ES2810326T3 - Batería secundaria de litio - Google Patents

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Shinji Saito
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Abstract

Batería secundaria de litio para un motor de arranque que puede descargarse a -30 grados centígrados y cargarse rápidamente a 25 grados centígrados ocluyendo y liberando repetidamente iones de litio en una construcción en la que se infiltra una solución electrolítica orgánica en un grupo de electrodos enrollado o apilado o dicho grupo de electrodos se sumerge en dicha solución electrolítica interponiendo un separador entre un electrodo positivo que tiene un material de electrodo positivo formado sobre una lámina metálica y un electrodo negativo que tiene un material de electrodo negativo formado sobre una lámina metálica, donde dicho material de electrodo positivo consiste en una mezcla de partículas de compuesto de fosfato de metal que contiene litio cuyas superficies están recubiertas con un material de carbono amorfo y un material de carbono conductor, en el cual los átomos de dichos materiales de carbono de la superficie están unidos químicamente entre sí; dicho material de electrodo negativo contiene partículas de grafito que tienen un área superficial específica de no menos de 6 m2/g y partículas de carbono blando, en el que dichas partículas de grafito y dichas partículas de carbono blando están recubiertas con un material de carbono amorfo, y los átomos de carbono de la superficie de dichas partículas de grafito y los de dichas partículas de carbono blando están químicamente unidos entre sí; dicha lámina metálica para el electrodo positivo tiene una pluralidad de orificios pasantes, formados a través de la misma, presentando cada uno una porción proyectada en al menos una superficie del mismo; dicha solución electrolítica orgánica consiste en un solvente orgánico y un electrolito mixto disuelto en el mismo, dicho solvente orgánico es un éster mixto de ácido carbónico, y dicho electrolito mixto contiene hexafluorofosfato de litio y bis fluorosulfonil imida de litio; y dicho separador consiste en una tela no tejida fibrosa que tiene al menos uno de un grupo hidrófilo y cerámica de óxido en una superficie del mismo.

Description

DESCRIPCIÓN
Batería secundaria de litio
CAMPO TÉCNICO
[0001] La presente invención se refiere a una batería secundaria de litio y más particularmente a una batería secundaria de litio para usar como fuente de alimentación con el fin de reemplazar una batería de plomo ácido para un motor de arranque que se utilizará para un sistema de parada en ralentí.
ANTECEDENTES DE LA TÉCNICA
[0002] La batería secundaria de litio compuesta por un material capaz de ocluir y liberar iones de litio se ha suministrado al mercado como una batería de consumo para uso móvil, como en un teléfono portátil. En los últimos años, la batería secundaria de litio se ha desarrollado como una fuente de alimentación para montarse en vehículos tales como coches híbridos, coches eléctricos y similares. Mientras tanto, existe un movimiento del uso de la batería secundaria de litio como fuente de alimentación para reemplazar la batería de plomo ácido para el arranque del motor que se utilizará para el sistema de parada en ralentí.
[0003] La batería secundaria de litio que se utilizará para el sistema de parada en ralentí o un sistema de parada y arranque (en lo sucesivo, ISS) debe descargarse a una corriente grande no inferior a 20 ItA para permitir que un motor funcione a alrededor de -30 grados centígrados. En este sentido, el rendimiento de la batería secundaria de litio es inferior al de la batería de plomo ácido. También se requiere que la batería secundaria de litio se cargue regenerativamente a una corriente grande no inferior a 50 ItA en un tiempo de frenado. Es difícil que la batería de plomo ácido presente este rendimiento. Para lograr estos objetos, se consideran los siguientes elementos (1) y (2): elemento (1): para disminuir la resistencia de una batería y elemento (2): para evitar la precipitación de metal litio en una reacción de intercalación de iones de litio en el electrodo negativo de la batería.
[0004] En lo que respecta al elemento (1), existen propuestas para rebajar los electrodos positivos y negativos y para disminuir las resistencias de los electrodos aplicando carbono a la superficie de la lámina de aluminio de captación de corriente (documento de patente 1). Hay otra propuesta para disminuir la resistencia aumentando la cantidad de materiales conductores dentro de los electrodos. Según otra propuesta adicional para disminuir la resistencia de la batería, se controla el grosor del separador y los diámetros de los poros. En cuanto al elemento (2), existe una propuesta para aumentar el área de reacción disminuyendo los diámetros de las partículas de la sustancia activa del electrodo positivo y la del electrodo negativo con el fin de reducir las densidades de las corrientes de carga y descarga. Según otra propuesta, se examina la alteración de la sustancia activa del electrodo negativo de un material de grafito al material de carbono amorfo o al titanato de litio.
[0005] En la batería secundaria de litio conocida, el material del electrodo positivo está compuesto por el óxido de fósforo metálico de litio de tipo olivino que tiene al menos una fase seleccionada de entre la fase de grafeno y la fase amorfa en al menos su superficie. La fase superficial del óxido de fósforo metálico de litio de tipo olivino y la del material de carbono están unidas entre sí por fusión. El material del electrodo negativo de la batería contiene las partículas de material de carbono a base de grafito (carbono blando) cuyas superficies están recubiertas con el material de carbono amorfo. La solución electrolítica orgánica del mismo consiste en el hexafluorofosfato de litio, que actúa como el electrolito de soporte, que se disuelve en el solvente orgánico. Su separador está compuesto por tela tejida o tela no tejida hecha de resina. El separador puede estar compuesto por fibra de vidrio o fibra de celulosa (documento de patente 2).
[0006] Se sabe que se forma un orificio pasante que tiene una porción proyectada a través de una lámina de captación de corriente de la batería secundaria de litio (documento de patente 3).
[0007] Se sabe que, como solución electrolítica no acuosa, se usa una mezcla de sales de imida de litio y hexafluorofosfato de litio (en lo sucesivo denominado LiPF6) (documento de patente 4).
[0008] Aunque los dispositivos anteriormente descritos de los elementos (1) y (2) permiten que la batería secundaria de litio se cargue y descargue a una corriente grande, es difícil que la batería secundaria de litio se descargue a no menos de 20 ItA cuando la temperatura es de -30 grados centígrados y se cargue a no menos de 50 ItA. Para permitir que la batería secundaria de litio tenga una alta capacidad, es desventajoso alterar la sustancia activa del electrodo negativo del material de grafito al material de carbono amorfo y es difícil hacerlo desde el punto de vista del ahorro de peso, que es importante al usar la batería secundaria de litio para los ISS. Los valores objetivo descritos anteriormente mejoran las técnicas para producir la batería secundaria de litio para los ISS y, además, las técnicas para producir baterías, con un volumen grande o alto, que se desarrollan para permitir que un HEV, un PHEV y un EV tengan una gran distancia de recorrido en un accionamiento electromotor sin aumentar su peso.
[0009] El documento CA-A-2794290 da a conocer un método para producir un material de electrodo y una batería secundaria de iones de litio. La capa superficial del ingrediente básico del material del electrodo consiste en al menos una capa superficial seleccionada de entre una fase de grafeno y una fase amorfa y está fusionada y unida a un material conductor.
[0010] El documento JP-A-2008311171 divulga una batería secundaria de litio.
[0011] El documento JP-A-2013239352 da a conocer una batería secundaria electrolítica no acuosa.
[0012] El documento XP055418693 (Longfei Zhang et al., “Synergistic effect between lithium bis(fluorosulphonyl)imide (LiFSI) and Lithium bis-oxalato borate (LiBOB) salts in LiPF6-based electrolyte for highperformnce LI-ion batteries” Electrochimica ACTA, vol. 127, páginas 39-44), examina el efecto de mezclar sal de Li en el electrolito de la batería de iones de Li en función de LiPF en carbonato de etileno y carbonato de etilo y metilo.
[0013] El documento US-A-2013/330609 da a conocer una solución de electrolito no acuosa que incorpora, en contenidos prescritos, un compuesto que tiene al menos dos grupos isocianato por molécula y un compuesto que tiene al menos dos grupos ciano por molécula.
DOCUMENTOS DE LA TÉCNICA ANTERIOR DOCUMENTOS DE PATENTE
[0014]
Documento de patente 1: publicación internacional n.° WO2011/049153
Documento de patente 2: publicación internacional n.° WO2012/140790
Documento de patente 3: publicación de solicitud de patente japonesa abierta a inspección pública n.° 6-314566 Documento de patente 4: publicación de solicitud de patente japonesa abierta a inspección pública n.° 2014­ 7052
SUMARIO DE LA INVENCIÓN PROBLEMA QUE DEBE RESOLVER LA INVENCIÓN
[0015] La presente invención se ha llevado a cabo para tratar los problemas descritos anteriormente. Es un objeto de la presente invención proporcionar una batería secundaria de litio para un ISS que pueda descargarse a -30 grados centígrados y cargarse rápidamente a 25 grados centígrados, más específicamente, que pueda descargarse a no menos de 20 ItA cuando la temperatura sea de -30 grados centígrados y se pueda cargar a no menos de 50 ItA.
MEDIOS PARA RESOLVER EL PROBLEMA
[0016] La presente invención proporciona una batería secundaria de litio para un motor de arranque según la reivindicación 1.
EFECTO VENTAJOSO DE LA INVENCIÓN
[0017] En la batería secundaria de litio de la presente invención, la lámina metálica que tiene una pluralidad de orificios pasantes, formados a través de la misma, presentando cada uno una parte proyectada en una superficie de la misma, se combina con los electrodos positivo y negativo compuestos por los materiales de electrodo positivo y negativo específicos respectivamente, la solución electrolítica orgánica específica y el separador específico. Por lo tanto, a diferencia de las baterías convencionales, la batería secundaria de litio de la presente invención se puede descargar a no menos de 20 ItA cuando la temperatura es de -30 grados centígrados y se puede cargar a no menos de 50 ItA y se le permite tener una vida dos veces más larga que la vida de una batería de plomo ácido para el ISS.
BREVE DESCRIPCIÓN DEL DIBUJO
[0018] La figura 1 es una vista en sección de una lámina metálica que tiene una pluralidad de orificios pasantes formados a través de la misma.
MODO PARA LLEVAR A CABO LA INVENCIÓN
[0019] A continuación se describe un ejemplo de cada miembro para su uso en una batería secundaria de litio de la presente invención.
[0020] Un material de electrodo positivo ocluye y descarga iones de litio y consiste en una mezcla de partículas de compuesto de fosfato de metal que contienen litio cuyas superficies están recubiertas con un material de carbono amorfo y un material de carbono conductor. Los átomos de estos materiales de carbono de la superficie están unidos químicamente entre sí.
[0021] El material de carbono amorfo tiene al menos una fase seleccionada de entre una fase de grafeno y una fase amorfa como capa superficial. La fase de grafeno se refiere a una capa de una estructura de anillo plana de seis miembros de átomos de carbono unidos sp2. La fase amorfa se refiere a la estructura de anillo de seis miembros construida tridimensionalmente. La fase de grafeno y la fase amorfa se forman en la superficie del material de carbono conductor. El enlace químico de los átomos de carbono de la superficie significa que los átomos de los materiales de carbono de la superficie están unidos entre sí debido a la turbulencia de la capa de grafeno y/o la capa amorfa.
[0022] Como método para recubrir las superficies de las partículas del compuesto de fosfato de metal que contiene litio con el material de carbono amorfo, después de que las partículas del compuesto de fosfato de metal que contienen litio se traten con un gas o un líquido que contiene hidrocarburo, la sustancia tratada se hornea en una atmósfera reductora. El material de carbono amorfo está en contacto cercano con las superficies de las partículas de compuesto de fosfato de metal que contienen litio. El grosor de la capa de recubrimiento que consiste en el material de carbono amorfo se establece entre 1 y 10 nm y preferiblemente entre 2 y 5 nm. En caso de que el grosor de la capa de recubrimiento que consiste en el material de carbono amorfo no sea inferior a 10 nm, la capa de recubrimiento superficial es gruesa y los iones de litio se difunden en bajo grado a la superficie de una sustancia activa que actúa como porción de reacción de la batería. Como consecuencia, la batería tiene una propiedad de alto rendimiento deteriorada.
[0023] Como el compuesto de fosfato de metal que contiene litio, se enumeran LiFePO4 , LiCoPO4 y LiMnPO4. De estos compuestos de fosfato de metal que contienen litio, es preferible usar LiFePO4 , que es un óxido de fósforo de metal de litio de tipo olivino ventajoso en lo que se refiere a su propiedad electroquímica, seguridad y precio.
[0024] Como material de carbono conductor, es preferible al menos un material de carbono conductor seleccionado de entre el polvo de carbono conductor y la fibra de carbono conductor, presentando ambos la fase de grafeno en al menos la superficie de estos.
[0025] Como el polvo de carbono conductor, es preferible al menos un polvo de carbono conductor seleccionado de entre negro de acetileno, negro de Ketjen y polvo que contiene cristal de grafito.
[0026] Como fibra de carbono conductora, es preferible al menos un tipo seleccionado entre fibra de carbono, fibra de grafito, fibra de carbono elaborada con vapor, nanofibra de carbono y nanotubos de carbono. El diámetro de la fibra de carbono se sitúa favorablemente entre 5 nm y 200 nm y más favorablemente entre 10 nm y 100 nm. La longitud de la fibra de carbono es favorablemente de 100 nm a 50 pm y más favorablemente de 1 pm a 30 pm.
[0027] En cuanto a la relación de mezcla del material de carbono conductor, se puede mezclar de un 1 a un 12 por ciento en masa y preferiblemente de un 4 a un 10 por ciento en masa del material de carbono conductor con materiales que componen el material de electrodo positivo, suponiendo que todo el material que compone el material de electrodo positivo es el 100 por ciento en masa.
[0028] En la mezcla de las partículas del compuesto de fosfato de metal que contiene litio cuyas superficies están recubiertas con el material de carbono amorfo y el material de carbono conductor, los átomos de carbono de la superficie se unen químicamente entre sí al hornear la mezcla en la atmósfera reductora.
[0029] Un material de electrodo negativo ocluye y libera iones de litio y está compuesto por partículas de grafito que tienen un área superficial específica de no menos de 6 m2/g y partículas de carbono blando. El material de carbono amorfo se forma en las superficies de estas partículas. Hay un caso en el que adicionalmente se forma una capa de carbón activado en la superficie del material del electrodo negativo.
[0030] Como la partícula de grafito que tiene un área superficial específica de no menos de 6 m2/g, se indican como ejemplo el grafito artificial o un material de carbono a base de grafito que incluya grafito natural.
[0031] La partícula de carbono blando permite que se desarrolle fácilmente un plano de red hexagonal construido por átomos de carbono, a saber, una estructura de grafito donde las fases de grafeno se superponen regularmente una sobre la otra en su superficie cuando la partícula de carbono blando se trata térmicamente en una atmósfera inerte o una atmósfera reductora.
[0032] El carbón activado se obtiene mediante tratamiento térmico de carburo producido a partir de aserrín, astillas de madera, carbón vegetal, carbón de cáscara de coco, carbón, resina fenólica o rayón a una temperatura alta de aproximadamente 1000 grados centígrados. Resulta favorable que el carbón activado que se puede usar en la presente invención tenga un área superficial específica de no menos de 1000 m2/g y más favorable que tenga el área superficial específica de 1500 a 2200 m2/g. El área superficial específica del carbón activado se mide utilizando un método BET de tres puntos.
[0033] Entre los ejemplos de productos disponibles en el mercado del carbón activado que se pueden usar en la presente invención se incluye carbón activado que tiene un número de inventario MSP-20N (área superficial específica: 2100 m2/g) producida por Kureha Chemical Industry Co., Ltd. y carbón activado tipo C Taiko (área superficial específica: 1680 m2/g) producido por Futamura Chemical Co., Ltd.
[0034] Es preferible que el diámetro medio de partícula del material de electrodo negativo sea de entre 5 y 10 pm. La relación de mezcla del material de electrodo negativo con respecto a todo el material que compone el material de electrodo negativo es de 60 a 95% en masa y preferiblemente de 70 a 80% en masa.
[0035] Como materiales para el material de electrodo negativo, es preferible utilizar el polvo de carbono conductor y la fibra de carbono conductor combinados. La relación de mezcla entre ellos se establece preferiblemente en [polvo de carbono conductor/fibra de carbono conductor = (2 a 8)/(1 a 3)] en relación de masa.
[0036] Es posible usar de un 1 a un 12, preferiblemente de un 2 a un 8 por ciento en masa del material conductor para todo el material que compone el material de electrodo negativo.
[0037] Al formar la capa de carbón activado en la superficie del material del electrodo negativo, el espesor de la capa del mismo no es mayor de 10 pm y, favorablemente, no mayor de 5 pm. Es más favorable establecer su espesor entre 1 y 3 pm.
[0038] Los átomos de carbono de la superficie de las partículas que componen el material del electrodo negativo se unen químicamente entre sí al hornear la mezcla en la atmósfera reductora.
[0039] Una lámina metálica que actúa como toma de corriente tiene una pluralidad de orificios pasantes, formados a través de la misma, cada uno con una porción proyectada en al menos una superficie del mismo. La figura 1 muestra un ejemplo de la lámina metálica.
[0040] La figura 1 es una vista en sección de una lámina metálica que tiene una pluralidad de orificios pasantes, presentando cada uno de ellos una porción proyectada en una superficie del mismo.
[0041] Una lámina metálica 1 tiene una porción proyectada 2 formada alrededor de cada orificio pasante 3. El orificio pasante 3 puede formarse en toda la superficie de la lámina metálica 1 o en una parte de su superficie sin formar el orificio pasante 3 en una porción plana de una superficie no proyectada del mismo. Es preferible formar el orificio pasante 3 en una parte de la superficie de la lámina metálica teniendo en cuenta la resistencia de la lámina metálica que sirve como lámina de captación de corriente para producir la batería. Es especialmente preferible que no se forme el orificio pasante 3 y deje la porción plana en ambos extremos a lo ancho de la lámina de captación de corriente.
[0042] Como la configuración en sección del orificio pasante 3, es posible usar configuraciones piramidales, cilíndricas, cónicas y configuraciones formadas en combinaciones de estas configuraciones. La configuración cónica es más favorable que las otras configuraciones en vista de la velocidad de mecanizado, la corta vida de una plantilla de mecanizado y la posibilidad de generar virutas o polvos pelados después de mecanizar la parte de la punta del orificio proyectado.
[0043] Es preferible formar el orificio pasante 3 rompiendo la lámina metálica 1 para mejorar su efecto de captación de corriente. El orificio pasante 3 formado al romper la lámina metálica 1 permite que la batería secundaria de litio se cargue y descargue a una gran corriente eléctrica de manera más excelente y tenga una mayor durabilidad frente a un cortocircuito interno y similar en un tiempo de ciclo de carga/descarga que un orificio pasante, que no tenga una porción proyectada, que se forma a través de la lámina metálica 1 por procesamiento de perforación o irregularidades formadas en esta por procesamiento de relieve.
[0044] El orificio pasante es circular y tiene un diámetro t2 de 50 a 150 pm. Una altura t1 de la porción proyectada 2 es de 50 a 400 pm. Una distancia t3 entre los orificios pasantes adyacentes 3 es de 300 a 2000 pm. Al distribuir los orificios pasantes en el rango descrito anteriormente, toda la superficie formada por el orificio pasante de la lámina metálica recibe una presión de contacto. Por lo tanto, cuando la lámina metálica se enrolla mediante un rodillo de bobinado con el rodillo de bobinado en contacto directo con la superficie formada del orificio pasante de la misma, se impide que los orificios pasantes se cierren.
[0045] Una solución electrolítica orgánica consiste en un solvente orgánico y un electrolito de soporte disuelto en el mismo.
[0046] El solvente orgánico es un éster mixto de ácido carbónico que consiste en una pluralidad de ésteres de ácido carbónico mezclados entre sí. El éster mixto de ácido carbónico es capaz de construir la batería secundaria de litio que puede descargarse a no menos de 20 ItA cuando la temperatura es de -30 grados centígrados.
[0047] Entre los ejemplos de los ésteres de ácido carbónico se incluyen carbonato de etileno (EC), carbonato de dietilo (DEC), carbonato de dimetilo (DMC) y carbonato de metilo y etilo (MEC). El éster mixto de ácido carbónico que consiste en una mezcla que no se congela a -30 grados centígrados es favorable. El éster mixto de ácido carbónico que consiste en el carbonato de etileno (EC), el carbonato de dimetilo (DMC) y el carbonato de metilo y etilo (MEC) es más favorable.
[0048] El electrolito de soporte es un electrolito mixto que consiste en LiPF6 y LiFSl mezclados.
[0049] El electrolito mixto se disuelve en el solvente orgánico. La relación de mezcla entre el LiPF6 y el LiFSl se establece preferiblemente en [LiPFe/LiFSl = (1/0,2) a (0,4/0,8)]. Es preferible establecer la concentración total del electrolito de soporte entre 1,0 y 1,3 moles.
[0050] La propiedad de la batería se investigó cambiando la cantidad de adición del LiFSl cuando se agrega LiFSl al LiPF6. La resistencia de CC y la capacidad de la batería se midieron usando una celda laminada de 3. 4V-500mAh en una especificación idéntica, excepto porque la relación de mezcla entre el LiPF6 y el LiFSl se estableció en tres niveles, es decir, la solución electrolítica consistió en LiPF6, LiPF6/LiFSl = 1/0,2, LiPF6/LiFSl = 1/0,6. La tabla 1 muestra los resultados. La conductancia de iones (ms/cm) del LiPF6 fue de 8,0 cuando se usó solo. La conductancia de iones (ms/cm) del LiFSl fue de 10,0 cuando se usó solo. La viscosidad (cP) del LiPF6 fue de 30 cuando se usó solo. La viscosidad (cP) del LiFSI fue de 20 cuando se usó solo.
[Tabla 1]
Figure imgf000006_0001
[0051] Como se muestra en la tabla 1, se ha descubierto que al agregar el LiFSl al LiPF6, la resistencia de CC de la batería disminuye y se mejora su capacidad a bajas temperaturas.
[0052] Un separador aísla eléctricamente los electrodos positivo y negativo entre sí y contiene una solución electrolítica. Es preferible que el separador tenga una resistencia térmica de no menos de 200 grados centígrados. También es preferible que el separador tenga un grupo hidrófilo en su superficie. Como el grupo hidrófilo, se ejemplifican el grupo -OH y el grupo -C00H. Es preferible componer el separador con tela no tejida fibrosa que tenga cerámicas de óxidos de elementos del grupo 3 y 4 en su superficie.
[0053] La batería secundaria de litio de la presente invención se compone combinando el material del electrodo y el material conductor que componen los electrodos positivo y negativo, la lámina metálica que sirve como toma de corriente, el electrolito orgánico y el separador. Por lo tanto, la batería secundaria de litio de la presente invención es capaz de satisfacer el rendimiento requerido para usarse como batería secundaria de litio para el ISS.
EJEMPLOS
Ejemplo 1
[0054] Un electrodo positivo que puede usarse para la batería secundaria de litio de la presente invención se produjo de la siguiente manera.
[0055] El fosfato de hierro y litio de tipo olivino (LiFePO4 ) cuya superficie estaba recubierta con carbono amorfo se usó como sustancia activa para el electrodo positivo. Como agente conductor, se mezclaron 7,52 partes en masa de negro de acetileno y 1,88 partes en masa de nanotubos de carbono cuyo diámetro era de 15 nm con 84,6 partes en masa de la sustancia activa. La mezcla se horneó en una atmósfera reductora a 750 grados centígrados durante una hora para obtener un material de electrodo positivo. Como agente aglutinante, se añadieron seis partes en masa de fluoruro de polivinilideno al material del electrodo positivo. Como solvente de dispersión, se añadió N-metil-2-pirrolidona a la mezcla. La mezcla se amasó para producir un agente mixto de electrodo positivo (suspensión de electrodo positivo).
[0056] Se formaron porciones proyectadas presentando cada una una altura de 100 pm en ambas superficies de una lámina de aluminio con un espesor de 20 pm. La suspensión de electrodo positivo se aplicó en una cantidad de recubrimiento de 100 g/m2 a ambas superficies de la lámina de aluminio y se secó. El diámetro de los orificios pasantes formados a través de la lámina de aluminio era de 80 pm. Posteriormente, la lámina de aluminio se prensó y se cortó para obtener el electrodo positivo para la batería secundaria de litio. Cuando se prensó la lámina de aluminio después de aplicar la suspensión de electrodo positivo a ambas superficies de la misma y se secó, el grosor total del electrodo positivo era de 120 pm.
[0057] Un electrodo negativo que puede usarse para la batería secundaria de litio de la presente invención se produjo de la siguiente manera.
[0058] Se mezclaron 4,8 partes en masa de partículas de carbono blando cuyas superficies estaban recubiertas con un material de carbono amorfo con 91,2 partes en masa de partículas de grafito natural que tenían un área superficial específica de 8 m2/g. Las superficies de las partículas de grafito natural se recubrieron con el material de carbono amorfo. Posteriormente, se añadió a la mezcla una parte en masa de negro de acetileno, 0,5 partes en masa de negro de Ketchen y 0,5 partes en masa de nanotubos de carbono. La mezcla se horneó en una atmósfera reductora a 1100 grados centígrados durante una hora para obtener un material de electrodo negativo. Como aglutinante, se añadieron dos partes en masa de solución de emulsión SBR/CMC al material del electrodo negativo para producir la suspensión. Tras aplicar la suspensión a ambas superficies de una lámina de cobre que tenía un espesor de 10 pm en una cantidad de recubrimiento de 46 g/m2 por una superficie de la misma, la suspensión se secó. La lámina de cobre se prensó y cortó ajustando el grosor total de la misma a 72 pm para obtener el electrodo negativo.
[0059] Al usar los electrodos positivo y negativo producidos según se ha descrito anteriormente, se produce una batería secundaria de litio de película laminada de aluminio de 3. 4V-500mAh de tipo paquete compuesta por ocho electrodos positivos y nueve electrodos negativos componiendo un separador de tela no tejida, hecha de fibra de celulosa, que tenía un espesor de 20 |jm. Como solución electrolítica, se disolvieron 0,6 mol/l de hexafluorofosfato de litio (LiPF6) y 0,6 mol/l de bis fluorosulfonil imida de litio (LiSFl) en una solución que consistía en una mezcla de solvente EC, solvente MEC y solvente DMC.
[0060] Después de que la batería secundaria de litio obtenida en el ejemplo 1 se cargara inicialmente y se verificara su capacidad, se midió un valor de DCR descargado y un valor de DCR cargado de cada una de las baterías de los ejemplos 1 y 2, y se midieron los ejemplos comparativos 1,2 y 3 cuando sus cantidades cargadas (SOC) fueron del 50 %. En cuanto a un método de medición, cada batería se ajustó de tal manera que la cantidad cargada (SOC) de la misma fuera del 50 % en la medición de cada valor DCR descargado y el valor DCR cargado a una temperatura ambiente (25 grados centígrados). En un estado de circuito abierto, el voltaje de cada batería se midió en 10 segundos después de que la batería se descargara a corrientes eléctricas de 1 ItA, 5 ItA y 10 ItA para trazar una cantidad de caída de voltaje con respecto al voltaje del circuito abierto cada vez que se descargó la batería en cada corriente eléctrica. La inclinación de un gráfico linealizado utilizando un método de mínimos cuadrados se estableció como el valor de DCR descargado en 10 segundos después de que comenzara la descarga de la batería. En caso de cargar cada batería, en 10 segundos después de que comenzara la carga de la batería, el valor DCR cargado de la batería se calculó a partir de un gráfico obtenido al trazar una cantidad de aumento de un voltaje de carga con respecto al voltaje del circuito abierto cada vez que la batería cuya cantidad cargada (SOC) era del 50 % se cargara a corrientes eléctricas de 1 ItA, 5 ItA y 10 ItA. Posteriormente, a -30 grados centígrados, la duración de descarga de cada batería hasta 2,5 V se midió a corrientes eléctricas de 20 ItA y 30 ItA para cada capacidad de batería. Para comparar los rendimientos de carga regenerativa de las baterías entre sí, después de verificar la capacidad descargada de cada batería hasta 2,0 V a una corriente constante de 1 ItA, la batería se sometió a una carga de corriente constante de hasta 4,0 V en cada uno de los valores de corriente de 30 ItA, 50 ItA y 80 ItA para calcular la relación de una capacidad de carga de recuperación regenerativa de la batería a la capacidad de descarga de la misma a 1 ItA como eficiencia de carga. Los rendimientos de carga regenerativa de las baterías se compararon entre sí en función de la eficiencia de carga. Los resultados se muestran en las tablas 2, 3 y 4.
Ejemplo 2
[0061] Se formó una capa de carbón activado en la superficie del material de electrodo negativo obtenido en el ejemplo 1. Como método de formación de la capa de carbón activado, después de que el carbón activado que tenía un área superficial específica de 1000 m2/g y polvo de PVDF se mezclaran entre sí, la mezcla se horneó a 350 grados centígrados, a los que el PVDF se derrite y descompone.
[0062] Se produjo una batería secundaria de litio del ejemplo 2 de manera similar a la del ejemplo 1, excepto porque se usó el material de electrodo negativo descrito anteriormente. La batería del ejemplo 2 podría descargarse a -30 grados centígrados y a no menos de 20 ItA, lo que se pretende lograr mediante la presente invención, y se podría cargar a no menos de 50 ItA, lo cual también se pretende alcanzar mediante la presente invención. La batería tuvo un efecto similar al de la batería del ejemplo 1. La batería del ejemplo 2 se evaluó de manera similar a la del ejemplo 1. Los resultados se muestran en las tablas 2, 3 y 4.
Ejemplo comparativo 1
[0063] El fosfato de litio y hierro de tipo olivino (LiFePO4) cuya superficie estaba recubierta con el carbono amorfo se usó como sustancia activa del electrodo positivo. Como agente conductor, después 7,52 partes en masa del negro de acetileno y 1,88 partes en masa del nanotubo de carbono cuyo diámetro era de 15 nm se mezclaron con 84,6 partes en masa de la sustancia activa del electrodo positivo para obtener el material del electrodo positivo sin hornear la mezcla. Como agente aglutinante, se añadieron seis partes en masa del fluoruro de polivinilideno al material de electrodo positivo. Como solvente de dispersión, se añadió N-metil-2-pirrolidona a la mezcla. La mezcla se amasó para producir el agente mixto de electrodo positivo (suspensión de electrodo positivo).
[0064] La suspensión de electrodo positivo se aplicó a ambas superficies de la lámina de aluminio con un espesor de 20 jm en una cantidad de recubrimiento de 100 g/m2y se secó. Posteriormente, la lámina de aluminio se prensó y se cortó para obtener el electrodo positivo para la batería secundaria de litio. Cuando la lámina de aluminio se prensó después de aplicar la suspensión de electrodo positivo a ambas superficies de la misma y se secó, el grosor total del electrodo positivo era de 120 jm .
[0065] Teniendo en cuenta la precipitación de metal litio sobre la sustancia activa de un electrodo negativo cuando la batería se descargó y cargó a una corriente grande, se preparó un material de electrodo negativo cuya superficie no estaba recubierta con el carbono amorfo. Se mezclaron 4,8 partes en masa de las partículas de carbono blando con 91,2 partes en masa de las partículas de grafito natural que tenían un área superficial específica de 8 m2/g y un diámetro medio de partículas de aproximadamente 5 jm . Se añadieron a la mezcla una parte en masa del negro de acetileno, 0,5 partes en masa del negro de Ketchen y 0,5 partes en masa del nanotubo de carbono. Como aglutinante, se agregaron a la mezcla dos partes en masa de la solución de emulsión SBR/CMC para producir la suspensión. Tras aplicar la suspensión a ambas superficies de la lámina de cobre con un grosor de 10 jm en la cantidad de recubrimiento de 46 g/m2 por una superficie de la misma, la suspensión se secó. Tras prensar y cortar la lámina de cobre ajustando el grosor total de la misma a 72 jm , se obtuvo el electrodo negativo.
[0066] Una batería secundaria de litio del ejemplo comparativo 1 se produjo de manera similar a la del ejemplo 1, excepto porque se usaron los electrodos positivo y negativo según se ha descrito anteriormente. El rendimiento de la batería secundaria de litio del ejemplo comparativo 1 se evaluó de manera similar a la del ejemplo 1. Los resultados se muestran en las tablas 2, 3 y 4.
Ejemplo comparativo 2
[0067] Se produjo una batería secundaria de litio de un ejemplo comparativo 2 de manera similar a la del ejemplo 1, excepto porque como electrolito de soporte de una solución electrolítica de la batería secundaria de litio del ejemplo comparativo 2, se utilizó solo 1. 2M-LiPF6 en la batería secundaria de litio del ejemplo 1. El rendimiento de la batería secundaria de litio del ejemplo comparativo 2 se evaluó de manera similar a la del ejemplo 1. Los resultados se muestran en las tablas 2, 3 y 4.
Ejemplo comparativo 3
[0068] Se produjo una batería secundaria de litio de un ejemplo comparativo 3 de manera similar a la del ejemplo 1, excepto porque como separador de la batería secundaria de litio del ejemplo comparativo 3, se usó una película de polietileno con un espesor de 20 pm en la batería secundaria de litio del ejemplo 1. El rendimiento de la batería secundaria de litio del ejemplo comparativo 3 se evaluó de manera similar a la del ejemplo 1. Los resultados se muestran en las tablas 2, 3 y 4.
[Tabla 2]
Figure imgf000008_0001
[0069] La tabla 2 indica que la batería secundaria de litio de cada uno de los ejemplos 1 y 2 tenía un valor de resistencia mucho menor que las baterías secundarias de litio de los ejemplos comparativos y que, aunque había una pequeña diferencia entre la batería secundaria de litio del ejemplo 1 y la del ejemplo 2 en cuanto al efecto provocado por la presencia o ausencia del carbón activado en el valor DCR de carga, no hubo una gran diferencia entre ellos en el efecto del carbón activado. La tabla 2 también indica que, aunque hubo una diferencia en el efecto entre las baterías secundarias de litio del ejemplo comparativo 1, 2 y 3, cualquiera de las partes componentes de los electrodos positivo y negativo, a saber, el material del electrodo, el material conductor, la lámina de metal que actúa como toma de corriente, el electrolito orgánico y el separador, que los configuran no se utilizó para las baterías secundarias de litio de los ejemplos comparativos 1, 2 y 3. Por lo tanto, los rendimientos de las baterías secundarias de litio de los ejemplos comparativos 1, 2 y 3 fueron inferiores a las de las baterías secundarias de litio de los ejemplos 1 y 2.
[Tabla 3]
Figure imgf000008_0002
[0070] La tabla 3 indica que las baterías secundarias de litio de los ejemplos 1 y 2 podrían descargarse a 20 ItA y 30 ItA. Por lo tanto, las baterías secundarias de litio de los ejemplos 1 y 2 son capaces de sustituir a una batería de plomo ácido para su uso en el sistema de parada en ralentí a -30 grados centígrados. La tabla 3 también indica que las baterías secundarias de litio de los ejemplos comparativos 1, 2 y 3 se mejoraron ligeramente, pero fueron incapaces de funcionar a una temperatura baja de -30 grados centígrados. Por lo tanto, estas baterías no pueden sustituir a la batería de plomo ácido.
[Tabla 4]
Figure imgf000009_0001
[0071] La tabla 4 indica que la batería secundaria de litio de cada uno de los ejemplos 1 y 2 podría cargarse a una velocidad ultra alta en un minuto (cargando a 80 ItA) a temperatura ambiente (25 grados centígrados). Esto se debe a que la resistencia eléctrica de toda la batería secundaria de litio de cada uno de los ejemplos 1 y 2 era baja y, además, como mecanismo electroquímico de las mismas, las porciones de material de carbono amorfo del electrodo positivo de las mismas y especialmente las porciones de carbono amorfo de las mismas dispuestas en la superficie del electrodo negativo de la misma tenía un área superficial específica grande. Además, los iones de litio se adsorbieron en la capa de carbón activado dispuesta en la superficie del electrodo negativo de la misma como un condensador, lo que evitó la precipitación del metal litio. Posteriormente, los iones de litio se insertaron gradualmente en la capa entre la sustancia activa y el carbono a base de grafito por difusión en sólido independientemente de una velocidad de reacción correspondiente al valor de corriente de la corriente eléctrica de carga. Por otro lado, en la batería secundaria de litio del ejemplo comparativo 1, la velocidad de reacción de carga y la velocidad de intercalación en la superficie del grafito del electrodo negativo que sirve como receptor de los iones de litio no coincidían entre sí y se produjo una limitación de difusión en el sólido para hacer que la batería se polarizase. Como consecuencia, el voltaje de carga alcanzó pronto 4. 0V y aplicó una carga de recarga a la batería. Los electrodos positivo y negativo de la batería secundaria de litio de los ejemplos comparativos 2 y 3 eran similares a los de los ejemplos en las partes componentes de los mismos. Sin embargo, sus capacidades de difusión eran bajas debido a la diferencia en el electrolito de soporte para el ion de litio entre las baterías de los ejemplos y las de los ejemplos comparativos 2 y 3. Además, la cantidad absoluta del ion de litio en la superficie intermedia del electrodo era baja debido al bajo rendimiento de mantenimiento de la solución electrolítica del separador. Por lo tanto, las baterías de los ejemplos comparativos 2 y 3 se polarizaron de manera similar a la batería secundaria de litio del ejemplo comparativo 1.
APLICABILIDAD INDUSTRIAL
[0072] Se ha descubierto que la batería secundaria de litio de la presente invención puede descargarse a no menos de 20 ItA incluso cuando la temperatura es de -30 grados centígrados y tiene el rendimiento capaz de sustituir la batería de plomo ácido para su uso en el sistema de parada en ralentí y el rendimiento que supera al de la batería de plomo ácido en cuanto a que la batería de la presente invención es capaz de lograr una carga regenerativa a no menos de 50 ItA. Por lo tanto, la batería de la presente invención puede usarse como fuente de alimentación del sistema de parada en ralentí. Además, la batería de la presente invención funciona a baja temperatura como fuente de energía para impulsar un HEV, un PHEV y un EV. Además, sin aumentar la capacidad, el volumen ni el peso de la batería de la presente invención, la batería permite que los vehículos amplíen una distancia de desplazamiento debido a su capacidad regenerativa. Por lo tanto, la batería de la presente invención puede utilizarse para baterías industriales montadas en vehículos que tengan un rendimiento eficaz para mejorar la eficiencia del combustible.
EXPLICACIÓN DE LOS SÍMBOLOS Y NÚMEROS DE REFERENCIA
[0073]
1: lámina metálica
2: porción proyectada
3: orificio pasante

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. Batería secundaria de litio para un motor de arranque que puede descargarse a -30 grados centígrados y cargarse rápidamente a 25 grados centígrados ocluyendo y liberando repetidamente iones de litio en una construcción en la que se infiltra una solución electrolítica orgánica en un grupo de electrodos enrollado o apilado o dicho grupo de electrodos se sumerge en dicha solución electrolítica interponiendo un separador entre un electrodo positivo que tiene un material de electrodo positivo formado sobre una lámina metálica y un electrodo negativo que tiene un material de electrodo negativo formado sobre una lámina metálica, donde dicho material de electrodo positivo consiste en una mezcla de partículas de compuesto de fosfato de metal que contiene litio cuyas superficies están recubiertas con un material de carbono amorfo y un material de carbono conductor, en el cual los átomos de dichos materiales de carbono de la superficie están unidos químicamente entre sí;
dicho material de electrodo negativo contiene partículas de grafito que tienen un área superficial específica de no menos de 6 m2/g y partículas de carbono blando, en el que dichas partículas de grafito y dichas partículas de carbono blando están recubiertas con un material de carbono amorfo, y los átomos de carbono de la superficie de dichas partículas de grafito y los de dichas partículas de carbono blando están químicamente unidos entre sí; dicha lámina metálica para el electrodo positivo tiene una pluralidad de orificios pasantes, formados a través de la misma, presentando cada uno una porción proyectada en al menos una superficie del mismo;
dicha solución electrolítica orgánica consiste en un solvente orgánico y un electrolito mixto disuelto en el mismo, dicho solvente orgánico es un éster mixto de ácido carbónico, y dicho electrolito mixto contiene hexafluorofosfato de litio y bis fluorosulfonil imida de litio; y
dicho separador consiste en una tela no tejida fibrosa que tiene al menos uno de un grupo hidrófilo y cerámica de óxido en una superficie del mismo.
2. Batería secundaria de litio según la reivindicación 1, donde el éster mixto de ácido carbónico contiene carbonato de etileno, carbonato de etilo y metilo, y carbonato de dimetilo.
3. Batería secundaria de litio según la reivindicación 1, o 2, donde una relación de mezcla entre dicho hexafluorofosfato de litio y dicha bis fluorosulfonil imida de litio contenidos en dicho electrolito mixto se establece en (hexafluorofosfato de litio/bis fluorosulfonil imida de litio) = (1/0,2) a (0,4/0,8).
4. Batería secundaria de litio según cualquier reivindicación anterior, donde dicha tela no tejida fibrosa es una tela no tejida fibrosa de celulosa o una tela no tejida fibrosa de politetrafluoroetileno.
5. Batería secundaria de litio según cualquier reivindicación anterior, donde dicho material de electrodo negativo contiene carbón activado, y los átomos de carbono de la superficie de las partículas que componen dicho carbón activado y aquellos que componen dicho material de electrodo negativo están unidos químicamente entre sí.
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107534186A (zh) * 2015-07-31 2018-01-02 日立化成株式会社 锂离子二次电池
JP6666679B2 (ja) * 2015-10-06 2020-03-18 株式会社日本触媒 リチウムイオン二次電池
JP7028164B2 (ja) * 2016-06-13 2022-03-02 日本電気株式会社 リチウムイオン二次電池
WO2017216822A1 (en) * 2016-06-13 2017-12-21 Nec Corporation Fast chargeable lithium ion batteries with nano-carbon coated anode material and imide anion based lithium salt electrolyte
US10897062B2 (en) 2016-06-13 2021-01-19 Nec Corporation Lithium ion secondary battery
EP3582315A4 (en) * 2017-01-11 2020-09-16 Sei Corporation ELECTROCHEMICAL DEVICE
EP3761428A4 (en) * 2018-02-28 2021-04-07 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. SECONDARY BATTERY WITH ANHYDROUS ELECTROLYTE
JP7169763B2 (ja) * 2018-04-09 2022-11-11 日産自動車株式会社 非水電解質二次電池
CN112164788A (zh) * 2020-09-30 2021-01-01 东莞力朗电池科技有限公司 一种锂离子电池及其制备方法
CN112448041B (zh) * 2020-11-30 2022-07-12 珠海冠宇电池股份有限公司 一种软包锂离子电池的生产方法
CN113921784A (zh) * 2021-09-29 2022-01-11 湖北亿纬动力有限公司 一种负极材料及其制备方法和应用
WO2023176904A1 (ja) * 2022-03-15 2023-09-21 積水化学工業株式会社 非水電解質二次電池、電池モジュール、及び電池システム

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3402335B2 (ja) * 1993-04-30 2003-05-06 株式会社ユアサコーポレーション ニッケル電極
JP4195122B2 (ja) * 1998-04-30 2008-12-10 三井化学株式会社 非水電解液二次電池
JP2004200001A (ja) * 2002-12-18 2004-07-15 Kashima Oil Co Ltd リチウムイオン二次電池負極用複合炭素材料およびその製造方法
JP4693372B2 (ja) * 2004-07-16 2011-06-01 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池
DE102005042215A1 (de) * 2005-09-05 2007-03-08 Degussa Ag Separator mit verbesserter Handhabbarkeit
JP5118877B2 (ja) * 2007-04-27 2013-01-16 トヨタ自動車株式会社 二次電池
JP5224020B2 (ja) * 2007-06-18 2013-07-03 エス・イー・アイ株式会社 リチウム二次電池
JP5794753B2 (ja) * 2008-09-30 2015-10-14 電気化学工業株式会社 二次電池用正極
US20120308871A1 (en) * 2009-04-28 2012-12-06 Evonik Litarion Gmbh Production and use of ceramic composite materials based on a polymeric carrier film
US9496583B2 (en) * 2009-10-23 2016-11-15 Sei Corporation Lithium secondary battery, method for producing power collection foil for same, and power collection foil for same
WO2012063286A1 (ja) * 2010-11-10 2012-05-18 三菱重工業株式会社 二次電池
KR20120056556A (ko) * 2010-11-25 2012-06-04 삼성전기주식회사 다층 구조의 전극, 및 상기 전극을 포함하는 슈퍼 캐패시터
CN103314472B (zh) * 2011-01-13 2016-08-31 丰田自动车株式会社 电极材料涂敷装置和过滤装置
CN105576282B (zh) * 2011-02-10 2018-11-06 三菱化学株式会社 非水电解液及使用该非水电解液的非水电解质二次电池
CA2786012C (en) * 2011-04-13 2020-03-31 Sei Corporation Electrode material for lithium secondary battery and lithium secondary battery
WO2013145925A1 (ja) * 2012-03-30 2013-10-03 株式会社 日立製作所 リチウムイオン二次電池用負極材、リチウムイオン二次電池用負極、リチウムイオン二次電池、それらの製造方法
JP5713207B2 (ja) * 2012-05-15 2015-05-07 トヨタ自動車株式会社 非水電解質二次電池
JP5893517B2 (ja) * 2012-06-25 2016-03-23 株式会社日本触媒 非水電解液
CA2794290A1 (en) * 2012-10-22 2014-04-22 Hydro-Quebec Method of producing electrode material for lithium-ion secondary battery and lithium-ion secondary battery using such electrode material
JP6078629B2 (ja) * 2013-02-18 2017-02-08 株式会社日本触媒 電解液及びこれを備えたリチウムイオン二次電池
CN104300176A (zh) * 2013-07-16 2015-01-21 江苏华盛精化工股份有限公司 基于LiPF6/LiFSI/腐蚀抑制剂的锂离子电池电解液组合物

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