ES2897512T3 - Placa de electrodo positivo, dispositivo electroquímico y recubrimiento de seguridad - Google Patents
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Abstract
Una placa de electrodo positivo, que comprende un colector de corriente, una capa de material activo positivo y un recubrimiento de seguridad dispuesto entre el colector de corriente y la capa de material activo positivo, el recubrimiento de seguridad que comprende una matriz de polímero, un material conductor y un relleno inorgánico, en donde la matriz polimérica es poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada; en donde, basado en el peso total del recubrimiento de seguridad, un porcentaje en peso de la matriz polimérica es de 35% en peso a 75% en peso, un porcentaje en peso del material conductor es de 5% en peso a 25% en peso, y un porcentaje en peso de la carga inorgánica es del 10% en peso al 60% en peso; y en donde la carga inorgánica es un material electroquímicamente activo positivo modificado con recubrimiento de carbono.
Description
DESCRIPCIÓN
Placa de electrodo positivo, dispositivo electroquímico y recubrimiento de seguridad
CAMPO TÉCNICO
[0001] La presente solicitud se refiere al campo de la tecnología electroquímica y, más particularmente, a una placa de electrodo positivo y un dispositivo electroquímico que contiene la placa de electrodo positivo.
ANTECEDENTES
[0002] Las baterías de iones de litio se utilizan ampliamente en vehículos eléctricos y electrónica de consumo debido a su alta densidad de energía, alta potencia de salida, ciclo de vida largo y pequeña contaminación ambiental. Sin embargo, las baterías de iones de litio son propensas a incendios y explosiones cuando se someten a condiciones anormales como aplastamiento, golpes o perforaciones, causando daños graves. Por lo tanto, el problema de seguridad de las baterías de iones de litio limita en gran medida la aplicación y popularidad de las baterías de iones de litio.
[0003] Un gran número de resultados experimentales muestran que el cortocircuito interno de la batería es la causa básica de peligro para la seguridad de la batería de iones de litio. Para evitar el cortocircuito interno de la batería, los investigadores han intentado mejorar la batería de muchas maneras, incluido el uso de materiales PTC para mejorar el rendimiento de seguridad de la batería de iones de litio. Un material PTC (Coeficiente de temperatura positivo) es un material sensible al calor con coeficiente de temperatura positivo, que tiene la característica de que su resistividad aumenta con el aumento de temperatura. Cuando la temperatura excede una cierta temperatura, su resistividad aumenta rápidamente de forma escalonada.
[0004] En el estudio de la utilización de las características de los materiales de PTC para mejorar la eficacia de la seguridad de la batería de iones de litio, algunos estudios implican la adición de materiales de PTC al electrodo de capa de material activo de la batería. Cuando la temperatura de la batería aumenta, la resistencia del material PTC aumenta, lo que hace que la resistencia de toda la capa de material activo del electrodo se haga más grande e incluso destruya la trayectoria conductora de toda la capa de material activo del electrodo. Por tanto, el efecto de seguridad se consigue provocando una interrupción de la alimentación y evitando que prosiga la reacción electroquímica. Sin embargo, con esta modificación, el material PTC añadido en la capa de material activo del electrodo afecta negativamente al rendimiento electroquímico de la batería.
[0005] Sin embargo, otros estudios han proporcionado una capa separada de material de PTC (recubrimiento de seguridad) entre el colector de corriente y el electrodo de capa de material activo de la batería. Cuando la temperatura de la batería aumenta, la resistencia de la capa de material PTC aumenta, de modo que la resistencia eléctrica entre el colector de corriente y la capa de material activo del electrodo aumenta o incluso se interrumpe el suministro de energía, logrando así el efecto de seguridad de evitar que proceda la reacción electroquímica. Sin embargo, con esta modificación, cuando la suspensión de material activo se recubre sobre la superficie de la capa de material PTC, el disolvente (como NMP) en la suspensión disolvería el material PTC de la capa PTC y, por lo tanto, el material PTC disuelto entraría en la capa de material activo superior, que no solo destruiría el efecto PCT de la capa de PTC sino que también deterioraría sus propiedades eléctricas. Además, en la etapa de compactación del proceso de fabricación de la placa, la capa de material PTC se aprieta fácilmente hasta el borde y, por lo tanto, la capa de material activo del electrodo entraría en contacto directamente con el colector de corriente, de modo que la capa de material PTC no puede mejorar el rendimiento de seguridad. Además, se requiere mejorar en gran medida el rendimiento de la capa de material PTC, como la velocidad de respuesta, el efecto de bloqueo de la corriente y similares.
[0006] El documento US2012/237824A1 describe un laminado colector de corriente de electrodo positivo que tiene una capa protectora electroconductora (B) que contiene una resina fluorada (bl) y un relleno electroconductor (b2) y está dispuesto en un colector de corriente de electrodo positivo (A), y la batería secundaria de litio utiliza este laminado colector de corriente de electrodo positivo.
[0007] El documento US2011/111302A1 describe una placa de electrodo para batería secundaria de electrolito no acuoso que incluye: un colector de corriente; y una capa de mezcla de material activo que incluye un material activo y un aglutinante en el colector de corriente.
[0008] El documento CN106898730 describe un método para preparar placas de electrodos positivos y negativos de baterías secundarias de iones de litio, cuyo método incluye pasos: agitar y mezclar un primer disolvente orgánico, una primera mezcla orgánica y negro de humo superconductivo para obtener un primer recubrimiento; revestir dos superficies opuestas de un colector de corriente de batería positivo o un colector de corriente de batería negativo con el primer recubrimiento, y secar mediante un horno de secado para obtener un colector de corriente compuesto positivo o un colector de corriente compuesto negativo; recubrir dos superficies opuestas del colector de corriente compuesto positivo con un segundo recubrimiento, y secar mediante el horno de secado para obtener placas de electrodo positivo o negativo con sensibilidad a la temperatura positiva.
[0009] CN101471435 da a conocer un electrodo positivo que comprende un colector de corriente, y una capa de recubrimiento y un electrodo de capa de material positivo en el colector de corriente, en donde la capa de recubrimiento contiene un material activo positivo, un material de coeficiente de temperatura positivo y un adhesivo.
[0010] CN103956499A da a conocer un método de preparación de un recubrimiento de seguridad para un colector de corriente positivo en una batería de iones de litio en donde el recubrimiento de seguridad comprende una matriz de polímero, un material de carga conductor y un aglutinante acuoso.
[0011] CN104409681A da a conocer un método de preparación de una placa de electrodo de batería de iones de litio que contiene un recubrimiento de PTC (Coeficiente de Temperatura Positivo) en donde la placa de electrodo resultante comprende un colector de corriente, un recubrimiento de PCT dispuesto sobre el colector de corriente y una capa de material activo dispuesta sobre el recubrimiento de PCT.
[0012] En vista de esto, es de hecho necesario proporcionar una placa de electrodo y una batería que tienen un rendimiento de seguridad mejorado y un rendimiento de la batería (tal como un rendimiento del ciclo), que son capaces de resolver los problemas anteriores.
RESUMEN
[0013] Un objeto de la presente solicitud es proporcionar una placa de electrodo positivo y un dispositivo electroquímico con prestaciones eléctricas y de seguridad mejoradas (tales como prestaciones de ciclo).
[0014] Otro objeto de la presente solicitud es proporcionar una placa de electrodo positivo y un dispositivo electroquímico con la mejora de la seguridad y prestaciones eléctricas (tales como el rendimiento del ciclo).
[0015] Un objeto adicional de la presente solicitud es proporcionar una placa de electrodo y un dispositivo electroquímico con el desempeño de seguridad bueno, rendimiento eléctrico mejorado (tal como el rendimiento del ciclo), fácil procesamiento y similares, que son adecuados para la producción a gran escala y solicitud.
[0016] La presente solicitud proporciona una placa de electrodo positivo que comprende un colector de corriente, una capa de material activo positivo y un recubrimiento de seguridad dispuesto entre el colector de corriente y la capa de material activo positivo, el recubrimiento de seguridad comprende una matriz de polímero, un material conductor y un relleno inorgánico y la matriz polimérica es una matriz polimérica de poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada y, en base al peso total del recubrimiento de seguridad, el porcentaje en peso de la matriz polimérica es de 35% en peso a 75% en peso, preferiblemente de 50% en peso al 75% en peso; el porcentaje en peso del material conductor es del 5% en peso al 25% en peso, preferiblemente del 5% en peso al 15% en peso; y el porcentaje en peso de la carga inorgánica es de 10% en peso a 60% en peso, preferiblemente de 15% en peso a 45% en peso. Preferiblemente, la carga inorgánica es un material electroquímicamente activo positivo modificado con recubrimiento de carbono.
[0017] La presente solicitud también proporciona un dispositivo electroquímico que comprende la placa de electrodo positivo de la presente solicitud, que es preferiblemente un condensador, una batería primaria o una batería secundaria.
[0018] La presente solicitud también proporciona un recubrimiento de seguridad para una placa de electrodo positivo, que comprende una matriz de polímero, un material conductor y una carga inorgánica y la matriz de polímero es una poliolefina fluorada y/o matriz de polímero de poliolefina clorado y basado en el peso total del recubrimiento de seguridad, el porcentaje en peso de la matriz polimérica es de 35% en peso a 75% en peso, preferiblemente de 50% en peso a 75% en peso; el porcentaje en peso del material conductor es del 5% en peso al 25% en peso, preferiblemente del 5% en peso al 15% en peso; y el porcentaje en peso de la carga inorgánica es de 10% en peso a 60% en peso, preferiblemente de 15% en peso a 45% en peso. Preferiblemente, la carga inorgánica es un material electroquímicamente activo positivo modificado con recubrimiento de carbono.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
[0019] La placa de electrodo positivo, el dispositivo electroquímico y los efectos beneficiosos de la presente solicitud se describirán en detalle a continuación con referencia a los dibujos adjuntos y realizaciones específicas.
[0020] La figura 1 es una vista estructural esquemática de una placa de electrodo positivo según una realización de la presente solicitud, en donde 10 - un colector de corriente; 14 - una capa de material activo positivo; 12 - un recubrimiento de seguridad (es decir, recubrimiento de seguridad PTC).
DESCRIPCIÓN DETALLADA
[0021] La presente solicitud describe una placa de electrodo positivo que comprende un colector de corriente, una capa de material activo positivo y un recubrimiento de seguridad dispuesto entre el colector de corriente y la capa de material activo positivo, el recubrimiento de seguridad comprende una matriz de polímero de poliolefina fluorada y/o
poliolefina clorada, un material conductor y un relleno inorgánico.
[0022] La figura 1 es una vista estructural esquemática de una placa de electrodo positivo según algunas realizaciones de la presente solicitud, en donde 10 - un colector de corriente; 14 - una capa de material activo positivo; 12 - un recubrimiento de seguridad (es decir, recubrimiento de seguridad PTC).
[0023] Sería fácil de entender que, aunque el recubrimiento de la seguridad PTC 12 y la capa de material activo positivo 14 se proporcionan sólo en un lado del colector de corriente positivo 10, como se muestra en la FIG. 1, en otras realizaciones, el recubrimiento de seguridad PTC 12 y la capa de material activo positivo 14 pueden estar provistos en ambos lados del colector de corriente positivo 10.
[0024] En la presente solicitud, la poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada como la matriz de polímero del recubrimiento de seguridad se refiere a fluoruro de polivinilideno (PVDF), cloruro de polivinilideno (PVDC), PVDF modificado o PVDC modificado. Por ejemplo, la poliolefina fluorada y/o la poliolefina clorada se pueden seleccionar del grupo que consiste en PVDF, PVDF modificado con ácido carboxílico, PVDF modificado con ácido acrílico, copolímero de PVDF, PVDC, PVDC modificado con ácido carboxílico, PVDC modificado con ácido acrílico, copolímero de PVDC o cualquier mezcla de los mismos.
[0025] En el recubrimiento convencional que tiene efecto PTC para su uso en baterías, polietileno, copolímero de polipropileno o etileno-propileno y similares se utiliza generalmente como un material de matriz PTC. En este caso, es necesario añadir un aglutinante adicional al material de la matriz PTC y un material conductor. Si el contenido de aglutinante es demasiado pequeño, la adherencia entre el recubrimiento y el colector de corriente será deficiente. Si el contenido de aglutinante es demasiado grande, afectará el rendimiento del efecto PTC, como la temperatura de respuesta y la velocidad de respuesta. La poliolefina fluorada y/o la poliolefina clorada (como PVDF) es un aglutinante común. Cuando se usa como aglutinante, la cantidad de PVDF es mucho menor que la cantidad de material de matriz. Por ejemplo, el aglutinante de PVDF en los recubrimientos de PTC convencionales está presente típicamente en una cantidad de menos del 15% o del 10%, o incluso menos, con respecto al peso total del recubrimiento. Algunas publicaciones (como CN105594019A, CN106558676A) también mencionan que el propio PVDF puede usarse como material de matriz PTC, pero la mayoría de ellas son puramente especulativas y en realidad no han verificado el uso de PVDF como material de matriz PTC. Por el contrario, algunas otras publicaciones (como CN104823313A en el párrafo [0071]) recitan explícitamente que el PVDF no es adecuado para su uso como material de matriz de PTC.
[0026] En la presente solicitud, poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada se utiliza en el recubrimiento de seguridad dispuesto entre el colector de corriente y la capa de material activo positivo como un polímero matriz de polímero, que todavía puede funcionar como una capa de termistor PTC. Basado en el peso total del recubrimiento de seguridad, el porcentaje en peso de poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada como material de matriz polimérica es del 35% en peso al 75% en peso, que es mucho mayor que la cantidad de poliolefina fluorada o poliolefina clorada (tal como PVDF) normalmente se utiliza como aglutinante en la capa de termistor PTC anterior.
[0027] En la presente solicitud, la poliolefina fluorada y/o material de poliolefina clorada en realidad sirven tanto como una matriz de PTC como un aglutinante. De esta forma se evitará la influencia sobre la adherencia del recubrimiento, la velocidad de respuesta y la temperatura de respuesta del efecto PTC debido a la diferencia entre el ligante y el material de la matriz PTC.
[0028] En segundo lugar, el recubrimiento de seguridad compuesto de poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada y un material conductor funcionan como una capa de termistor PTC, y su rango de temperatura de funcionamiento es adecuado, que puede ser desde 80°C a 160°C. Por tanto, el rendimiento de seguridad de alta temperatura de la batería puede mejorarse bien.
[0029] Además, poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada como el material de matriz de polímero del recubrimiento de seguridad sirve como una matriz de PTC y un aglutinante, facilitando de este modo la preparación de un recubrimiento de seguridad más delgado sin afectar a la adherencia del recubrimiento de seguridad.
[0030] Además, el disolvente (tal como NMP o similares) en la capa de material activo del electrodo sobre el recubrimiento de la seguridad o el electrolito puede tener un efecto adverso tal como disolución, inflamación y similares en el material polímero del recubrimiento de seguridad. Para el recubrimiento de seguridad que contiene PVDF en una cantidad de aglutinante, la adherencia podría empeorar fácilmente. En el recubrimiento de seguridad de la presente solicitud, el efecto adverso anterior es ignorable ya que el contenido de poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada es mayor.
[0031] En la placa de electrodo de la presente solicitud, basada en el peso total del recubrimiento de seguridad, el porcentaje en peso de poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada como el material de matriz de polímero es generalmente de 35% en peso a 75% en peso. Si el contenido es demasiado pequeño, la matriz de polímero no puede garantizar que el recubrimiento de seguridad funcione bien en términos de su efecto PTC; y si el contenido es demasiado alto, el contenido del material conductor y el relleno inorgánico será demasiado bajo y, por tanto, afectará a la velocidad de respuesta del recubrimiento de seguridad. El porcentaje en peso de la matriz de polímero de
poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada es preferiblemente de 40% en peso a 75% en peso, más preferiblemente de 50% en peso a 75% en peso.
[0032] En la presente solicitud, el recubrimiento de seguridad dispuesto entre el colector de corriente y la capa de material activo positivo comprende además un material conductor. El material conductor puede seleccionarse de al menos uno de un material conductor a base de carbono, un material metálico conductor y un material polímero conductor, en donde el material conductor a base de carbono puede seleccionarse de al menos uno de entre negro de humo conductor, negro de acetileno, grafito, grafeno, nanotubos de carbono, nanofibras de carbono; el material metálico conductor puede seleccionarse de al menos uno de polvo A1, polvo de Ni y polvo de oro; y el material polimérico conductor puede seleccionarse de al menos uno de politiofeno conductor, polipirrol conductor y polianilina conductora. Los materiales conductores se pueden usar solos o en combinación de dos o más.
[0033] El recubrimiento de seguridad de la presente aplicación funciona como a continuación. A temperatura normal, el recubrimiento de seguridad se basa en una buena red conductora formada entre los materiales conductores para conducir la conducción de electrones; cuando la temperatura aumenta, el volumen de los materiales de la matriz polimérica comienza a expandirse, aumenta el espacio entre las partículas de los materiales conductores y, por lo tanto, la red conductora se bloquea parcialmente, de modo que la resistencia del recubrimiento de seguridad aumenta gradualmente. Cuando se alcanza una cierta temperatura (por ejemplo, la temperatura de funcionamiento), la red conductora se bloquea casi por completo y la corriente se acerca a cero, de modo que el dispositivo electroquímico con el recubrimiento de seguridad está protegido. Por lo tanto, la cantidad de material conductor es importante para garantizar que la capa de PTC ejerza su efecto correctamente. En la presente solicitud, con respecto al peso total del recubrimiento de seguridad, el porcentaje en peso del material conductor es del 5% en peso al 25% en peso, preferiblemente del 5% en peso al 15% en peso.
[0034] Los materiales conductores se utilizan típicamente en forma de polvos o gránulos. El tamaño de partícula puede ser de 5 nm a 500 nm, por ejemplo, de 10 nm a 300 nm, de 15 nm a 200 nm, de 15 nm a 100 nm, de 20 nm a 400 nm, de 20 nm a 150 nm o similar, dependiendo del entorno de aplicación específico.
[0035] En la presente solicitud, el recubrimiento de seguridad dispuesto entre el colector de corriente y la capa de material activo positivo comprende además una carga inorgánica. Se ha encontrado que en el caso de que el recubrimiento de seguridad no contenga un relleno inorgánico, el solvente (tal como NMP o similar) en la capa de material activo positivo sobre el recubrimiento de seguridad o el electrolito pueden disolver e hinchar adversamente el material polimérico en el recubrimiento de seguridad, dañando así el recubrimiento de seguridad y afectando su efecto PTC. Los inventores han descubierto que después de añadir una carga inorgánica al recubrimiento de seguridad, la carga inorgánica sirve como barrera, que puede eliminar ventajosamente los efectos adversos mencionados anteriormente tales como disolución e hinchamiento y, por tanto, es ventajoso para estabilizar el recubrimiento de seguridad. Además, también se ha descubierto que la adición de la carga inorgánica también es ventajosa para asegurar que el recubrimiento de seguridad no se deforme fácilmente durante el proceso de compactación de la placa de electrodo. Por lo tanto, la adición del relleno inorgánico puede garantizar que el recubrimiento de seguridad esté dispuesto de manera estable entre el colector de corriente y la capa de material activo positivo, y se evita que el colector de corriente entre en contacto directo con la capa de material activo positivo, mejorando así el rendimiento de seguridad de la batería.
[0036] Los inventores también han descubierto inesperadamente que las cargas inorgánicas también pueden mejorar las actuaciones tales como la velocidad de respuesta del recubrimiento de seguridad. El recubrimiento de seguridad funciona como se muestra a continuación. A temperatura normal, el recubrimiento de seguridad se basa en una buena red conductora formada entre los materiales conductores para conducir la conducción de electrones; cuando la temperatura aumenta, el volumen de los materiales de la matriz polimérica comienza a expandirse, aumenta la separación entre las partículas de los materiales conductores y, por lo tanto, la red conductora se bloquea parcialmente, de modo que la resistencia del recubrimiento de seguridad aumenta gradualmente; cuando se alcanza una determinada temperatura (por ejemplo, la temperatura de funcionamiento), la red conductora se bloquea casi por completo y la corriente se acerca a cero. Sin embargo, normalmente la red conductora se recuperaría parcialmente, cuando el interior del recubrimiento de seguridad alcanza un equilibrio dinámico. Por lo tanto, después de alcanzar una cierta temperatura (por ejemplo, la temperatura de funcionamiento), la resistencia del recubrimiento de seguridad no es tan grande como se esperaba, y todavía hay muy poca corriente fluyendo a su través. Los inventores han descubierto que después de que se añade la carga inorgánica y se expande el volumen de los materiales de la matriz polimérica, la carga inorgánica y el material de la matriz polimérica expandida pueden funcionar para bloquear la red conductora. Por lo tanto, después de la adición del relleno inorgánico, el recubrimiento de seguridad puede mostrar mejor el efecto PTC en el intervalo de temperatura de funcionamiento, lo que significa que a una temperatura alta la velocidad de resistencia creciente es más rápida y la velocidad de respuesta de PTC es más rápida. Por lo tanto, el rendimiento de seguridad de la batería se puede mejorar mejor.
[0037] El material de relleno inorgánico está presente en un porcentaje en peso de 10% en peso a 60% en peso basado en el peso total del recubrimiento de seguridad. Si el contenido de relleno inorgánico es demasiado pequeño, no será suficiente para estabilizar el recubrimiento de seguridad; si el contenido es demasiado grande, afectará el rendimiento PTC del recubrimiento de seguridad. El porcentaje en peso de la carga inorgánica es preferiblemente del
15% en peso al 45% en peso.
[0038] La carga inorgánica puede estabilizar el recubrimiento de seguridad desde los dos aspectos siguientes: (1) para evitar que los disolventes (tal como NMP, etc.) en la capa de material activo del electrodo positivo o electrolito disuelvan o hinchen el material polimérico en el recubrimiento de seguridad; y (2) para asegurar que el recubrimiento de seguridad no se deforme fácilmente durante el proceso de compactación de la placa del electrodo.
[0039] La carga inorgánica se selecciona de al menos uno de un óxido metálico, un óxido no metálico, un carburo metálico, un carburo no metal, y una sal inorgánica, o al menos uno de un material anterior modificado por recubrimiento de carbono conductor, un recubrimiento de metal conductor modificado por encima del material o un recubrimiento de polímero conductor modificado por encima del material.
[0040] Por ejemplo, la carga inorgánica puede seleccionarse de al menos uno de óxido de magnesio, alúmina, dióxido de titanio, óxido de circonio, dióxido de silicio, carburo de silicio, carburo de boro, carbonato de calcio, silicato de aluminio, silicato de calcio, titanato de potasio, bario sulfato, óxido de litio y cobalto, óxido de litio y manganeso, óxido de litio y níquel, óxido de litio y níquel manganeso, óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto, óxido de litio y níquel manganeso y aluminio, fosfato de litio y hierro, fosfato de litio y vanadio, fosfato de litio y cobalto, fosfato de litio y manganeso, silicato de hierro y litio, silicato de litio y vanadio, silicato de litio y cobalto, silicato de litio y manganeso y titanato de litio, o al menos uno de un recubrimiento de carbono conductor modificado por encima del material, un recubrimiento de metal conductor modificado por encima del material o un recubrimiento de polímero conductor modificado por encima del material.
[0041] Como una mejora adicional de la presente aplicación, es particularmente ventajoso cuando se utiliza un material electroquímicamente activo positivo (en adelante abreviado como un material electroquímicamente activo) como una carga inorgánica en el caso de que el recubrimiento de seguridad se utiliza para una placa de electrodo positivo.
[0042] Los inventores han encontrado que es particularmente ventajoso cuando se utiliza un material electroquímicamente activo como una carga inorgánica. En tal caso, además de la función mencionada anteriormente como estabilizar la capa de recubrimiento de seguridad (impidiendo que el solvente orgánico disuelva o hinche el material polimérico de la capa de recubrimiento de seguridad y garantizando que la capa de recubrimiento de seguridad no se deforme fácilmente) y mejorando el rendimiento como como velocidad de respuesta y similares del recubrimiento de seguridad, el material electroquímicamente activo positivo usado como relleno inorgánico puede además desempeñar las dos funciones siguientes: (1) Mejorar el rendimiento de sobrecarga de la batería. En el sistema de recubrimiento de seguridad PTC compuesto por una matriz de polímero de poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada y un material conductor, dado que el material electroquímicamente activo tiene las características de intercalación/desintercalación de iones de litio, el material electroquímicamente activo se puede utilizar como un "sitio activo" en la red conductora a la temperatura de funcionamiento normal de la batería y, por lo tanto, aumenta el número de “sitio activo” en el recubrimiento de seguridad. En el proceso de sobrecarga, el material electroquímicamente activo se desmitificará y el proceso de deslitización se volverá cada vez más difícil, por lo que la impedancia aumentará gradualmente. Como resultado, cuando la corriente pasa, aumenta la potencia de los generadores de calor, y la temperatura de la capa de cebador aumenta más rápidamente, por lo que responde más rápido el efecto PTC, que a su vez puede mostrar efectos PTC antes de que ocurra el problema de seguridad cuando la batería está sobrecargada. Por tanto, se puede mejorar el rendimiento de seguridad de sobrecarga de la batería. (2) Contribuir con la capacidad de carga y descarga. Dado que el material electroquímicamente activo puede contribuir con una cierta capacidad de carga y descarga a la temperatura de funcionamiento normal de la batería, el impacto del recubrimiento de seguridad sobre el rendimiento electroquímico, como la capacidad de la batería a la temperatura de funcionamiento normal, puede minimizarse.
[0043] El material electroquímicamente activo positivo especialmente preferido adecuado para uso anteriormente se selecciona de al menos uno de óxido de cobalto de litio, óxido de cobalto de manganeso de litio y níquel, óxido de aluminio de manganeso de litio y níquel, fosfato de litio-hierro, litio vanadio fosfato, fosfato de litio y cobalto, litio fosfato de manganeso, silicato de litio y hierro, silicato de litio y vanadio, silicato de litio y cobalto, silicato de litio y manganeso, óxido de espinela, litio y manganeso, óxido de espinela, litio, níquel, manganeso y titanato de litio.
[0044] Además, los inventores han encontrado que cuando se utiliza el material activo electroquímico positivo como una carga, se mejora la conductividad de la carga, lo que mejorará adicionalmente el rendimiento de toda la placa de electrodo debido principalmente a las siguientes razones: el aumento de la conductividad puede reducir la resistencia interna de la batería y reducir aún más el aumento de la resistencia interna de la batería debido al recubrimiento de seguridad, mejorando así la vida útil del ciclo de la batería y otras prestaciones electroquímicas. Los expertos en la técnica pueden comprender que el rendimiento conductor de la carga inorgánica puede mejorarse mediante la modificación del material o los medios de modificación comúnmente utilizados en la técnica, por ejemplo, recubriendo la carga inorgánica con un carbono conductor, un metal conductor o un polímero conductor.
[0045] Por lo tanto, en el recubrimiento de seguridad de la presente solicitud, ya sea un material electroquímicamente activo no modificado se puede utilizar, o un material electroquímicamente activo modificado con un recubrimiento conductor de carbono, un recubrimiento de metal conductor, o un recubrimiento de polímero conductor se puede
utilizar. Sin embargo, se prefiere usar un material electroquímicamente activo positivo modificado con un recubrimiento de carbono conductor, un recubrimiento de metal conductor o un recubrimiento de polímero conductor como carga inorgánica.
[0046] En algunas realizaciones de la presente solicitud, la carga inorgánica en el presente recubrimiento de seguridad es preferiblemente materiales activos electroquímicamente modificados por carbón conductor de recubrimiento, como al menos uno de óxido de litio modificado por recubrimiento de carbón conductor y cobalto, óxido de manganeso y cobalto modificado por recubrimiento de carbono conductor de níquel de litio, recubrimiento de carbono conductor de óxido de aluminio y manganeso modificado por litio níquel, recubrimiento de carbono conductor modificado por fosfato de hierro y litio, recubrimiento de carbono conductor modificado por fosfato de litio vanadio, recubrimiento de carbono conductor modificado por fosfato de cobalto de litio, recubrimiento de carbono conductor modificado por fosfato de manganeso de litio, recubrimiento de carbono conductor modificado por silicato de hierro y litio, recubrimiento de carbono conductor modificado por silicato de vanadio de litio, recubrimiento de carbono conductor modificado por silicato de cobalto de litio, recubrimiento de carbono conductor modificado por silicato de manganeso de litio, recubrimiento de carbono conductor modificado por óxido de manganeso de litio de espinela, recubrimiento de carbono conductor modificado por óxido de manganeso de níquel de litio de espinela, recubrimiento de carbono conductor modificado por titanato de litio. Estos materiales electroquímicamente activos modificados con recubrimiento de carbono conductor son materiales comúnmente utilizados en la fabricación de baterías de litio, la mayoría de las cuales están disponibles comercialmente directamente. El tipo de carbono conductor puede ser grafito, grafeno, negro de carbono conductor, nanotubos de carbono o similares. Además, la conductividad de la carga inorgánica se puede ajustar ajustando el contenido del recubrimiento de carbono conductor.
[0047] Además, preferiblemente, en el material electroquímicamente activo de electrodo positivo modificado por recubrimiento de carbono, el porcentaje en peso de carbono es del 0,5% en peso a 5% en peso basado en el peso del material electroquímicamente activo positivo modificado por el recubrimiento de carbón. Si el contenido de recubrimiento de carbono es demasiado pequeño, no jugará un papel en la mejora significativa de la conductividad; si el contenido es demasiado grande, afectará el recubrimiento de seguridad PTC para mostrar el efecto PTC normalmente.
[0048] Además de la matriz polimérica, el material conductor, y la carga inorgánica, el recubrimiento de seguridad también puede comprender otros materiales o componentes, tales como aglutinantes que promueven la adhesión entre el recubrimiento y el sustrato para el colector de corriente, aditivos que pueden mejorar el rendimiento de procesamiento de la placa de electrodo. Los expertos en la técnica pueden seleccionar otros auxiliares de acuerdo con las necesidades reales.
[0049] Puesto que el material de matriz de polímero utilizado en la presente aplicación tiene una buena adherencia, en algunas realizaciones de la presente solicitud, la capa de recubrimiento de seguridad está sustancialmente libre de otros aglutinantes distintos del material de la matriz (en donde la frase "sustancialmente libre "significa < 3%, < 1% o < 0,5%). En algunas realizaciones de la presente solicitud, el recubrimiento de seguridad está sustancialmente libre de aglutinantes a base de agua (tales como CMC, poliacrilato, policarbonato, óxido de polietileno, caucho, poliuretano, carboximetilcelulosa de sodio, ácido poliacrílico, copolímero de acrilonitrilo con otros monómeros, gelatina, quitosano, alginato de sodio, un agente de acoplamiento, cianoacrilato, derivados de éter cíclico polimérico, derivados de hidroxi de ciclodextrina y similares).
[0050] Por otra parte, en algunas realizaciones de la presente solicitud, el recubrimiento de seguridad de la presente solicitud puede consistir esencialmente en la matriz polimérica, el material conductor, y la carga inorgánica, que es libre de una cantidad significativa (por ejemplo, < 3%, < 1%, o < 0,5%) de otros componentes.
[0051] Los expertos en la técnica apreciarán que varias definicines o intervalos preferidos de la selección de componentes, contenido de componentes, y las propiedades fisicoquímicas del material de la capa de seguridad en las diversas realizaciones de la presente solicitud mencionadas anteriormente pueden combinarse arbitrariamente. Las realizaciones combinadas están todavía dentro del alcance del documento de la solicitud y se consideran parte de la descripción.
[0052] En la presente solicitud, el espesor del recubrimiento H del recubrimiento de seguridad no es más que 40 pM, preferiblemente no más de 25 pM, más preferiblemente no más de 20 pM, 15 pM o 10 pM. El espesor del recubrimiento del recubrimiento de seguridad es mayor o igual a 1 pM, preferiblemente mayor o igual a 2 pM, y más preferiblemente mayor o igual a 3 pM. Si el grosor es demasiado pequeño, no es suficiente para garantizar que el recubrimiento de seguridad mejore el rendimiento de seguridad de la batería; si es demasiado grande, la resistencia interna de la batería aumentará seriamente, lo que afectará el rendimiento electroquímico de la batería durante el funcionamiento normal.
[0053] En la placa de electrodo positivo de la presente solicitud, el recubrimiento de seguridad está dispuesto en un colector de corriente positivo. Para el colector actual, se pueden usar los materiales comunes en la técnica, tales como escamas metálicas o láminas metálicas de acero inoxidable, aluminio, cobre, titanio o similares.
[0054] En la placa de electrodo positivo de la presente solicitud, se proporciona una capa de material activo positivo
sobre el recubrimiento de seguridad.
[0055] La capa de material activo positivo utilizada en la presente solicitud se puede seleccionar de varias capas de material activo positivo adecuadas para una batería de iones de litio en la técnica, y la constitución y preparación de los mismos son bien conocidos en la técnica. La capa de material activo positivo contiene un material activo positivo, y pueden usarse varios materiales activos de electrodo positivo para preparar un electrodo positivo de batería secundaria de iones de litio conocido por los expertos en la técnica. Por ejemplo, el material activo del electrodo positivo es un óxido de metal compuesto que contiene litio, y sus ejemplos específicos comprenden LiCoO2 , LiNiO2 , LiMn2O4, LiFePO4 y uno o más óxidos de litio, níquel, cobalto y manganeso (como LiNi0,5Co0,2Mn0,3O2) y uno o más óxidos de litio, níquel y manganeso.
[0056] La placa de electrodo negativo para usar junto con la placa de electrodo positivo de la presente solicitud puede ser varias placas de electrodo negativo comúnmente usadas en baterías de litio. La capa de material activo negativo de la placa de electrodo negativo se puede seleccionar entre varias capas de material activo de electrodo negativo conocidas en la técnica que son adecuadas para su uso en baterías de litio, cuya constitución y preparación son bien conocidas en la técnica. La capa de material activo negativo comprende un material activo negativo, que puede ser varios materiales activos negativos conocidos en la técnica que pueden usarse para la preparación de baterías secundarias de iones de litio, por ejemplo, un material carbonoso como el grafito (grafito artificial o grafito natural), negro de humo conductor, fibra de carbono o similares, un metal o un material semimetálico como Si, Sn, Ge, Bi, Sn, In, o una aleación de los mismos, y un nitruro que contiene litio o un óxido que contiene litio, un metal de litio o una aleación de litio y aluminio.
[0057] Hay que señalar que el material electroquímicamente activo positivo en el recubrimiento de seguridad y el material activo positivo en la capa de material activo positivo puede ser el mismo o diferente.
[0058] La presente solicitud también da a conocer un dispositivo electroquímico, que comprende la placa de electrodo positivo de acuerdo con la presente solicitud. El dispositivo electroquímico puede ser un condensador, una batería primaria o una batería secundaria, por ejemplo, un condensador de iones de litio, una batería de iones de litio o una batería de iones de sodio. Además del uso de la placa de electrodo positivo como se describe anteriormente, los métodos de construcción y preparación de estos dispositivos electroquímicos son conocidos per se. Debido al uso de la placa de electrodo positivo como se describió anteriormente, el dispositivo electroquímico puede tener mejores prestaciones eléctricas y de seguridad, tales como el rendimiento del ciclo. Además, la placa de electrodo positivo de acuerdo con esta solicitud se puede procesar fácilmente, de modo que el costo de fabricación del dispositivo electroquímico se puede reducir utilizando la placa de electrodo positivo de acuerdo con la presente solicitud.
Ejemplos
[0059] Para hacer más claros los objetos, las soluciones técnicas y los efectos técnicos beneficiosos de la presente solicitud, la presente solicitud se describirá con más detalle a continuación con referencia a las realizaciones. Sin embargo, debe entenderse que las realizaciones de la presente solicitud solo pretenden ser ilustrativas de la presente solicitud y no pretenden limitar la invención, y las realizaciones de la presente solicitud no se limitan a las realizaciones dadas en la especificación. Las condiciones experimentales no indicadas en los ejemplos pueden referirse a condiciones convencionales, o las condiciones recomendadas por el proveedor del material o del equipo.
1. Método de preparación
1.1 Preparación del recubrimiento de seguridad
[0060] Se mezcló una cierta proporción de un material de matriz polimérica, un material conductor y un relleno inorgánico con N-metil-2-pirrolidona (NMP) como disolvente con agitación uniforme, que luego se recubierto sobre un colector de corriente, como una lámina de Al colector de corriente positiva o una lámina de Cu de colector de corriente negativa, seguido de secado para obtener una capa de PTC, es decir, un recubrimiento de seguridad.
[0061] Los principales materiales utilizados en el recubrimiento de seguridad de los ejemplos específicos fueron los siguientes:
Matriz de polímero: PVDF, PVDC;
Material conductor (agente conductor): Super-P (TIMCAL, Suiza, abreviado como SP);
Relleno inorgánico: fosfato de litio y hierro (abreviado como LFP), fosfato de litio y hierro modificado con recubrimiento de carbono (abreviado como LFP/C), óxido de litio y cobalto (abreviado como LCO), óxido de litio y cobalto modificado con recubrimiento de carbono (abreviado como LCO/C), litio titanato (abreviado como Li4Ti5O12), titanato de litio modificado con recubrimiento de carbono (abreviado como Li4TisO12/C) y alúmina.
[0062] Los materiales anteriores fueron materiales utilizados comúnmente en la industria de las baterías de litio que pueden estar disponibles comercialmente de los proveedores correspondientes.
1.2 Preparación de la placa de electrodo positivo
[0063] Se preparó una placa de electrodo positivo con un recubrimiento de seguridad como sigue: 90% en peso de un material ternario NCM811 (LiNi0,8Co0,1Mn0,1O2), 5% en peso de SP y 5% en peso de PVDF se añadieron a NMP como disolvente para formar una suspensión de cátodo; luego, la suspensión se aplicó con el recubrimiento de seguridad en la superficie del colector de corriente del electrodo positivo en forma de papel de aluminio preparado de acuerdo con el método descrito en "1,1 Preparación del recubrimiento de seguridad" como una capa de material activo positivo, y se secó a 85°C, luego recortado, cortado y despojado, seguido de secado al vacío a 85°C durante 4 horas. Después de soldar, se obtuvo la placa de electrodo positivo que cumplía con los requisitos de la batería secundaria.
[0064] La placa de electrodo positivo convencional (abreviada como CPlaca P) se preparó como sigue: con la misma preparación descrita anteriormente, pero no se dispuso el recubrimiento de seguridad sobre la superficie del colector de corriente de electrodo positivo en forma de papel de aluminio.
1.3 Preparación de la placa de electrodo negativo
[0065] Se preparó una placa de electrodo negativo convencional (abreviado como CPlaca N) de la siguiente manera: material activo grafito, agente conductor Super-P, espesante CMC, aglutinante SBR se añadieron a agua desionizada como disolvente en una masa relación de 96,5: 1,0: 1,0: 1,5 para formar una suspensión de ánodo; luego la suspensión se revistió sobre la superficie del colector de corriente del electrodo negativo en forma de lámina de cobre y se secó a 85°C, luego se recortó, cortó y extrajo, seguido de secado al vacío a 110°C durante 4 horas. Después de soldar, se obtuvo la placa de electrodo negativo que cumplía con los requisitos de la batería secundaria.
1.4 Preparación de electrolito
[0066] Se mezclaron carbonato de etileno (EC), metilcarbonato de etilo (EMC) y dietilcarbonato (DEC) en una relación en volumen de 3:5:2 para obtener un disolvente mixto de EC/EMC/DEC, seguido de disolver la sal de litio LiPF6 completamente seca en el disolvente orgánico mixto a una concentración de 1 M para preparar un electrolito.
1.5 Preparación de la batería
[0067] Se utilizó una película de polipropileno con un espesor de 12 pM como separador, y la placa de electrodo positivo, el separador y la placa de electrodo negativo se apilaron en orden, de modo que el separador quedó intercalado entre la placa del electrodo positivo y la placa del electrodo negativo, y luego la pila se devanó en un núcleo de batería desnudo. Después de hornear al vacío a 75°C durante 10 h, el electrolito (preparado como se describe en "1,4 Preparación del electrolito" anterior) se inyectó en el mismo seguido de envasado al vacío y en reposo durante 24 h. Después de eso, el núcleo de la batería se cargó a 4,2 V con una corriente constante de 0,1c , y luego se cargó con un voltaje constante de 4,2 V hasta que la corriente cayó a 0,05C, y luego se descargó a 3,0 V con una corriente constante de 0,1C. Los procesos de carga y descarga anteriores se repitieron dos veces. Finalmente, el núcleo de la batería se cargó a 3,8 V con una corriente constante de 0,1C, completando así la preparación de la batería secundaria.
2. Prueba de rendimiento de la batería
[0068] Se evaluaron los rendimientos de seguridad de las baterías secundarias de varios ejemplos y ejemplos comparativos utilizando GBT31485-2015 "Requisitos de seguridad y métodos de prueba para batería de tracción de vehículo eléctrico", y se registraron los resultados de la prueba.
2.1 Prueba de perforación:
[0069] La batería secundaria se cargó completamente hasta el voltaje de corte de carga con una corriente de 1C y luego se cargó con un voltaje constante hasta que la corriente bajó a 0,05C. Después de eso, se terminó la carga. A alta temperatura aguja de acero resistente de ^5-10mm (la punta de la misma tenía un ángulo de cono de 45°) se utiliza para perforar la placa de batería a una velocidad de 25 mm/sin la dirección perpendicular a la placa de batería. La posición de la perforación debe estar cerca del centro geométrico de la superficie a perforar, la aguja de acero debe permanecer en la batería y luego observar si la batería tiene una indicación de quemarse o explotar.
2.2 Prueba de sobrecarga:
[0070] La batería secundaria se cargó completamente al voltaje de corte de carga con una corriente de 1C, y luego se cargó con un voltaje constante hasta que la corriente cayó a 0,05C. Después de eso, se terminó la carga. Luego, después de cargar con una corriente constante de 1C para alcanzar 1,5 veces el voltaje de corte de carga o después de cargar con una corriente constante de 1C durante 1 hora, se terminó la carga.
2.3 Prueba de rendimiento del ciclo:
[0071] Las condiciones de prueba para la prueba de rendimiento del ciclo fueron las siguientes: la batería secundaria se sometió a una prueba de ciclo 1C/1C a 25°C en donde el rango de voltaje de carga y descarga era de 2,8 V a 4,2 V La prueba finalizó cuando la capacidad se atenuó al 80% de la primera capacidad específica de descarga.
2.4 Ensayo de efecto PTC
[0072] La batería secundaria se cargó completamente a la carga de corte de tensión con una corriente de 1C, y luego se carga con un voltaje constante hasta que la corriente se redujo a 0,05C. Después de eso, se terminó la carga y se probó la resistencia Cc del núcleo de la batería (descargándose con una corriente de 4C durante 10 s). Luego, el núcleo de la batería se colocó a 130°C durante 1 h, seguido de la prueba de la resistencia de CC y el cálculo de la tasa de crecimiento de la resistencia de CC. Luego, el núcleo de la batería se colocó a 130°C durante 2 h, seguido de la prueba de la resistencia de CC y el cálculo de la tasa de crecimiento de la resistencia de CC.
3. Resultados de la prueba de rendimiento
3.1 Rendimiento de protección (efecto PTC) del recubrimiento de seguridad y efecto del mismo en el rendimiento de la batería
[0073] Para confirmar el rendimiento de protección de la presente aplicación, el recubrimiento de seguridad correspondiente, placa de electrodo positivo, placa de electrodo negativo y batería se prepararon con los materiales específicos y las cantidades enumeradas en la Tabla 1-1 a continuación de acuerdo con los métodos y procedimientos descritos en "1. Método de preparación", y se probaron de acuerdo con el método especificado en "2. Pruebas de rendimiento de la batería". Para garantizar la precisión de los datos, se prepararon 4 muestras para cada batería (10 muestras para la prueba de punción) y se analizaron de forma independiente. Los resultados finales de la prueba se promediaron y se mostraron en la Tabla 1-2 y la Tabla 1-3.
Tabla 1-1: Composiciones de placas de electrodos en las que las placas 1 y 2 no están de acuerdo con la presente solicitud.
Tabla 1-2: Rendimiento de las baterías de iones de litio
Tabla 1-3: Rendimiento de las baterías de iones de litio
[0074] Los datos de la Tabla 1-1, Tabla 1-2 y Tabla 1-3 indicaron que la placa de electrodo positivo presente mejoró significativamente el rendimiento de seguridad de la batería durante la penetración de la uña, y la adición del relleno inorgánico mejoró significativamente el crecimiento de la resistencia a la corriente continua (DCR) de la batería a alta temperatura, mejorando así el porcentaje de aprobación en la prueba de perforación.
3.2 Efecto del contenido de cada componente contenido en el recubrimiento de seguridad
[0075] Para estudiar más a fondo el efecto del contenido de cada componente contenido en el recubrimiento de seguridad, se utilizaron el correspondiente recubrimiento de seguridad, placa de electrodo positivo, placa de electrodo negativo y batería preparadas con los materiales específicos y las cantidades enumeradas en la Tabla 2-1 a continuación de acuerdo con los métodos y procedimientos descritos en "1. Método de preparación", y luego se probaron de acuerdo con el método especificado en "2. Prueba de rendimiento de la batería". Para garantizar la precisión de los datos, se prepararon 4 muestras para cada batería (10 muestras para la prueba de perforación o sobrecarga) y se analizaron de forma independiente. Los resultados finales de la prueba se promediaron y se mostraron en la Tabla 2-2.
Tabla 2-1: Composiciones de placa de electrodo en las que las placas 2-2 a 2-9 no están de acuerdo con la presente solicitud.
Tabla 2-2: Rendimiento de las baterías de iones de litio
[0076] Los datos de la Tabla 2-1 y Tabla 2-2 muestran que: (1) Si el contenido de la carga inorgánica es demasiado bajo, el recubrimiento de seguridad no ejercerá su efecto PTC lo suficiente, por lo que el rendimiento de seguridad de la batería no se puede mejorar por completo; si el contenido de la carga inorgánica es demasiado alto, el contenido de la matriz polimérica es demasiado bajo, de modo que el recubrimiento de seguridad no puede ejercer adecuadamente su efecto PTC; (2) el material conductor tiene una gran influencia en la resistencia interna y la polarización de la batería, por lo que afectaría el ciclo de vida de la batería. Cuanto mayor sea el contenido de material conductor, menor será la resistencia interna y la polarización de la batería, por lo que el ciclo de vida será mejor.
[0077] Se había encontrado a través de experimentos que el rango de contenido apropiado de cada componente en el recubrimiento de seguridad fue el siguiente:
el porcentaje en peso de la matriz de polímero fue de 35% en peso a 75% en peso;
el porcentaje en peso del material conductor fue del 5% en peso al 25% en peso;
el porcentaje en peso de la carga inorgánica fue del 10% en peso al 60% en peso.
3.3 Efecto del tipo de relleno inorgánico sobre el rendimiento de la batería
[0078] Para estudiar más a fondo el efecto de los materiales en el recubrimiento de seguridad sobre el rendimiento de la placa de electrodo y la batería, el recubrimiento de seguridad correspondiente, la placa de electrodo positivo, la placa de electrodo negativo y la batería se prepararon con los materiales y cantidades específicos que se enumeran en la Tabla 3-1 a continuación de acuerdo con los métodos y procedimientos descritos en "1. Método de preparación", y se probaron de acuerdo con el método especificado en "2. Prueba de rendimiento de la batería". Para garantizar la precisión de los datos, se prepararon 4 muestras para cada batería (10 muestras para la prueba de perforación o sobrecarga) y se analizaron de forma independiente. Se promediaron los resultados finales de la prueba que se muestran en la Tabla 3-2.
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Tabla 3-2: Rendimiento de las baterías de iones de litio
[0079] Los datos de las Tablas 3-1 y 3-2 mostraron que en comparación con otros materiales (tales como la alúmina), el material electroquímicamente activo mejoró significativamente el rendimiento de seguridad de sobrecarga de la batería. Además, el material electroquímicamente activo modificado con recubrimiento de carbono mejoró aún más el ciclo de vida de la batería.
[0080] Los expertos en la técnica entenderán que los ejemplos de aplicación anteriores del recubrimiento de seguridad de la presente solicitud solo se ejemplifican para su uso en una batería de litio, pero el recubrimiento de seguridad de la presente solicitud también se puede aplicar a otros tipos de baterías o dispositivos electroquímicos, y aún pueden producir un buen efecto técnico de la presente solicitud.
Será evidente para los expertos en la técnica que la presente solicitud puede modificarse y variarse de acuerdo con las enseñanzas anteriores. Por consiguiente, la presente solicitud no se limita a las realizaciones específicas divulgadas y descritas anteriormente, y se pretende que algunas modificaciones y variaciones de la presente solicitud estén incluidas dentro del alcance de las reivindicaciones de la presente solicitud. Además, aunque se usa alguna terminología específica en esta memoria descriptiva, estos términos son solo por conveniencia de ilustración y no pretenden limitar la presente solicitud de ninguna manera.
Claims (10)
1. Una placa de electrodo positivo, que comprende un colector de corriente, una capa de material activo positivo y un recubrimiento de seguridad dispuesto entre el colector de corriente y la capa de material activo positivo, el recubrimiento de seguridad que comprende una matriz de polímero, un material conductor y un relleno inorgánico,
en donde la matriz polimérica es poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada;
en donde, basado en el peso total del recubrimiento de seguridad,
un porcentaje en peso de la matriz polimérica es de 35% en peso a 75% en peso,
un porcentaje en peso del material conductor es de 5% en peso a 25% en peso, y
un porcentaje en peso de la carga inorgánica es del 10% en peso al 60% en peso; y
en donde la carga inorgánica es un material electroquímicamente activo positivo modificado con recubrimiento de carbono.
2. Placa de electrodo positivo según la reivindicación 1, en donde la matriz polimérica se selecciona de al menos uno de fluoruro de polivinilideno (PVDF), PVDF modificado con ácido carboxílico, PVDF modificado con ácido acrílico, cloruro de polivinilideno (PVDC), PVDC modificado con ácido carboxílico, PVDC modificado con ácido acrílico, copolímero de PVDF y copolímero de PVDC.
3. Placa de electrodo positivo según la reivindicación 1, en donde el material conductor se selecciona de al menos uno de un material conductor a base de carbono, un material metálico conductor y un material polímero conductor,
en donde se selecciona el material conductor a base de carbono de al menos uno de entre negro de humo conductor, negro de acetileno, grafito, grafeno, nanotubos de carbono, nanofibras de carbono;
el material metálico conductor se selecciona de al menos uno de polvo de Al, polvo de Ni y polvo de oro; y el material polimérico conductor se selecciona de al menos uno de politiofeno conductor, polipirrol conductor y polianilina conductora.
4. La placa de electrodo positivo según la reivindicación 1, en donde el relleno inorgánico se selecciona de al menos uno de entre un óxido de cobalto de litio modificado con recubrimiento de carbono conductor, un óxido de cobalto de manganeso de niquel de litio modificado con recubrimiento de carbono conductor, un óxido de aluminio de manganeso de niquel de litio modificado con recubrimiento de carbono conductor, un fosfato de hierro de litio modificado con recubrimiento de carbono conductor, un fosfato de vanadio de litio modificado con recubrimiento de carbono conductor, un fosfato de cobalto de litio modificado con recubrimiento de carbono conductor, un fosfato de manganeso de litio modificado con recubrimiento de carbono conductor, un silicato de hierro de litio modificado con recubrimiento de carbono conductor, un silicato de vanadio de litio modificado con recubrimiento de carbono conductor, un silicato de cobalto de litio modificado con recubrimiento de carbono conductor, un silicato de manganeso de litio modificado con recubrimiento de carbono conductor, un óxido de manganeso de litio de espinela modificado con recubrimiento de carbono conductor, un óxido de manganeso de níquel de litio modificado de espinela modificado con recubrimiento de carbono conductor y un titanato de litio modificado con recubrimiento de carbono conductor.
5. La placa de electrodo positivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el recubrimiento de seguridad tiene un espesor H de 1 pM<H<20 pM, preferiblemente 3 pM<H<10 pM.
6. La placa de electrodo positivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde en el material electroquímicamente activo positivo modificado con recubrimiento de carbono, el porcentaje en peso de carbono es de 0,5% en peso a 5% en peso basado en el peso del material electroquímicamente activo positivo modificado con recubrimiento de carbono.
7. La placa de electrodo positivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el porcentaje en peso de la matriz polimérica es del 50% en peso al 75% en peso, el porcentaje en peso del material conductor es del 5% en peso al 15% en peso, y el porcentaje en peso de la carga inorgánica es del 15% en peso al 45% en peso.
8. Un dispositivo electroquímico, que comprende la placa de electrodo positivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que es un condensador, una batería primaria o una batería secundaria.
9. Un recubrimiento de seguridad para una placa de electrodo positivo, que comprende una matriz polimérica, un material conductor y un relleno inorgánico,
en donde la matriz polimérica es una matriz polimérica de poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada; en donde, basado en el peso total del recubrimiento de seguridad,
un porcentaje en peso de la matriz polimérica es de 35% en peso a 75% en peso,
un porcentaje en peso del material conductor es de 5% en peso a 25% en peso, y
un porcentaje en peso de la carga inorgánica es del 10% en peso al 60% en peso; y
en donde la carga inorgánica es un material electroquímicamente activo positivo modificado con recubrimiento de carbono.
10. El recubrimiento de seguridad según la reivindicación 9, en donde el porcentaje en peso de la matriz polimérica es del 50% en peso al 75% en peso, el porcentaje en peso del material conductor es del 5% en peso al 15% en peso y el porcentaje en peso de la carga inorgánica es del 15% en peso al 45% en peso.
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