ES2898886T3 - Placa de electrodo negativo y batería - Google Patents

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Tianquan Peng
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Abstract

Una placa de electrodo negativo que comprende un colector de corriente negativa y una película negativa, estando dispuesta la película negativa en al menos una superficie del colector de corriente negativa y que comprende un material activo negativo; en donde el material activo negativo comprende grafito y un valor OI de la película negativa representada por VOI y una densidad de prensado de la película negativa representada por PD satisfacen una relación: 0,7<=(80/VOI+43/PD)×PD/VOI<=21,5, y una unidad de la densidad de prensado de la película negativa representada por PD es g/cm3, un diámetro de partícula del material activo negativo representado por D50 y un valor OI de un polvo del material activo negativo representado por GOI satisfacen una relación: 2,8<=100/(D50+2,8×GOI) <=12, y una unidad del diámetro de partícula del material activo negativo representado por D50 de la distribución del tamaño de partícula en volumen es μm, y, 2,8<=(X×0,8+Y×0,2)×Y/X<=15, X=(80/VOI+43/PD)×PD/VOI, Y=100/(D50+2,8×GOI), en donde VOI y GOI están determinados por el procedimiento definido en la descripción.

Description

DESCRIPCIÓN
Placa de electrodo negativo y batería
Solicitudes relacionadas
La presente solicitud reivindica la prioridad de la solicitud de patente china N.° CN201810398055.0, presentada el 28 de abril de 2018.
Campo de la presente invención
La presente invención se refiere al campo de las baterías y, en particular, se refiere a una placa de electrodo negativo y una batería.
Antecedentes de la presente invención
La velocidad de carga es una de las tecnologías clave que deben ser resueltas cuando se utilizan automotores de energía nueva para reemplazar los automotores tradicionales alimentados con derivados del petróleo, y la velocidad de carga también es un factor importante que afecta la experiencia de los usuarios, y, por lo tanto, las compañías de baterías de energía han invertido sucesivamente una gran cantidad de recursos humanos y recursos materiales. En un sistema particular de batería de potencia, la placa de electrodo negativo es el factor clave que determina la velocidad de carga de la batería de potencia.
En la actualidad, la mayoría de las investigaciones se centran en el diseño del material activo negativo y muy pocas investigaciones se centran en el diseño de la placa de electrodo negativo. Y muchas investigaciones han demostrado que si un material activo negativo que tenga un desempeño de velocidad excelente se usa en una placa de electrodo negativo diseñada de manera irrazonable, el objetivo de una carga rápida continua no se logra necesariamente; y si un material activo negativo que tiene un desempeño de velocidad general se usa en una placa de electrodo negativo diseñada razonablemente, se puede lograr el objetivo de carga rápida. Por tanto, la selección del material activo negativo y el diseño de la placa de electrodo negativo son los factores clave para obtener una batería con una velocidad de carga rápida. En los siguientes documentos se describen otras placas de electrodos negativos de la técnica anterior y procedimientos de producción de las mismas: JP 2013 004307 A, EP 2790 252 A1, JP 2014192064 A, JP 2017188334 A.
Compendio de la presente invención
En vista del problema existente en los antecedentes, un objeto de la presente invención es proporcionar una placa de electrodo negativo y una batería que tenga, al mismo tiempo, las características de velocidad de carga rápida, alta densidad de energía, buen desempeño de seguridad y larga vida útil.
Para lograr el objeto anterior, en un primer aspecto de la presente invención, la presente invención proporciona una placa de electrodo negativo, que comprende un colector de corriente negativa y una película negativa, la película negativa se proporciona en al menos una superficie del colector de corriente negativa y comprende un material activo negativo. El material activo negativo comprende grafito y un valor OI de la película negativa representado por Voi y una densidad de prensado de la película negativa representada por PD satisfacen una relación: 0,7<(80/Voi+43/PD)xPD/Voi<21,5, y una unidad de la densidad de prensado de la película negativa representada por PD es g/cm3. Un diámetro de partícula del material activo negativo representado por D50 y un valor OI de un polvo del material activo negativo representado por Goi satisfacen una relación: 2,8<100/(D50+2,8xGoi)<12, y una unidad del diámetro de partícula del material activo negativo representado por D50 de la distribución del tamaño de partículas en volumen es gm y, 2,8<(Xx0,8+Yx0,2)xY/X<15, X=(80/Voi+43/PD)xPD/Voi, Y=100/(D50+2,8xGoi). En un segundo aspecto de la presente invención, la presente invención proporciona una batería, que comprende la placa de electrodo negativo según el primer aspecto de la presente invención.
En comparación con las tecnologías existentes, la presente invención al menos incluye los siguientes efectos beneficiosos: el material activo negativo de la presente invención comprende grafito, y al hacer que la relación entre el valor OI de la película negativa y la densidad de prensado de la película negativa se correspondan, se puede hacer que la placa de electrodo negativo tenga caras extremas más efectivas capaces de desintercalar e intercalar los iones activos, y esto es beneficioso para la desintercalación y la intercalación rápidas de los iones activos, asegurando así que la batería tenga un buen desempeño de seguridad y una velocidad de carga rápida, y también asegura que la batería tenga un ciclo de vida prolongado y una alta densidad de energía mientras se carga a una velocidad alta y rápida.
Descripción detallada
A continuación, se describen en detalle una placa de electrodo negativo y una batería según la presente invención. En primer lugar, se describe una placa de electrodo negativo según un primer aspecto de la presente invención. La placa de electrodo negativo comprende un colector de corriente negativa y una película negativa, la película negativa se proporciona en al menos una superficie del colector de corriente negativa y comprende un material activo negativo. El material activo negativo comprende grafito y un valor OI de la película negativa representado por Voi y una densidad de prensado de la película negativa representada por PD que satisfacen una relación: 0,7<(80/Voi+43/PD)xPD/Voi<21,5, y una unidad de la densidad de prensado de la película negativa representada por PD es g/cm3. Un diámetro de partícula del material activo negativo representado por D50 y un valor OI de un polvo del material activo negativo representado por Goi que satisfacen una relación: 2,8<100/(D50+2,8xGoi)<12, y una unidad del diámetro de partícula del material activo negativo representado por D50 de la distribución del tamaño de partículas en volumen son pm y, 2,8<(Xx0,8+Yx0,2)xY/X<15, X=(80/Voi+43/PD)xPD/Voi, Y=100/(D50+2,8xGoi).
Generalmente, la placa de electrodo negativo debe someterse a los siguientes tres procedimientos electroquímicos durante el procedimiento de carga de la batería: (1) los iones activos (como iones de litio, iones de sodio y similares) se desintercalan del material activo positivo y entran en el electrolito, y, a continuación, entran en la estructura porosa de la película negativa junto con el electrolito, de modo que se complete un procedimiento de conducción en fase líquida de los iones activos en la estructura porosa de la película negativa, y el procedimiento de conducción en fase líquida comprende un procedimiento de difusión en fase líquida y un procedimiento de electromigración; (2) los iones activos intercambian cargas con los electrones en la superficie del material activo negativo; (3) los iones activos entran en la estructura cristalina del material activo negativo desde la superficie del material activo negativo a través de un procedimiento de conducción en fase sólida.
Si la densidad de prensado de la película negativa es demasiado grande, las partículas de material activo negativo tienden a distribuirse de manera forzada en paralelo al colector de corriente negativa, las caras extremas capaces de desintercalar e intercalar los iones activos en las partículas de material activo negativo parcialmente no desempeñarán la función de las mismas, las caras extremas efectivas capaces de desintercalar e intercalar los iones activos en la placa de electrodo negativo disminuyen y también el valor Oi de la película negativa es mayor, disminuyendo así el desempeño dinámico de la batería. Si la densidad de prensado de la película negativa es demasiado pequeña, las partículas del material activo negativo tienden a distribuirse aleatoriamente, aunque la placa de electrodo negativo tenga caras extremas más efectivas capaces de desintercalar e intercalar los iones activos y también el valor Oi de la película negativa sea menor, la conductividad electrónica de la placa de electrodo negativo se verá afectada, la placa de electrodo negativo tiene el riesgo de exfoliar la película negativa y arrugarse, afectando de esta forma la mejoría en la velocidad de carga de la batería.
Por lo tanto, la densidad de prensado de la película negativa y el valor Oi de la película negativa tienen un efecto significativo en la velocidad de carga de la batería. El valor Oi de la película negativa representada por Voi y la densidad de prensado de la película negativa representada por PD se consideran conjuntamente al diseñar la placa de electrodo negativo de la presente invención, y cuando el valor Oi de la película negativa representado por Voi y la densidad de prensado de la película negativa representada por PD satisfacen una relación 0,7<(80/Voi+43/PD)xPD/Voi<21,5, se puede obtener al mismo tiempo una batería que tiene las características de velocidad de carga rápida, alta densidad de energía, un buen desempeño de seguridad y un ciclo de vida largo.
Preferiblemente, el valor Oi de la película negativa representado por Voi y la densidad de prensado de la película negativa representada por PD satisfacen una relación: 1,8<(80/Voi+43/PD)xPD/Voi<16.
Los inventores también encontraron que, cuando un diámetro de partícula del material activo negativo representado por D50 es demasiado grande, las caras terminales capaces de desintercalar e intercalar los iones activos son demasiado menores con respecto a la partícula del material activo negativo que tiene la misma masa, y la resistencia de difusión en fase sólida de los iones activos dentro de la partícula de material activo negativo es mayor, por lo que la velocidad de carga de la batería no se puede mejorar de manera efectiva; cuando el diámetro de partícula del material activo negativo representado por D50 es demasiado pequeño, la suspensión negativa es difícil de dispersar, la fuerza de unión entre la partícula de material activo negativo y el colector de corriente negativa y la fuerza de unión entre las partículas de material activo negativo en la placa de electrodo negativo preparado son ambas peores, afectando de esa forma la consistencia de la batería. Al mismo tiempo, cuando un valor Oi de un polvo del material activo negativo es demasiado grande, las caras extremas capaces de desintercalar e intercalar los iones activos en la propia partícula de material activo negativo son menores, por lo que la velocidad de carga de la batería no puede ser mejorada de manera efectiva; cuando el valor Oi del polvo del material activo negativo es demasiado pequeño, las partículas del material activo negativo tienden a distribuirse isotrópicamente, la placa de electrodo negativo se arruga fácilmente y se produce fácilmente la exfoliación de la película negativa durante el procedimiento de ciclo de la batería, afectando así el ciclo de vida de la batería.
Los inventores encontraron además que, seleccionando razonablemente el material activo negativo y haciendo que el diámetro de partícula del material activo negativo representado por D50 (con una unidad de pm) y el valor Oi del polvo del material activo negativo representado por Goi satisfacen una relación 2,8<100/(D50+2,8xGoi)<12, la velocidad de carga, la densidad de energía, el desempeño de seguridad y el ciclo de vida de la batería mejoran aún más.
Preferiblemente, el diámetro de partícula del material activo negativo representado por D50 y el valor Oi del polvo del material activo negativo representado por Goi satisfacen una relación: 4<100/(D50+2,8xGoi)<8,5.
El desempeño de la batería puede mejorarse aún más cuando se diseñan razonablemente los parámetros de la placa de electrodo negativo y se tiene en cuenta el efecto del material activo negativo usado en la película negativa en el desempeño de la batería para que se consideren de manera integral y se ajusten razonablemente durante el diseño de la batería.
Los inventores encontraron además que, cuando el material activo negativo y la placa de electrodo negativo satisfacen una relación 2,8<(Xx0,8+Yx0,2)xY/X<15, el desempeño de la batería mejora aún más, donde X=(80/Voi+43/PD)xPD/Voi, Y=100/(D50+2,8xGoi). Preferiblemente, el material activo negativo y la placa de electrodo negativo satisfacen una relación 3,5<(Xx0,8+Yx0,2)xY/X<12,5.
En la placa de electrodo negativo según el primer aspecto de la presente invención, preferiblemente, la densidad de prensado de la película negativa representada por PD es de 0,8 g/cm3~2,0 g/cm3. Más preferiblemente, la densidad de prensado de la película negativa representada por PD es de 1,0 g/cm3~1,6 g/cm3.
En la placa de electrodo negativo según el primer aspecto de la presente invención, preferiblemente, el valor OI de la película negativa representado por Voi es 2~60. Más preferiblemente, el valor OI de la película negativa representado por Voi es 3~32.
En la placa de electrodo negativo según el primer aspecto de la presente invención, preferiblemente, el diámetro de partícula del material activo negativo representado por D50 es 1 pm~20 pm. Más preferiblemente, el diámetro de partícula del material activo negativo representado por D50 es 4 pm~15 pm.
En la placa de electrodo negativo según el primer aspecto de la presente invención, preferiblemente, el valor OI del polvo del material activo negativo representado por Goi es 0,5~7. Más preferiblemente, el valor OI del polvo del material activo negativo representado por Goi es 2~4.5.
En la placa de electrodo negativo según el primer aspecto de la presente invención, la película negativa se puede proporcionar en una de las superficies del colector de corriente negativa, y la película negativa también se puede proporcionar en ambas superficies del colector de corriente negativa.
En la placa de electrodo negativo según el primer aspecto de la presente invención, el grafito puede ser uno o más seleccionado de un grupo que consiste en grafito artificial y grafito natural.
En la placa de electrodo negativo según el primer aspecto de la presente invención, el material activo negativo puede comprender además uno o más seleccionados de un grupo que consiste en carbono blando, carbono duro, fibra de carbono, microperlas de mesocarbono, material a base de silicio, material a base estaño y titanato de litio además del grafito. Preferiblemente, el material a base de silicio puede ser silicio elemental, óxido de silicio, compuesto de carbono con silicio y aleación de silicio; el material a base de estaño puede ser estaño elemental, compuesto de óxido de estaño y aleación de estaño.
En la placa de electrodo negativo según el primer aspecto de la presente invención, la película negativa comprende además un agente conductor y un aglutinante, los tipos y contenidos del agente conductor y del aglutinante no están específicamente limitados y pueden seleccionarse en base a las condiciones reales exigidas.
En la placa de electrodo negativo según el primer aspecto de la presente invención, el tipo de colector de corriente negativa no está específicamente limitado y puede seleccionarse basándose en las demandas reales, y preferiblemente, el colector de corriente negativa es una lámina de cobre.
En la placa de electrodo negativo según el primer aspecto de la presente invención, el diámetro de partícula del material activo negativo representado por D50 puede obtenerse mediante un analizador de tamaño de partícula por difracción láser (Mastersizer 3000), se obtiene una distribución de tamaño de partícula según el procedimiento de análisis del tamaño de partícula por difracción láser (refiriéndose específicamente a GB/T19077-2016), y el diámetro medio de partícula está representado por el valor de la mediana D50 de la distribución del tamaño de partícula en volumen.
El valor OI del polvo del material activo negativo y el valor OI de la película negativa pueden obtenerse mediante un difractómetro de polvo de rayos X (X'pert PRO), se obtiene un patrón de difracción de rayos X según las reglas generales para análisis difractométrico de rayos X JIS K 0131-1996 y el procedimiento de determinación del parámetro de red de grafito artificial JB/T4220-2011, el valor OI =C004/C110, C004 representa el área del pico de difracción característico del plano cristalino (004), C110 representa el área del pico de difracción característico del plano cristalino (110).
La densidad de prensado de la película negativa se obtiene según una ecuación PD = m/V, donde m representa el peso de la película negativa, V representa el volumen de la película negativa. m puede obtenerse mediante una balanza electrónica con una precisión de 0,01 g o más; el volumen de la película negativa representado por V es un producto del área de superficie de la película negativa y el espesor de la película negativa, y el espesor de la película negativa puede obtenerse mediante un micrómetro espiral con una precisión de 0,5 pm.
En la placa de electrodo negativo según el primer aspecto de la presente invención, un procedimiento de preparación de la placa de electrodo negativo puede comprender las etapas de: (1) mezclar: un material activo negativo, un agente conductor y un aglutinante con una cierta proporción son uniformemente disueltos en un disolvente para obtener una suspensión; (2) recubrimiento: la suspensión se recubre uniformemente en un colector de corriente negativa, que a continuación se seca lo suficiente para eliminar el disolvente en un horno; (3) prensado en frío: la placa de electrodo negativo seco se prensa en frío bajo una cierta presión y un cierto espacio entre rodillos; (4) corte: la placa de electrodo negativo prensado en frío se recorta y la placa se corta a un tamaño específico para su uso.
En el procedimiento de preparación anterior de la placa de electrodo negativo, el tamaño de partícula del material activo negativo representado por D50 y el valor OI del polvo del material activo negativo representado por Goi, ambos, afectan el valor OI de la película negativa representado por Voi hasta cierto punto, por lo tanto, el valor Voi deseado se puede obtener cambiando el valor de D50 y el valor de Goi; el valor OI de la película negativa representado por Voi también se puede cambiar utilizando una técnica de inducción de campo magnético durante el procedimiento de recubrimiento de la suspensión para inducir artificialmente la disposición de los materiales activos negativos en la placa de electrodo negativo; el valor OI de la película negativa representado por Voi también se puede cambiar ajustando la densidad de prensado de la película negativa durante el procedimiento de prensado en frío para cambiar la disposición de los materiales activos negativos en la placa de electrodo negativo.
A continuación se describe una batería según un segundo aspecto de la presente invención, la batería comprende la placa de electrodo negativo según el primer aspecto de la presente invención, una placa de electrodo positivo, un separador y un electrolito.
Cabe señalar que la batería según el segundo aspecto de la presente invención puede ser una batería de iones de litio, una batería de iones de sodio y cualquier otra batería que utilice la placa de electrodo negativo según el primer aspecto de la presente invención.
Específicamente, cuando la batería es la batería de iones de litio, la placa de electrodo positivo comprende un colector de corriente positiva y una película positiva, la película positiva se coloca sobre una superficie del colector de corriente positiva y comprende un material activo positivo, el material activo positivo puede seleccionarse entre óxido de litio cobalto, óxido de litio níquel, óxido de litio manganeso, óxido de litio níquel manganeso, óxido de litio níquel cobalto manganeso, óxido de litio níquel cobalto aluminio y fosfato que contiene litio de tipo olivino, pero la presente invención no se limita a estos materiales, también se pueden usar otros materiales conocidos convencionalmente que se pueden usar como material activo positivo de la batería de iones de litio. Estos materiales activos positivos pueden usarse solos o pueden usarse dos o más de ellos en combinación. Preferiblemente, el material activo positivo puede ser uno o más seleccionados de un grupo que consiste en LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 (NCM333), LiNi0,5Co0,2Mn0,3O2 (NCM523), LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 (NCM622), LiNi0,8Co0,1Mn0,1O2 (NCM811), LiNi0,85Co0,15Al0,05O2, LiFePO4 y LiMnPO4.
Específicamente, cuando la batería es la batería de iones de sodio, la placa de electrodo positivo comprende un colector de corriente positiva y una película positiva, la película positiva se coloca sobre una superficie del colector de corriente positiva y comprende un material activo positivo, el material activo positivo puede seleccionarse de óxido de metal de transición NaxMO2 (M representa metal de transición, preferiblemente, M es uno o más seleccionados de un grupo que consiste en Mn, Fe, Ni, Co, V, Cu y Cr, 0<x<1), material de tipo polianión (tipo fosfato, tipo fluorofosfato, tipo pirofosfato y tipo sulfato) y material azul de Prusia, pero la presente invención no se limita a estos materiales, también se pueden usar otros materiales conocidos convencionalmente que se pueden usar como material activo positivo de la batería de iones de sodio. Estos materiales activos positivos pueden usarse solos o pueden usarse dos o más de ellos en combinación. Preferiblemente, el material activo positivo puede ser uno o más seleccionados de un grupo que consiste en NaFeO2, NaCoO2, NaCrO2, NaMnO2, NaNiO2, NaNh/2Th/2O2, NaNi1/2Mn1/2O2, Na2/3Fe1/3Mn2/3O2, NaNi1/3Co1/3Mn1/3O2, NaFePO4, NaMnPO4, NaCoPO4, material azul de Prusia y un material con una fórmula general de AaMb(PO4)cOxY3-x (A es uno o más seleccionados de un grupo que consiste en H+, Li+, Na+, K+ y NH4+; M representa un catión de metal de transición, preferiblemente, M es uno o más seleccionados de un grupo que consiste en V, Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu y Zn; Y representa un anión de halógeno, preferiblemente, Y es uno o más seleccionados de un grupo que consiste en F, Cl y Br; 0<a<4, 0<b<2, 1<c<3, 0<x<2).
En la batería según el segundo aspecto de la presente invención, el tipo específico y la composición específica del separador y el electrolito no están específicamente limitados y pueden seleccionarse basándose en las demandas reales.
A continuación, la presente invención se describirá en detalle en combinación con ejemplos. Cabe señalar que los ejemplos descritos en la presente invención solo se utilizan para explicar la presente invención y no pretenden limitar la presente invención.
]Las baterías de los ejemplos 1-36 y los ejemplos comparativos 1-4 se prepararon todas según el siguiente procedimiento de preparación. Los ejemplos 20-25 y 33 no forman parte de la invención según se reivindica.
(1) Preparación de una placa de electrodo positivo
NCM523 (material activo positivo), negro de acetileno (agente conductor) y PVDF (aglutinante) según una relación de masa de 96:2:2 se mezclaron uniformemente con NMP (disolvente), que a continuación se volvió homogéneo bajo agitación mediante un mezclador de vacío, se obtuvo una suspensión positiva; a continuación la suspensión positiva se revistió uniformemente sobre lámina de aluminio (colector de corriente positiva), a continuación se realizó el secado a temperatura ambiente y el secado continuo se realizó en un horno, que a continuación fue seguido por prensado en frío, recorte y corte de placa, finalmente se obtuvo la placa de electrodo positivo.
(2) Preparación de una placa de electrodo negativo
Grafito o un mezclador de grafito y otros materiales activos con una determinada relación de masa (material activo negativo), negro de acetileno (agente conductor), CMC (agente espesante) y SBR (aglutinante) según una relación de masa de 96,4:1:1,2:1,4 fueron mezclados uniformemente con agua desionizada (disolvente), que a continuación se volvió homogénea bajo agitación mediante un mezclador de vacío, se obtuvo una suspensión negativa; a continuación la suspensión negativa se recubrió uniformemente sobre una lámina de cobre (colector de corriente negativa), a continuación se realizó el secado a temperatura ambiente y el secado continuo se realizó en un horno, que a continuación fue seguido por prensado en frío, recorte y corte de placa, finalmente se obtuvo la placa de electrodo negativo.
(3) Preparación de un electrolito
Se mezclaron carbonato de etileno (EC), metilcarbonato de etilo (EMC) y carbonato de dietilo (DEC) según una relación de volumen de 1:1:1 para obtener un disolvente orgánico, a continuación LiPF6 (sal de litio) suficientemente seca fue disuelta en el disolvente orgánico mezclado para obtener un electrolito, y la concentración del electrolito fue de 1 mol/L.
(4) Preparación de un separador
El separador fue una membrana de polietileno.
(5) Preparación de una batería de iones de litio
La placa de electrodo positivo, el separador y la placa de electrodo negativo se laminaron en orden, el separador se colocó entre la placa de electrodo positivo y la placa de electrodo negativo para separar la placa de electrodo positivo de la placa de electrodo negativo, a continuación la placa de electrodo positivo, el separador y la placa de electrodo negativo se enrollaron juntos para formar un conjunto de electrodo, a continuación el conjunto de electrodo se colocó en un recipiente, lo que fue seguido de horneado, inyección de electrolito, envasado al vacío, espera, formación, modelado y similares, finalmente se obtuvo una batería de iones de litio.
A continuación, se describen los procedimientos de prueba de las baterías de iones de litio.
(1) Prueba del desempeño dinámico:
A 25 °C, las baterías de iones de litio preparadas en los ejemplos y en los ejemplos comparativos se cargaron completamente a una corriente constante de 4 C y se descargaron completamente a una corriente constante de 1 C durante 10 ciclos, a continuación las baterías de iones de litio se cargaron completamente a una corriente constante de 4 C, a continuación las placas de electrodo negativo se desmontaron de las baterías de iones de litio y se observó la precipitación de litio en la superficie de cada placa de electrodo negativo. El área de precipitación de litio de menos del 5% se consideró como precipitación leve de litio, el área de precipitación de litio de 5% a 40% se consideró precipitación de litio moderada y el área de precipitación de litio de más del 40% se consideró una precipitación de litio grave.
(2) Prueba del desempeño del ciclo:
A 25 °C, las baterías de iones de litio preparadas en los ejemplos y en los ejemplos comparativos se cargaron a una corriente constante de 3 C y se descargaron a una corriente constante de 1 C, el procedimiento del ciclo de carga/descarga completa se repitió hasta que la capacidad de la batería de iones de litio decayó al 80% de la capacidad inicial y se registró el número de ciclos de la batería de iones de litio.
Tabla 1: Parámetros y resultados de las pruebas de los ejemplos 1-36 y de los ejemplos comparativos 1-4
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Los ejemplos 1-10 ilustraron los resultados de la prueba con el diámetro de partícula del material activo negativo representado por D50 siendo de 15 gm y el valor OI del polvo del material activo negativo siendo 3,1, los efectos de diferentes placas de electrodo negativo sobre el desempeño de la batería se observaron mientras que el material activo negativo era el mismo. Cuando la relación entre la densidad de prensado de la película negativa y el valor OI de la película negativa se ajustan y se hacen corresponder para obtener el valor de (80/Voi+43/PD)xPD/Voi entre 0,7 y 21,5, la batería puede tener al mismo tiempo características de velocidad de carga rápida, alta densidad de energía, buen desempeño de seguridad y ciclo de vida largo. Preferiblemente, el valor de (80/Voi+43/PD)xPD/Voi estuvo entre 1,8 y 16.
Cuando el valor o i de la película negativa y la densidad de prensado de la película negativa no se correspondían razonablemente y (80/Voi+43/PD)xPD/Voi<0,7, se producían fácilmente precipitación grave de litio en la placa de electrodo negativo cuando la batería se cargaba a una tasa elevada y a una velocidad rápida, por lo que la batería presentaba un mayor riesgo de seguridad y era muy fácil que cayese durante el procedimiento del ciclo. Esto se debió a que el valor o i de la película negativa era fácilmente demasiado grande y estaba más allá del intervalo preferido, o la densidad de prensado de la placa de electrodo negativo era fácilmente demasiado pequeña y estaba más allá del intervalo preferido, o el valor OI de la película negativa y la densidad de prensado de la película negativa caían dentro de los intervalos preferidos, pero los valores de los mismos no se correspondían, en este caso, las partículas de material activo negativo tendieron a distribuirse paralelamente al colector de corriente negativa, las caras extremas efectivas capaces de desintercalar e intercalar los iones de litio en la placa de electrodo negativo eran menores; y si la densidad de prensado de la película negativa era demasiado pequeña al mismo tiempo, la conductividad electrónica de la placa de electrodo negativo era peor, la capacidad de intercambio de carga entre los iones de litio y los electrones en la superficie del material activo negativo se veía afectada y los iones de litio eran más fácilmente reducidos y precipitados en la placa de electrodo negativo. La capacidad del ejemplo comparativo 1 cayó después de 480 ciclos.
Cuando el valor OI de la película negativa y la densidad de prensado de la película negativa no se correspondían razonablemente y (80/Voi+43/PD)xPD/Voi>21,5, también se produjo fácilmente precipitación grave de litio en la placa de electrodo negativo cuando la batería se cargó a una tasa elevada y a una velocidad rápida, por lo que la batería tenía un riesgo de seguridad mayor y la batería caía fácilmente durante el procedimiento del ciclo. Esto se debió a que el valor o i de la película negativa era fácilmente demasiado pequeño y estaba más allá del intervalo preferido, o la densidad de prensado de la placa de electrodo negativo era fácilmente demasiado grande y estaba más allá del intervalo preferido, o el valor o i de la película negativa y la densidad de prensado de la película negativa caían dentro de los intervalos preferidos, pero los valores de los mismos no se correspondieron, en este caso, las partículas de material activo negativo tendieron a distribuirse aleatoriamente, la fuerza de unión de la placa de electrodo negativo fue peor y la conductividad electrónica de la placa de electrodo negativo fue peor, la capacidad de intercambio de carga entre los iones de litio y los electrones en la superficie del material activo negativo se vio afectada y los iones de litio se redujeron y precipitaron fácilmente en la placa de electrodo negativo; y si la densidad de prensado de la película negativa fuera demasiado grande al mismo tiempo, las caras extremas capaces de desintercalar e intercalar los iones de litio en las partículas de material activo negativo parcialmente no desempeñarían su función, la capacidad de intercambio de carga entre los iones de litio y los electrones en la superficie del material activo negativo se vieron afectados y los iones de litio se redujeron y precipitaron más fácilmente en la placa de electrodo negativo. Además, la placa de electrodo negativo tenía una mayor densidad de prensado, la resistencia de conducción de la fase líquida de los iones de litio dentro de la estructura porosa de la película negativa era mayor, lo que también afectaría la mejora en la velocidad de carga de la batería. La capacidad del ejemplo comparativo 2 cayó después de 550 ciclos, la capacidad del ejemplo comparativo 3 cayó después de 470 ciclos y la capacidad del ejemplo comparativo 4 cayó después de 490 ciclos.
El intervalo preferido de densidad de prensado de la película negativa representada por PD fue de 0,8 g/cm3~2,0 g/cm3, el intervalo preferido del valor OI de la película negativa representado por Voi fue de 2~60. Y lo que el solicitante necesitaba explicar era que cuando la densidad de prensado de la película negativa representada por PD y/o el valor OI de la película negativa representada por Voi no caían dentro de los intervalos preferidos anteriores, pero satisfacían una relación en que (80/Voi+43/PD)xPD/Voi estaba entre 0,7 y 21,5, la batería aún podría tener al mismo tiempo las características de velocidad de carga rápida, alta densidad de energía, buen desempeño de seguridad y un ciclo de vida prolongado, por ejemplo, en el ejemplo 1.
Los ejemplos 11-25 ilustraron los resultados de las pruebas para mejorar aún más el desempeño dinámico del material activo negativo cuando la placa de electrodo negativo ya tenía un mejor desempeño dinámico. Los materiales activos negativos de los ejemplos 11-19 tuvieron un mejor desempeño dinámico, el diámetro de partícula del material activo negativo representado por D50 y el valor OI del polvo del material activo negativo representado por Goi satisficieron una relación en que 100/(D50+2,8xGoi) estaba entre 2,8 y 12, por lo que la velocidad de carga, la densidad de energía, el desempeño de seguridad y el ciclo de vida de la batería podrían mejorarse aún más. El intervalo preferido del diámetro de partícula del material activo negativo representado por D50 fue 1 gm~20 gm, el intervalo preferido del valor OI del polvo del material activo negativo representado por Goi fue 0,5~7. Los desempeños dinámicos de los materiales activos negativos de los ejemplos 20-25 fueron peores que los de los ejemplos 11-19, por lo que la mejoría en el desempeño de la batería también fue débil. Cuando el diámetro de partícula del material activo negativo representado por D50 era demasiado pequeño y estaba más allá del intervalo preferido, o el valor OI del polvo del material activo negativo era demasiado pequeño y estaba más allá del intervalo preferido, o el diámetro de partícula del material activo negativo representado por D50 y el valor OI del polvo del material activo negativo ambos caían dentro de los intervalos preferidos, pero los valores de los mismos no se correspondieron razonablemente y 100/(D50+2.8xGoi)>12, la suspensión negativa era difícil de dispersar, la fuerza de unión entre las partículas de material activo negativo y el colector de corriente negativa y la fuerza de unión entre las partículas de material activo negativo de la placa de electrodo negativo preparada eran ambas peores, por lo tanto, la película negativa tenía el riesgo de exfoliación y arrugas, y la velocidad de carga de la batería no se pudo mejorar de manera efectiva. Cuando el diámetro de partícula del material activo negativo representado por D50 era demasiado grande y estaba más allá del intervalo preferido, o el valor OI del polvo del material activo negativo era demasiado grande y estaba más allá del intervalo preferido, o el diámetro de partícula del material activo negativo representado por D50 y el valor OI del polvo del material activo negativo ambos caían dentro de los intervalos preferidos, pero los valores de los mismos no se correspondían razonablemente y 100/(D50+2,8xGoi)<2,8, el propio material activo negativo tenía menos caras terminales capaces de desintercalar e intercalar los iones de litio, y la velocidad de carga de la batería no se pudo mejorar de manera efectiva.
Al ajustar más razonablemente la relación entre la placa de electrodo negativo y el material activo negativo y hacer que satisficiesen una relación 2,8<(Xx0,8+Yx0.2)xY/X<15, el desempeño general de la batería fue mejor.

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Una placa de electrodo negativo que comprende un colector de corriente negativa y una película negativa, estando dispuesta la película negativa en al menos una superficie del colector de corriente negativa y que comprende un material activo negativo;
en donde
el material activo negativo comprende grafito y un valor OI de la película negativa representada por Voi y una densidad de prensado de la película negativa representada por PD satisfacen una relación: 0,7<(80/Voi+43/PD)xPD/Voi<21,5, y una unidad de la densidad de prensado de la película negativa representada por PD es g/cm3,
un diámetro de partícula del material activo negativo representado por D50 y un valor OI de un polvo del material activo negativo representado por Goi satisfacen una relación: 2,8<100/(D50+2,8xGoi) <12, y una unidad del diámetro de partícula del material activo negativo representado por D50 de la distribución del tamaño de partícula en volumen es pm,
y, 2,8<(Xx0,8+Yx0,2)xY/X<15, X=(80/Voi+43/PD)xPD/Voi, Y=100/(D50+2,8xGoi), en donde Voi y Goi están determinados por el procedimiento definido en la descripción.
2. La placa de electrodo negativo según la reivindicación 1, en donde el valor Oi de la película negativa representado por Voi y la densidad de prensado de la película negativa representada por PD satisfacen una relación: 1,8<(80/Voi+43/PD)xPD/Voi<16.
3. La placa de electrodo negativo según una cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en donde la densidad de prensado de la película negativa representada por PD es de 0,8 g/cm3~2,0 g/cm3, preferiblemente es 1,0 g/cm3~1,6 g/cm3.
4. La placa de electrodo negativo según una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde el valor Oi de la película negativa representado por Voi es 2~60, preferiblemente es 3~32.
5. La placa de electrodo negativo según una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde el diámetro de partícula del material activo negativo representado por D50 de la distribución del tamaño de partícula en volumen y el valor Oi del polvo del material activo negativo representado por Goi satisfacen una relación: 4<100/(D50+2,8xGoi)<8,5.
6. La placa de electrodo negativo según una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde el diámetro de partícula del material activo negativo representado por D50 de la distribución del tamaño de partícula en volumen es 1 gm~20 gm, preferiblemente es 4 gm~15 gm.
7. La placa de electrodo negativo según una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en donde el valor Oi del polvo del material activo negativo representado por Goi es 0,5~7, preferiblemente es 2~4,5.
8. La placa de electrodo negativo según una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en donde 3,5<(Xx0,8+Yx0,2)xY/X<12,5.
9. La placa de electrodo negativo según una cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en donde el grafito es uno o más seleccionado de un grupo que consiste en grafito natural y grafito artificial.
10. La placa de electrodo negativo según una cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en donde el material activo negativo comprende además uno o más seleccionados de un grupo que consiste en carbono blando, carbono duro, fibra de carbono, microperlas de mesocarbono, material a base de silicio, material a base de estaño y titanato de litio.
11. Una batería que comprende la placa de electrodo negativo según una cualquiera de las reivindicaciones 1-10.
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