ES2708995T3 - Compartimento anódico con colector de aleación amorfa - Google Patents

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Philippe Vinatier
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Abstract

Compartimento anódico para baterías de litio o sodio recargables que comprende: - un electrolito sólido; - un colector depositado sobre el electrolito sólido; y - un material activo de litio metálico o de sodio metálico que se ha hecho crecer entre el electrolito sólido y el colector con el fin de formar un electrodo de litio metálico o de sodio metálico con el colector, en el que el colector es una aleación amorfa, caracterizado por que la aleación amorfa tiene un coeficiente de elongación relativo máximo superior a un 1,8 %.

Description

DESCRIPCION
Compartimento anodico con colector de aleacion amorfa
Sector de la tecnica
La presente invencion se refiere al campo tecnico de las batenas de litio y sodio recargables y mas particularmente a un compartimento anodico para las batenas de ese tipo asf como los metodos para su fabricacion.
Estado de la tecnica
La densidad de energfa masica relativamente baja es en la actualidad la principal limitacion para el uso de batenas de litio o sodio recargables en los equipos portatiles tales como la electronica portatil o los vehfculos electricos. Esto esta relacionado en gran medida con los rendimientos de los materiales que componen las batenas. En la actualidad, los materiales para electrodos negativos disponibles presentan una capacidad espedfica comprendida entre 300 y 350 Ah/kg. Cuanto mas elevada es la capacidad espedfica de un material, mas puede aumentar la densidad de energfa masica.
El litio metalico al tener una capacidad espedfica teorica superior a 3800 Ah/kg, hace que su uso como material para electrodos negativos parezca prometedor.
Desafortunadamente, este material usado como material activo en un electrodo negativo tiene la tendencia nefasta de crecer en forma de dendritas durante las fases de carta. Durante su crecimiento, estas dendritas atraviesan el electrolito lfquido y en consecuencia pueden provocar un cortocircuito al unir electricamente el electrodo positivo con el electrodo negativo.
Con el fin de evitar el crecimiento del litio metalico en forma de dendritas durante las fases de carga, las batenas de ion litio usan un material de electrodo negativo en el que el ion litio se puede integrar durante la fase de carga y del cual se puede liberar durante la fase de descarga. El grafito es un ejemplo. Una ilustracion del uso del grafito como material de electrodo negativo se proporciona en el documento US5053297.
Sin embargo, el grafito tiene el inconveniente de presentar una capacidad espedfica muy inferior (teoricamente 376 Ah/kg para el LiC6 por ejemplo) a la del litio metalico.
Como alternativa, el litio metalico se puede usar en asociacion con un electrolito de polfmero formado por una matriz neutra tal como poli(oxido de etileno) (tambien denominado PEO) en la que se disuelve una sal de litio tal como la b/s(trifluorometanosulfonil)imida de litio (tambien denominada LiTFSI). Tal es el caso en las batenas de litio-metalpolfmero (batenas de LMP). Con el fin de limitar el riesgo de crecimiento del litio metalico en forma de dendritas, el grosor del litio metalico esta limitado, generalmente entre 30 y 100 pm, en los electrodos negativos de las batenas de LMP. Por lo tanto, el litio metalico se lamina en forma de cintas sobre una hoja de electrolito polimerico para obtener un compartimento anodico en el que la densidad de carga util por unidad de superficie es relativamente baja, por lo general entre 1 y 10 mAh/cm2.
Ademas, en un electrolito polimerico de ese tipo, la conductividad ironica del electrolito se obtiene mediante la adicion de la sal de LiTFSI. La movilidad de esta sal, en particular el anion, en la matriz neutra general un gradiente de concentracion de sal durante el paso de una corriente ionica, en efecto, el numero de transporte (es decir, la fraccion de la corriente transportada por el ion) para el cation inferior a 1. Este gradiente de concentracion es tanto mas elevado cuanto mas fuerte sea la densidad de corriente. Sin embargo, la formacion de litio metalico en forma de dendritas se ve favorecida por los fuertes gradientes de concentracion.
Una ultima solucion para evitar el crecimiento de litio metalico en forma de dendrita que se describira en el presente documento es el uso de un electrolito solido muy duro. La dureza elevada de estos electrolitos solidos tiene la ventaja de impedir que las dendritas formadas atraviesen el electrolito solido y generen un cortocircuito. En el artfculo « L/th/um metal stab/l/ty /n batter/es w/th block copolymer electrolytes » (en frances: « La stabilite du lithium metal dans les batteries avec electrolytes en copolymer en blocs »), D. Hallinan et al., han calculado que un electrolito polimerico de una dureza de aproximadamente 6 GPa es necesario para evitar la formacion de dendritas (Journal of the Electrochemical Society, 160 (3) A464-A470 (2013).
Los materiales ceramicos tales como Lisicon (« Li super ionic conductor », en frances conducteur superionique de lithium) o Nasicon (« Na super ionique Conductor », en frances conducteur superionique de sodium), que se pueden usar como electrolitos solidos, presentan una duracion de aproximadamente 6 GPa. Ademas con estos materiales ceramicos no dependen de ninguna sal disuelta en su matriz para presentar propiedades de conduccion de iones ya que son intnnsecamente conductores de iones: la conduccion ionica se obtiene unicamente por transporte de cation a traves de la estructura cristalina de estos materiales ceramicos y la conduccion de electrones es minima. Por consiguiente, su numero de transporte es igual a 1, lo que desfavorece tanto mas el crecimiento de litio metalico en forma de dendritas.
El uso de un electrolito ceramico abre por lo tanto la via al uso de un electrodo negativo de grosor mucho mas grande ya que el problema de la formacion de dendritas no se presenta. Por lo tanto, se puede obtener un electrodo negativo con capacidad superficial mucho mas elevada. La combinacion de un electrodo negativo de capacidad superficial muy elevada con un electrodo positivo de gran capacidad tal como un electrodo de aire (usando el oxfgeno del aire) o un electrodo de azufre por lo tanto puede conducir a la obtencion de la batena de densidad de energfa masica y volumetrica muy elevada. En una batena de ese tipo, se deposita metal, por ejemplo acero, sobre electrolito ceramicos, por ejemplo por pulverizacion catodica, en una capa fina para formar un colector de corriente. A continuacion, el litio metalico crece entre el colector y electrolito ceramicos.
En una batena de ese tipo con una densidad de energfa masica y volumetrica muy elevada, la reduccion de los cationes durante la fase de carga se produce en la superficie de contacto entre el electrolito ceramico y el material activo que es el litio metalico. Por lo tanto, el crecimiento del litio metalico se realiza a partir de esta superficie de contacto siguiendo una unica dimension.
Sin embargo, el litio metalico puede crecer en forma de una capa densa y uniforme (vease la figura 7) o en forma de una deposicion fibrosa o porosa (lease la figura 6). Los inventores han conservado que un electrodo negativo de litio metalico en forma fibrosa o porosa presentaba una resistencia que aumenta rapidamente con el numero de ciclos de carga y descarga en comparacion con un electrodo negativo de litio metalico en forma densa y uniforme.
Atribuyen este aumento a una disminucion de la superficie activa del electrodo negativo que se determina por la superficie de contacto entre el litio metalico y electrolito solidos. La disminucion de esta superficie comprende la de la capacidad del electrodo negativo y el aumento de la resistencia de la misma. Cuando la capa de lfquido creada durante la fase de carga es densa y uniforme, no hay aumento de la resistencia del electrodo negativo y esta se puede usar durante un numero de ciclos de carga y descarga mas elevado.
Ademas, los inventos han observado que el crecimiento de litio en forma fibrosa o porosa (forma poco densa) podfa reducir la capacidad del electrodo negativo haciendo que una parte del litio metalico fuera inaccesible durante la fase de descarga: esta parte de litio metalico no se oxida. Por ejemplo, los inventores han analizado un electrodo negativo totalmente descargado y han observado que un 30 % del litio metalico formado durante la fase de carga no era accesible durante la fase de descarga y estaba presente en forma fibrosa o porosa. Esto se debe al hecho de que el lfquido metalico ya no esta en contacto eficaz con el electrolito solido y por lo tanto no se puede oxidar en cation Li+ durante la fase de descarga a nivel de la superficie de contacto. Sobre este mismo electrodo negativo, todas las partes que estaban presentes en forma densa y uniforme con una buena superficie de contacto con el electrolito solido fueron accesibles durante la fase de descarga y se pudieron consumir totalmente.
Buscando una solucion para este problema, los inventores han descubierto que el uso de un metal amorfo para formar el colector de corriente evita la formacion de litio poco denso y solo se produce el lfquido denso. La presente invencion se basa en este descubrimiento.
Los documentos JP2001/250559 y JP2005/209434 divulgan una batena de litio recargable con un electrolito solido que comprende un anodo con un colector de aleacion amorfa.
Objeto de la invencion
Por consiguiente, la presente invencion propone una solucion para solucionar los problemas encontrados en la tecnica anterior que se ha descrito anteriormente.
Para esto, la presente invencion propone un compartimento anodico para batenas de litio o sodio recargables que comprende:
- un electrolito solido;
- un colector depositado sobre el electrolito solido; y
- un material activo de litio metalico o de sodio metalico que se ha hecho crecer entre el electrolito solido y el colector con el fin de formar con el colector un electrodo de litio metalico o de sodio metalico,
en el que el colector esta fabricado con una aleacion amorfa con un coeficiente de elongacion relativo maximo superior a un 1,8 %.
En un compartimento anodico de ese tipo, el material activo de litio metalico o de sodio metalico crece en forma densa. Por lo tanto, el electrodo negativo formado por el colector y por el material activo presenta una capacidad espedfica elevada entre 10 y 500 mAh/cm2.
Otras caractensticas opcionales y no limitantes son las siguientes. La aleacion amorfa contiene de forma ventajosa menos de un 10 % en numero de atomos de Si, Sn o Ag en total. La aleacion amorfa es preferentemente CuxZri-x, con x comprendido entre 0,25 y 0,75.
El colector se puede presentar en forma de una fina capa de grosor inferior a 1 pm.
El electrolito solido esta fabricado de forma ventajosa con un material ceramico.
La presente invencion tambien propone un metodo para la fabricacion de un compartimento anodico para batenas de litio recargables que comprende:
- un electrolito solido;
- un colector de aleacion amorfa; y
- un material activo de litio metalico o de sodio metalico entre el electrolito solido y el colector;
el metodo comprendiendo las etapas de:
- deposicion de una aleacion amorfa sobre el electrolito solido para formar el colector;
- crecimiento de un material activo de litio metalico o de sodio metalico entre el electrolito solido y el colector obteniendo de ese modo el compartimento anodico.
La aleacion amorfa se puede depositar sobre el electrolito solido par pulverizacion catodica o pulverizacion por haz de iones.
La aleacion amorfa es preferentemente CuxZri-x, con x comprendido entre 0,25 y 0,75.
El material activo crece de forma ventajosa entre el electrolito solido y el colector por deposicion electroqmmica. El electrolito solido esta fabricado de forma ventajosa con un material ceramico.
La invencion propone incluso una batena que comprende un compartimento anodico tal como se ha descrito anteriormente y un catodo.
Descripcion de las figuras
Otros objetos, caractensticas y ventajas apareceran con la lectura de la descripcion ilustrativa que sigue a continuacion, en referencia a las figuras dadas a modo de ejemplo y no limitantes, entre las que:
- la figura 1 es una ilustracion esquematica de un compartimento anodico de acuerdo con la invencion sin revestimiento;
- la figura 2 es una ilustracion esquematica de un compartimento anodico de acuerdo con la invencion con revestimiento;
- la figura 3 es una ilustracion esquematica de un compartimento anodico de acuerdo con la invencion sin revestimiento y que comprende una carcasa;
- la figura 4 es una ilustracion esquematica de un compartimento anodico de acuerdo con la invencion con revestimiento y que comprende una carcasa;
- la figura 5 es un diagrama que ilustra de manera esquematica las diferentes etapas del metodo de fabricacion de un compartimento anodico de acuerdo con la invencion, con las etapas opcionales siendo indicadas en lmea discontinua;
- la figura 6 es una fotograffa que muestra el estado de la superficie de un colector de a cero despues de una fase de carga; y
- la figura 7 es una fotograffa que muestra el aspecto de un material activo de litio metalico denso.
Descripcion detallada de la invencion
En referencia a las figuras 1 a 4, un compartimento anodico para batenas de litio o sodio recargables de acuerdo con la invencion se describira a continuacion.
Este compartimento anodico 1 comprende un electrolito solido 2, un colector 3 sobre el electrolito solido 2, y un material activo 4 de litio metalico o de sodio metalico entre el electrolito solido 2 y el colector 3. El material activo 4 resulta del crecimiento de litio metalico o de sodio metalico entre estos dos elementos y forma con el colector 3 un electrodo de litio metalico o de sodio metalico.
El compartimento anodico 1 tiene su originalidad en que el colector 3 se encuentra en forma de una aleacion amorfa. En efecto, como ya se ha indicado anteriormente, los inventores han descubierto que un colector de ese tipo permitfa el crecimiento de material activo en forma poco densa.
En lo sucesivo, los inventores han querido identificar la causa de este crecimiento en forma poco densa del material activo en los colectores de la tecnica anterior. Es de este modo que los inventores han observado que este crecimiento del litio metalico en forma poco densa se produce particularmente allf en donde el colector, generalmente de acero, depositado sobre el electrolito solido, y bajo el cual crece el litio metalico, presenta fisuras (vease la figura 6).
Los inventores suponen que este crecimiento en forma poco densa se debe al hecho de que en estas zonas de fisuras, el litio metalico no esta presionado y por lo tanto tiene tendencia a formarse de manera mas anarquica. Para explicar la aparicion de las fisuras, los inventores proponen la hipotesis segun la cual durante el crecimiento del litio metalico entre el colector y el electrolito solido se crea una tension en la superficie del colector orientada de forma colineal a esta y conduciendo a su ruptura.
Una aleacion amorfa, a diferencia de una aleacion cristalina, presenta la colocacion de atomos que hacen que sea irregular a distancia mediana y grande. El colector 3 en la aleacion amorfa de la invencion no se fisura durante la fase de carga de una batena que comprende el compartimento anodico, lo que permite evitar el crecimiento del material activo en forma poco densa (fibrosa o porosa). Es capaz de deformarse de manera reversible (deformacion elastica) para limitaciones importantes comprimiendo el material activo. En efecto, el coeficiente de elongacion relativo maximo (ey ) de una aleacion amorfa, igual a la presion (oy ) dividida entre el modulo de Young (E), es mas elevado que el de un metal o aleacion cristalina.
La aleacion amorfa elegida tiene de forma ventajosa un coeficiente de elongacion relativo maximo (ey) superior a un 1,8 %.
La aleacion amorfa esta formada de preferencia por metales que no forman aleacion con el litio metalico durante una deposicion electroqrnmica de litio metalico a partir del colector 3 en una aleacion de ese tipo. Por lo tanto, la aleacion amorfa contiene de preferencia en total menos de un 10 % en numero de atomos de silicio, estano y plata.
De forma ventajosa, la aleacion amorfa es CuxZri-x, con x comprendido entre 0,25 y 0,75, de preferencia, x es igual a aproximadamente 0,4.
El colector 3 se presenta en forma de una capa fina, de preferencia de grosor inferior a 1 pm. Por lo tanto el colector 3 es flexible.
El colector 3 se relaciona electricamente con un conductor electronico flexible formado por una rejilla o una hoja metalica flexible, de preferencia una rejilla flexible de acero. Esta rejilla metalica flexible reviste al menos una parte, de preferencia la totalidad, de la superficie del colector de corriente. Con el fin de mejorar el contacto electrico entre el colector de corriente el conductor electronico, de preferencia se aplica una laca de plata a nivel de su zona de contacto. El conductor electronico permite conectar electricamente el colector 3 a un elemento exterior al compartimento anodico.
El electrolito solido 2 esta fabricado con un material ceramico conductor de cationes alcalinos, por ejemplo lfquido o solido, de preferencia litio.
Tales materiales ceramicos conductores de litio se conocen, por ejemplo el LIC-GC (para Lithium Ion Conducting Glass Ceramic de la comparMa Ohara Inc. Japon). Se trata por ejemplo de ceramicas de formula Lii-x(M,Ga,Al)x(GeiyTiy)2-x(PO4)3 en la que M representa uno o varios metales elegidos entre Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm e Yb, y en la que 0 < x < 0,8 y 0 < y < 1,0. En la bibliograffa tambien se conocen otros materiales de este tipo, tal como el LATP de formula Li1+xAlxTi2-x(PO4)3 y se describe en el artfculo « The effects of crystallization parameters on ionic conductivity of a lithium aluminum germanium phosphate glass-ceramics » de J. S. Thokchom, Y B. Kumar, , en J. Power Sources, vol. 195, p. 2870, 2010, en el que el LLZ de formula Li7La3Zr2O12 y que se describe en el artfculo « Fast Lithium Ion Conduction in Garnet-Type Li7La3Zr2O12 » de R. Murugan, V. Thangadurai, y W. Weppner, en Angew. Chem. Int. Ed., 46 (2007), p. 7778.
Los materiales ceramicos conductores de sodio son por ejemplo materiales de formula Na1.xZr2SixP3.xO12 en la que 0 < x < 3. En particular se describen en el documento de patente US6485622 y en el artfculo « Comparison of Different Synthesis Methods for Nasicon Ceramics » de N. Gasmi et al., J. of Sol-Gel Science and Technology 4 (3) (1995) p. 231-237, y se conocen en la bibliograffa con la denominacion Nasicon.
El electrolito solido 2 esta de preferencia en forma de una membrana. Su grosor depende de sus otras dos dimensiones. Cuanto mas grande es la superficie de la membrana, mas elevado de ser el grosor para resistir a las tensiones mecanicas. Ademas, el rendimiento electrico de una batena esta gobernado en parte por la resistencia espedfica del electrolito, et y esta resistencia espedfica R se expresa con la formula:
Figure imgf000005_0001
en la que r designa la resistividad del electrolito, e el grosor de la membrana y A el area de su superficie. Por lo tanto, generalmente se buscara el uso, en la medida de lo posible, de los electrolitos solidos de bajo grosor. El grosor de la membrana esta comprendido de forma ventajosa entre 300 pm y 500 pm, de preferencia entre 50 pm Y 160 pm. Estos grosores son adecuados para superficies comprendidas superiores a 1 mm2, de preferencia comprendidas entre 1 mm2 y 400 cm2, siempre de preferencia entre 4 cm2 y 100 cm2.
El electrolito ceramico 2 se puede revestir sobre al menos una de sus superficies a partir de la cual va a crecer el material activo, en particular cuando este es litio metalico. Como ejemplos se pueden mencionar, los revestimientos 5 a base de Li3N, Li3P, Lil, LiBr, LiF o de oxinitruro de litio y de fosforo (LiPON) (vease por ejemplo X. Yu et alk., J. Electrochem. Soc. (1997) 144 (2), pagina 524) para la conduccion del lfquido, y por ejemplo de vidrio borosilicatado con adicion de Na2O o de oxinitruro de sodio y de fosforo (NaPON) (vease por ejemplo S. Chun et al., Proc. 124th Meeting Electrochem. Soc. (2008) 195) para la conduccion de sodio.
El material activo 4 tiene de forma ventajosa un grosor maximo comprendido entre 50 pm y 5 mm, de preferencia comprendida entre 100 pm y 500 pm, al final de la fase de carga.
El compartimento anodico 1 puede comprender una carcasa 6 estanca y ngida en la que se encuentran el electrolito solido 2, el colector 3 y el material activo 2. La superficie del electrolito solido 2 enfrentada a la girada hacia el colector 3 forma al menos en parte una superficie exterior de la carcasa 6. No importa la forma que tenga la carcasa 6 siempre y cuando permita integrarla en una batena, por ejemplo una forma cilmdrica o de paralelepfpedo. Por lo tanto, la carcasa 6 y el electrolito solido 2 delimitan un espacio interior estanco. La carcasa 6 se puede realizar con resina sintetica, de preferencia en una resina termoendurecida o endurecida en fno. La naturaleza qmmica de esta resina no es determinante a condicion de que no interactue de manera desventajosa con los componentes contenidos en el interior del compartimento anodico 1, y los elementos de la batena en la que se usara el compartimento anodico 1. Por ejemplo, las resinas de epoxidos, poliesteres insaturados, fenolicos y poliimidas son adecuadas.
En este caso, y de manera ventajosa, el colector 3 reviste casi toda la cara del electrolito solido 2 pero no totalmente, en particular con el fin de evitar que no entre en contacto con las paredes de la carcasa 6 estanca. En efecto, si el material activo presenta un grosor relativamente grande al final de la fase de carga, y si el colector 3 esta en contacto con las paredes interiores de la carcasa 6, se corre el riesgo de que el colector 3 se deformen y/o se rompa a medida que se aleja del electrolito solido 2 cuando el material activo 4 crece durante la fase de carga. La superficie del colector 3 sobre el electrolito solido 2 se dirige de manera que la distancia entre los bordes del colector 3 y las paredes de la carcasa 6 sea de preferencia como maximo igual a varios cientos de micrometros.
Siempre en este caso, el compartimento anodico 1 tambien puede comprender entonces un elemento resistente que actua sobre el colector 3 para que este se vea forzado en la direccion del electrolito solido 2 permitiendo de este modo la compresion continua del material activo 4. El elemento resistente puede estar entre una o varias paredes de la carcasa 6 el mismo o en un bloque 7 en forma de material resistente como una espuma. En el segundo caso, el bloque de material resistente ocupa todo el espacio dejado libre en el casete cuando el material activo se ha consumido completamente, es decir, al final de la fase de descarga.
El bloque 7 de material resistente es por ejemplo de espumas de poli(cloropreno) (tambien denominado Neoprene®, de preferencia las espumas de neopreno comercializadas con la denominacion Bulatex®, en particular Bulatex C166, por la comparM a Hutchinson. Otro ejemplo podna ser el producto Sylomer® G, una espuma de poli (eter uretano) comercializada por la comparM a Plastiform's.
A continuacion se describira una batena que comprende el compartimento anodico que se ha descrito anteriormente.
Esta materia comprende, ademas del compartimento anodico, un electrodo positivo, opcionalmente un electrolito lfquido.
El electrodo positivo puede ser por ejemplo un electrodo de aire o un electrodo que usara azufre.
Cuando el electrodo positivo es un electrodo de aire, este se forma de preferencia con un material poroso conductor de electrones. Este material poroso es por ejemplo un compuesto de negro de carbono, de un catalizador a base de oxido de manganeso o de cobalto, de un aglutinante hidrofobo tal como HFP (hexafluoropropileno) o PTFE (politetrafluoroetileno), y de un colector de corriente tal como un colector en forma de una rejilla de mquel. Un polfmero conductor de aniones se puede anadir en el electrodo tal como se describe en el documento de patente WO 2010/128242 A1, en particular cuando electrolito es acuoso. Este polfmero tiene la funcion de impedir la carbonatacion del electrolito acuoso por el CO2 contenido en el aire. El aglutinante hidrofobo tiene la doble funcion de producir una estructura porosa integra mecanicamente a partir de un polvo en el que la percolacion electronica se asegura por contacto entre los granos de carbono, y que es suficientemente hidrofobo como para impedir que el electrolito atraviese el electrodo cuando este es lfquido.
Esta batena es por ejemplo una batena de litio-aire o de sodio-aire o incluso de litio-azufre. O cualquier material que use un anodo de litio metalico o sodio metalico.
En referencia a la figura 5, a continuacion se describe un metodo para la fabricacion de un compartimento anodico tal como se ha presentado anteriormente.
Este metodo comprende la deposicion de una aleacion amorfa sobre el electrolito solido para formar el colector y el crecimiento de un material activo de litio metalico o de sodio metalico entre el electrolito solido y el colector obteniendo de ese modo el compartimento anodico.
La aleacion amorfa se puede depositar sobre el electrolito solido por pulverizacion catodica o por pulverizacion por haz de iones.
En el caso de una pulverizacion catodica, el material del objetivo principal usado puede ser directamente la aleacion que se desea depositar sobre el electrolito solido, el material puede ser cristalino o ya amorfo. Por el contrario se pueden usar varios objetivos principales y por lo tanto numero maximo es el numero de elementos metalicos que componen la aleacion amorfa que se desea depositar sobre el electrolito solido. En el caso en el que el numero de objetivos principales sea inferior al numero de elementos metalicos que componen la aleacion amorfa, al menos uno de los objetivos principales esta formado por una aleacion. Se entiende que la definicion de elemento metalico incluye todos los elementos qmmicos de transicion asf como el acero. Por ejemplo, el material del objetivo principal es una aleacion de CuZr amorfo o cristalino. Otro ejemplo, se usan dos objetivos principales, uno de Cu y el otro de Zr.
La aleacion amorfa se deposita sobre el electrolito solido hasta conseguir un grosor inferior a 2 pm, de preferencia comprendido entre 200 y 400 nm.
El crecimiento del material activo entre el electrolito solido y el colector se puede realizar de la siguiente manera. La cara del electrolito solido no girada hacia el colector se pone en contacto, al menos en parte, con un electrolito lfquido que contienen los cationes del metal alcalino que formara el material activo. A continuacion se aplica un potencial reductor entre el colector y un electrodo positivo sumergido en el electrolito lfquido que contienen los cationes del metal alcalino. El potencial reductor se mantiene entre el colector y el electrodo positivo durante un periodo de tiempo suficiente para que el material activo crezca entre el electrolito solido y el colector hasta un grosor deseado.
El electrolito lfquido puede ser, por ejemplo, LiOH para un material activo de litio metalico, o NaOH para un material activo de sodio metalico. La concentracion de LiOH o NaOH es de preferencia al menos igual al 1 mol/l y puede variar hasta saturacion incluso por encima de esta.
El electrodo positivo usado para el crecimiento de litio metalico o de sodio metalico puede ser un electrodo de metal o aleacion estable en el electrolito lfquido usado y con los potenciales de oxidacion de los iones del electrolito lfquido.
El potencial reductor aplicado se mantiene de preferencia en un valor comprendido entre -3,1 V y -3,6 V con respecto a un electrodo de referencia de Hg/HgO/KOH 1 M en el electrolito lfquido. En efecto este potencial debe ser lo suficientemente elevado en valor absoluto como para que el ion alcalino se reduzca en metal alcalino. De preferencia con la intensidad de la corriente esta comprendida entre 0,1 mAh/cm2 y 100 mAh/cm2.
En el caso en el que se preve un revestimiento sobre el electrolito solido, este se deposita sobre el electrolito solido antes de la deposicion de la aleacion amorfa por pulverizacion catodica por ejemplo.
En el caso en el que el compartimento anodico se presenta en forma de una carcasa, la carcasa se sumerge alrededor del conjunto constituido por el electrolito solido, opcionalmente el revestimiento, el material activo, el colector y opcionalmente el bloque de material resistente.

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Compartimento anodico para batenas de litio o sodio recargables que comprende:
- un electrolito solido;
- un colector depositado sobre el electrolito solido; y
- un material activo de litio metalico o de sodio metalico que se ha hecho crecer entre el electrolito solido y el colector con el fin de formar un electrodo de litio metalico o de sodio metalico con el colector,
en el que el colector es una aleacion amorfa,
caracterizado por que la aleacion amorfa tiene un coeficiente de elongacion relativo maximo superior a un 1,8 %.
2. Compartimento anodico de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la aleacion amorfa contiene en total menos de un 10 % en numero de atomos de Si, Sn y Ag.
3. Compartimento anodico de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en el que la aleacion amorfa es CuxZn-x, con x comprendido entre 0,25 y 0,75.
4. Compartimento anodico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el colector se presenta en forma de una fina capa de grosor inferior a 1 pm.
5. Compartimento anodico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el electrolito solido esta fabricado con un material ceramico.
6. Metodo para la fabricacion de un compartimento anodico para batenas de litio recargables que comprende:
- un electrolito solido;
- un colector de aleacion amorfa; y
- un material activo de litio metalico o de sodio metalico entre el electrolito solido y el colector;
el metodo comprendiendo las etapas de:
- deposicion de una aleacion amorfa sobre el electrolito solido para formar el colector;
- crecimiento de un material activo de litio metalico o de sodio metalico entre el electrolito solido y el colector obteniendo de ese modo el compartimento anodico, caracterizado por que la aleacion amorfa tiene un coeficiente de elongacion relativo maximo superior a un 1,8 %.
7. Metodo de acuerdo con la reivindicacion 6, en el que la aleacion amorfa se deposita sobre el electrolito solido por pulverizacion catodica o pulverizacion por haz de iones.
8. Metodo de acuerdo con la reivindicacion 6 o la reivindicacion 7, en el que la aleacion amorfa es CuxZn-x, con x comprendido entre 0,25 y 0,75.
9. Metodo de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 8, en el que el material activo se hace crecer entre el electrolito solido y el colector por deposicion electroqmmica.
10. Metodo de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 9, en el que el electrolito solido esta fabricado con un material ceramico.
11. Batena que comprende un catodo, un electrolito lfquido y un compartimento anodico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5.
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