cámaras prefabricadas. En el dispositivo 9 se encarcasan las masas combinadas en la forma adecuada a la batería, se ponen en contacto y se suelda con el material de vertido suministrado, alimentado a la misma velocidad de operación, y la célula de litio-polímero se retira como sistema de baterías activado.
La masa anódica empleada puede contener:
a)
Un 55-85% en peso, preferentemente un 60-70% en peso de grafito Li-intercalable, preferentemente grafito sintético, como por ejemplo, MCMB® con estructura esférica,
b)
Los ligantes poliméricos, como polifluorelastómeros, son preferentemente copolímeros, como fluoruro de polivinilideno, hexafluorpropileno y tetraflouretileno y/o derivados del perfluoralcoxiléter, por ejemplo, Dyneon THV® o PFA®, poliolefinas, poliestiroles, polibutadieno (isopreno) cauchos de estirol, por ejemplo, Styroflex®, poli(met)acrilato con radicales alcohólicos C_{4} a C_{20} con concentraciones del 5-15% en peso, preferentemente del 7,5-12,5% en peso, individualmente o también en mezcla,
c)
Compuestos poli(N-vinílicos), polivinilpirrolidona, polivinilimidazol polivinilpiridina y sus copolímeros, por ejemplo, con alquil(met)acriléster con radicales alcohólicos C_{4} a C_{20}, así como viniléter en concentraciones del 2-15% en peso, preferentemente del 3-12,5% en peso, relativo a toda la masa anódica individualmente o en mezcla,
d)
Disolventes apróticos, por ejemplo, preferentemente alquilcarbonatos, por ejemplo, etilen-, dietil- dimetilcarbonatos o disolventes conteniendo flúor conformes a la EP 0807 986 A1, que sirven como componentes condicionados por la seguridad del disolvente y para la reducción de la viscosidad, en concentraciones del 10-60% en peso, preferentemente del 25-50% en peso. También pueden emplearse, sin embargo, mezclas binarias o ternarias de disolventes apróticos.
La masa catódica empleada puede contener:
e)
Un óxido de metal pesado intercalable, como el óxido de Li-Co y también aditivos de los óxidos de Li-Mn, Li-Ni, aunque también aditivos como wolframatos, molibdatos, titanatos en concentraciones del 50-65% en peso, preferentemente del 55-65% en peso. La masa catódica contiene adicionalmente un material conductor electrónico como hollín, polipirrol, polianilina, polvo metálico o hilo de Ti, Ag u otros metales, que no se corroan en el sistema, en concentraciones del 1-20% en peso, preferentemente del 5-18% en peso, para la mejora de la conductibilidad.
Los aditivos empleados y necesarios en la masa catódica corresponden en tipo y cantidad a los elementos b) ligantes poliméricos, c) compuestos polivinílicos y d) disolvente aprótico citados en la masa anódica.
Los polifluorelastómeros citados en a) se describen, por ejemplo, en Adv. Mater. 1998, 10 Nov. 15 p 1211 o en Enciclopedia Ullmanns de Química Industrial A 11, p.393-427 y sirven como (así llamados) captores de HF y también pueden ser componente de las masas anódica y catódica en las concentraciones anteriormente indicadas.
Como sales conductoras se emplean los componentes citados en el Manual de Materiales de Batería, Ed. I. O. Besenhard, Ed. Wiley-VCH, Weinheim 1999, pág. 462/463. Se prefieren LiPF_{6}, Li-organoboratos, así como Li-trifluorometilsulfonilimidas y derivados y/o análogos, siendo la sal conductora preferente LiPF_{6}, que se introduce en concentraciones del 2-20% en peso, disuelta, si fuera necesario, al 1 M, a través del separador. Los % en peso indicados se refieren además a la cantidad total del separador.
El separador empleado se elabora preferentemente con un mezclador continuo, por ejemplo, con una extrusora. La masa se mezcla previamente en un mezclador Voith, para emplear los perfluorelastómeros, preferentemente Dyneon THV® conforme a la masa anódica, en una concentración del 10-50% en peso, preferentemente del 15-35% en peso. A tal efecto se emplea un ligante adicional, por ejemplo, un copolímero de butadieno/estirol, como Styroflex®, en una cantidad del 1-5% en peso, así como aditivos inorgánicos como MgO, Al_{2}O_{3}, óxido de titanio, Li_{2}O en concentraciones del 2-10% en peso, aislados o en mezcla.
Esta mezcla se introduce preferentemente en una extrusora del tipo Collins. Paralelamente a esto introducen dispersiones de LiPF_{6} (4,5-25% en peso) con MgO (0,5-2% en peso) en disolventes apróticos, por ejemplo, mezclas de etilencarbonato., dietilcarbonato y, si fuera necesario, dimetilcarbonato en la razón de 3:2 (3:1) en concentraciones del 30-95% en peso, preferentemente del 30-75% en peso de la cantidad total del disolvente aprótico.
La extrusión preferente se lleva a cabo a temperaturas de 70-90ºC, preferentemente a 75-85ºC.
El extrudado es una lámina con un espesor de 6-10 \mum y un ancho de 10-15 cm.
Esta lámina, que sirve como separador, se bobina entonces directamente entre el ánodo y en cátodo por el procedimiento conforme a la invención.
A continuación se representa tabularmente la composición de la masa anódica, de la masa catódica, así como de la masa separadora, así como la elaboración de la masa, en cada caso, mediante un ejemplo totalmente especial.
\newpage
Ejemplo 1
Masa Anódica
\vskip1.000000\baselineskip
1
\vskip1.000000\baselineskip
Estos componentes se amasaron 1 hora en la amasadora a una temperatura de 100ºC y un número de revoluciones de 30 rpm. Como disolvente se empleó EC/DEC.
La masa amasada se procesó a 100ºC en la extrusora y se prensó entonces sobre una lámina imprimada de Cu. El espesor de capa alcanzó 110-120 \mum.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 2
Masa Catódica
\vskip1.000000\baselineskip
2
\vskip1.000000\baselineskip
Estos componentes se amasaron 2 horas en la amasadora a un número de revoluciones de 30 rpm, es decir, 90 min a una temperatura de 100ºC y, a continuación, otros 30 min a una temperatura de 60ºC. Como disolvente se empleó EC/DEC.
La masa amasada se procesó a 100ºC en la extrusora y se prensó entonces sobre una lámina imprimada de Al. El espesor de capa alcanzó 80-90 \mum.
\newpage
Ejemplo 3
Masa Separadora
3
Estos componentes se amasaron en la amasadora a una temperatura de 75-80ºC y a un número de revoluciones de 40 rpm.
La masa amasada se procesó a 100ºC en la extrusora. El espesor de capa alcanzó 6-8 \mum.
Ejemplos 3 - 5 y Ejemplos Comparativos 1 - 3 para ello. Los electrodos para las pilas de botón se elaboraron conforme a la DE 196 42 878 (1-3).
Como aglomerante sirvió
Resina Poliacrílica
Ejemplo Comparativo 1,
Óxido de Polietileno
Ejemplo Comparativo 2 y
Poliisobuteno (Oppanol B100®)
Ejemplo Comparativo 3
4
Ejemplo 3: corresponde en las masas anódica, catódica y separadora a las descripciones realizadas en los Ejemplos 1 u., en lo que respecta a los porcentajes de concentraciones y a la composición porcentual.
Ejemplo 4: contiene, como disolvente en la masa anódica, 1,1% (2,8 g) de NMP (N-metilpirrolidona), 10% (275 g) de EC (etilencarbonato) y 16,51% (416 g) de DEC (dietilcarbonato).
Ejemplo 5: al contrario de los anteriores ejemplos, la masa anódica se prensó sobre una lámina no imprimada de Cu.
Lista de símbolos de referencia
1
unidad procesadora
2
combinación de rodillo y bobinador
3
dispositivo de prensado
4
masa anódica
5
masa catódica
6
separador
7
flujo de electrolito
7a
flujo de electrolito
8
dispositivo de alimentación material de vertido
9
dispositivo de encarcasado, soldadura, puesta en contacto y extracción de la célula de litio-polímero.

Claims (16)

1. Procedimiento de producción de células de polímero de litio consistentes en al menos una masa anódica y una masa catódica prefabricadas como bandas laminares con electrolito integrado y una fase intermedia pastosa aislante situada en medio como lámina separadora, caracterizado porque la banda laminar de las masas anódica (4) y catódica (5), así como el separador (6) y al menos un flujo adicional de electrolito (7, 7a) se alimentan en continuo y por separado a una unidad procesadora (1) encapsulada, la masa anódica (4), el separador (6) y la masa catódica (5) se unen en la unidad procesadora (1) e, inmediatamente antes de la unión, el separador (6) es chocado y relleno, al menos unidireccionalmente, por el flujo de electrolito (7, 7a), la masa anódica (4) reunida se prensa con el separador (6) y la masa catódica (5) en una célula compuesta; esta célula compuesta se encarcasa en una forma adecuada a la célula, se pone eléctricamente en contacto, se suelda y se equipa con material de vertido alimentado, y la célula final de litio-polímero se extrae de la unidad procesadora (1), añadiéndose un electrolito, que consiste en sal conductora, disolventes apróticos, si fuera necesario, con hidrocarburos fluoroorgánicos de bajo peso molecular y aditivos o polímeros orgánicos.
2. Procedimiento acorde a la Reivindicación 1, caracterizado porque las bandas laminares de las masas anódica (4) y catódica (5) se ensamblan con el separador (6) en la unidad procesadora (1) a través de una combinación de rodillo y bobinador (2) y se enrollan en una célula compuesta de arrollamiento cilíndrico.
3. Procedimiento acorde a la Reivindicación 2, caracterizado porque la célula compuesta de arrollamiento cilíndrico se fabrica bajo presión.
4. Procedimiento según al menos una de las Reivindicaciones 2 y 3, caracterizado porque el bobinado de la célula compuesta se efectúa sin núcleo.
5. Procedimiento según al menos una de las Reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque efectuarse en la unidad procesadora (1) en gas inerte, preferentemente argón.
6. Procedimiento según al menos una de las Reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el dispositivo de prensado (3) o la estación bobinadora operando a presión opera de manera calentable en un intervalo de temperatura entre 40 y 250ºC, preferentemente entre 60 y 90ºC.
7. Procedimiento según al menos una de las Reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la masa anódica (4) y/o la masa catódica (5) con láminas de descarga, como mayas o fibras de carbono, cobre para el ánodo y aluminio para el cátodo, preferentemente imprimadas, se alimentan a la unidad procesadora (1).
8. Procedimiento conforme a una de las anteriores Reivindicaciones, seleccionándose la sal conductora entre LiPF_{6}, organoboratos de Li o trifluorsulfonilimidas de Li.
9. Procedimiento conforme a una de las anteriores Reivindicaciones, seleccionándose el disolvente aprótico entre alquil-, etilen-, dimetil- o dietilcarbonatos en solitario o como mezcla.
10. Procedimiento conforme a una de las anteriores Reivindicaciones, siendo los aditivos MgO ó Al_{2}O_{2}.
11. Procedimiento conforme a una de las anteriores Reivindicaciones, seleccionándose los polímeros orgánicos entre fluoroelastómeros, polímeros de estirol, polivinilpirrolidona, poliacetato de vinilo o éteres de polivinilo.
12. Procedimiento conforme a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque se emplea un electrolito, que contiene sal conductora en concentraciones del 4,5 al 25% en peso y disolvente aprótico en concentraciones del 75 al 95% en peso.
13. Procedimiento acorde a la Reivindicación 1, caracterizado porque se emplea un separador (6), que contiene del 10 al 50% en peso de flúorelastómeros, poliolefinas o polímeros en bloque de estirol-butadieno, así como un electrolito, que consiste en sal conductora en una cantidad del 4,5 al 25% en peso y disolventes apróticos en una cantidad del 75 al 95% en peso.
14. Procedimiento acorde a la Reivindicación 1, caracterizado porque a las masas anódica (4) y catódica (5) se les añaden adicionalmente fibras de carbono en concentraciones del 0,1 al 5% en peso.
15. Procedimiento según al menos una de las Reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el separador (6) se elabora a una temperatura entre 70 y 150ºC, preferentemente entre 75 y 110ºC.
16. Procedimiento acorde a la Reivindicación 15, caracterizado porque al separador (6) se alimenta un electrolito, que contiene LiPF_{6} como sal conductora y alquilcarbonatos, así como perfluoralquiléter como disolvente.
ES03717306T 2002-04-16 2003-04-15 Procedimiento de produccion de celulas de polimero de litio constituidas por al menos una masa anodica y una masa catodica prefabricadas como banda laminar. Expired - Lifetime ES2305453T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10216677 2002-04-16
DE10216677A DE10216677B4 (de) 2002-04-16 2002-04-16 Verfahren zum Herstellen von Lithium-Polymer-Zellen aus mindestens einer als Folienband vorgefertigten Anoden- und Kathodenmasse

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2305453T3 true ES2305453T3 (es) 2008-11-01

Family

ID=29224492

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES03717306T Expired - Lifetime ES2305453T3 (es) 2002-04-16 2003-04-15 Procedimiento de produccion de celulas de polimero de litio constituidas por al menos una masa anodica y una masa catodica prefabricadas como banda laminar.

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP1588451B1 (es)
AT (1) ATE396513T1 (es)
AU (1) AU2003222298A1 (es)
DE (2) DE10216677B4 (es)
ES (1) ES2305453T3 (es)
WO (1) WO2003088376A2 (es)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10352063B4 (de) * 2003-11-07 2013-01-03 Dilo Trading Ag Lithium-Polymerzelle, Verfahren zu deren Herstellung und Lithium-Polymer-Batterie-System damit
DE102004033345A1 (de) * 2004-07-09 2006-02-02 Dilo Trading Ag Flammgeschützte Hochenergie-Lithium-Polymer-Batterien und Verfahren zur Herstellung derselben
DE102010050743A1 (de) 2010-11-08 2012-05-10 Li-Tec Battery Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines elektrochemischen Energiespeichers
EP2523202A1 (en) * 2011-05-13 2012-11-14 Eika, S.Coop Electrical double - layer capacitor, and method for manufacturing such a capacitor
DE102014200011A1 (de) * 2014-01-03 2015-07-09 Robert Bosch Gmbh Elektroden für Batteriezellen

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5460904A (en) * 1993-08-23 1995-10-24 Bell Communications Research, Inc. Electrolyte activatable lithium-ion rechargeable battery cell
US5688293A (en) * 1996-05-15 1997-11-18 Motorola, Inc. Method of making a gel electrolyte bonded rechargeable electrochemical cell
US6287722B1 (en) * 1999-03-02 2001-09-11 E. I. Du Pont Nemours And Co. Continuous melt process for fabricating ionically conductive articles
US6562511B2 (en) * 1999-12-09 2003-05-13 Ntk Powerdex, Inc. Battery separator for Li-Ion and/or Li-Ion polymer battery
DE10020031C2 (de) * 2000-04-22 2002-05-29 Franz W Winterberg Verfahren zur Herstellung von wiederaufladbaren Lithium-Polymer-Batterien
DE10118639B4 (de) * 2001-04-12 2007-06-14 Dilo Trading Ag Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Trilaminaten für Polymer-Lithium Batterien

Also Published As

Publication number Publication date
DE50309902D1 (de) 2008-07-03
EP1588451A2 (de) 2005-10-26
AU2003222298A8 (en) 2003-10-27
EP1588451B1 (de) 2008-05-21
WO2003088376A3 (de) 2004-04-22
DE10216677A1 (de) 2003-11-13
ATE396513T1 (de) 2008-06-15
DE10216677B4 (de) 2005-04-28
WO2003088376A2 (de) 2003-10-23
AU2003222298A1 (en) 2003-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5092457B2 (ja) 電池素子外装材、これを用いた非水電解質二次電池及び電池パック
EP2083468B1 (en) Electrolyte for batteries and battery packs
EP1768202A1 (en) Cylindrical lithium secondary battery
EP2867938A1 (en) Method of manufacturing non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery
WO2000057504A1 (en) Thin lithium battery with slurry cathode
WO2006112243A1 (ja) 角型リチウム二次電池
EP4005015B1 (en) Anode-free solid state battery having a pseudo-solid lithium gel layer
CN101572328A (zh) 非水电解质电池
WO2005112180A1 (ja) リチウムイオン二次電池
JP2004505430A (ja) リチウム蓄電池用電解質含有粒体電極
TW200917546A (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery and producing method of electrode
JP4519796B2 (ja) 角型リチウム二次電池
EP1788657B1 (en) Cylindrical lithium secondary battery
JPWO2014192285A1 (ja) 薄型電池
WO2011039924A1 (ja) 二硫化鉄・リチウム一次電池
ES2305453T3 (es) Procedimiento de produccion de celulas de polimero de litio constituidas por al menos una masa anodica y una masa catodica prefabricadas como banda laminar.
KR101327976B1 (ko) 정극 활물질 및 전지
JP2008066094A (ja) 電池用セパレータおよびリチウム二次電池
JP2000149885A (ja) 電 池
JP4992203B2 (ja) リチウムイオン二次電池
JP4815845B2 (ja) ポリマー電池
KR20150122579A (ko) 비수전해질 2차 전지
JP4954468B2 (ja) 捲回電極およびその製造方法、並びに電池の製造方法
JP6583138B2 (ja) 金属空気電池
EP1115168A1 (en) Cell and method for manufacturing the same