ES2767631T3

ES2767631T3 - Material de base conductor de electricidad y compuesto estratificado, procedimiento para su fabricación y su uso

Info

Publication number: ES2767631T3
Application number: ES16770947T
Authority: ES
Inventors: Wilhelm Pfleging; Johannes Pröll; Yijing Zheng
Original assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Current assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2020-06-18
Anticipated expiration: 2036-09-28
Also published as: CN108352532B; US20180316020A1; WO2017055323A1; CN108352532A; DE102015218907A1; US10763514B2; EP3357116B1; EP3357116A1

Abstract

Material de base conductor de electricidad (112) diseñado para alojar un material de recubrimiento (114) que presenta partículas conductoras de electricidad (116), comprendiendo el material de base (112) una lámina de metal, disponiendo al menos una superficie (118), prevista para alojar las partículas conductoras de electricidad (116), del material de base (112) de una primera estructura (120) y de una segunda estructura (122), presentando la primera estructura (120) primeras elevaciones (124) y/o primeras depresiones (126) respecto a la superficie (118) del material de base (112), presentando la segunda estructura (122) segundas elevaciones (128) y/o segundas depresiones (130) respecto a la superficie (132) de la primera estructura (120), disponiendo las primeras elevaciones (124) y/o las primeras depresiones (126) de primeras dimensiones, disponiendo las segundas elevaciones (128) y/o las segundas depresiones (130) de segundas dimensiones, superando las primeras dimensiones las segundas dimensiones en al menos un factor 10. caracterizado por que la superficie (118) del material de base (112) no estructurado dispone también de una capa separada (148) de otro material conductor de electricidad, quedando expuesta la superficie (118) del material de base (112) al menos en una parte de las primeras depresiones (126) y estando introducidas las segundas elevaciones (128) y/o las segundas depresiones (130) en la superficie (118) del material de base (112).

Description

DESCRIPCIÓN

Material de base conductor de electricidad y compuesto estratificado, procedimiento para su fabricación y su uso Campo de la invención

La invención se refiere a un material de base conductor de electricidad, a un procedimiento para su fabricación y a su utilización como derivador de corriente para un material de electrodo que presenta partículas conductoras de electricidad. La invención se refiere también a un compuesto estratificado conductor de electricidad, que comprende un material de base, a un procedimiento para su fabricación y a su utilización en un elemento secundario de un acumulador, en particular una batería de iones de litio.

Estado de la técnica

La invención se aplica en el campo de los elementos secundarios de acumuladores, en particular de baterías de iones de litio. El desarrollo técnico en este campo está impulsado sobre todo por la demanda creciente de dispositivos de almacenamiento de energía potentes en vehículos híbridos, plug-in o completamente eléctricos o como dispositivos de almacenamiento de energía estacionarios dentro de generadores de corriente, consumidores y distribuidores conectados.

En los elementos secundarios recargables de los acumuladores, los compuestos de material multiescala conductores de electricidad o los electrodos en polvo, que disponen de partículas conductoras de electricidad, en particular partículas primarias, agregados y/o aglomerados con dimensiones de 10 nm a 100 |im, se utilizan frecuentemente como electrodos sobre todo en las baterías de iones de litio. En el caso del recubrimiento de derivadores de corriente, presentes usualmente en forma de láminas de derivador de corriente, con una masa pastosa que puede comprender disolventes, aditivos de conductividad, aglutinantes poliméricos y las partículas activas conductoras de electricidad, el objetivo consiste en conseguir una unión mecánica y eléctrica suficiente del electrodo estratificado, fabricado con la masa pastosa, al derivador de corriente. Una unión insuficiente del electrodo estratificado al derivador de corriente puede provocar una delaminación parcial o total de las capas antes y/o después de una solicitación electroquímica del elemento secundario, lo que puede causar un fallo prematuro del elemento secundario. Por tanto, una adherencia lo más buena posible de las capas representa una etapa de procedimiento que influye en la calidad del electrodo, la potencia del acumulador durante el funcionamiento y en posibles fallos de producción durante el montaje de los elementos secundarios.

No obstante, las láminas de derivador de corriente, conocidas del estado de la técnica, disponen generalmente en la actualidad de un grosor de 8 a 18 |im y presentan en ambos lados superficies homogéneas casi idénticas con una aspereza Rz de 0,5 |im a 2 |im, por lo que no están diseñadas para el acoplamiento a partículas activas conductoras de electricidad en forma de compuestos de material multiescala. Asimismo, el material de electrodo, que está en contacto con una superficie homogénea de este tipo, no se puede someter a cambios de volumen particularmente grandes, sin separarse posiblemente del derivador de corriente. Esta propiedad es desventajosa tanto para las baterías de iones de litio como para los futuros elementos secundarios de alta capacidad, por ejemplo, a base de silicio, azufre de litio u óxido de estaño, en los que debido a un aumento de la capacidad se ha de contar con cambios de volumen de 400 % (en comparación con el 5 % del grafito) respecto a la duración y la resistencia a los ciclos de los acumuladores equipados con los mismos.

Los materiales de lámina usuales son el aluminio y el cobre. La lámina de aluminio se utiliza, por lo general, como derivador de corriente en el cátodo y está recubierta normalmente en ambos lados con LiNixMnyCozO²(NMC), LiFePO⁴(LFP), LiCoO²(LCO) o LiMn²O⁴(LMO). En cambio, la lámina de cobre se utiliza, por lo general, como derivador de corriente en el ánodo y está recubierta normalmente en ambos lados con grafito. En las baterías de iones de litio se utilizan en la actualidad sobre todo dos tipos de láminas de cobre, por una parte, láminas enrolladas (roll-annealed (RA) copper foil) y láminas depositadas electrolíticamente (electrodeposited (ED) copper foil). La lámina de cobre en particular resulta desventajosa respecto a la adherencia de las capas, porque la formación de una interfaz de electrolito sólido, la degradación química y los cambios de volumen integrales, que se pueden manifestar como hinchamiento del compuesto estratificado, están muy acentuados aquí. Esto puede provocar, como se describe arriba, una delaminación de las capas y un fallo prematuro de los respectivos elementos secundarios. Los fabricantes de láminas de derivadores de corriente han reconocido el problema descrito de la adherencia de la capa de electrodo y han propuesto diferentes etapas para el mecanizado posterior de láminas, por una parte, la utilización de una deposición electroquímica (véase H.C. Shin, J. Dong y M.L. Liu, Nanoporous structures prepared by an electrochemical deposition process, Adv. Mater. 2005, 15 (19), páginas 1610-1614, N.D. Nikolic, K.I, Popov, L.J. Pavlovic y M.G. Pavlovic, The effect of hydrogen codeposition on the morphology of copper electrodeposits I. The concept of effective overpotential, J. Electroanalyt. Chem., 2006, 588 (1), páginas 88-98), y, por la otra parte, de procedimientos de grabado (véase C.C. Nguyen y S.W. Song, Interfacial structural stabilization on amorphous silicon anode for improved cycling performance in lithium-ion batteries, Electrochim. Acta 2010, 55 (8), páginas 3026-3033). No obstante, estas etapas de procedimiento han resultado ineficientes, nocivas para el medio ambiente y complejas. Además, proporcionan resultados no homogéneos que se manifiestan en la formación de puntas.

El documento WO2014/090892A1 da a conocer un compuesto de material que comprende un material de recubrimiento con partículas y un material de base, en particular un electrodo de partículas y un derivador de corriente, presentando el material de base en su superficie depresiones que reducen el grosor del material de base en el lugar de las depresiones, representando las depresiones desviaciones de una superficie plana del material de base. Las dimensiones geométricas y/o las formas de las partículas y las depresiones se adaptan entre sí de tal modo que una o varias partículas encajan geométricamente por completo o en parte en las depresiones individuales o están introducidas aquí de manera que quedan adheridas tan firmemente por el efecto de la fuerza y/o la energía que esta adherencia se basa al menos parcialmente en las fuerzas mecánicas existentes entre las partículas y el material de base. En este sentido se propone preparar y modificar, por una parte, la estructura y la geometría superficial del derivador de corriente con el fin de mejorar la adherencia de las partículas de electrodo sobre la superficie del derivador de corriente al darle rugosidad mediante una operación mecánica con chorro de arena o papel de lija de grano adecuado o mediante el tratamiento puntual por láser para la perforación o la estructuración superficial del material de base, por ejemplo, el tratamiento por láser de pulsos ultracortos. Por la otra parte, la geometría superficial de las partículas se puede adaptar a la estructura superficial del derivador de corriente, en particular al modificarse la geometría de las partículas mediante molienda o cribado y/o mediante la selección de la fabricación de las partículas, por ejemplo, las condiciones de precipitación químicas.

El documento US8,962,190B1 da a conocer electrodos que disponen de una capa porosa conductora de electricidad, un material de almacenamiento de energía y elevaciones conductoras de electricidad que se extienden desde la capa hacia el interior del material de almacenamiento de energía. La capa porosa sirve aquí en particular para alojar un electrolito líquido que en comparación con el ión de metal dispone de una conductividad iónica mayor para iones de metal, por ejemplo Li+, formando las elevaciones trayectorias para los iones de metal que de esta manera se pueden introducir más rápido y/o más profundamente en los iones de metal.

Del documento DE102008016682A1 es conocido un procedimiento para la microestructuración de elementos de una celda de combustible que se utiliza para mejorar la gestión del agua. Para crear la microestructuración se retira de manera selectiva material de la superficie de una placa de separador y/o de un medio difusor de gas, en particular mediante la utilización de pulsos de láser. Un procedimiento para estructurar la superficie de una lámina de níquel mediante radiación láser de pulsos ultracortos es descrito por C.A. Zuhlke, T.P. Anderson, D.R. Alexander, Fundamentals of layered nanoparticle covered piramidal structures formed on nickel during femtosecond laser surface interactions, Applied Surface Science, 283, (2013), 648-653.

Objetivo de la invención

Partiendo de lo anterior, la presente invención tiene el objetivo de proponer un material de base conductor de electricidad, un procedimiento para su fabricación y su utilización, así como un compuesto estratificado conductor de electricidad, que comprende el material de base, un procedimiento para su fabricación y su utilización, que eliminen al menos parcialmente las desventajas y las limitaciones mencionadas del estado de la técnica.

En particular, la invención debe mejorar las propiedades y la eficiencia del material de electrodo en un elemento secundario de un acumulador, sobre todo, una batería de iones de litio, en particular si se utilizan compuestos de material multiescala o electrodos en polvo como material del recubrimiento. A tal efecto, el material de base conductor de electricidad debe estar configurado en particular de modo que se cree y se mantenga una buena unión entre las partículas conductoras de electricidad en el material de electrodo y la superficie enfrentada del material de base, incluso si el material de electrodo se somete a grandes cambios de volumen. Se deben dar a conocer también procedimientos que posibiliten una fabricación lo más simple posible del material de base conductor de electricidad y del compuesto estratificado que comprende el material de base. Por último, se han de indicar también utilizaciones preferidas del material de base y del compuesto estratificado.

Divulgación de la invención

Este objetivo se consigue mediante un material de base conductor de electricidad, un procedimiento para su fabricación y su utilización, así como mediante un compuesto estratificado conductor de electricidad, que comprende el material de base, un procedimiento para su fabricación y su utilización con las características de las reivindicaciones independientes. Variantes ventajosas, que se pueden implementar por separado o en cualquier combinación, se indican en las reivindicaciones dependientes.

A continuación, los términos “tener”, “presentar”, “comprender” o “incluir” o cualquier variación gramatical de los mismos no se utilizan de una manera exclusiva. Por consiguiente, tales términos se pueden referir tanto a situaciones, en las que, además de las características introducidas por estos términos, no están presentes otras características, o a situaciones, en las que están presentes una o varias otras características. Por ejemplo, la expresión “A” tiene “B”, “A presenta B”, “A comprende B” o “A incluye B” se puede referir tanto a la situación, en la que, aparte de B, no hay otro elemento en A (es decir, una situación, en la que A está compuesta exclusivamente de B) como a la situación, en la que, además de B, están presentes uno o varios otros elementos en A, por ejemplo, el elemento C, los elementos C y D o incluso otros elementos.

Se ha de señalar también que los términos “al menos uno” y “uno o varios”, así como variaciones gramaticales de estos términos, si se utilizan en combinación con uno o varios elementos o características y deben indicar que el elemento o la característica puede estar previsto una o varias veces, se utilizan generalmente solo una vez, por ejemplo, al introducirse por primera vez la característica o el elemento. Cuando se vuelve a mencionar a continuación la característica o el elemento, ya no se utiliza, por lo general, el término correspondiente “al menos uno” o “uno o varios”, sin limitarse la posibilidad de que la característica o el elemento pueda estar presente una o varias veces.

Los términos “preferentemente”, “en particular”, “por ejemplo” o términos similares se utilizan a continuación también en combinación con características opcionales, sin limitarse las formas de realización alternativas. Así, por ejemplo, las características, que son introducidas por estos términos, son características opcionales y mediante estas características no se pretende limitar el alcance de protección de las reivindicaciones y en particular de las reivindicaciones independientes. Por consiguiente, la invención, como reconocerá el técnico, se puede ejecutar también mediante la utilización de otras configuraciones. De manera similar, las características, que son introducidas mediante “en una forma de realización de la invención” o mediante “en un ejemplo de realización de la invención, se entienden como características opcionales, sin limitarse así las configuraciones alternativas o el alcance de protección de las reivindicaciones independientes. Además, mediante estas expresiones introductorias se han de mantener intactas todas las posibilidades de combinar las características, introducidas de esta manera, con otras características.

En un primer aspecto, la presente invención se refiere a un material de base conductor de electricidad diseñado para alojar un material de recubrimiento que presenta partículas conductoras de electricidad. En el contexto de la presente invención, el término “conductor de electricidad” se puede referir a una conductividad electrónica y/o una conductividad iónica. Como material de base se utilizan aquí láminas de metal, preferentemente con un grosor de 5 |im a 50 |im, en particular de 10 |im a 20 |im. Los materiales adecuados para la lámina de metal son en particular cobre, aluminio, níquel, litio, silicio dopado y/o metalizado, láminas de polímero metalizadas, oro y plata. Son posibles también otros materiales.

En este contexto, el término “alojamiento” identifica una aplicación del material sobre la superficie del material de base configurada según la presente invención, utilizándose al respecto en particular el procedimiento según la invención que se explica en detalle más adelante. A tal efecto, el material de recubrimiento, en particular en forma de una capa delgada que puede presentar preferentemente un grosor de 100 nm a 1000 |im, se puede aplicar sobre la superficie del material de base prevista para el alojamiento, preferentemente de tal modo que las partículas conductoras de electricidad, presentes en el material de recubrimiento e identificadas también como “partículas activas”, se adhieren muy bien a la superficie del material de base. La superficie del material de base puede estar estructurada preferentemente de tal modo que al aplicarse el revestimiento, por ejemplo, mediante la aplicación de una masa pastosa sobre la superficie en una barbotina colable, presente en la masa pastosa, se entrelazan las partículas conductoras de electricidad y la superficie del material de base. La estructura de la superficie está configurada preferentemente de tal modo que las partículas multiescala, que pueden disponer de dimensiones de 10 nm a 100 |im, pueden formar estructuras de acoplamiento apropiadas en cada caso sobre la superficie, independientemente de su tamaño.

Según la presente invención, la superficie del material de base prevista para el alojamiento de las partículas conductoras de electricidad está configurada de tal modo que dispone de una estructura jerárquica. Además, otras zonas en la superficie del material de base pueden estar configuradas también de esta manera, por ejemplo, por razones técnicas. En este contexto, el término “estructura jerárquica” identifica una configuración de la superficie del material de base de tal modo que la superficie presenta una textura que dispone de una topografía multiescala. En particular por razones prácticas de que una introducción de más escalas implica, por lo general, un coste superior, la textura de la superficie del material de base presenta una topografía de dos escalas que dispone de texturas identificadas a continuación como “primera estructura” y como “segunda estructura”. Por el término “topografía” se entienden aquí elevaciones y/o depresiones respecto a un nivel de una superficie definida que con este fin puede estar considerada como superficie plana, indicando el término “escala” las dimensiones y/o las distancias espaciales que han de presentar respectivamente las depresiones y/o las elevaciones. Por consiguiente, las primeras elevaciones y/o las primeras depresiones disponen de primeras dimensiones, mientras que las segundas elevaciones y/o las segundas depresiones presentan segundas dimensiones.

Según la presente invención, la primera estructura presenta primeras elevaciones y/o primeras depresiones respecto a la superficie del material de base, mientras que la segunda estructura dispone de segundas elevaciones y/o segundas depresiones respecto a la superficie de la primera estructura. La diferencia, descrita aquí, respecto a la relación de las elevaciones y/o las depresiones crea la base para que las primeras dimensiones superen las segundas dimensiones según la invención en al menos un factor 10. En una configuración preferida, las primeras dimensiones asumen un valor de 1 |im a 100 |im y las segundas dimensiones asumen un valor de 100 nm a 2000 nm. En una configuración particularmente preferida, las primeras dimensiones asumen un valor de 1 |im a 50 |im, preferentemente 5 |im a 20 |im, y las segundas dimensiones asumen un valor de 200 nm a 1000 nm, preferentemente de 300 nm a 900 nm. Las dimensiones se refieren a un tamaño estructural de las elevaciones y/o las depresiones correspondientes, por ejemplo, a su anchura lateral o, preferentemente, a distancias laterales entre las elevaciones y/o las elevaciones individuales.

La superficie del material de base, configurada de esta manera, dispone de una estructura jerárquica. Este tipo de topografía hace posible que las partículas multiescala, que aparecen en el material de recubrimiento y que pueden presentar dimensiones de 10 nm a 100 |im, pueden formar estructuras de acoplamiento apropiadas en cada caso sobre la superficie, independientemente de su tamaño. Estas estructuras pueden actuar también adicionalmente como estructuras de transporte capilares para apoyar, como se describe más abajo, una extensión lo más uniforme posible de la barbotina colable. Como se describe también más abajo, tanto la primera estructura como la segunda estructura se pueden producir simultáneamente al someterse la superficie del material de base a una radiación láser de pulsos ultracortos.

El material de base no estructurado dispone también de una capa separada, preferentemente una capa homogénea separada, de otro material conductor de electricidad. Por ejemplo, una lámina de cobre puede servir como el material de base no estructurado, estando aplicada sobre la lámina de cobre una capa de níquel delgada como la otra capa. No obstante, son posibles otras combinaciones de material. La superficie del material de base estructurado dispone de una estructura jerárquica, presentando la primera estructura primeras depresiones, en cuya superficie queda expuesto el material del material de base, mientras que las segundas estructuras están configuradas en forma de segundas depresiones y/o segundas elevaciones en el material del material de base. Por consiguiente, sobre la superficie del material de base configurado de esta manera se puede crear una topografía que se puede identificar también como “patrón químico”. En el ejemplo mencionado arriba de la capa de níquel magnética delgada sobre la lámina de cobre no magnética se pueden alternar entonces zonas magnéticas con zonas no magnéticas sobre la superficie del material de base. Mediante esta combinación de un patrón químico con la topografía descrita se puede ampliar el anclaje mecánico multiescala con un anclaje químico del material de recubrimiento. Otras configuraciones preferidas se refieren a una introducción de diferentes grupos estructurales funcionales en las distintas zonas, por ejemplo, una influencia de un comportamiento de humectación, por ejemplo, debido a la introducción de grupos polares o no polares para barbotina no acuosa o acuosa.

En otro aspecto, la presente invención se refiere a un compuesto estratificado conductor de electricidad que presenta al menos un material de base conductor de electricidad descrito arriba o abajo y a un material de recubrimiento que presenta partículas conductoras de electricidad. El término “conductor de electricidad” se puede referir aquí a una conductividad electrónica y/o a una conductividad iónica de las partículas que se pueden identificar también como “partículas activas”. Si el compuesto estratificado se utiliza como cátodo, en el caso, por ejemplo de las baterías de iones de litio se utilizan generalmente en el material de recubrimiento partículas activas que presentan LiNixMnyCozO²(NMC), LiFePO⁴(LFP), LiCoO²(LCO) o LiMn²O⁴(LMO) o azufre (S)/azufre de litio (Li-S). Si el compuesto estratificado se utiliza en cambio como ánodo, se utilizan generalmente partículas activas que presentan modificaciones de carbono, silicio, mezclas de grafito y silicio, óxido de estaño, titanato de litio o litio metálico. Como modificaciones de carbono se pueden utilizar, independientemente de si éstas disponen mayormente de enlaces de Sp2 o Sp3, distintos tipos de grafitos, por ejemplo, grafitos sintéticos, grafitos naturales o escamas de grafito, grafeno, fullenero, nanotubos de carbono de una o varias paredes o mezclas de los mismos. Son posibles también otros materiales.

Asimismo, dentro del compuesto estratificado pueden estar previstos otros componentes, preferentemente aditivos de conductividad, por ejemplo, hollín conductivo, en particular para mejorar la conductividad eléctrica en el material de recubrimiento, y/o aglutinantes poliméricos, por ejemplo, fluoruro de polivinilideno (PVDF), en particular para mejorar la unión de las partículas eléctricas entre sí y en particular a la superficie del material de base. Tanto las partículas activas conductoras de electricidad como los aditivos de conductividad y/o los aglutinantes poliméricos pueden estar presentes preferentemente en forma de partículas primarias, agregados y/o aglomerados con dimensiones de 10 nm a 100 |im que en una configuración especial se pueden dividir en dos intervalos de tamaño separados entre sí en el intervalo de nanómetros, en particular de 10 nm a 100 nm, y en el intervalo de micrómetros, en particular de 1 |im a 50 |im.

El compuesto estratificado está configurado según la invención de tal modo que las partículas se adhieren a primeras elevaciones y/o primeras depresiones en una primera estructura sobre la superficie del material de base y/o a segundas elevaciones y/o segundas depresiones en una segunda estructura sobre la superficie de la primera estructura. Este tipo de topografía hace posible que las partículas multiescala, presentes aquí, puedan formar estructuras de acoplamiento apropiadas respectivamente sobre la superficie, independientemente de su tamaño en al menos una parte del intervalo de 10 nm a 100 |im. Esto se aplica en particular también al caso, en el que en la material de recubrimiento puedan estar introducidas las partículas activas en una fase que puede comprender aglutinantes poliméricos y/o aditivos de conductividad, o también a una configuración, en la que dichas partículas se deben distribuir en los dos intervalos de tamaño separados entre sí, que se mencionaron arriba, por ejemplo, de 10 nm a 100 nm (intervalo de nanómetros) y de 1 |im a 50 |im (intervalo de micrómetros). A diferencia del estado de la técnica, el material de base conductor de electricidad, descrito arriba o abajo, resulta adecuado en particular también para alojar un material de recubrimiento de este tipo.

En relación con otros detalles relativos al compuesto estratificado se remite a la descripción del material de base según la invención.

En otro aspecto, la presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de un material de base conductor de electricidad con el fin de alojar un material de recubrimiento que presenta partículas conductoras de electricidad, en particular para fabricar un material de base descrito arriba o abajo. El procedimiento comprende las etapas a) y b) siguientes que se ejecutan preferentemente en el orden indicado, comenzando con la etapa a) y finalizando con la etapa b), pudiéndose ejecutar al menos parcialmente al mismo tiempo las dos etapas:

a) proporcionar un material de base conductor de electricidad, no estructurado, en forma de una lámina de metal; y

b) someter al menos una superficie, prevista para alojar las partículas conductoras de electricidad, del material de base a radiación láser de pulsos ultracortos, mediante lo que se producen una primera estructura en forma de primeras elevaciones y/o primeras depresiones respecto a la superficie del material de base y simultáneamente una segunda estructura en forma de segundas elevaciones y/o segundas depresiones respecto a la superficie de la primera estructura de tal modo que las primeras elevaciones y/o las primeras depresiones presentan primeras dimensiones y las segundas elevaciones y/o las segundas depresiones presentan segundas dimensiones, siendo las primeras dimensiones superiores a las segundas dimensiones en al menos un factor 10.

Según la etapa a) se proporciona un material de base conductor de electricidad no estructurado. Como material de base se proporcionan láminas de metal, preferentemente con un grosor de 5 |im a 50 |im, en particular de 10 |im a 20 |im. Los materiales adecuados para la lámina de metal son preferentemente cobre, aluminio, níquel, litio, silicio dopado y/o metalizado, láminas de polímero metalizadas, oro y plata. Son posibles también otros materiales.

Según la etapa b), al menos una superficie del material de base, prevista para alojar las partículas conductoras de electricidad, se somete a radiación láser de pulsos ultracortos. De esta manera se producen una primera estructura en forma de primeras elevaciones y/o primeras depresiones respecto a la superficie del material de base y simultáneamente una segunda estructura en forma de segundas elevaciones y/o segundas depresiones respecto a la superficie de la primera estructura de tal modo que las primeras elevaciones y/o las primeras depresiones presentan primeras dimensiones y las segundas elevaciones y/o las segundas depresiones presentan segundas dimensiones, siendo las primeras dimensiones superiores a las segundas dimensiones en al menos un factor 10. En una configuración particularmente preferida, la superficie del material de base, prevista para alojar las partículas conductoras de electricidad, se somete a una radiación láser de pulsos ultracortos de tal modo que las primeras dimensiones se pueden ajustar a valores de 1 |im a 100 |im, preferentemente de 1 |im a 50 |im, de manera particularmente preferida de 5 |im a 20 |im, y las segundas dimensiones se pueden ajustar a valores de 100 nm a 2000 nm, preferentemente de 200 nm a 1000 nm, de manera particularmente preferida de 300 nm a 900 nm.

En una configuración particularmente preferida, la radiación láser de pulsos ultracortos se puede generar mediante un láser de femtosegundo y/o un láser de picosegundo, pudiéndose seleccionar para la radiación láser en particular los siguientes parámetros dentro de los intervalos de parámetros siguientes:

- longitud de pulso de 50 fs a 100 ps, en particular de 300 fs a 100 ps;

- longitud de onda de 190 nm a 3 |im, en particular 255 nm a 1100 nm;

- frecuencia de pulso de 1 Hz a 100 MHz, en particular de 100 kHz a MHz;

- potencia de láser de 1 mW a 1 kW, en particular de 100 mW a 200 W; y

- diámetro de foco de 1 |im a 1000 |im, en particular de 5 |im a 100 |im.

La selección de los parámetros para la radiación láser dentro de los intervalos de parámetros mencionados evita en particular la entrada de calor en el material de láser y la formación, asociada a esto, de una masa fundida en la superficie del material de base. Asimismo, al someterse la superficie del material de base a pulsos de láser ultracortos es posible aplicar otro efecto que consiste en que sobre una superficie metálica del material de base se configuran las llamadas “estructuras nano-onduladas”. El término de superficies nano-onduladas identifica aquí una topografía sobre la superficie irradiada del material de base que está presente en forma de una pluralidad de ranuras paralelas entre sí con segundas dimensiones en particular en el intervalo preferido mencionado arriba o el intervalo particularmente preferido. Para la configuración de las estructuras nano-onduladas, que se puede realizar en particular en forma de una nanoestructuración autoorganizada, se requiere preferentemente una coordinación detallada de los parámetros de proceso posibles para la radiación láser de pulsos ultracortos utilizada.

En esta configuración particularmente preferida se puede realizar entonces una estructuración jerárquica sobre el material de base con primeras estructuras en el intervalo de micrómetros y con segundas estructuras en el intervalo de nanómetros en una etapa de procedimiento. El procedimiento de fabricación se puede realizar preferentemente en aire ambiente. No obstante, son adecuadas también distintas atmósferas de gas de proceso, por ejemplo, compuesto de He, N², Ar o mezclas de gas de estos y otros gases. La aplicación del presente procedimiento hace innecesarios en particular los procesos de mecanizado posterior, con la misma calidad de estructuración, aunque estos siguen siendo posibles.

En otro aspecto, la presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de un compuesto estratificado conductor de electricidad que presenta un material de base conductor de electricidad descrito arriba o abajo y un material de recubrimiento que presenta partículas conductoras de electricidad, en particular para la fabricación de un compuesto estratificado descrito arriba o abajo. El procedimiento comprende las etapas siguientes c) a e) que se ejecutan preferentemente en el orden indicado, comenzando con la etapa c) y finalizando con la etapa e), pudiéndose ejecutar al menos parcialmente al mismo tiempo dos o varias de las etapas:

c) aplicar una masa pastosa colable, en la que están introducidos al menos un disolvente y las partículas conductoras de electricidad, sobre la superficie, prevista para alojar las partículas conductoras de electricidad, de un material de base descrito abajo o arriba o de un material de base fabricado según lo descrito arriba o abajo;

d) distribuir la masa pastosa por efecto capilar sobre la superficie del material de base; y

e) secar la masa pastosa.

Si el material de base se fabrica según las etapas a) y b) descritas arriba o abajo, estas etapas pueden ir seguidas de las etapas mencionadas c) y e).

Según la etapa c), una masa pastosa colable, que puede estar presente en particular en forma de una barbotina colable, se aplica sobre la superficie, prevista para alojar las partículas conductoras de electricidad, del material de base conductor de electricidad que se utiliza preferentemente en forma de una lámina de derivador de corriente como derivador de corriente. Por el término “derivador de corriente” se entiende aquí un material conductor de electricidad, diseñado para crear una unión conductora de electricidad entre un elemento de un acumulador y una conexión eléctrica correspondiente.

La distribución de la masa pastosa sobre la superficie del material de base se realiza según la etapa d) por el efecto capilar que se ejerce sobre la superficie del material de base. Como se explica arriba y abajo en detalle, la topografía en forma de una estructura jerárquica, existente sobre la superficie del material de base según la presente invención, puede actuar adicionalmente como estructura de transporte capilar para facilitar una distribución lo más uniforme posible de la masa pastosa colable. En la masa pastosa se pueden utilizar, por una parte, las partículas conductoras de electricidad que se utilizan preferentemente en forma de partículas primarias, agregados y/o aglomerados con dimensiones de 10 nm a 100 |im. Si el material de base se utiliza como derivador de corriente en el cátodo, en el caso, por ejemplo, de las baterías de iones de litio se utilizan en la masa pastosa generalmente partículas activas que presentan LiNixMnyCozO²(NMC), LiFePO⁴(LFP), LiCoO²(LCO) o LiMn²O⁴(LMO) o azufre (S)/azufre de litio (Li S). Si el material de base se utiliza en cambio como derivador de corriente en el ánodo, se utilizan generalmente partículas activas que presentan modificaciones de carbono, silicio, mezclas de grafito y silicio, óxido de estaño, titanato de litio o litio metálico. Como modificaciones de carbono se pueden utilizar distintos tipos de grafitos, por ejemplo, grafitos sintéticos, grafitos naturales o escamas de grafito, grafeno, fullenero, nanotubos de carbono de una o varias paredes o mezclas de los mismos. Son posibles también otros materiales.

Por la otra parte, la masa pastosa comprende al menos un disolvente, cuya evaporación apoya el secado o el proceso de dejar secar la masa pastosa según la etapa e). Como disolvente se utiliza generalmente N-metilo-2-pirrolidona (NMP). Son posibles también otros disolventes, en particular disolventes a base de agua. Asimismo, la masa pastosa puede comprender otros componentes, preferentemente aditivos de conductividad, por ejemplo, hollín, en particular para mejorar la conductividad eléctrica en el material de electrodo posterior y/o al menos un aglutinante polimérico, por ejemplo, fluoruro de polivinilideno (PVDF), en particular para mejorar la unión de las partículas eléctricas entre sí y a la superficie del material de base. Los aditivos de conductividad y/o los aglutinantes poliméricos junto con las partículas activas conductoras de electricidad pueden estar presentes preferentemente en forma de partículas primarias, agregados y/o aglomerados con dimensiones de 10 nm a 100 |im que en una configuración especial se pueden dividir en dos intervalos de tamaño separados entre sí en el intervalo de nanómetros, en particular de 10 nm a 100 nm, y en el intervalo de micrómetros, en particular de 1 |im a 50 |im. Una buena unión del electrodo estratificado, fabricado de esta manera, al derivador de corriente, que se puede conseguir de este modo, puede reducir o impedir una delaminación de capas del material de electrodo y mejorar el contacto eléctrico entre la capa y el derivador de corriente.

Para otros detalles relativos a los presentes procedimientos de fabricación se remite a la descripción respectiva de los objetos posibles de fabricar de esta manera.

En otro aspecto, la presente invención se refiere a una utilización preferida del material de base conductor de electricidad como derivador de corriente para un material de electrodo que presenta partículas conductoras de electricidad. Como se describió, por el término “derivador de corriente” se entiende un material conductor de electricidad diseñado para crear una unión conductora de electricidad entre un elemento de un acumulador y una conexión eléctrica correspondiente.

En otro aspecto, la presente invención se refiere a una utilización preferida del compuesto estratificado conductor de electricidad, que comprende al menos un material de base conductor de electricidad, en un elemento secundario de un acumulador, en particular una batería de iones de litio. Como ya se mencionó, el término “conductor de electricidad” se puede referir en el contexto de la presente invención tanto a una conductividad electrónica como una conductividad iónica. El compuesto estratificado se puede utilizar también en futuros elementos secundarios de alta capacidad, por ejemplo, a base de silicio, azufre de litio u óxido de estaño. Es posible también el uso en otros acumuladores. En este contexto, el término “elemento secundario” se refiere a un elemento de almacenamiento individual recargable de energía eléctrica, en particular a diferencia de un elemento primario no recargable o recargable solo de manera limitada. Para la fabricación de un elemento de almacenamiento recargable se pueden ensamblar un compuesto estratificado diseñado como cátodo y un compuesto estratificado diseñado como ánodo que están separados entre sí por un separador. Una interconexión de los elementos secundarios en serie y/o en paralelo se identifica usualmente como “acumulador”.

Para otros detalles relativos a las presentes utilizaciones se remite a la descripción respectiva de los objetos correspondientes.

En otro aspecto, la presente invención se refiere a un acumulador que presenta al menos un compuesto estratificado conductor de electricidad según la invención, que comprende al menos un material de base conductor de electricidad según la invención, en al menos un elemento secundario. En el caso del acumulador se puede tratar en particular de una batería de iones de litio. Son posibles asimismo otros tipos de acumuladores que disponen de elementos secundarios, por ejemplo, a base de silicio, azufre de litio u óxido de estaño. Para más detalles relativos al acumulador se remite a la descripción restante.

Ventajas de la invención

La presente invención tiene una serie de ventajas en comparación con los materiales de base conocidos del estado de la técnica y los compuestos estratificados, que comprenden los materiales de base, y los procedimientos de fabricación correspondientes, en particular respecto a las utilizaciones preferidas en cada caso.

La invención descrita puede mejorar la potencia de los electrodos presentes en un elemento secundario, en particular si se utilizan los compuestos de material multiescala conductores de electricidad o los electrodos en polvo, mencionados al inicio, que disponen de partículas conductoras de electricidad, en particular partículas primarias, agregados y/o aglomerados con dimensiones de 10 nm a 100 |im. La utilización de superficies estructuradas jerárquicamente para el derivador de corriente permite utilizar materiales de electrodo novedosos que se podían utilizar hasta el momento solo de manera limitada debido a la unión deficiente al derivador de corriente como resultado del proceso de recubrimiento, así como debido a la producción de grandes expansiones volumétricas durante el ciclado electroquímico y la delaminación subsiguiente. A partir de esto se obtienen ventajosamente también ciclos de vida útil largos y propiedades de capa mecánicas mejoradas. La adherencia mejorada de las capas aumenta la flexibilidad al seleccionarse un posible diseño de celda, por ejemplo, celdas enrolladas, celdas de bolsa o celdas prismáticas.

Al separarse los electrodos por estampado y al soldarse la pila seca de electrodos/separadores mediante soldadura por ultrasonido se generan hasta el momento cargas mecánicas locales considerables que pueden provocar una delaminación o un fallo de las capas debido al comportamiento frágil. Estos procesos, que determinan la calidad y/o la vida útil, se pueden mejorar mediante la estructuración superficial según la invención de los derivadores de corriente y/o mediante una modificación selectiva en zonas críticas, en particular en las zonas de los bordes y los contactos soldados. La texturización jerárquica local en los bordes de recubrimiento puede dar lugar también a una reducción clara del engrosamiento de las capas y, debido al efecto capilar durante el recubrimiento, a una homogenización del grosor de capa en toda la zona de recubrimiento, lo que puede facilitar en particular un ahorro de material activo, así como condiciones de celda definidas, grosor de electrodo definido y carga definida. Los canales en los derivadores de corriente se pueden utilizar como capilares para el electrolito y pueden homogeneizar así la humectación durante la fabricación del compuesto estratificado. Como resultado del proceso de recubrimiento más homogéneo se puede necesitar en general una menor cantidad de disolvente y es posible, por tanto, acortar el proceso de secado y configurarlo de una manera más robusta, lo que se puede utilizar para aumentar el rendimiento de la producción durante la fabricación de los elementos secundarios.

Breve descripción de las figuras

Otros detalles y características de la presente invención se derivan de la descripción siguiente de ejemplos de realización preferidos, en particular en combinación con las reivindicaciones dependientes. Las características respectivas se pueden implementar por separado o en varias combinaciones entre sí. La invención no está limitada a los ejemplos de realización.

Los ejemplos de realización están representados esquemáticamente en las figuras siguientes. Los mismos números de referencia identifican en las figuras a los elementos iguales o de igual funcionamiento o a los elementos, cuyas funciones están en correspondencia entre sí.

Muestran en detalle:

Figura 1 una comparación esquemática en forma de secciones transversales entre un material de base y un compuesto estratificado según el estado de la técnica (figura 1a) y según la presente invención (figura 1b a 1d en una vista detalla a escala más ampliada respectivamente);

Figura 2 una representación esquemática en forma de secciones transversales de la primera estructura (figuras 2a-2c) y la estructura jerárquica (figura 2d-2f) de topografías distintas sobre la superficie del material de base;

Figura 3 una representación esquemática del procedimiento para la fabricación del compuesto estratificado; Figura 4 micrografías electrónicas de barrido (imágenes SEM) de una lámina de aluminio estructurada (figura 4a) y una lámina de cobre (figura 4b);

Figura 5 imágenes SEM de materiales de base estructurados compuestos de láminas de cobre con una capa de níquel, aplicada sobre las mismas, a distancias diferentes de las primeras estructuras, así como con una resolución de tamaño distinta;

Figura 6 imágenes SEM de un compuesto estratificado según el estado de la técnica (figura 6a) y según la presente invención (figura 6b);

Figura 7 una representación esquemática de un dispositivo para la fabricación de un material de base conductor de electricidad según la invención; y

Figura 8 una representación esquemática de una estructuración selectiva y/o local de la superficie del material de base en cantos de corte, bordes de recubrimiento y/o contactos soldados en corte transversal (figuras 8a y 8b) o en vista en planta (figura 8c).

Descripción de los ejemplos de realización

La figura 1a muestra esquemáticamente, a modo de comparación, en forma de una sección transversal un compuesto estratificado conductor de electricidad 110, conocido del estado de la técnica, que dispone de un material de base conductor de electricidad 112 que está presente en forma de una lámina de metal y tiene preferentemente un grosor de 5 |im a 50 |im, en particular de 10 |im a 20 |im, y de un material de recubrimiento 114 aplicado sobre el mismo en forma de una capa delgada, presentando el material de recubrimiento 114 una pluralidad de partículas conductoras de electricidad 116 que se han de adherir lo mejor posible a una superficie 118 prevista para alojar las partículas 116.

Para conseguir en particular una adherencia mejorada de las partículas 116 sobre la superficie 118 del material de base 112, en las figuras 1b a 1d están representados, en cambio, el compuesto estratificado 110 y el material de base 112 según la presente invención en forma de secciones transversales en una vista detallada a escala cada vez más ampliada. A tal efecto, la superficie 118 del material de base 112, que está prevista para alojar las partículas conductoras de electricidad, presenta una estructura jerárquica que comprende una primera estructura 120 y una segunda estructura 122. En el presente ejemplo de realización según las figuras 1b a 1d, la primera estructura 120 muestra tanto primeras elevaciones 124 como primeras depresiones 126 respecto a la superficie 118 del material de base 112, mientras que la segunda estructura 122 muestra tanto segundas elevaciones 128 como segundas depresiones 130 respecto a la superficie 132 de la primera estructura 120. Para la presente invención resulta irrelevante que la superficie 132 de la primera estructura 120 coincida también parcialmente con la superficie 118 del material de base 112.

En las figuras 2a-2c están representadas esquemáticamente, en forma de secciones transversales, topografías distintas solo de la primera estructura 120 sobre la superficie 118 del material de base 112, mientras que las figuras 2d a 2f muestran toda la estructura jerárquica sobre la superficie 118 del material de base 112. Se puede observar que la superficie 118 del material de base 112 puede estar provista de texturas jerárquicas diferentes. Las figuras 2a-2f muestran a modo de ejemplo canales 134 que están formados a partir de las primeras estructuras 120 y en los que la segunda estructura 122 está introducida en forma de ondas tanto en los canales 134 como en las paredes laterales 136 de los canales 134. Las primeras elevaciones 124 pueden presentar en particular una sección transversal angular 138 (véase figuras 2a y 2d) o una sección transversal redondeada 140 (véase figuras 2b y 2e) y pueden disponer, dado el caso, de muescas 142.

En las representaciones de las figuras 2a-2f, que no están a escala, se observa que las primeras elevaciones 124 y las primeras depresiones 126 tienen en los presentes ejemplos de realización primeras dimensiones en el intervalo de 1 |im a 100 |im, mientras que las segundas elevaciones 128 y las segundas depresiones 130 disponen de segundas dimensiones en el intervalo de 100 nm a 2000 nm, de modo que la especificación según la invención de que las primeras dimensiones superan a las segundas dimensiones en al menos un factor 10, se cumple también en los presentes ejemplos de realización.

La figura 3 muestra una representación esquemática en particular de las etapas c) y d) del procedimiento según la invención para la fabricación del compuesto estratificado 110. Según la etapa c), una masa pastosa 144, que puede estar presente en particular en forma de una barbotina colable, se aplica con este fin sobre la superficie 118, prevista para alojar las partículas conductoras de electricidad 116, del material de base conductor de electricidad 112 provisto de una estructura jerárquica, representada, por ejemplo, en las figuras 2d a 2f. La masa pastosa comprende, por una parte, las partículas conductoras de electricidad 116 presentes preferentemente en forma de partículas primarias, agregados y/o aglomerados con dimensiones de 10 nm a 100 |im. Por la otra parte, la masa pastosa comprende al menos un disolvente, cuya evaporación apoya el secado de la masa pastosa 144 según la etapa e). La masa pastosa 144 puede presentar también aditivos de conductividad y/o al menos un aglutinante polimérico.

Como se muestra esquemáticamente también en la figura 3, la distribución de la masa pastosa 144 sobre la superficie 118 del material de base 112 se realiza según la etapa d) por el efecto capilar que se ejerce sobre la superficie 118 del material de base 112. Los canales 134, existentes en el presente ejemplo sobre la superficie 118 del material de base 112, generan adicionalmente fuerzas capilares 146 en dirección de movimiento, lo que facilita una distribución lo más homogénea posible de la masa pastosa 144 en los canales 134.

Las figuras 4a y 4b muestran micrografías electrónicas de barrido (imágenes SEM) de una lámina de aluminio estructurada (figura 4a) y una lámina de cobre (figura 4b) que se pueden utilizar respectivamente como el material de base 112 para la fabricación del compuesto estratificado, por ejemplo, según la figura 3. El tamaño de las estructuras se observa en la indicación de tamaño respectiva en la barra situada abajo a la derecha. Aquí se puede observar la estructura jerárquica sobre la superficie 118 del material de base 112, es decir, tanto las primeras estructuras 120 como las segundas estructuras 122. En las figuras 4a y 4b se observa también que en dependencia de la selección del material para el material de base 112 como en dependencia del ajuste de los parámetros durante la estructuración de la superficie 118 del material de base 112, no estructurado inicialmente, se pueden producir estructuras jerárquicas diferentes sobre la superficie 118 del material de base 112.

Las figuras 5a-5d muestran respectivamente imágenes SEM de distintos materiales de base 112 estructurados con una resolución de tamaño diferente (véase indicación de tamaño en la barra situada abajo a la derecha) o distancias diferentes de las primeras estructuras 120. La figura 5c muestra una vista detallada a escala ampliada de una sección de la figura 5a, al igual que la figura 5d muestra una vista a escala ampliada de una sección de la figura 5b. En este caso, una lámina de cobre sirve respectivamente como el material de base 112 no estructurado y una capa de níquel, aplicada sobre la superficie del material de base 112 no estructurado, sirve como capa separada 148 de otro material conductor de electricidad. En estos ejemplos de realización, la superficie 118 del material de base 112 queda expuesta en una parte de las primeras depresiones 126 y las segundas elevaciones 128 y las segundas depresiones 130 están introducidas directamente en la superficie 118 del material de base 112. Por consiguiente, se produce aquí sobre la superficie 118 del material de base 112, configurado de esta manera, una topografía que se puede identificar también como patrón químico 150. En el presente ejemplo de la capa de níquel magnética delgada como la capa separada 148 en la lámina de cobre no magnética como el material de base 112 no estructurado se alternan zonas magnéticas con zonas no magnéticas sobre la superficie 118 del material de base 112. El patrón químico 150 representado se puede utilizar también para introducir diferentes grupos estructurales funcionales en distintas zonas, por ejemplo, para influir en el comportamiento de humectación, por ejemplo, mediante la introducción de grupos polares o no polares para masas pastosas 114 no acuosas o acuosas.

Las figuras 6a y 6b muestran respectivamente imágenes SEM de compuestos estratificados 110 que se fabricaron sobre una lámina de cobre estándar no estructurada como el material de base 112 no estructurado según el estado de la técnica (véase figura 6a) o sobre una lámina de cobre con estructuración jerárquica con nano-ondulaciones como el material de base 112 estructurado según la presente invención (véase figura 6b). El tamaño de las estructuras se observa también aquí en la indicación de tamaño respectiva en la barra situada abajo a la derecha. Mientras que el compuesto estratificado, fabricado según el estado de la técnica, presenta una adherencia de capa comparativamente incompleta, un uso de la lámina de cobre estructurada como estructuración jerárquica según la presente invención muestra una adherencia de capa mejorada.

En la figura 7 está representado esquemáticamente un dispositivo 152 para la fabricación de un material de base conductor de electricidad 112 para alojar un material de recubrimiento 114 que presenta partículas conductoras de electricidad 116. Un oscilador 154 proporciona una frecuencia de pulso 156 de 1 Hz a 100 MHz que se alimenta a un láser de femtosegundo o picosegundo 158 que genera a partir de la misma una radiación láser de pulsos ultracortos 160. La radiación láser de pulsos ultracortos 160 presenta en particular una longitud de pulso de 50 fs a 100 ps, una longitud de onda a modo de ejemplo de 1030 nm, una frecuencia de pulso de 1 Hz a 100 MHz, una potencia de 1 mW a 1 kW y un diámetro de foco de 1 |im a 1000 |im. La radiación láser de pulsos ultracortos 160 se alimenta primero a un multiplicador de frecuencia 162 que a partir de la misma genera, además de la longitud de onda de 1030 nm, las demás longitudes de onda de 515 nm (duplicación de la frecuencia) y 343 nm (triplicación de la frecuencia). Mediante espejos 164 dispuestos de manera correspondiente, la radiación láser de pulsos ultracortos 160 con la longitud de onda respectiva se puede suministrar a un expansor de haz (beam expander) 166. Mediante un escáner 168, en particular un escáner con lentes f-theta, se puede formar entonces la estructura jerárquica deseada sobre una zona seleccionada en la superficie 118 del material de base 112. El material retirado de la superficie 118 del material de base 112 se puede enviar a un dispositivo de succión 170.

La figura 8 muestra esquemáticamente un corte transversal a través de un compuesto estratificado 110 provisto de una estructuración selectiva y/o local de la superficie 118 del material de base 112 en cantos de corte o bordes de recubrimiento 172 en comparación con el procedimiento convencional según el estado de la técnica que está representado en la figura 8a. Mientras que sobre la superficie 174 del material de recubrimiento 114 de acuerdo con el procedimiento según el estado de la técnica se puede formar generalmente un engrosamiento de capa 176 en los cantos de corte o los bordes de recubrimiento 172, como muestra la figura 8a, la superficie 174 del material de recubrimiento 114 se puede producir de una manera lisa y homogénea mediante la estructuración selectiva y/o local 178, según la invención, de la superficie 118 del material de base 112 en los cantos de corte o los bordes de recubrimiento 172 según la figura 8b.

En la figura 8c está representada esquemáticamente una vista en planta de un compuesto estatificado 110 separado que se puede utilizar preferentemente como electrodo en un acumulador. En este ejemplo de realización preferido, el canto de corte 172 está provisto de una estructura jerárquica según la invención, que se describe arriba, para evitar la delaminación en particular debido al estampado durante una separación del compuesto estratificado 110 y/o para evitar una delaminación de las capas debido al uso de ultrasonido durante otro tratamiento del compuesto estratificado 110. La superficie estructurada 118 sobre el material de base 112, que sirve como lámina de derivador de corriente, presenta asimismo estructuras jerárquicas para posibilitar una unión óptima de un derivador de corriente 180 separado, en particular de la zona 182 prevista al respecto, y de la lámina de derivador de corriente, en particular de la zona 118, mediante el uso de ultrasonido. Esto permite mediante el contacto mejorado a diferencia del estado de la técnica en particular la entrada de un flujo de corriente eléctrica homogénea desde el exterior en la celda, en particular en el compuesto estratificado 110, que presenta una adherencia de capa optimizada como resultado de una estructura jerárquica correspondiente de la lámina de derivador de corriente.

Lista de números de referencia

110 Compuesto estratificado

112 Material de base

114 Material de recubrimiento

116 Partículas conductoras de electricidad

118 Superficie del material de base

120 Primera estructura

122 Segunda estructura

124 Primeras elevaciones

126 Primeras depresiones

128 Segundas elevaciones

130 Segundas depresiones

132 Superficie de la primera estructura

134 Canal

136 Pared lateral del canal

138 Sección transversal angular

140 Sección transversal redondeada

142 Muesca

144 Masa pastosa (barbotina colable)

146 Fuerzas capilares en dirección de movimiento

148 Capa separada

150 Patrón químico

152 Dispositivo para la fabricación del material de base

154 Oscilador

156 Frecuencia de pulso

158 Láser de femtosegundo o picosegundo

160 Radiación láser de pulsos ultracortos

162 Multiplicador de frecuencia

164 Espejo

166 Expansor de haz

168 Escáner

170 Dispositivo de succión

172 Canto de corte o borde de recubrimiento

174 Superficie del material de recubrimiento

176 Engrosamiento de capa

178 Estructuración selectiva y/o local

180 Derivador de corriente

182 Zona

Claims

REIVINDICACIONES

1. Material de base conductor de electricidad (112) diseñado para alojar un material de recubrimiento (114) que presenta partículas conductoras de electricidad (116), comprendiendo el material de base (112) una lámina de metal, disponiendo al menos una superficie (118), prevista para alojar las partículas conductoras de electricidad (116), del material de base (112) de una primera estructura (120) y de una segunda estructura (122), presentando la primera estructura (120) primeras elevaciones (124) y/o primeras depresiones (126) respecto a la superficie (118) del material de base (112), presentando la segunda estructura (122) segundas elevaciones (128) y/o segundas depresiones (130) respecto a la superficie (132) de la primera estructura (120), disponiendo las primeras elevaciones (124) y/o las primeras depresiones (126) de primeras dimensiones, disponiendo las segundas elevaciones (128) y/o las segundas depresiones (130) de segundas dimensiones, superando las primeras dimensiones las segundas dimensiones en al menos un factor 10.

caracterizado por que

la superficie (118) del material de base (112) no estructurado dispone también de una capa separada (148) de otro material conductor de electricidad, quedando expuesta la superficie (118) del material de base (112) al menos en una parte de las primeras depresiones (126) y estando introducidas las segundas elevaciones (128) y/o las segundas depresiones (130) en la superficie (118) del material de base (112).

2. Material de base (112) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las primeras dimensiones tienen un valor de 1

|im a 100 |im y las segundas dimensiones, un valor de 100 nm a 2000 nm.

3. Material de base (112) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, en el que la lámina de metal presenta un grosor de 5 |im a 50 |im.

4. Material de base (112) de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la lámina de metal presenta un grosor de 10

|im a 20 |im.

5. Material de base (112) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la lámina de metal comprende una lámina de aluminio o una lámina de cobre.

6. Compuesto estratificado conductor de electricidad (110) que comprende un material de base conductor de electricidad (112) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5 y un material de recubrimiento (114) que presenta partículas conductoras de electricidad (116), adhiriéndose las partículas (116) a primeras elevaciones (124) y/o a primeras depresiones (126) en una primera estructura (120) sobre la superficie (118) del material de base (112) y/o a segundas elevaciones (128) y/o a segundas depresiones (130) en una segunda estructura (122) sobre la superficie (132) de la primera estructura (120).

7. Compuesto estratificado (110) de acuerdo con la reivindicación 6, en el que las partículas (116) están introducidas en una fase que puede comprender aglutinantes poliméricos y/o aditivos de conductividad.

8. Procedimiento para la fabricación de un material de base conductor de electricidad (112) para alojar un material de recubrimiento (114) que presenta partículas conductoras de electricidad (116), con las etapas siguientes:

a) proporcionar un material de base conductor de electricidad (112), no estructurado, en forma de una lámina de metal; y

b) someter al menos una superficie (118), prevista para alojar las partículas conductoras de electricidad (116), del material de base (112) a radiación láser de pulsos ultracortos (160), mediante lo que se producen una primera estructura (120) en forma de primeras elevaciones (124) y/o primeras depresiones (126) respecto a la superficie (118) del material de base (112) y simultáneamente una segunda estructura (122) en forma de segundas elevaciones (128) y/o segundas depresiones (130) respecto a la superficie (132) de la primera estructura (120) de tal modo que las primeras elevaciones (124) y/o las primeras depresiones (126) presentan primeras dimensiones y las segundas elevaciones (128) y/o las segundas depresiones (130) presentan segundas dimensiones, con lo cual las primeras dimensiones se fabrican mayores que las segundas dimensiones en al menos un factor 10.

9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la producción de la primera estructura (120) y de la segunda estructura (122) sobre la superficie (118) del material de base (112) se realiza en una etapa de procedimiento.

10. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 8 o 9, en el que al menos la superficie (118), prevista para alojar las partículas conductoras de electricidad (116), del material de base (112) se somete a la radiación láser de pulsos ultracortos (160) de tal modo que las primeras dimensiones se ajustan a un valor de 1 |im a 100 |im y las segundas dimensiones, a un valor de 100 nm a 2000 nm.

11. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 a 10, en el que la radiación láser de pulsos ultracortos (160) se produce mediante un láser de femtosegundo y/o un láser de picosegundo (158), presentando la radiación láser de pulsos ultracortos (160) una longitud de pulso de 50 fs a 100 ps, una longitud de onda de 190 nm a 3 |im, una frecuencia de pulso de 1 Hz a 100 MHz, una potencia de 1 mW a 1 kW y un diámetro de foco de 1 |im a 1000 |im.

12. Procedimiento para la fabricación de un compuesto estratificado (110) de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 o 7, que comprende las etapas siguientes:

c) aplicar una masa pastosa colable (144), en la que están introducidos al menos un disolvente y las partículas conductoras de electricidad (116), sobre la superficie (118), prevista para alojar las partículas conductoras de electricidad (116), de un material de base (112) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4;

d) distribuir la masa pastosa (144) por efecto capilar sobre la superficie (118) del material de base (112); y e) secar la masa pastosa (144).

13. Uso de un material de base conductor de electricidad (112) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5 como derivador de corriente para un material de electrodo que presenta partículas conductoras de electricidad (116).

14. Uso de un compuesto estratificado conductor de electricidad (110) de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 o 7 en un elemento secundario de un acumulador, en particular una batería de iones de litio.

15. Acumulador, en particular una batería de iones de litio, que presenta al menos un compuesto estratificado conductor de electricidad de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 o 7 en al menos un elemento secundario.