ES2873258T3 - Electrodo de metal de litio y su batería de metal de litio asociada - Google Patents

Electrodo de metal de litio y su batería de metal de litio asociada Download PDF

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Abstract

Electrodo de metal de litio, que comprende: un colector de corriente; una capa de aislamiento eléctrico porosa, dispuesta adyacente al colector de corriente, y donde la capa de aislamiento eléctrico porosa comprende: una capa de aislamiento, dispuesta en una superficie del colector de corriente y que tiene al menos un primer orificio pasante, y donde algunas partes de la superficie del colector de corriente están expuestas a través del primer orificio pasante y las demás partes de la superficie del colector de corriente están cubiertas por la capa de aislamiento; y una capa de inhibición, dispuesta sobre la capa de aislamiento y no adyacente al colector de corriente, y donde la capa de inhibición tiene una pluralidad de segundos orificios pasantes que tienen un diámetro menor que el primer orificio pasante, en donde los diámetros de los segundos orificios pasantes no son mayores de 1 micra; al menos una capa de difusión iónica, dispuesta dentro del primer orificio pasante de la capa de aislamiento y dispuesta completamente debajo de la capa de inhibición y los segundos orificios pasantes, y donde la capa de difusión iónica es porosa; y una capa de metal de litio, dispuesta sobre la superficie del colector de corriente expuesta a través del primer orificio pasante de la capa de aislamiento y adyacente a la capa de difusión iónica.

Description

DESCRIPCIÓN
Electrodo de metal de litio y su batería de metal de litio asociada
ANTECEDENTES
1. Campo técnico
[0001] La presente invención se refiere a un electrodo de metal de litio tal y como se define en las reivindicaciones anexas y a su batería de metal de litio asociada.
2. Descripción de la técnica relacionada
[0002] En comparación con el sistema de batería actual que no es de litio, el sistema de batería de litio tiene las ventajas de que posee un alto voltaje de funcionamiento (hasta 3,6V), una alta densidad de energía (hasta 120Wh/kg), un peso ligero, un ciclo de vida más largo y es respetuoso con el medio ambiente, entre otras. De acuerdo con el historial de investigaciones sobre el sistema de batería de litio, la primera batería de litio desarrollada es la batería de metal de litio recargable que tiene una densidad de energía bastante alta pero que, a la vez, tiene serios problemas de estabilidad y seguridad debido a la alta capacidad de reacción química del electrolito. Teniendo en cuenta el problema de seguridad del sistema de batería de metal de litio, los desarrollos de la batería de litio recargable se centran gradualmente en el sistema de batería de aleación de litio recargable y el sistema de batería de iones de litio recargable.
[0003] En cuanto al rendimiento del sistema de batería, a excepción del requisito de seguridad, es fundamental garantizar que la capacidad del sistema de batería sea suficiente para soportar la duración de funcionamiento del dispositivo. En consecuencia, la capacidad del sistema de batería se convierte nuevamente en un tema de desarrollo importante. En el pasado, el desarrollo del sistema de batería de metal de litio se suspendió debido a su problema de seguridad. En comparación con los sistemas de iones de litio y polímeros de litio, la densidad de energía del sistema de metal de litio es mucho mayor que la de otros sistemas. Sin embargo, debido a que el metal de litio tiene una actividad química elevada, se produce una reacción de oxidación-reducción extrema si el metal de litio no se almacena o no se utiliza en las condiciones adecuadas. En la práctica, el sistema de batería de metal de litio sería bastante adecuado para el dispositivo eléctrico inteligente actual si se pudieran superar los problemas de seguridad, procesamiento y almacenamiento del metal de litio.
[0004] Sin embargo, el electrolito del sistema de batería de iones de litio es un líquido que comprende disolventes orgánicos, de modo que es inevitable que ocurran problemas de evaporación e ignición. Además, hay fugas del electrolito debido a la mala estanqueidad de la batería, y esto provoca el problema de seguridad. Recientemente, para garantizar la seguridad se ha desarrollado el sistema de batería de polímero de litio recargable. Los disolventes orgánicos originales son reemplazados por el electrolito polimérico para mejorar la seguridad del sistema de batería de litio.
[0005] En la patente US 2015/086837 se describe un electrodo para baterías de litio recargables que tienen una capa de base que comprende una especie activa y una estructura protectora. Sin embargo, no existe una capa de inhibición.
[0006] La patente US 2016/293943 se refiere a un litio recargable que usa un compuesto poroso revestido en una superficie de metal de litio de varios grosores para suprimir la formación dendrítica de litio y los cortocircuitos de la batería. No describe una capa de inhibición que tenga una resistencia suficientemente estructural.
[0007] Por consiguiente, se proporciona un electrodo de metal de litio para solucionar los problemas anteriores.
RESUMEN DE LA INVENCIÓN
[0008] Un objetivo de esta invención es proporcionar un electrodo de metal de litio como se define en la reivindicación 1 adjunta y su batería de metal de litio asociada. La capa de aislamiento de la capa de aislamiento eléctrico porosa del electrodo de metal de litio puede proporcionar una zona específica para la electrodeposición de dendritas de litio.
[0009] Un objetivo de esta invención es proporcionar un electrodo de metal de litio y su batería de metal de litio asociada. La capa de inhibición de la capa de aislamiento eléctrico porosa inhibe eficazmente la altura de electrodeposición de las dendritas de litio durante la carga debido a la resistencia estructural de la capa de inhibición. Las dendritas de litio se electrodepositarán principalmente en horizontal de modo que las zonas específicas formadas a través de la capa de aislamiento se utilicen con gran eficacia para la electrodeposición de las dendritas de litio. Por lo tanto, las dendritas de litio no penetrarán a través del aislante eléctrico para evitar un cortocircuito interno de la batería. A su vez, las dendritas de litio se electrodepositarán hacia la dirección de la radiación en lugar de hacia la dirección vertical para que el grosor de la batería no sea excesivo.
[0010] Un objetivo de esta invención es proporcionar un electrodo de metal de litio y su batería de metal de litio relacionada. La capa de difusión iónica de la capa de aislamiento eléctrico porosa es porosa y está hecha de partículas y/o fibras. Las dendritas de litio se electrodepositan y se redisuelven dentro de los poros de la capa de difusión iónica. Durante la electrodeposición, las dendritas de litio se adhieren a las partículas y/o las fibras de la capa de difusión iónica para mejorar la resistencia de la interfaz de electrolito sólido (SEI). En comparación con el grosor de la SEI (alrededor de 10 a 50 nanómetros), el cambio de volumen (15 a 20 micras) de la electrodeposición/redisolución de las dendritas de litio es demasiado violento y la SEI sufrirá grandes daños durante la electrodeposición y/o la redisolución de las dendritas de litio sin proporcionar el soporte de la capa de difusión iónica. La capa de difusión iónica que tiene partículas y/o fibras puede proporcionar soporte para que la SEI disminuya la pérdida de capacidad de la batería e incluso, en ciertas determinadas, puede reaccionar con la reacción de formación de la SEI.
[0011] Un objetivo de esta invención es proporcionar un electrodo de metal de litio y su batería de metal de litio asociada. Las superficies y/o los poros creados a través de las partículas y/o fibras de la capa de difusión iónica pueden servir como desviaciones para el electrolito líquido y/o en gel de modo que la electrodeposición/redisolución de las dendritas de litio pueda ser más eficiente para la interfaz continua del electrolito. Además, la interfaz entre las dendritas de litio y el electrolito se puede mantener completa de modo que la resistencia de la interfaz se pueda reducir y la uniformidad del revestimiento de dendritas de litio se pueda obtener mediante el control de la sobretensión de la interfaz.
[0012] La presente invención describe un electrodo de metal de litio que comprende un colector de corriente, una capa de aislamiento eléctrico porosa, al menos una capa de difusión iónica y una capa de metal de litio, en el que la capa de aislamiento eléctrico porosa comprende una capa de aislamiento y una capa de inhibición.
[0013] La presente invención describe una batería de metal de litio que comprende un electrodo de metal de litio, un electrodo catódico, un aislante eléctrico y un marco de estanqueidad, donde el electrodo de metal de litio comprende un colector de corriente, una capa de aislamiento eléctrico porosa, al menos una capa de difusión iónica y una capa de metal de litio. La capa de aislamiento eléctrico porosa comprende una capa de aislamiento y una capa de inhibición.
[0014] De acuerdo con el electrodo de metal de litio y su batería de metal de litio asociada, las dendritas de litio solo se electrodepositarán dentro de la zona específica definida a través de la capa de aislamiento eléctrico porosa y la capa de difusión iónica para que las dendritas de litio no penetren a través del aislante eléctrico de la batería. De este modo, no se producirá un cortocircuito interno de la batería y se puede mejorar la seguridad de la batería.
[0015] El alcance adicional de aplicabilidad de la presente invención resultará evidente a partir de la descripción detallada que se proporciona a continuación. Sin embargo, debe entenderse que la descripción detallada y los ejemplos específicos, aunque indican formas de realización preferidas de la invención, se proporcionan únicamente a modo de ilustración.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
[0016] La presente invención se entenderá más completamente a partir de la descripción detallada de la que se dan ilustraciones, que no son limitativas de la presente invención, y en las que:
La figura 1 ilustra un diagrama en sección transversal del electrodo de metal de litio de la presente invención. La figura 2 ilustra un diagrama en sección transversal del electrodo de metal de litio de la presente invención. La figura 3 ilustra un diagrama en sección transversal del electrodo de metal de litio de la presente invención. La figura 4 ilustra un diagrama en sección transversal del electrodo de metal de litio de la presente invención. La figura 5 ilustra un diagrama en sección transversal del electrodo de metal de litio de la presente invención. La figura 6 ilustra un diagrama en sección transversal de la batería de metal de litio de la presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
[0017] Como se ilustra en la Fig. 1, un electrodo de metal de litio 10a de la presente invención comprende un colector de corriente 102, una capa de aislamiento eléctrico porosa 104, al menos una capa de difusión iónica 108 y una capa de metal de litio 106. La capa de aislamiento eléctrico 104 comprende una capa de aislamiento 104a y una capa de inhibición 104b. La capa de aislamiento eléctrico 104 está dispuesta en una superficie del colector de corriente 102. La capa de aislamiento 104a tiene al menos un primer orificio pasante H1. Algunas partes de la superficie del colector de corriente 102 corresponden al primer orificio pasante H1 y la capa de metal de litio 106 está dispuesta en la superficie expuesta del colector de corriente 102. Sobre la capa de metal de litio 106, la capa de difusión iónica 108 está dispuesta en el primer orificio pasante H1 y es adyacente a la capa de metal de litio 106. La capa de difusión iónica 108 puede estar en contacto directo o indirecto con la capa de metal de litio 106 o, en determinadas condiciones, la capa de difusión iónica 108 puede incluso no estar en contacto con la capa de metal de litio 106 en absoluto. La capa de difusión iónica 108 puede estar dispuesta en el primer orificio pasante H1 completamente o estar dispuesta parcialmente en el primer orificio pasante H1. La capa de difusión iónica 108 se sitúa totalmente dentro de la capa de aislamiento 104a y no penetra en la capa de inhibición 104b. Es decir, la capa de difusión iónica 108 no se sitúa dentro del segundo orificio pasante H2 de la capa de inhibición 104b. En algunos casos, la capa de aislamiento 104a puede tener más de un primer orificio pasante H1. Como se muestra en la Fig. 2, la capa de metal de litio 106 y la capa de difusión iónica 108 pueden estar dispuestas como se ha ilustrado antes.
[0018] El material del colector de corriente 102 puede ser metal o cualquier otro material conductor, como cobre, níquel, acero o cualquier combinación de los mismos. El colector de corriente 102 puede ser de estructura sólida o de estructura porosa. En función del requisito de capacidad y diseño, el grosor de la capa de metal de litio 106 varía de 0,3 a 5 micras. La superficie exterior de la capa de aislamiento eléctrico porosa 104, que comprende la capa de aislamiento 104a y la capa de inhibición 104b, está hecha de material no conductor. Como la capa de aislamiento 104a y/o la capa de inhibición 104b son/es una estructura de una sola capa, el material de la capa de aislamiento 104a y/o de la capa de inhibición 104b tiene aislamiento, tal como material polimérico aislante, material cerámico aislante, material de vidrio aislante, material de fibra de vidrio aislante y cualquier combinación de estos. El material polimérico aislante incluye poliimida, tereftalato de polietileno, poliuretano, poliacrilato, epoxi o silicona. El material de fibra de vidrio aislante incluye material de fibra de vidrio epoxi de clase FR4. Como la capa de aislamiento 104a y/o la capa de inhibición 104b son/es una estructura de múltiples capas, además del material mencionado anteriormente, la capa de aislamiento 104a y/o la capa de inhibición 104b están hechas de material con aislamiento eléctrico, cualquier material que tenga un revestimiento de aislamiento eléctrico o cualquier material completamente cubierto por material de aislamiento eléctrico.
[0019] Adicionalmente, la capa de difusión iónica 108 es porosa y puede estar hecha de material polimérico, material cerámico, material de vidrio, material de fibra y cualquier combinación de estos. Los poros de la capa de difusión iónica 108 se pueden fabricar mediante el apilamiento de partículas y/o el cruce de fibras. Las partículas incluyen partículas de cerámica, partículas de polímero y/o partículas de vidrio. Las fibras incluyen fibras de polímero y/o fibras de vidrio. La superficie de la capa de difusión iónica 108 puede tratarse además para que tenga una superficie cargada que lleve aniones y/o cationes. Por ejemplo, la superficie cargada con cationes de la capa de difusión iónica 108 puede reducir el efecto de doble capa eléctrica para la polarización de la migración de iones de litio durante la carga. La superficie cargada con aniones de la capa de difusión iónica 108 puede ser útil para la distribución de los iones de litio.
[0020] En referencia a la figura 2, los diámetros de los primeros orificios pasantes H1 del electrodo de metal de litio 10b son uniformes y los diámetros de los segundos orificios pasantes H2 del electrodo de metal de litio 10b son uniformes. Los diámetros de los primeros orificios pasantes H1 del electrodo de metal de litio 10b no son uniformes y los diámetros de los segundos orificios pasantes H2 del electrodo de metal de litio 10b no son uniformes, como se ilustra en la figura 3. Esto es, los tamaños de los primeros orificios pasantes H1 pueden ser diversos; los tamaños de los segundos orificios pasantes H2 pueden ser diversos. Prácticamente, la capa de aislamiento 104a que tiene los primeros orificios pasantes H1 de tamaño uniforme puede acoplarse con la capa de inhibición 104b que tiene los segundos orificios pasantes H2 de tamaño no uniforme o con la capa de inhibición 104b que tiene los segundos orificios pasantes H2 de tamaño uniforme. De manera similar, la capa de aislamiento 104a que tiene los primeros orificios pasantes H1 de tamaño no uniforme puede acoplarse con la capa de inhibición 104b que tiene los segundos orificios pasantes H2 de tamaño no uniforme o con la capa de inhibición 104b que tiene los segundos orificios pasantes H2 de tamaño uniforme. Sin embargo, independientemente del tipo de combinación mencionada anteriormente, el diámetro del segundo orificio pasante H2 debe ser menor que el del primer orificio pasante H1. Para la capa de aislamiento 104a que tiene solo un primer orificio pasante H1, el tamaño del primer orificio pasante H1 no es mayor que la zona de reacción activa del electrodo. Para la capa de aislamiento 104a que tiene más de un primer orificio pasante H1, el diámetro del primer orificio pasante H1 es inferior a 50 micras, independientemente de que estos primeros orificios pasantes H1 tengan el mismo tamaño o no. Debido a que el tamaño de las dendritas de litio es superior a 1 micra, los diámetros de los segundos orificios pasantes H2 de tamaño uniforme y los segundos orificios pasantes H2 de tamaño no uniforme son inferiores a 1 micra.
[0021] La relación de apertura de la capa de aislamiento 104a está comprendida entre el 40 % y el 99,5 %, en donde una relación de apertura alta se produce en el caso de que el electrodo de metal de litio (no mostrado) tenga un borde estrecho. La relación de apertura de la capa de inhibición 104b oscila entre el 25 % y el 80 %. El grosor de la capa de aislamiento 104a varía de 15 a 40 micras y el grosor de la capa de inhibición 104b varía de 1 a 25 micras. El grosor total del aislamiento eléctrico poroso 104 está comprendido entre 16 y 65 micras.
[0022] Con referencia a la figura 4, el electrodo de metal de litio 10d comprende además una primera capa de adhesión AD1 dispuesta entre el colector de corriente 102 y la capa de aislamiento 104a. El material de la primera capa de adhesión AD1 se selecciona del grupo que consiste en polímero termoestable, polímero termoplástico y cualquier combinación de estos, en donde el polímero termoestable se selecciona del grupo que consiste en silicona, epoxi, resina de ácido acrílico y cualquier combinación de estas, y el polímero termoplástico se selecciona del grupo que consiste en polietileno, polipropileno, poliimida termoplástica, poliuretano termoplástico y cualquier combinación de estos. El material de la primera capa de adhesión AD1 se seleccionaría preferiblemente de materiales inertes al electrolito, como silicona, polietileno, polipropileno, poliimida termoplástica, etc. Por tanto, la primera capa de adhesión AD1 no reaccionaría con el electrolito, especialmente el electrolito en fase líquida y/o el electrolito en fase de gel, de modo que no se reduciría la capacidad de adhesión de la primera capa de adhesión AD1. Además, como la capa de aislamiento 104a y la capa de inhibición 104b no están integradas, se puede aplicar una segunda capa de adhesión AD2 entre la capa de aislamiento 104a y la capa de inhibición 104b, como se ilustra en la Fig.5. El material de la segunda capa de adhesión AD2 puede seleccionarse del material mencionado para la primera capa de adhesión AD1. Sin embargo, los materiales de la capa de aislamiento 104a y la capa de inhibición 104b pueden no ser los mismos en la práctica. Para que el electrodo sea más fino, sería mejor que el grosor de la primera capa de adhesión AD1 estuviera entre 1 y 30 micras; sería mejor que el grosor de la segunda capa de adhesión AD2 estuviera entre 1 y 30 micras. Por consiguiente, la distancia de migración del ión de litio dentro de los electrodos 10d y 10e no aumentaría, de modo que no disminuiría la capacidad de la batería. Del mismo modo, para el material de la segunda capa de adhesión AD2 sería mejor elegir material que no reaccione con el electrolito, especialmente el electrolito en fase líquida y/o el electrolito en fase gel, de modo que la segunda capa de adhesión AD2 no se disuelva, hinche y/o deteriore.
[0023] En la Fig. 6 se ilustra una batería de metal de litio. La batería de metal de litio 50 comprende un electrodo de metal de litio 10b, un electrodo catódico 30, un aislante eléctrico 20 y un marco de estanqueidad 40. El electrodo catódico 30, que comprende un segundo colector de corriente 302 y una capa de material activo catódico 304, está dispuesto de manera correspondiente con el electrodo de metal de litio 10b. El aislante eléctrico 20 está dispuesto entre el electrodo catódico 30 y el electrodo de metal de litio 10b. El marco de estanqueidad 40 está dispuesto solo en una periferia interna tanto del primer colector de corriente 102 del electrodo de metal de litio 10b como del segundo colector de corriente 302 del electrodo catódico 30 para el sellado con estanqueidad. La mayor parte del marco de estanqueidad 40 está dispuesto ortogonalmente dentro de una periferia del electrodo de metal de litio 10b y/o el electrodo catódico 30. Es decir, la mayor parte del marco de estanqueidad 40 está dispuesto en la superficie interna del electrodo de metal de litio 102 y en la superficie interna del electrodo catódico 302 en lugar de sobresalir a la periferia exterior tanto del primer colector de corriente 102 del electrodo de metal de litio 10b como del segundo colector de corriente 302 del electrodo catódico 30. Por supuesto, lo anteriormente mencionado es principalmente sobre el marco de estanqueidad 40, es decir, en determinados casos, como en el caso de que el primer colector de corriente 102 y el segundo colector de corriente 302 no tengan la misma área, algunas partes del marco de estanqueidad 40 sobresalen hacia la periferia exterior tanto del primer colector de corriente 102 del electrodo de metal de litio 10b como del segundo colector de corriente 302 del electrodo catódico 30.
[0024] El aislante eléctrico 20 mencionado anteriormente es conductor iónico y puede ser un separador de polímero, un separador de polímero con revestimientos, un separador de cerámica o un electrolito sólido. Como el sistema de electrolito de la batería de metal de litio 50 tiene un electrolito en fase líquida, un electrolito en fase de gel o un electrolito en fase híbrida, el aislante eléctrico 20 se puede seleccionar de entre el separador de polímero, donde el separador de polímero tiene revestimientos, y/o el separador de cerámica. Como el electrolito de la batería 50 de metal de litio es un electrolito en fase sólida, el aislante eléctrico 20 puede ser el electrolito sólido.
[0025] El mecanismo de la presente invención se describirá a continuación. La capa de aislamiento y la capa de inhibición están dispuestas en el colector de corriente en orden. La capa de metal de litio está dispuesta sobre la superficie del colector de corriente de manera correspondiente al primer orificio pasante de la capa de aislamiento. La capa de difusión iónica está dispuesta dentro del primer orificio pasante. En consecuencia, los iones de litio del electrolito migrarán a través del segundo orificio pasante de la capa de inhibición y se acercarán a la capa de difusión iónica, humedecida o manchada con el electrolito líquido y/o el electrolito en gel, dentro del primer orificio pasante de la capa de aislamiento. Los iones de litio se pueden transferir a través de los poros formados por las partículas y/o fibras de la capa de difusión iónica. En algunos casos, los iones de litio se electrodepositarían como dendritas o formarían una SEI en la superficie exterior de la capa de difusión iónica. Las dendritas de litio se electrodepositan y se redisuelven dentro de los poros de la capa de difusión iónica. Durante la electrodeposición, las dendritas de litio se adhieren a las partículas y/o las fibras de la capa de difusión iónica para mejorar la resistencia de la interfaz de electrolito sólido (SEI). Es decir, la tensión superficial de la SEI se libera al unirse bien a la capa de difusión iónica para que la SEI se vuelva mucho más estable. En comparación con el grosor de la SEI (alrededor de 10 a 50 nanómetros), el cambio de volumen (15 a 20 micras) de la electrodeposición/redisolución de las dendritas de litio es demasiado violento y la SEI se dañará seriamente durante la electrodeposición y/o la redisolución de las dendritas de litio sin proporcionar el soporte de la capa de difusión iónica. La capa de difusión iónica que tiene partículas y/o fibras puede proporcionar soporte para que la SEI disminuya la pérdida de capacidad de la batería e incluso, en determinadas condiciones, puede reaccionar con la reacción de formación de la SEI.
[0026] La capa de inhibición de la capa de aislamiento eléctrico porosa inhibe eficazmente la altura de electrodeposición de las dendritas de litio durante la carga debido a la resistencia estructural de la capa de inhibición. Las dendritas de litio se electrodepositarán principalmente en horizontal para que las zonas específicas formadas a través de la capa de aislamiento se utilicen de manera altamente eficiente para la electrodeposición de las dendritas de litio. Por lo tanto, las dendritas de litio no penetrarán a través del aislante eléctrico para evitar un cortocircuito interno de la batería. A su vez, las dendritas de litio se electrodepositan hacia la dirección de la radiación en lugar de hacia la dirección vertical para que el grosor de la batería no sea excesivo.
[0027] Las superficies y/o los poros creados a través de las partículas y/o fibras de la capa de difusión iónica pueden servir como desviaciones para el electrolito líquido y/o en gel, de modo que la electrodeposición/redisolución de las dendritas de litio puede ser más eficiente para la interfaz continua del electrolito. Además, la interfaz entre las dendritas de litio y el electrolito se puede mantener completa de modo que la resistencia de la interfaz se pueda reducir y la uniformidad de la electrodeposición de las dendritas de litio se pueda obtener mediante el control de la sobretensión de la interfaz.
[0028] En consecuencia, tanto la capa de aislamiento como la capa de inhibición tienen suficiente resistencia estructural para inhibir la dirección de formación de las dendritas de litio, de modo que el módulo de Young de la capa de aislamiento y la capa de inhibición tiene que ser lo suficientemente alto. Además, el electrodo de metal de litio se vuelve más flexible cuanto más primeros orificios pasantes tiene la capa de aislamiento; por el contrario, el electrodo de metal de litio se vuelve más rígido cuanto menos primeros orificios pasantes tiene la capa de aislamiento.
[0029] En comparación con la técnica anterior, el electrodo de metal de litio y su batería de metal de litio asociada descritos en la presente invención pueden mejorar la seguridad de la batería mediante la capa de aislamiento eléctrico porosa con aislamiento eléctrico para inhibir las direcciones y zonas de formación de las dendritas de litio.

Claims (22)

REIVINDICACIONES
1. Electrodo de metal de litio, que comprende:
un colector de corriente;
una capa de aislamiento eléctrico porosa, dispuesta adyacente al colector de corriente, y donde la capa de aislamiento eléctrico porosa comprende:
una capa de aislamiento, dispuesta en una superficie del colector de corriente y que tiene al menos un primer orificio pasante, y donde algunas partes de la superficie del colector de corriente están expuestas a través del primer orificio pasante y las demás partes de la superficie del colector de corriente están cubiertas por la capa de aislamiento; y
una capa de inhibición, dispuesta sobre la capa de aislamiento y no adyacente al colector de corriente, y donde la capa de inhibición tiene una pluralidad de segundos orificios pasantes que tienen un diámetro menor que el primer orificio pasante, en donde los diámetros de los segundos orificios pasantes no son mayores de 1 micra;
al menos una capa de difusión iónica, dispuesta dentro del primer orificio pasante de la capa de aislamiento y dispuesta completamente debajo de la capa de inhibición y los segundos orificios pasantes, y donde la capa de difusión iónica es porosa; y
una capa de metal de litio, dispuesta sobre la superficie del colector de corriente expuesta a través del primer orificio pasante de la capa de aislamiento y adyacente a la capa de difusión iónica.
2. Electrodo de metal de litio según la reivindicación 1, donde el colector de corriente es sólido o poroso.
3. Electrodo de metal de litio según la reivindicación 1, donde la capa de aislamiento y/o la capa de inhibición es una estructura de una sola capa o una estructura multicapa.
4. Electrodo de metal de litio según la reivindicación 3, donde el material de la capa de aislamiento y/o de la capa de inhibición se selecciona del grupo que consiste en material polimérico aislante, material cerámico aislante, material de vidrio aislante, material de fibra de vidrio aislante y cualquiera combinación de estos.
5. Electrodo de metal de litio según la reivindicación 1, donde la relación de apertura de la capa de aislamiento oscila entre el 40 % y el 99,5 %.
6. Electrodo de metal de litio según la reivindicación 1, donde la capa de aislamiento tiene una pluralidad de primeros orificios pasantes.
7. Electrodo de metal de litio según la reivindicación 6, donde los diámetros de los primeros orificios pasantes de la capa de aislamiento son uniformes o no son uniformes.
8. Electrodo de metal de litio según la reivindicación 7, donde los diámetros de los primeros orificios pasantes no son inferiores a 50 micras.
9. Electrodo de metal de litio según la reivindicación 1, donde la relación de apertura de la capa de inhibición oscila entre el 25 % y el 80 %.
10. Electrodo de metal de litio según la reivindicación 1, donde los diámetros de los segundos orificios pasantes son uniformes o no son uniformes.
11. Electrodo de metal de litio según la reivindicación 1, donde el grosor de la capa de aislamiento eléctrico porosa es de 16 a 65 micras.
12. Electrodo de metal de litio según la reivindicación 1, donde el grosor de la capa de aislamiento es de 15 a 40 micras.
13. Electrodo de metal de litio según la reivindicación 1, donde el grosor de la capa de inhibición es de 1 a 25 micras.
14. Electrodo de metal de litio según la reivindicación 1, donde grosor de la capa de metal de litio es de 0,3 a 5 micras.
15. Electrodo de metal de litio según la reivindicación 1, donde el colector de corriente se adhiere a la capa de aislamiento a través de una primera capa de adhesión.
16. Electrodo de metal de litio según la reivindicación 15, donde el grosor de la primera capa de adhesión es de 1 a 30 micras.
17. Electrodo de metal de litio según la reivindicación 1, donde la capa de aislamiento se adhiere a la capa de inhibición a través de una segunda capa de adhesión.
18. Electrodo de metal de litio según la reivindicación 17, donde grosor de la segunda capa de adhesión es de 1 a 30 micras.
19. Electrodo de metal de litio según la reivindicación 1, donde la capa de difusión iónica tiene una superficie cargada, y la superficie cargada lleva aniones y/o cationes.
20. Batería de metal de litio, que comprende:
un electrodo de metal de litio según la reivindicación 1,
un electrodo catódico, dispuesto de manera correspondiente al electrodo de metal de litio y que tiene un segundo colector de corriente y una capa de material activo catódico;
un aislante eléctrico, dispuesto entre el electrodo catódico y el electrodo de metal de litio y que tiene al menos un electrolito; y
un marco de estanqueidad, dispuesto en una periferia interna a lo largo tanto del primer colector de corriente del electrodo de metal de litio como del segundo colector de corriente del electrodo catódico para un sellado con estanqueidad.
21. Batería de metal de litio según la reivindicación 20, donde el aislante eléctrico es un conductor iónico y el aislante eléctrico es un separador de polímero, un separador de polímero que tiene revestimientos, un separador de cerámica o un electrolito sólido.
22. Batería de metal de litio según la reivindicación 20, donde la mayor parte del marco de estanqueidad está dispuesto ortogonalmente dentro de una periferia del electrodo de metal de litio y/o el electrodo catódico.
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