ES2875823T3 - Separador y dispositivo electroquímico - Google Patents

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Abstract

Separador, que comprende: un sustrato poroso; y que está caracterizado por una capa porosa, estando dispuesta la capa porosa sobre una superficie del sustrato poroso y comprendiendo partículas inorgánicas y un aglutinante, en el que la proporción entre el alargamiento de perforación del sustrato poroso y la fuerza de perforación del sustrato poroso es de 1,5 a 25 mm/N, en el que el alargamiento de perforación y la fuerza de perforación se determinan tal como se indica en el párrafo 3.4 de la descripción.

Description

DESCRIPCIÓN
Separador y dispositivo electroquímico
ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR
1. Sector técnico
Las realizaciones de la presente solicitud se refieren a un dispositivo electroquímico y, en particular, a un separador y a una batería de iones de litio que incluye el separador.
2. Descripción de la técnica relacionada
En la actualidad, las baterías de iones de litio se utilizan ampliamente como fuentes de energía en sectores tales como diversos productos electrónicos y vehículos eléctricos, y han atraído mucha investigación y desarrollo. En estos sectores, además de una densidad energética volumétrica o másica relativamente elevada, también se requiere que una batería de iones de litio tenga una seguridad y fiabilidad relativamente elevadas en condiciones difíciles (tales como bajo impacto, penetración de clavo y caja caliente). Por lo tanto, los requisitos sobre el desempeño de seguridad de las baterías de iones de litio son cada vez más elevados en la industria y existe una necesidad urgente de mejorar las baterías de iones de litio existentes.
La Patente US2015/372276 A1 da a conocer un separador de batería que incluye una membrana de poliolefina microporosa que tiene un espesor de 16 p.m o menos, y una capa porosa modificadora que comprende una resina fluorada y una partícula inorgánica o partícula de polímero reticulado, estando laminada la capa porosa modificadora sobre un lado de la membrana de poliolefina microporosa, en la que la membrana de poliolefina microporosa tiene (a) una temperatura de desactivación de 135 °C o menos, y (b) una velocidad de cambio de resistencia al aire de 1x104 s/100 cm3/°C o más. El separador es adecuado para baterías de alta capacidad, se adhiere a los electrodos y tiene excelentes propiedades de desactivación y permeabilidad a los electrolitos.
CARACTERÍSTICAS
Las realizaciones de la presente solicitud pretenden mejorar el desempeño de seguridad de una batería de iones de litio dando a conocer la batería de iones de litio que incluye un separador.
Algunas realizaciones de la presente solicitud dan a conocer un separador, comprendiendo el separador un sustrato poroso y una capa porosa, y estando dispuesta la capa porosa sobre una superficie del sustrato poroso y comprendiendo partículas inorgánicas y un aglutinante, en el que una proporción de un alargamiento de perforación del sustrato poroso respecto a una fuerza de perforación del sustrato poroso es de, aproximadamente, 1,5 mm/N a, aproximadamente, 25 mm/N, en el que el alargamiento de perforación y la fuerza de perforación se determinan tal como se describe en el párrafo 3.4.
Según algunas realizaciones de la presente solicitud, la fuerza de perforación del sustrato poroso es de, aproximadamente, 0,1 N a, aproximadamente, 10 N.
Según algunas realizaciones de la presente solicitud, el valor absoluto de la diferencia entre la resistencia a la tracción en la dirección de la máquina (DM) del sustrato poroso y la resistencia a la tracción en la dirección transversal (DT) del sustrato poroso es, aproximadamente, 20000 N/cm2 o menos.
Según algunas realizaciones de la presente solicitud, el aglutinante aplicable al separador de la presente solicitud comprende, sin constituir limitación, como mínimo, uno de los siguientes polímeros: copolímero de fluoruro de vinilideno-hexafluoropropileno, copolímero de fluoruro de vinilideno-tricloroetileno, éster de poliacrilato, ácido poliacrílico, sal de poliacrilato, poliacrilonitrilo, polivinilpirrolidona, acetato de polivinilo, polietileno-co-acetato de vinilo, poliimida, óxido de polietileno, acetato de celulosa, acetato butirato de celulosa, acetato propionato de celulosa, cianoetil amilopectina, cianoetil alcohol polivinílico, cianoetil celulosa, cianoetil sacarosa, amilopectina, carboximetilcelulosa de sodio, carboximetilcelulosa de litio, copolímero de acrilonitrilo-estireno-butadieno, alcohol polivinílico, éter polivinílico, politetrafluoroetileno, polihexafluoropropileno, copolímero de estireno-butadieno y fluoruro de polivinilideno.
Según algunas realizaciones de la presente solicitud, las partículas inorgánicas aplicables al separador de la presente solicitud comprenden, sin constituir limitación, como mínimo, una de las siguientes partículas inorgánicas: óxido de aluminio (Al2O3), dióxido de silicio (SiO2), óxido de magnesio (MgO), óxido de titanio (TiO2), dióxido de hafnio (HfO2), óxido de estaño (SnO2), dióxido de cerio (CeO2), óxido de níquel (NiO), óxido de zinc (ZnO), óxido de calcio (CaO), dióxido de circonio (ZrO2), óxido de itrio (Y2O3), carburo de silicio (SiC), boehmita, hidróxido de aluminio, hidróxido de magnesio, hidróxido de calcio y sulfato de bario.
Según algunas realizaciones de la presente solicitud, el sustrato poroso aplicable al separador de la presente solicitud es una película polimérica, una película polimérica multicapa o una tela no tejida formada por uno cualquiera o una mezcla de dos o más de los siguientes polímeros: polietileno, polipropileno, tereftalato de polietileno, tereftalato de polibutileno, poli(fenilenbencenodicarboxamida), poliéster, poliacetal, poliamida, policarbonato, poliimida, poliéter-éter-cetona, poliarilétercetona, poliéterimida, poliamidoimida, polibencimidazol, poliétersulfona, polifenilenéter, copolímero de cicloolefinas, sulfuro de polifenileno y poli(vinilnaftaleno).
Según algunas realizaciones de la presente solicitud, el sustrato poroso aplicable al separador de la presente solicitud tiene un peso molecular de, aproximadamente, 0,2 millones a, aproximadamente, 2,5 millones, un espesor de, aproximadamente, 1 pmi a, aproximadamente, 40 pmi, una porosidad de, aproximadamente, el 15 % a, aproximadamente, el 60 %, y una permeabilidad al aire de, aproximadamente, 800 s/100 cm3 o menos.
Otra realización de la presente solicitud da a conocer un dispositivo electroquímico, comprendiendo el dispositivo electroquímico un cátodo, un ánodo y un separador, según la presente solicitud.
Según algunas realizaciones de la presente solicitud, el dispositivo electroquímico es una batería de iones de litio. Los aspectos y ventajas adicionales de las realizaciones de la presente solicitud se describen e ilustran en parte en la descripción posterior, o se explican mediante la implementación de las realizaciones de la presente solicitud. DESCRIPCIÓN BREVE DE LOS DIBUJOS
La figura 1 es un diagrama esquemático de un ensayo de perforación, según una realización de la presente solicitud.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
A continuación, se describen en detalle las realizaciones de la presente solicitud. A lo largo de la presente memoria descriptiva, los componentes iguales o similares y los componentes que tienen funciones iguales o similares se indican con números de referencia similares. Las realizaciones descritas en el presente documento, con respecto a los dibujos adjuntos son ilustrativas y gráficas, y se utilizan para proporcionar una comprensión básica de la presente solicitud. No se debe interpretar que las realizaciones de la presente solicitud constituyen limitación de las realizaciones de la presente solicitud.
Las referencias en toda la memoria descriptiva a “realizaciones”, “realizaciones parciales”, “una realización”, “otro ejemplo”, “ejemplos”, “ejemplos específicos” o “ejemplos parciales” significan que, como mínimo, una realización o ejemplo en las realizaciones de la presente solicitud incluye rasgos, estructuras, materiales o características específicas descritas en la realización o el ejemplo. Por lo tanto, las descripciones que aparecen a lo largo de la memoria descriptiva, tales como “en algunas realizaciones”, “en las realizaciones”, “en una realización”, “en otro ejemplo”, “en un ejemplo”, “en un ejemplo particular” o “ejemplos”, no se refieren necesariamente a las mismas realizaciones o ejemplos en las realizaciones de la presente solicitud. Además, los rasgos, estructuras, materiales o características particulares en el presente documento pueden combinarse de cualquier manera adecuada en una o más realizaciones o ejemplos.
Tal como se utiliza en el presente documento, el término “aproximadamente” se utiliza para describir y explicar cambios menores. Cuando se utiliza junto con un evento o situación, el término puede referirse a ejemplos en los que el evento o situación tiene lugar exactamente como se pretendía y a ejemplos en los que el evento o situación tiene lugar de manera similar a como se pretendía. Por ejemplo, cuando se utiliza junto con un valor numérico, el término puede referirse a un intervalo de variación que es menor o igual a ± 10 % del valor numérico, tal como menor o igual a ± 5 %, menor o igual a ± 4 %, menor o igual a ± 3 %, menor o igual a ± 2 %, menor o igual a ± 1 %, menor o igual a ± 0,5 %, menor o igual a ± 0,1 % o menor o igual a ± 0,05 %. Además, las cantidades, proporciones y otros valores numéricos se presentan a veces en el presente documento en un formato de intervalo. Debe entenderse que dichos formatos de intervalo son por conveniencia y brevedad, deben interpretarse con flexibilidad e incluir no solo aquellos valores numéricos que están específicamente designados como limitaciones del intervalo, sino también incluir todos los valores numéricos individuales o subintervalos que se encuentran dentro del intervalo, ya que cada valor y subintervalo se especifican explícitamente.
Las realizaciones de la presente solicitud se caracterizan por que se da a conocer un nuevo separador. Comparado con un separador convencional, el separador de la presente solicitud presenta una elasticidad elevada, y durante la destrucción física por maltrato de la batería de iones de litio (tal como impacto y penetración de clavo), se puede prevenir eficazmente que se rasgue en condiciones de estrés externo, envolver eficazmente un punto de cortocircuito generado bajo el estrés, reducir la probabilidad de cortocircuitos, reducir adicionalmente la corriente de cortocircuito y reducir eficazmente el riesgo de fuga térmica de una batería de iones de litio, mejorando de este modo el desempeño de seguridad de la batería de iones de litio.
El separador utilizado en las realizaciones de la presente solicitud tiene las siguientes características: la proporción entre el alargamiento de perforación del sustrato poroso y la fuerza de perforación del sustrato poroso varía de, aproximadamente, 1,5 mm/N a, aproximadamente, 25 mm/N. Según algunas realizaciones, la proporción varía entre, aproximadamente, 1,5 mm/N y, aproximadamente, 20 mm/N, y según otras realizaciones, la proporción varía entre, aproximadamente, 1,8 mm/N y, aproximadamente, 12 mm/N.
Si la proporción entre el alargamiento de perforación del sustrato poroso y la fuerza de perforación del sustrato poroso es pequeña, el sustrato poroso presenta una fuerte fragilidad y se perfora y rasga fácilmente en las condiciones de estrés de una materia extraña y se genera un punto de cortocircuito que provoca un fallo en la batería de iones de litio. Si la proporción entre el alargamiento de perforación del sustrato poroso y la fuerza de perforación del sustrato poroso es demasiado grande, el separador presenta una gran flexibilidad y es propenso a deformarse por tracción durante el revestimiento o el enrollado, lo que provoca problemas en el proceso y el riesgo de perforación por partículas duras en el proceso aumenta considerablemente.
La fuerza de perforación del sustrato poroso en un ensayo de perforación es de, aproximadamente, 0,1 N a, aproximadamente, 10 N. Según algunas realizaciones, la fuerza de perforación es de, aproximadamente, 1 N a, aproximadamente, 7 N y el alargamiento de perforación es de, aproximadamente, 4 mm a, aproximadamente, 20 mm. La batería de iones de litio que utiliza el separador puede sufrir una gran deformación junto con la fuerza externa durante el proceso de perforación de la materia extraña externa y envolver la materia extraña, evitando de esta manera la aparición o expansión del punto de cortocircuito e inhibiendo eficazmente la aparición del cortocircuito.
El valor absoluto de la diferencia entre la resistencia a la tracción en la dirección de la máquina (DM) y la resistencia a la tracción en la dirección transversal (DT) del sustrato poroso es, aproximadamente, 20000 N/cm2 o menos. Según algunas realizaciones, el valor absoluto es, aproximadamente, 10000 N/cm2 o menos. Según otras realizaciones, el valor absoluto es, aproximadamente, 5000 N/cm2 o menos. Si la diferencia entre la resistencia a la tracción DM y la resistencia a la tracción DT es grande, en el proceso de penetración de clavo, el sustrato poroso es fácil de rasgar en una dirección de resistencia más débil para formar una grieta en forma de tira, lo que hace que sea imposible encapsular de manera eficaz el punto de cortocircuito, y finalmente provoca el fallo de la batería de iones de litio debido a un descontrol térmico.
El separador en las realizaciones de la presente solicitud comprende un sustrato poroso y una capa porosa, estando dispuesta la capa porosa sobre una superficie del sustrato poroso y comprendiendo partículas inorgánicas y un aglutinante. Por ejemplo, la capa porosa puede estar dispuesta sobre una superficie del sustrato poroso, o dispuesta sobre dos superficies del sustrato poroso, o dispuesta sobre una parte de una de las superficies del sustrato poroso. Según una realización de la presente solicitud, el sustrato poroso aplicable al separador es una película polimérica, una película polimérica multicapa o una tela no tejida formada por uno cualquiera o una mezcla de dos o más de los siguientes polímeros: polietileno, polipropileno, tereftalato de polietileno, tereftalato de polibutileno, poli(fenilenbencenodicarboxamida), poliéster, poliacetal, poliamida, policarbonato, poliimida, poliéter-éter-cetona, poliarilétercetona, poliéterimida, poliamidoimida, polibencimidazol, poliétersulfona, óxido de polifenileno, copolímero de cicloolefinas, sulfuro de polifenileno y polivinilnaftaleno. El sustrato poroso tiene un peso molecular de, aproximadamente, 0,2 millones a, aproximadamente, 2,5 millones, un espesor de, aproximadamente, 1 pm a, aproximadamente, 40 pm, una porosidad de, aproximadamente, el 15 % a, aproximadamente, el 60 % y una permeabilidad al aire de, aproximadamente, 800 s/100 cm3 o menos.
Según una realización de la presente solicitud, las partículas inorgánicas que forman la capa porosa comprenden, sin constituir limitación, como mínimo, una de las siguientes partículas inorgánicas: óxido de aluminio (Al2O3), dióxido de silicio (SiO2), óxido de magnesio (MgO), óxido de titanio (TO2), dióxido de hafnio (HfO2), óxido de estaño (SnO2), dióxido de cerio (CeO2), óxido de níquel (NiO), óxido de zinc (ZnO), óxido de calcio (CaO), dióxido de circonio (ZrO2), óxido de itrio (Y2O3), carburo de silicio (SiC), boehmita, hidróxido de aluminio, hidróxido de magnesio, hidróxido de calcio y sulfato de bario.
Según otra realización de la presente solicitud, el aglutinante que forma la capa porosa comprende, sin constituir limitación, como mínimo, uno de los siguientes polímeros: copolímero de fluoruro de vinilideno-hexafluoropropileno, copolímero de fluoruro de vinilideno-tricloroetileno, éster de poliacrilato, ácido poliacrílico, sal de poliacrilato, poliacrilonitrilo, polivinilpirrolidona, acetato de polivinilo, polietileno-co-acetato de vinilo, poliimida, óxido de polietileno, acetato de celulosa, acetato butirato de celulosa, acetato propionato de celulosa, cianoetil amilopectina, cianoetil alcohol polivinílico, cianoetil celulosa, cianoetil sacarosa, amilopectina, carboximetilcelulosa de sodio, carboximetilcelulosa de litio, copolímero de acrilonitrilo-estireno-butadieno, alcohol polivinílico, éter polivinílico, politetrafluoroetileno, polihexafluoropropileno, copolímero de estireno-butadieno y fluoruro de polivinilideno.
Las realizaciones de la presente solicitud dan a conocer, además, una batería de iones de litio que incluye el separador anterior. La batería de iones de litio comprende, además, un cátodo que contiene un material catódico, un ánodo que contiene un material anódico y un electrolito, en la que el separador de la presente solicitud está dispuesto entre el cátodo y el ánodo. Un colector de corriente catódica puede ser una lámina de aluminio o una lámina de níquel, y un colector de corriente anódica puede ser una lámina de cobre o una lámina de níquel.
En la batería de iones de litio anterior, el cátodo incluye un material catódico capaz de absorber y liberar litio (Li) (en lo sucesivo, denominado a veces “un material catódico capaz de absorber/liberar litio Li”). Entre los ejemplos del material catódico capaz de absorber/liberar litio (Li) se pueden incluir uno o más de cobaltato de litio, óxido de litio, níquel, cobalto y manganeso, óxido de litio, níquel, cobalto y aluminio, manganato de litio, fosfato de litio, manganeso y hierro, fosfato de litio y vanadio, fosfato de oxi-litio y vanadio, fosfato de hierro y litio, titanato de litio y material a base de manganeso rico en litio.
En el material catódico anterior, la fórmula química del cobaltato de litio puede ser LixCoaM1bO2-c, en la que M1 es, como mínimo, uno seleccionado entre níquel (Ni), manganeso (Mn), magnesio (Mg), aluminio (Al), boro (B), titanio (Ti), vanadio (V), cromo (Cr), hierro (Fe), cobre (Cu), zinc (Zn), molibdeno (Mo), estaño (Sn), calcio (Ca), estroncio (Sr), wolframio (W), itrio (Y), lantano (La), circonio (Zr) y silicio (Si), y los valores de x, a, b y c están, respectivamente, en los siguientes intervalos: 0,8<x<1,2, 0,8<a<1, 0<b<0,2 y -0,1<c<0,2.
En el material catódico anterior, la fórmula química del óxido de litio, níquel, cobalto y manganeso u óxido de litio, níquel, cobalto y aluminio puede ser LiyNidM2eO2-f, en la que M2 es, como mínimo, uno seleccionado entre cobalto (Co), manganeso (Mn), magnesio (Mg), aluminio (Al), boro (B), titanio (Ti), vanadio (V), cromo (Cr), hierro (Fe), cobre (Cu), zinc (Zn), molibdeno (Mo), estaño (Sn), calcio (Ca), estroncio (Sr), wolframio (W), circonio (Zr) y silicio (Si), y los valores de y, d, e y f están, respectivamente, en los siguientes intervalos: 0,8<y<1,2, 0,3<d<0,98, 0,02<e<0,7 y -0,1<f<0,2.
En el material catódico anterior, la fórmula química del manganato de litio es LizMn2-gM3gO4-h, en la que M3 es, como mínimo, uno seleccionado entre cobalto (Co), níquel (Ni), magnesio (Mg), aluminio (Al), boro (B), titanio (Ti), vanadio (V), cromo (Cr), hierro (Fe), cobre (Cu), zinc (Zn), molibdeno (Mo), estaño (Sn), calcio (Ca), estroncio (Sr) y wolframio (W), y los valores de z, g y h están, respectivamente, en los siguientes intervalos: 0,8<z<1,2, 0<g<1,0 y -0,2<h<0,2.
El ánodo incluye un material anódico capaz de absorber y liberar litio (Li) (en lo sucesivo, denominado a veces “un material anódico capaz de absorber/liberar litio Li”). Entre los ejemplos del material anódico capaz de absorber/liberar litio (Li) se pueden incluir materiales de carbono, compuestos metálicos, óxidos, sulfuros, nitruros de litio tales como LiN3, litio metálico, metales que forman aleaciones junto con el litio y materiales poliméricos.
Entre los ejemplos del material de carbono se pueden incluir carbono de baja grafitización, carbono fácil de grafitizar, grafito artificial, grafito natural, microesferas de carbono mesofásicas, carbono blando, carbono duro, carbono pirolítico, coque, carbono vítreo, cuerpo sinterizado de compuestos de polímero orgánico, fibras de carbono y carbón activado. El coque puede incluir coque de alquitrán, coque de aguja y coque de petróleo. El cuerpo sinterizado de compuestos de polímero orgánico se refiere a un material obtenido calcinando un material polimérico, tal como un plástico fenólico o una resina de furano a una temperatura adecuada para carbonizarlo, y algunos de estos materiales se clasifican en carbono de baja grafitización o carbono fácil de grafitizar. Entre los ejemplos del material polimérico se pueden incluir poliacetileno y polipirrol.
Entre estos materiales anódicos capaces de absorber/liberar litio (Li), se selecciona un material cuyos voltajes de carga y descarga estén cerca de los voltajes de carga y descarga del litio metálico. Esto se debe a que cuanto más bajos son los voltajes de carga y descarga del material anódico, es más probable que la batería de iones de litio tenga una mayor densidad energética. El material anódico puede ser un material de carbono dado que sus estructuras cristalinas solo cambian ligeramente durante la carga y descarga y, por lo tanto, se puede obtener un buen desempeño del ciclo y grandes capacidades de carga y descarga. En particular, se puede seleccionar grafito dado que puede proporcionar un gran equivalente electroquímico y una densidad energética elevada.
Además, el material anódico capaz de absorber/liberar litio (Li) puede incluir litio metálico elemental, elementos metálicos y elementos semimetálicos capaces de formar aleaciones junto con litio (Li), aleaciones y compuestos que incluyan estos elementos y similares. Por ejemplo, se utilizan junto con materiales de carbono ya que, en este caso, se puede obtener un buen desempeño del ciclo y una densidad energética elevada. Además de las aleaciones que incluyen dos o más elementos metálicos, las aleaciones utilizadas en el presente documento también incluyen aleaciones que contienen uno o más elementos metálicos y uno o más elementos semimetálicos. Las aleaciones pueden estar en forma de una solución sólida, un cristal eutéctico (mezcla eutéctica), un compuesto intermetálico y una mezcla de los mismos.
Entre los ejemplos de elementos metálicos y semimetálicos se pueden incluir estaño (Sn), plomo (Pb), aluminio (Al), indio (In), silicio (Si), zinc (Zn), antimonio (Sb), bismuto (Bi), cadmio (Cd), magnesio (Mg), boro (B), galio (Ga), germanio (Ge), arsénico (As), plata (Ag), circonio (Zr), itrio (Y) y hafnio (Hf). Entre los ejemplos de las aleaciones y compuestos anteriores se pueden incluir un material que tiene una fórmula química: MasMbtLiu y un material que tiene una fórmula química: MapMcqMdr. En estas fórmulas químicas, Ma representa, como mínimo, uno de los elementos metálicos y semimetálicos capaces de formar una aleación junto con el litio; Mb representa, como mínimo, uno de los elementos metálicos y semimetálicos distintos de litio y Ma; Mc representa, como mínimo, uno de los elementos no metálicos; Md representa como mínimo, uno de los elementos metálicos y semimetálicos distintos de Ma; y s, t, u, p, q y r satisfacen s>0, t>0, u>0, p> 0, q> 0 y r>0.
Además, en el ánodo se puede utilizar un compuesto inorgánico que no incluya litio (Li), tal como MnÜ2, V2O5 , V6O13, NiS y MoS.
La batería de iones de litio anterior incluye, además, un electrolito, y el electrolito puede ser uno o más de un electrolito en gel, un electrolito sólido y una solución electrolítica, y la solución electrolítica incluye una sal de litio y un disolvente no acuoso.
La sal de litio se selecciona entre uno o más de LiPF6, UBF4, LiAsF6 , LiClO4 , LiB(C6H5)4, UCH3SO3, UCF3SO3 , LiN(SO2CF3)2 , LiC(SO2CF3)3, LiSiF6 , LiBOB y difluoroborato de litio. Por ejemplo, la sal de litio es LiPF6 dado que puede proporcionar una elevada conductividad iónica y mejorar el desempeño de ciclo.
El disolvente no acuoso puede ser un compuesto de carbonato, un compuesto de carboxilato, un compuesto de éter, otros disolventes orgánicos o una combinación de los mismos.
El compuesto de carbonato puede ser un compuesto de carbonato alifático, un compuesto de carbonato cíclico, un compuesto de fluorocarbonato o una combinación de los mismos.
Entre los ejemplos del compuesto de carbonato alifático están el carbonato de dietilo (DEC), carbonato de dimetilo (DMC), carbonato de dipropilo (DPC), carbonato de metilpropilo (MPC), carbonato de etilpropilo (EPC), carbonato de metiletilo (MEC) y una combinación de los mismos. Entre los ejemplos del compuesto de carbonato cíclico están carbonato de etileno (EC), carbonato de propileno (PC), carbonato de butileno (BC), carbonato de vinil etileno (VEC) y una combinación de los mismos. Entre los ejemplos del compuesto de fluorocarbonato están carbonato de fluoroetileno (FEC), carbonato de 1,2-difluoroetileno, carbonato de 1, 1 -difluoroetileno, carbonato de 1.1.2- trifluoroetileno, carbonato de 1,1,2,2-tetrafluoroetileno, carbonato de 1 -fluoro-2-metiletileno, carbonato de 1 -fluoro-1 -metiletileno, carbonato de 1,2-difluoro-1 -metiletileno, carbonato de 1, 1,2-trifluoro-2-metiletileno, carbonato de trifluorometiletileno y una combinación de los mismos.
Entre los ejemplos del compuesto carboxilato están acetato de metilo, acetato de etilo, propionato de propilo, acetato de n-propilo, acetato de t-butilo, propionato de metilo, propionato de etilo, y-butirolactona, decalactona, valerolactona, mevalonolactona, caprolactona, formiato de metilo y una combinación de los mismos.
Entre los ejemplos del compuesto de éter están éter dibutílico, éter dimetílico de tetraetilenglicol, diglima, 1.2- dimetoxietano, 1,2-dietoxietano, etoximetoxietano, 2-metiltetrahidrofurano, tetrahidrofurano y una combinación de los mismos.
Entre los ejemplos de otros disolventes orgánicos están dimetilsulfóxido, 1,2-dioxolano, sulfolano, metilsulfolano, 1.3- dimetil-2-imidazolidinona, N-metil-2-pirrolidona, formamida, dimetilformamida, acetonitrilo, trimetilfosfato, fosfato de trietilo, fosfato de trioctilo, fosfato y una combinación de los mismos.
Aunque la batería de iones de litio se utiliza como ejemplo para la descripción anterior, después de leer la presente solicitud, los expertos en la materia pueden concebir que el separador de la presente solicitud se pueda utilizar en otros dispositivos electroquímicos adecuados. Un dispositivo electroquímico de este tipo incluye cualquier dispositivo que genere una reacción electroquímica, y entre sus ejemplos específicos se incluyen todo tipo de baterías primarias, baterías secundarias, células de combustible, células solares o condensadores. En particular, el dispositivo electroquímico es una batería secundaria de litio, que incluye una batería secundaria de litio metálico, una batería secundaria de iones de litio, una batería secundaria de litio polímero o una batería secundaria de iones de litio polímero.
El dispositivo electroquímico se puede fabricar mediante procedimientos convencionales conocidos por los expertos en la materia. En una realización del procedimiento para fabricar un dispositivo electroquímico, se inserta un separador entre el cátodo y el ánodo para formar un conjunto de electrodo y, a continuación, se inyecta un electrolito en el conjunto, proporcionando de esta manera el dispositivo electroquímico. Según el procedimiento de fabricación y el desempeño deseado del producto final, el electrolito se puede inyectar en una etapa adecuada durante el proceso de fabricación del dispositivo electroquímico. En otras palabras, se puede inyectar el electrolito antes del montaje del dispositivo electroquímico o en la etapa final durante el montaje del dispositivo electroquímico.
El procedimiento que se puede utilizar para aplicar el separador de la presente solicitud al dispositivo electroquímico incluye no solo un procedimiento de enrollado convencional, sino también un procedimiento de laminación (apilamiento) y plegado del separador y un cátodo/ánodo.
A continuación, se utiliza una batería de iones de litio como ejemplo y se utilizan realizaciones específicas para describir la preparación de la batería de iones de litio. Los expertos en la materia deben apreciar que los procedimientos de preparación descritos en la presente solicitud son simplemente ejemplos, y cualquier otro procedimiento de preparación adecuado queda dentro del alcance de la presente solicitud.
I. Procedimientos de preparación y procedimientos de ensayo
Los procedimientos de preparación del separador y la batería de iones de litio y el proceso de ensayo de la batería de iones de litio se explican a continuación.
1. Preparación de separadores
Se prepararon, respectivamente, los separadores E1 a E24 y C1 a C3 según formas específicas descritas en las siguientes realizaciones 1-24 y realizaciones comparativas 1-3.
2. Procedimiento de preparación de la batería de iones de litio.
Un material activo de cobaltato de litio, un agente conductor negro de humo conductor (Super P) y un aglutinante de fluoruro de polivinilideno (PVDF) se agitaron a fondo y se mezclaron uniformemente en una proporción en peso de 94:3:3 en un sistema disolvente de N-metilpirrolidona para formar un suspensión catódica, la suspensión catódica se revistió uniformemente sobre las superficies frontal y posterior de una lámina de aluminio colectora de corriente catódica y se secó a 85 °C para obtener una capa de material catódico activo, y la capa de material catódico activo se sometió a prensado en frío, división, corte en láminas y soldadura a la pestaña catódica para obtener un cátodo. Un material activo de grafito artificial, un agente conductor negro de humo conductor (Super P), un aglutinante de caucho de estireno-butadieno (SBR) y un espesante de carboximetilcelulosa de sodio (c Mc ) se agitaron a fondo y se mezclaron uniformemente en una proporción en peso de 97:1:1,5:0,5 en un sistema disolvente de agua desionizada para formar una suspensión anódica, la suspensión anódica se revistió uniformemente sobre las superficies frontal y posterior de una lámina de cobre colectora de corriente anódica y se secó a 85 °C para formar una capa de material anódico activo, y la capa de material anódico activo se sometió a prensado en frío, división, corte en láminas y soldadura a la pestaña anódica para obtener un ánodo.
Una solución preparada a partir de una sal de litio LiPF6 y un disolvente orgánico no acuoso (carbonato de etileno (EC):carbonato de dietilo (DEC):carbonato de etilmetilo (EMC):carbonato de vinileno (VC) = 8:85:5:2, proporción en peso) en una proporción en peso de 8:92 se utilizó como solución electrolítica de la batería de iones de litio.
El cátodo, el separador y el ánodo se apilaron secuencialmente, de modo que el separador preparado según las siguientes realizaciones desempeñaba una función de separación entre el cátodo y el ánodo. En algunas realizaciones, el separador también podría estar revestido en la superficie del cátodo o ánodo. El enrollado se realizó posteriormente para obtener un conjunto de electrodos. El conjunto de electrodos se colocó en un paquete, se inyectó la solución electrolítica, se realizó el empaquetamiento y, a continuación, se realizó la formación para preparar la batería de iones de litio final.
3. Procedimientos de ensayo del separador
3.1 Ensayo de espesor del separador
En primer lugar, se adoptó un modelo “LITEMATIC” VL-50 con una presión de ensayo de 0,01 N. Para el ensayo de espesor del sustrato poroso del separador, se ensayaron y registraron uniformemente 10-15 puntos de muestra sobre el sustrato poroso, y se tomó un promedio de los mismos como el espesor del sustrato poroso. En cuanto al ensayo de espesor de la capa porosa, en primer lugar, se ensayó el espesor del sustrato poroso y posteriormente se ensayó el espesor después del revestimiento. El espesor del sustrato poroso se restó del espesor después del revestimiento y se dividió por 2 si había dos capas porosas, para obtener el espesor de la capa porosa.
3.2 Ensayo de permeabilidad al aire del sustrato poroso
Se adoptó un dispositivo de ensayo de permeabilidad al aire Gurley4110N. Se midió el tiempo requerido para que 100 cm3 de gas pasaran a través del sustrato poroso y se registró como un valor de permeabilidad al aire (s/100 cm3) del sustrato poroso. Se tomaron uniformemente 5 muestras de la muestra de sustrato poroso para ensayar la permeabilidad al aire, y se tomó un promedio como la permeabilidad al aire del sustrato poroso, en el que el tamaño de la muestra era 50 mm*100 mm.
3.3 Ensayo de porosidad del sustrato poroso
Se tomó una muestra de sustrato poroso que tenía un tamaño de 50 mm*100 mm. Se colocaron 10 sustratos porosos en un dispositivo de ensayo de porosidad real (Modelo: AccuPycII1340) para ensayar la porosidad del sustrato poroso y el volumen real V de la muestra de sustrato poroso, en el que se utilizó un dispositivo de ensayo de espesor decimillimétrico para ensayar el espesor T de 10 sustratos porosos, se calculó el volumen aparente del sustrato poroso en base a V0 = 50*100* T, y posteriormente el valor calculado de la porosidad del sustrato poroso fue (V0 - V)/V0*100 %.
3.4 Ensayo de perforación de sustrato poroso
Mediante la utilización de una máquina de alta tracción de hierro, el sustrato poroso se fijó en un dispositivo que tenía un orificio circular en el medio, en el que el diámetro del orificio circular era de 30 mm. Mediante la utilización de un dispositivo de ensayo de perforación, el sustrato poroso fijo se perforó con una aguja de perforación circular que tenía un diámetro de aguja de 1 mm, en el que la velocidad de perforación fue de 50 mm/min y, a continuación, se registraron el alargamiento de perforación L y la fuerza de perforación F generados en el momento el sustrato poroso fue perforado, tal como se muestra en la figura 1, y se calculó una proporción L/F del alargamiento de perforación respecto a la fuerza de perforación del sustrato poroso.
3.5 Ensayo de tracción del sustrato poroso
Se preparó una tira de muestra de sustrato poroso que tenía una anchura de 20 mm y una longitud de 100 mm en las direcciones DM y DT. El sustrato poroso se sujetó con abrazaderas a dos extremos de las abrazaderas superior e inferior de la máquina de alta tracción de hierro a una velocidad de tracción de 50 mm/min y una separación de 40 mm. El valor de la fuerza que rompía el sustrato poroso se registró como fuerza de tracción F, que posteriormente se dividió por la anchura d y el espesor t del sustrato poroso para obtener la resistencia a la tracción S = F/(d*t) del sustrato poroso.
3.6 Ensayo de penetración de clavo de la batería de iones de litio.
Se tomaron 100 de cada una de las baterías de iones de litio en las realizaciones comparativas y las realizaciones, se cargaron a una corriente constante de 0,5 C a temperatura normal a un voltaje de 4,4 V, y posteriormente se cargaron a una corriente de 0,05 C a un voltaje constante de 4,4 V para llegar a un estado de carga completa de 4,4 V. Se utilizó un clavo que tenía un diámetro de 4 mm para la penetración de clavo a una velocidad de 50 mm/s para observar si la batería de iones de litio produce humo, fuego o explosión. De no ser así, se consideró que la batería de iones de litio había pasado el ensayo de penetración de clavo.
Los datos de ensayo que aparecen en las siguientes realizaciones se midieron utilizando los procedimientos de ensayo anteriores.
II. REALIZACIONES
Las formas de implementación específicas del separador dado a conocer por la presente solicitud se describen en detalle a continuación.
1. Realización 1 y realizaciones comparativas 1-3
Realización 1 (separador E 1)
Se mezclaron polvo de PE que tenía un peso molecular de 1,1 millones y aceite de parafina en una proporción de polvo de PE respecto a aceite de parafina de 1:4, y se extruyeron a alta temperatura y se moldearon en una película. A continuación, la película se estiró en la dirección de la máquina y en la dirección transversal, en la que la proporción de estiramiento en la dirección de la máquina fue de 5,6 veces y la proporción de estiramiento en la dirección transversal fue de 5,6 veces. Después de esto, el aceite de parafina en el sustrato poroso se extrajo con diclorometano, seguido de la realización del secado y termofijado del sustrato poroso. Además, se añadieron partículas inorgánicas de óxido de aluminio y un éster de poliacrilato aglutinante en una proporción en peso de 91:9 a agua desionizada disolvente y se mezclaron uniformemente para formar una suspensión que tenía un contenido de sólidos del 45 %. La suspensión se revistió uniformemente sobre una superficie del sustrato poroso (PE) de 7 p.m de espesor mediante un procedimiento de micrograbado, y se realizó un secado en horno para obtener un separador poroso de material compuesto E1, en el que el espesor de la capa porosa seca fue de 3 pm.
Realizaciones comparativas 1-3
Realización comparativa 1 (separador C1)
Se mezclaron polvo de PE de alto peso molecular que tenía un peso molecular de 1 millón y aceite de parafina en una proporción de polvo de PE respecto a aceite de parafina de 3:7, y se extruyeron a alta temperatura y se moldearon en una película. A continuación, la película se estiró en la dirección de la máquina y en la dirección transversal, en la que la proporción de estiramiento en la dirección de la máquina fue de 7 veces y la proporción de estiramiento en la dirección transversal fue de 6 veces. Después de esto, el aceite de parafina en el sustrato poroso se extrajo con diclorometano, seguido de la realización del secado y termofijado del sustrato poroso para obtener el separador C1, que solo incluye el sustrato poroso.
Realización comparativa 2 (separador C2)
Se mezclaron polvo de PE de alto peso molecular que tenía un peso molecular de 1 millón y aceite de parafina en una proporción de polvo de PE respecto a aceite de parafina de 3:7, y se extruyeron a alta temperatura y se moldearon en una película. La película se estiró en la dirección de la máquina y en la dirección transversal, en la que la proporción de estiramiento en la dirección de la máquina fue de 7 veces y la proporción de estiramiento en la dirección transversal fue de 6 veces. Después de esto, el aceite de parafina en el sustrato poroso se extrajo con diclorometano, seguido de la realización del secado y termofijado del sustrato poroso para obtener un sustrato poroso (PE). Además, se añadieron partículas inorgánicas de óxido de aluminio y un éster de poliacrilato aglutinante en una proporción en peso de 70:30 a agua desionizada disolvente y se mezclaron uniformemente para formar una suspensión que tenía un contenido de sólidos del 45 %. La suspensión se revistió uniformemente sobre una superficie del sustrato poroso (PE) de 7 |j.m de espesor mediante un procedimiento de micrograbado, y se realizó un secado en horno para obtener un separador poroso de material compuesto C2, en el que el espesor de la capa porosa seca fue de 3 |o.m.
Realización comparativa 3 (separador C3)
Se mezclaron polvo de PE de alto peso molecular que tenía un peso molecular de 1 millón y aceite de parafina en una proporción de polvo de PE respecto a aceite de parafina de 3:7, y se extruyeron a alta temperatura y se moldearon en una película. A continuación, la película se estiró en la dirección de la máquina y en la dirección transversal, en la que la proporción de estiramiento en la dirección de la máquina fue de 7 veces y la proporción de estiramiento en la dirección transversal fue de 7 veces. Después de esto, el aceite de parafina en el sustrato poroso se extrajo con diclorometano, seguido de la realización del secado y termofijado del sustrato poroso. Además, se añadieron partículas inorgánicas de óxido de aluminio y un PVDF aglutinante en una proporción en peso de 70:30 en agua desionizada disolvente y se mezclaron uniformemente para formar una suspensión que tenía un contenido de sólidos del 45 %. La suspensión se revistió uniformemente sobre una superficie del sustrato poroso (PE) de 7 |j.m de espesor mediante un procedimiento de micrograbado, y se realizó un secado en horno para obtener un separador poroso de material compuesto C3, en el que el espesor de la capa porosa seca fue de 3 |o.m.
Los ensayos de desempeño se realizaron sobre la realización 1 y las realizaciones comparativas 1-3, respectivamente. Los resultados de los ensayos se muestran en la tabla 1 a continuación:
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Los datos de la tabla 1 muestran que, en comparación con las realizaciones comparativas C1-C3, el separador E1 de la realización 1 tiene la tasa de aprobación del ensayo de penetración de clavo más elevada, de hasta el 80 %, mientras que las realizaciones comparativas C1-C3 tienen la tasa de aprobación del ensayo de penetración de clavo de solo el 0 %. La superior tasa de aprobación del ensayo de penetración del separador E1 se atribuye principalmente a la selección de la proporción adecuada entre el alargamiento de perforación y la fuerza de perforación del sustrato poroso.
E1 es un separador mostrado en una realización de la presente solicitud. Ajustando la proporción entre el alargamiento de perforación y la fuerza de perforación del sustrato poroso, la fuerza de perforación, el valor absoluto de la diferencia entre la resistencia a la tracción DM y la resistencia a la tracción en dirección transversal (DT), el tipo de aglutinante y partículas inorgánicas en la capa porosa y otros factores, la presente solicitud también da a conocer las realizaciones 2 a 25, y las muestras obtenidas se sometieron a los correspondientes ensayos de desempeño, tal como se describe a continuación.
2. Realizaciones 2-6 (cambiando la proporción entre el alargamiento de perforación y la fuerza de perforación del sustrato poroso)
Realización 2 (separador E2)
Se mezclaron polvo de PE que tenía un peso molecular de 1,1 millones y aceite de parafina en una proporción de polvo de PE respecto a aceite de parafina de 1:4, y se extruyeron a alta temperatura y se moldearon en una película.
La película se estiró en la dirección de la máquina y en la dirección transversal, en la que la proporción de estiramiento en la dirección de la máquina fue de 6,5 veces y la proporción de estiramiento en la dirección transversal fue de 6 veces. Después de esto, el aceite de parafina en el sustrato poroso se extrajo con diclorometano, seguido de la realización del secado y termofijado del sustrato poroso. Además, se añadieron partículas inorgánicas de óxido de aluminio y un éster de poliacrilato aglutinante en una proporción en peso de 91:9 a agua desionizada disolvente y se mezclaron uniformemente para formar una suspensión que tenía un contenido de sólidos del 45 %. La suspensión se revistió uniformemente sobre una superficie del sustrato poroso (PE) de 7 pm de espesor mediante un procedimiento de micrograbado, y se realizó un secado en horno para obtener un separador poroso de material compuesto E2, en el que el espesor de la capa porosa seca fue de 3 pm.
Realización 3 (separador E3)
Se mezclaron polvo de PE que tenía un peso molecular de 0,7 millones y aceite de parafina en una proporción de polvo de PE respecto a aceite de parafina de 1:5, se extruyeron a alta temperatura y se moldearon en una película. La película se estiró en la dirección de la máquina y en la dirección transversal, en la que la proporción de estiramiento en la dirección de la máquina fue de 5,5 veces y la proporción de estiramiento en la dirección transversal fue de 4,6 veces. Después de esto, el aceite de parafina en el sustrato poroso se extrajo con diclorometano, seguido de la realización del secado y termofijado del sustrato poroso. Además, se añadieron partículas inorgánicas de óxido de aluminio y un éster de poliacrilato aglutinante en una proporción en peso de 91:9 a agua desionizada disolvente y se mezclaron uniformemente para formar una suspensión que tenía un contenido de sólidos del 45 %. La suspensión se revistió uniformemente sobre una superficie del sustrato poroso (PE) de 7 pm de espesor mediante un procedimiento de micrograbado, y se realizó un secado en horno para obtener un separador poroso de material compuesto E3, en el que el espesor de la capa porosa seca fue de 3 pm.
Realización 4 (separador E4)
Se mezclaron polvo de PE que tenía un peso molecular de 0,8 millones y aceite de parafina en una proporción de polvo de PE respecto a aceite de parafina de 1:5, se extruyeron a alta temperatura y se moldearon en una película. La película se estiró en la dirección de la máquina y en la dirección transversal, en la que la proporción de estiramiento en la dirección de la máquina fue de 5,2 veces y la proporción de estiramiento en la dirección transversal fue de 4,6 veces. Después de esto, el aceite de parafina en el sustrato poroso se extrajo con diclorometano, seguido de la realización del secado y termofijado del sustrato poroso. Además, se añadieron partículas inorgánicas de óxido de aluminio y un éster de poliacrilato aglutinante en una proporción en peso de 91:9 a agua desionizada disolvente y se mezclaron uniformemente para formar una suspensión que tenía un contenido de sólidos del 45 %. La suspensión se revistió uniformemente sobre una superficie del sustrato poroso (PE) de 7 pm de espesor mediante un procedimiento de micrograbado, y se realizó un secado en horno para obtener un separador poroso de material compuesto E4, en el que el espesor de la capa porosa seca fue de 3 pm.
Realización 5 (separador E5)
Se mezclaron polvo de PE que tenía un peso molecular de 0,8 millones y aceite de parafina en una proporción de polvo de PE respecto a aceite de parafina de 1:5, se extruyeron a alta temperatura y se moldearon en una película. La película se estiró en la dirección de la máquina y en la dirección transversal, en la que la proporción de estiramiento en la dirección de la máquina fue de 4,5 veces y la proporción de estiramiento en la dirección transversal fue de 4 veces. Después de esto, el aceite de parafina en el sustrato poroso se extrajo con diclorometano, seguido de la realización del secado y termofijado del sustrato poroso. Además, se añadieron partículas inorgánicas de óxido de aluminio y un éster de poliacrilato aglutinante en una proporción en peso de 91:9 a agua desionizada disolvente y se mezclaron uniformemente para formar una suspensión que tenía un contenido de sólidos del 45 %. La suspensión se revistió uniformemente sobre una superficie del sustrato poroso (PE) de 7 pm de espesor mediante un procedimiento de micrograbado, y se realizó un secado en horno para obtener un separador poroso de material compuesto E5, en el que el espesor de la capa porosa seca fue de 3 pm.
Realización 6 (separador E6)
Se mezclaron polvo de PE que tenía un peso molecular de 0,6 millones con monómero de octeno copolimerizado y aceite de etileno y parafina en una proporción de polvo de PE respecto a aceite de parafina de 1:5, se extruyeron a alta temperatura y se moldearon en una película. La película se estiró en la dirección de la máquina y en la dirección transversal, en la que la proporción de estiramiento en la dirección de la máquina fue de 5 veces y la proporción de estiramiento en la dirección transversal fue de 4,5 veces. Después de esto, el aceite de parafina en el sustrato poroso se extrajo con diclorometano, seguido de la realización del secado y termofijado del sustrato poroso. Además, se añadieron partículas inorgánicas de óxido de aluminio y un éster de poliacrilato aglutinante en una proporción en peso de 91:9 a agua desionizada disolvente y se mezclaron uniformemente para formar una suspensión que tenía un contenido de sólidos del 45 %. La suspensión se revistió uniformemente sobre una superficie del sustrato poroso (PE) de 7 pm de espesor mediante un procedimiento de micrograbado, y se realizó un secado en horno para obtener un separador poroso de material compuesto E6, en el que el espesor de la capa porosa seca fue de 3 pm.
La tabla 2 enumera los resultados de los ensayos de desempeño de E2-E6.
Tabla 2
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Sobre la base de los datos de los ensayos anteriores, se sabe que la proporción entre el polvo de PE y el aceite de parafina, siendo entre el alargamiento de perforación y la fuerza de perforación del sustrato poroso, tiene una influencia significativa en la tasa de aprobación del ensayo de penetración de clavo. Específicamente, dentro de un cierto intervalo, cuanto mayor sea la proporción entre el alargamiento de perforación y la fuerza de perforación del sustrato poroso, mayor será la tasa de aprobación del ensayo de penetración de clavo. Sin embargo, la procesabilidad del separador puede deteriorarse a medida que aumenta la proporción entre el alargamiento de perforación y la fuerza de perforación del sustrato poroso. Por lo tanto, la proporción entre el alargamiento de perforación y la fuerza de perforación del sustrato poroso debe controlarse dentro de un intervalo razonable para garantizar una alta tasa de aprobación del ensayo de penetración de clavo y una buena procesabilidad.
3. Realizaciones 7-11 (cambiando la fuerza de perforación del sustrato poroso)
Realización 7 (separador E7)
Se mezclaron polvo de PE que tenía un peso molecular de 0,2 millones y aceite de parafina en una proporción de polvo de PE respecto a aceite de parafina de 3:7, se extruyeron a alta temperatura y se moldearon en una película. La película se estiró en la dirección de la máquina y en la dirección transversal, en la que la proporción de estiramiento en la dirección de la máquina fue de 3,9 veces y la proporción de estiramiento en la dirección transversal fue de 3 veces. Después de esto, el aceite de parafina en el sustrato poroso se extrajo con diclorometano, seguido de la realización del secado y termofijado del sustrato poroso. Además, se añadieron partículas inorgánicas de óxido de aluminio y un éster de poliacrilato aglutinante en una proporción en peso de 91:9 a agua desionizada disolvente y se mezclaron uniformemente para formar una suspensión que tenía un contenido de sólidos del 45 %. La suspensión se revistió uniformemente sobre una superficie del sustrato poroso (PE) de 7 pm de espesor mediante un procedimiento de micrograbado, y se realizó un secado en horno para obtener un separador poroso de material compuesto E7, en el que el espesor de la capa porosa seca fue de 3 pm.
Realización 8 (separador E8)
Se mezclaron polvo de PE que tenía un peso molecular de 1,1 millones y aceite de parafina en una proporción de polvo de PE respecto a aceite de parafina de 1:4, se extruyeron a alta temperatura y se moldearon en una película. La película se estiró en la dirección de la máquina y en la dirección transversal, en la que la proporción de estiramiento en la dirección de la máquina fue de 6 veces y la proporción de estiramiento en la dirección transversal fue de 5 veces. Después de esto, el aceite de parafina en el sustrato poroso se extrajo con diclorometano, seguido de la realización del secado y termofijado del sustrato poroso. Además, se añadieron partículas inorgánicas de óxido de aluminio y un éster de poliacrilato aglutinante en una proporción en peso de 91:9 a agua desionizada disolvente y se mezclaron uniformemente para formar una suspensión que tenía un contenido de sólidos del 45 %. La suspensión se revistió uniformemente sobre una superficie del sustrato poroso (PE) de 7 pm de espesor mediante un procedimiento de micrograbado, y se realizó un secado en horno para obtener un separador poroso de material compuesto E8, en el que el espesor de la capa porosa seca fue de 3 pm.
Realización 9 (separador E9)
Se mezclaron polvo de PE que tenía un peso molecular de 2 millones y aceite de parafina en una proporción de polvo de PE respecto a aceite de parafina de 1:4, se extruyeron a alta temperatura y se moldearon en una película. La película se estiró en la dirección de la máquina y en la dirección transversal, en la que la proporción de estiramiento en la dirección de la máquina fue de 7,7 veces y la proporción de estiramiento en la dirección transversal fue de 7 veces. Después de esto, el aceite de parafina en el sustrato poroso se extrajo con diclorometano, seguido de la realización del secado y termofijado del sustrato poroso. Además, se añadieron partículas inorgánicas de óxido de aluminio y un éster de poliacrilato aglutinante en una proporción en peso de 91:9 a agua desionizada disolvente y se mezclaron uniformemente para formar una suspensión que tenía un contenido de sólidos del 45 %. La suspensión se revistió uniformemente sobre una superficie del sustrato poroso (PE) de 7 p.m de espesor mediante un procedimiento de micrograbado, y se realizó un secado en horno para obtener un separador poroso de material compuesto E9, en el que el espesor de la capa porosa seca fue de 3 pmi.
Realización 10 (separador E10)
Se mezclaron polvo de PE que tenía un peso molecular de 2,5 millones y aceite de parafina en una proporción de polvo de PE respecto a aceite de parafina de 1:4, se extruyeron a alta temperatura y se moldearon en una película. La película se estiró en la dirección de la máquina y en la dirección transversal, en la que la proporción de estiramiento en la dirección de la máquina fue de 8,3 veces y la proporción de estiramiento en la dirección transversal fue de 7,3 veces. Después de esto, el aceite de parafina en el sustrato poroso se extrajo con diclorometano, seguido de la realización del secado y termofijado del sustrato poroso. Además, se añadieron partículas inorgánicas de óxido de aluminio y un éster de poliacrilato aglutinante en una proporción en peso de 91:9 a agua desionizada disolvente y se mezclaron uniformemente para formar una suspensión que tenía un contenido de sólidos del 45 %. La suspensión se revistió uniformemente sobre una superficie del sustrato poroso (PE) de 7 p.m de espesor mediante un procedimiento de micrograbado, y se realizó un secado en horno para obtener un separador poroso de material compuesto E10, en el que el espesor de la capa porosa seca fue de 3 pmi.
Realización 11 (separador E11)
Se mezclaron polvo de PE que tenía un peso molecular de 2,5 millones y aceite de parafina en una proporción de polvo de PE respecto a aceite de parafina de 1:4, se extruyeron a alta temperatura y se moldearon en una película. La película se estiró en la dirección de la máquina y en la dirección transversal, en la que la proporción de estiramiento en la dirección de la máquina fue de 9 veces y la proporción de estiramiento en la dirección transversal fue de 8,5 veces. Después de esto, el aceite de parafina en el sustrato poroso se extrajo con diclorometano, seguido de la realización del secado y termofijado del sustrato poroso. Además, se añadieron partículas inorgánicas de óxido de aluminio y un éster de poliacrilato aglutinante en una proporción en peso de 91:9 a agua desionizada disolvente y se mezclaron uniformemente para formar una suspensión que tenía un contenido de sólidos del 45 %. La suspensión se revistió uniformemente sobre una superficie del sustrato poroso (PE) de 7 p.m de espesor mediante un procedimiento de micrograbado, y se realizó un secado en horno para obtener un separador poroso de material compuesto E11, en el que el espesor de la capa porosa seca fue de 3 pmi.
La tabla 3 enumera los resultados de los ensayos de desempeño de E7-E11.
Tabla 3
Figure imgf000012_0001
Sobre la base de los datos de los ensayos anteriores, se puede saber que, en el caso en el que la proporción entre el alargamiento de perforación y la fuerza de perforación del sustrato poroso sea la misma, el cambio en la fuerza de perforación tiene una ligera influencia en la tasa de aprobación del ensayo de penetración de clavo.
4. Realizaciones 12-19 (cambiando el valor absoluto de la diferencia entre la resistencia a la tracción DM y la resistencia a la tracción DT)
Realización 12 (separador E12)
Se mezclaron polvo de PE que tenía un peso molecular de 1,1 millones y aceite de parafina en una proporción de polvo de PE respecto a aceite de parafina de 1:4, se extruyeron a alta temperatura y se moldearon en una película. La película se estiró en la dirección de la máquina y en la dirección transversal, en la que la proporción de estiramiento en la dirección de la máquina fue de 5,5 veces y la proporción de estiramiento en la dirección transversal fue de 5,6 veces. Después de esto, el aceite de parafina en el sustrato poroso se extrajo con diclorometano, seguido de la realización del secado y termofijado del sustrato poroso. Además, se añadieron partículas inorgánicas de óxido de aluminio y un éster de poliacrilato aglutinante en una proporción en peso de 91:9 a agua desionizada disolvente y se mezclaron uniformemente para formar una suspensión que tenía un contenido de sólidos del 45 %. La suspensión se revistió uniformemente sobre una superficie del sustrato poroso (PE) de 7 p.m de espesor mediante un procedimiento de micrograbado, y se realizó un secado en horno para obtener un separador poroso de material compuesto E12, en el que el espesor de la capa porosa seca fue de 3 pmi.
Realización 13 (separador E13)
Se mezclaron polvo de PE que tenía un peso molecular de 1,1 millones y aceite de parafina en una proporción de polvo de PE respecto a aceite de parafina de 1:4, se extruyeron a alta temperatura y se moldearon en una película. La película se estiró en la dirección de la máquina y en la dirección transversal, en la que la proporción de estiramiento en la dirección de la máquina fue de 5,4 veces y la proporción de estiramiento en la dirección transversal fue de 5,6 veces. Después de esto, el aceite de parafina en el sustrato poroso se extrajo con diclorometano, seguido de la realización del secado y termofijado del sustrato poroso. Además, se añadieron partículas inorgánicas de óxido de aluminio y un éster de poliacrilato aglutinante en una proporción en peso de 91:9 a agua desionizada disolvente y se mezclaron uniformemente para formar una suspensión que tenía un contenido de sólidos del 45 %. La suspensión se revistió uniformemente sobre una superficie del sustrato poroso (PE) de 7 p.m de espesor mediante un procedimiento de micrograbado, y se realizó un secado en horno para obtener un separador poroso de material compuesto E13, en el que el espesor de la capa porosa seca fue de 3 pmi.
Realización 14 (separador E14)
Se mezclaron polvo de PE que tenía un peso molecular de 1,1 millones y aceite de parafina en una proporción de polvo de PE respecto a aceite de parafina de 1:4, se extruyeron a alta temperatura y se moldearon en una película. La película se estiró en la dirección de la máquina y en la dirección transversal, en la que la proporción de estiramiento en la dirección de la máquina fue de 5,9 veces y la proporción de estiramiento en la dirección transversal fue de 5,5 veces. Después de esto, el aceite de parafina en el sustrato poroso se extrajo con diclorometano, seguido de la realización del secado y termofijado del sustrato poroso. Además, se añadieron partículas inorgánicas de óxido de aluminio y un éster de poliacrilato aglutinante en una proporción en peso de 91:9 a agua desionizada disolvente y se mezclaron uniformemente para formar una suspensión que tenía un contenido de sólidos del 45 %. La suspensión se revistió uniformemente sobre una superficie del sustrato poroso (PE) de 7 p.m de espesor mediante un procedimiento de micrograbado, y se realizó un secado en horno para obtener un separador poroso de material compuesto E14, en el que el espesor de la capa porosa seca fue de 3 pmi.
Realización 15 (separador E15)
Se mezclaron polvo de PE que tenía un peso molecular de 1,1 millones y aceite de parafina en una proporción de polvo de PE respecto a aceite de parafina de 1:4, se extruyeron a alta temperatura y se moldearon en una película. La película se estiró en la dirección de la máquina y en la dirección transversal, en la que la proporción de estiramiento en la dirección de la máquina fue de 6 veces y la proporción de estiramiento en la dirección transversal fue de 5,4 veces. Después de esto, el aceite de parafina en el sustrato poroso se extrajo con diclorometano, seguido de la realización del secado y termofijado del sustrato poroso. Además, se añadieron partículas inorgánicas de óxido de aluminio y un éster de poliacrilato aglutinante en una proporción en peso de 91:9 a agua desionizada disolvente y se mezclaron uniformemente para formar una suspensión que tenía un contenido de sólidos del 45 %. La suspensión se revistió uniformemente sobre una superficie del sustrato poroso (PE) de 7 p.m de espesor mediante un procedimiento de micrograbado, y se realizó un secado en horno para obtener un separador poroso de material compuesto E15, en el que el espesor de la capa porosa seca fue de 3 pmi.
Realización 16 (separador E16)
Se mezclaron polvo de PE que tenía un peso molecular de 1,1 millones y aceite de parafina en una proporción de polvo de PE respecto a aceite de parafina de 1:4, se extruyeron a alta temperatura y se moldearon en una película. La película se estiró en la dirección de la máquina y en la dirección transversal, en la que la proporción de estiramiento en la dirección de la máquina fue de 6 veces y la proporción de estiramiento en la dirección transversal fue de 5,3 veces. Después de esto, el aceite de parafina en el sustrato poroso se extrajo con diclorometano, seguido de la realización del secado y termofijado del sustrato poroso. Además, se añadieron partículas inorgánicas de óxido de aluminio y un éster de poliacrilato aglutinante en una proporción en peso de 91:9 a agua desionizada disolvente y se mezclaron uniformemente para formar una suspensión que tenía un contenido de sólidos del 45 %. La suspensión se revistió uniformemente sobre una superficie del sustrato poroso (PE) de 7 p.m de espesor mediante un procedimiento de micrograbado, y se realizó un secado en horno para obtener un separador poroso de material compuesto E16, en el que el espesor de la capa porosa seca fue de 3 pmi.
Realización 17 (separador E17)
Se mezclaron polvo de PE que tenía un peso molecular de 1,1 millones y aceite de parafina en una proporción de polvo de PE respecto a aceite de parafina de 1:4, se extruyeron a alta temperatura y se moldearon en una película. La película se estiró en la dirección de la máquina y en la dirección transversal, en la que la proporción de estiramiento en la dirección de la máquina fue de 6 veces y la proporción de estiramiento en la dirección transversal fue de 5,1 veces. Después de esto, el aceite de parafina en el sustrato poroso se extrajo con diclorometano, seguido de la realización del secado y termofijado del sustrato poroso. Además, se añadieron partículas inorgánicas de óxido de aluminio y un éster de poliacrilato aglutinante en una proporción en peso de 91:9 a agua desionizada disolvente y se mezclaron uniformemente para formar una suspensión que tenía un contenido de sólidos del 45 %. La suspensión se revistió uniformemente sobre una superficie del sustrato poroso (PE) de 7 |j.m de espesor mediante un procedimiento de micrograbado, y se realizó un secado en horno para obtener un separador poroso de material compuesto E17, en el que el espesor de la capa porosa seca fue de 3 |jm.
Realización 18 (separador E18)
Se mezclaron polvo de PE que tenía un peso molecular de 1,1 millones y aceite de parafina en una proporción de polvo de PE respecto a aceite de parafina de 1:4, se extruyeron a alta temperatura y se moldearon en una película. La película se estiró en la dirección de la máquina y en la dirección transversal, en la que la proporción de estiramiento en la dirección de la máquina fue de 6,5 veces y la proporción de estiramiento en la dirección transversal fue de 4,2 veces. Después de esto, el aceite de parafina en el sustrato poroso se extrajo con diclorometano, seguido de la realización del secado y termofijado del sustrato poroso. Además, se añadieron partículas inorgánicas de óxido de aluminio y un éster de poliacrilato aglutinante en una proporción en peso de 91:9 a agua desionizada disolvente y se mezclaron uniformemente para formar una suspensión que tenía un contenido de sólidos del 45 %. La suspensión se revistió uniformemente sobre una superficie del sustrato poroso (PE) de 7 |j.m de espesor mediante un procedimiento de micrograbado, y se realizó un secado en horno para obtener un separador poroso de material compuesto E18, en el que el espesor de la capa porosa seca fue de 3 |jm.
Realización 19 (separador E19)
Se mezclaron polvo de PE que tenía un peso molecular de 1,1 millones y aceite de parafina en una proporción de polvo de PE respecto a aceite de parafina de 1:4, se extruyeron a alta temperatura y se moldearon en una película. La película se estiró en la dirección de la máquina y en la dirección transversal, en la que la proporción de estiramiento en la dirección de la máquina fue de 6,7 veces y la proporción de estiramiento en la dirección transversal fue de 3,1 veces. Después de esto, el aceite de parafina en el sustrato poroso se extrajo con diclorometano, seguido de la realización del secado y termofijado del sustrato poroso. Además, se añadieron partículas inorgánicas de óxido de aluminio y un éster de poliacrilato aglutinante en una proporción en peso de 91:9 a agua desionizada disolvente y se mezclaron uniformemente para formar una suspensión que tenía un contenido de sólidos del 45 %. La suspensión se revistió uniformemente sobre una superficie del sustrato poroso (PE) de 7 |j.m de espesor mediante un procedimiento de micrograbado, y se realizó un secado en horno para obtener un separador poroso de material compuesto E19, en el que el espesor de la capa porosa seca fue de 3 |jm.
La tabla 4 enumera los resultados de los ensayos de desempeño de E12-E19.
Tabla 4
Figure imgf000014_0001
Sobre la base de los datos de ensayo anteriores, se puede saber que en el caso en el que la proporción entre el alargamiento de perforación y la fuerza de perforación del sustrato poroso sea la misma, el valor absoluto de la diferencia entre la resistencia a la tracción DM y la resistencia a la tracción DT del sustrato poroso tiene cierta influencia en la tasa de aprobación del ensayo de penetración de clavo. Cuanto mayor sea el valor absoluto de la diferencia, menor será la tasa de aprobación del ensayo de penetración de clavo. Es decir, en comparación con las realizaciones comparativas 1-3, cuanto menor sea el valor absoluto de la diferencia entre la resistencia a la tracción DM y la resistencia a la tracción DT del sustrato poroso, se mejorará más favorablemente la tasa de aprobación del ensayo de penetración de clavo.
5. Realizaciones 20-24 (cambiando los tipos de aglutinante y partículas inorgánicas en la capa porosa)
Realización 20 (separador E20)
Se mezclaron polvo de PE que tenía un peso molecular de 1,1 millones y aceite de parafina en una proporción de polvo de PE respecto a aceite de parafina de 1:4, se extruyeron a alta temperatura y se moldearon en una película. La película se estiró en la dirección de la máquina y en la dirección transversal, en la que la proporción de estiramiento en la dirección de la máquina fue de 5,6 veces y la proporción de estiramiento en la dirección transversal fue de 5,4 veces. Después de esto, el aceite de parafina en el sustrato poroso se extrajo con diclorometano, seguido de la realización del secado y termofijado del sustrato poroso. Además, se añadieron partículas inorgánicas de óxido de aluminio y un PVDF aglutinante en una proporción en peso de 91:9 a agua desionizada disolvente y se mezclaron uniformemente para formar una suspensión que tenía un contenido de sólidos del 45 %. La suspensión se revistió uniformemente sobre una superficie del sustrato poroso (PE) de 7 p.m de espesor mediante un procedimiento de micrograbado, y se realizó un secado en horno para obtener un separador poroso de material compuesto E20, en el que el espesor de la capa porosa seca fue de 3 pm.
Realización 21 (separador E21)
Se mezclaron polvo de PE que tenía un peso molecular de 1,1 millones y aceite de parafina en una proporción de polvo de PE respecto a aceite de parafina de 1:4, se extruyeron a alta temperatura y se moldearon en una película. La película se estiró en la dirección de la máquina y en la dirección transversal, en la que la proporción de estiramiento en la dirección de la máquina fue de 5,8 veces y la proporción de estiramiento en la dirección transversal fue de 5,5 veces. Después de esto, el aceite de parafina en el sustrato poroso se extrajo con diclorometano, seguido de la realización del secado y termofijado del sustrato poroso. Además, se añadieron partículas inorgánicas de óxido de aluminio y un éster de poliacrilato aglutinante en una proporción en peso de 91:9 a agua desionizada disolvente y se mezclaron uniformemente para formar una suspensión que tenía un contenido de sólidos del 45 %. La suspensión se revistió uniformemente sobre una superficie del sustrato poroso (PE) de 7 pm de espesor mediante un procedimiento de micrograbado, y se realizó un secado en horno para obtener un separador poroso de material compuesto E21, en el que el espesor de la capa porosa seca fue de 3 pm.
Realización 22 (separador E22)
Se mezclaron polvo de PE que tenía un peso molecular de 1,1 millones y aceite de parafina en una proporción de polvo de PE respecto a aceite de parafina de 1:4, se extruyeron a alta temperatura y se moldearon en una película. La película se estiró en la dirección de la máquina y en la dirección transversal, en la que la proporción de estiramiento en la dirección de la máquina fue de 5,9 veces y la proporción de estiramiento en la dirección transversal fue de 5,5 veces. Después de esto, el aceite de parafina en el sustrato poroso se extrajo con diclorometano, seguido de la realización del secado y termofijado del sustrato poroso. Además, se añadieron partículas inorgánicas de boehmita y un PVDF aglutinante en una proporción en peso de 85:15 a agua desionizada disolvente y se mezclaron uniformemente para formar una suspensión con un contenido de sólidos del 45 %. La suspensión se revistió uniformemente sobre una superficie del sustrato poroso (PE) de 7 pm de espesor mediante un procedimiento de micrograbado, y se realizó un secado en horno para obtener un separador poroso de material compuesto E22, en el que el espesor de la capa porosa seca fue de 3 pm.
Realización 23 (separador E23)
Se mezclaron polvo de PE que tenía un peso molecular de 1,1 millones y aceite de parafina en una proporción de polvo de PE respecto a aceite de parafina de 1:4, se extruyeron a alta temperatura y se moldearon en una película. La película se estiró en la dirección de la máquina y en la dirección transversal, en la que la proporción de estiramiento en la dirección de la máquina fue de 5,5 veces y la proporción de estiramiento en la dirección transversal fue de 5,7 veces. Después de esto, el aceite de parafina en el sustrato poroso se extrajo con diclorometano, seguido de la realización del secado y termofijado del sustrato poroso. Además, se añadieron partículas inorgánicas de hidróxido de magnesio y un PVDF aglutinante en una proporción en peso de 91:9 a agua desionizada disolvente y se mezclaron uniformemente para formar una suspensión que tenía un contenido de sólidos del 45 %. La suspensión se revistió uniformemente sobre una superficie del sustrato poroso (PE) de 7 pm de espesor mediante un procedimiento de micrograbado, y se realizó un secado en horno para obtener un separador poroso de material compuesto E23, en el que el espesor de la capa porosa seca fue de 3 pm.
Realización 24 (separador E24)
Se mezclaron polvo de PE que tenía un peso molecular de 1,1 millones y aceite de parafina en una proporción de polvo de PE respecto a aceite de parafina de 1:4, se extruyeron a alta temperatura y se moldearon en una película. La película se estiró en la dirección de la máquina y en la dirección transversal, en la que la proporción de estiramiento en la dirección de la máquina fue de 5,5 veces y la proporción de estiramiento en la dirección transversal fue de 5,6 veces. Después de esto, el aceite de parafina en el sustrato poroso se extrajo con diclorometano, seguido de la realización del secado y termofijado del sustrato poroso. Además, se añadieron partículas inorgánicas de óxido de aluminio y un PVDF aglutinante en una proporción en peso de 70:30 a agua desionizada disolvente y se mezclaron uniformemente para formar una suspensión que tenía un contenido de sólidos del 45 %. La suspensión se revistió uniformemente sobre una superficie del sustrato poroso (PE) de 7 |j.m de espesor mediante un procedimiento de micrograbado, y se realizó un secado en horno para obtener un separador poroso de material compuesto E24, en el que el espesor de la capa porosa seca fue de 3 |jm.
La tabla 5 enumera los resultados de los ensayos de desempeño de E20-E24.
Figure imgf000017_0001
Sobre la base de los datos de los ensayos anteriores, se puede saber que, cuando la proporción entre el alargamiento de perforación y la fuerza de perforación del sustrato poroso es la misma y la diferencia entre la resistencia a la tracción DM y la resistencia a la tracción DT es pequeña, la utilización de diferentes tipos de aglutinantes y partículas inorgánicas tiene poca influencia en la tasa de aprobación del ensayo de penetración de clavo y en la procesabilidad.

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Separador, que comprende:
un sustrato poroso; y que está caracterizado por
una capa porosa, estando dispuesta la capa porosa sobre una superficie del sustrato poroso y comprendiendo partículas inorgánicas y un aglutinante, en el que la proporción entre el alargamiento de perforación del sustrato poroso y la fuerza de perforación del sustrato poroso es de 1,5 a 25 mm/N, en el que el alargamiento de perforación y la fuerza de perforación se determinan tal como se indica en el párrafo 3.4 de la descripción.
2. Separador, según la reivindicación 1, en el que la fuerza de perforación del sustrato poroso es de 0,1 a 10 N.
3. Separador, según la reivindicación 1 o 2, en el que el valor absoluto de la diferencia entre la resistencia a la tracción en la dirección de la máquina del sustrato poroso y la resistencia a la tracción en la dirección transversal del sustrato poroso es 20000 N/cm2 o menos.
4. Separador, según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que el aglutinante comprende, como mínimo, uno de los siguientes polímeros: copolímero de fluoruro de vinilideno-hexafluoropropileno, copolímero de fluoruro de vinilideno-tricloroetileno, éster de poliacrilato, ácido poliacrílico, sal de poliacrilato, poliacrilonitrilo, polivinilpirrolidona, acetato de polivinilo, polietileno-co-acetato de vinilo, poliimida, óxido de polietileno, acetato de celulosa, acetato butirato de celulosa, acetato propionato de celulosa, cianoetil amilopectina, cianoetil alcohol polivinílico, cianoetil celulosa, cianoetil sacarosa, amilopectina, carboximetilcelulosa de sodio, carboximetilcelulosa de litio, copolímero de acrilonitrilo-estireno-butadieno, alcohol polivinílico, éter polivinílico, politetrafluoroetileno, polihexafluoropropileno, copolímero de estireno-butadieno y fluoruro de polivinilideno.
5. Separador, según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que las partículas inorgánicas comprenden, como mínimo, una de las siguientes partículas inorgánicas: óxido de aluminio, dióxido de silicio, óxido de magnesio, óxido de titanio, dióxido de hafnio, óxido de estaño, dióxido de cerio, óxido de níquel, óxido de zinc, óxido de calcio, dióxido de circonio, óxido de itrio, carburo de silicio, boehmita, hidróxido de aluminio, hidróxido de magnesio, hidróxido de calcio y sulfato de bario.
6. Separador, según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que el sustrato poroso es una película polimérica, una película polimérica multicapa o una tela no tejida formada por uno cualquiera o una mezcla de dos o más de los siguientes polímeros: polietileno, polipropileno, tereftalato de polietileno, tereftalato de polibutileno, poli(fenilenbencenodicarboxamida), poliéster, poliacetal, poliamida, policarbonato, poliimida, poliéter-éter-cetona, poliarilétercetona, poliéterimida, poliamidoimida, polibencimidazol, poliétersulfona, óxido de polifenileno, copolímero de cicloolefinas, sulfuro de polifenileno y polivinilnaftaleno.
7. Separador, según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que el sustrato poroso tiene un peso molecular de 0,2 millones a 2,5 millones, el sustrato poroso tiene un espesor de 1 p.m a 40 pm, el sustrato poroso tiene una porosidad del 15 % al 60 % y el sustrato poroso tiene una permeabilidad al aire de 800 s/100 cm3 o menos.
8. Dispositivo electroquímico, que comprende:
un cátodo;
un ánodo; y
un separador, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.
9. Dispositivo electroquímico, según la reivindicación 8, en el que el dispositivo electroquímico es una batería de iones de litio.
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