ES2909715T3 - Método de preparación de conjuntos de electrodos - Google Patents

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Abstract

Un método de preparación de un conjunto de electrodos, que comprende las etapas de: 1) secar previamente un separador al vacío a una presión inferior a 25 kPa y una temperatura de 50 °C a 150 °C en una cámara de secado para obtener un separador presecado; 2) apilar al menos un ánodo, al menos un cátodo y al menos un separador presecado interpuesto entre el al menos un ánodo y al menos un cátodo para obtener el conjunto de electrodos; 3) secar el conjunto de electrodos al vacío a una temperatura de aproximadamente 70 °C a aproximadamente 150 °C; 4) llenar la cámara de secado con aire seco o gas inerte; y 5) repetir las etapas 3) y 4) al menos 5 veces; en donde cada iteración de la etapa 3) dura un período de tiempo de 5 minutos a 12 horas; en donde el contenido de agua del separador presecado es inferior a 80 ppm en peso, basado en el peso total del separador presecado, medido por valoración coulométrica de Karl-Fischer.

Description

DESCRIPCIÓN
Método de preparación de conjuntos de electrodos
Campo de la invención
La presente invención se refiere a baterías de iones de litio en la aplicación del área de la energía sostenible. Más particularmente, esta invención se refiere a métodos de preparación de conjuntos de electrodos.
Antecedentes de la invención
Las baterías de ion litio (BIL) han despertado un interés considerable en los dos últimos decenios para un amplio abanico de aplicaciones en dispositivos electrónicos portátiles, tales como teléfonos celulares y ordenadores portátiles. Debido al rápido desarrollo del mercado de vehículos eléctricos (VE) y al almacenamiento de energía de la red, alto rendimiento, las BIL de bajo coste ofrecen actualmente una de las opciones más prometedoras para dispositivos de almacenamiento de energía a gran escala.
En la actualidad, los electrodos se preparan dispersando polvos finos de un material activo del electrodo de batería, un agente conductor y un material aglutinante en un disolvente apropiado. La dispersión puede ser revestida en un colector de corriente, tal como una lámina metálica de cobre o aluminio, y luego secada a una temperatura elevada para eliminar el disolvente. Las hojas del cátodo y del ánodo se apilan o enrollan posteriormente con el separador que separa el cátodo y el ánodo para formar una batería. El separador es una barrera física interpuesta entre el ánodo y el cátodo, que impide el contacto físico entre ellos.
El proceso de fabricación de una batería de ion litio es sensible a la humedad. Una batería con un alto contenido de agua conduce a una importante atenuación del rendimiento electroquímico y afecta a la estabilidad de la batería. La humedad en una batería puede tener su origen en varias fuentes. Una posible fuente de humedad proviene del separador. El separador puede absorber humedad durante la fabricación, el almacenamiento y el transporte. Este es particularmente el caso cuando el separador se coloca y almacena en un ambiente húmedo. Para abordar la delicada cuestión de la humedad del conjunto de electrodos, es importante secar el separador antes de formar un conjunto de electrodos para reducir así el contenido de agua en la batería.
La patente coreana N.° 101497348 B1 describe un método para preparar un conjunto de electrodos. El método comprende las etapas de formar un laminado apilando un cátodo, un ánodo y un separador interpuesto entre los dos electrodos; calentar el laminado; y presurizar el laminado calentado. El proceso de calentamiento funde parte de las fibras del separador para poder combinar los electrodos y el separador. Sin embargo, este método no seca el separador antes de ensamblarlo.
La patente coreana N.° 101495761 B1 describe un método para preparar un conjunto de electrodos. El método comprende las etapas de preparar las placas de electrodos negativos y positivos; disponer una placa de electrodos positivos, una placa de electrodos negativos y un separador para formar un conjunto de electrodos; formar un rollo enrollando el conjunto de electrodos; secar el rollo. Sin embargo, este método tampoco seca el separador antes de ensamblarlo.
La patente coreana N.° 100759543 B1 describe un método para preparar un conjunto de electrodos de una batería de polímero de iones de litio. El método comprende las etapas de preparar una placa de electrodos positivos y una placa de electrodos negativos; preparar un separador; calentar el separador; e interponer el separador calentado entre las dos placas de electrodos, en donde el separador se calienta a una temperatura elevada durante 1-3 minutos. Sin embargo, el proceso de calentamiento se usa para eliminar la tensión residual dentro del separador para evitar la contracción del separador debido al sobrecalentamiento de la batería.
La ausencia de un proceso de presecado de los separadores en el método existente introduce agua en los conjuntos de electrodos, lo cual puede afectar a la estabilidad del ciclo y a la intensidad de corriente de las BIL. En vista de lo anterior, sigue existiendo la necesidad de desarrollar un método para secar los separadores de las BIL hasta conseguir un bajo contenido de agua antes de ensamblarlos en un conjunto de electrodos.
Sumario de la invención
Las necesidades antes mencionadas se satisfacen mediante diversos aspectos y realizaciones divulgados en el presente documento.
En un aspecto, en el presente documento se proporciona un método de preparación de un conjunto de electrodos, que comprende las etapas de:
1) secar previamente un separador al vacío a una temperatura de aproximadamente 50 °C a aproximadamente 150 °C en una cámara de secado para obtener un separador presecado;
2) apilar al menos un ánodo, al menos un cátodo, y al menos un separador presecado interpuesto entre el al menos un ánodo y al menos un cátodo para obtener el conjunto de electrodos; y
3) secar el conjunto de electrodos.
En algunas realizaciones, el separador es una tela no tejida que consiste en fibras naturales o poliméricas, y en donde las fibras poliméricas tienen un punto de fusión de 200 °C o superior.
En determinadas realizaciones, el separador está hecho de una tela no tejida de fibras poliméricas seleccionadas del grupo que consiste en poliolefina, polietileno, polietileno de alta densidad, polietileno lineal de baja densidad, polietileno de baja densidad, polietileno de peso molecular ultraalto, polipropileno, copolímero de polipropileno/polietileno, polibutileno, polipenteno, poliacetal, poliamida, policarbonato, poliimida, poliéter éter cetona, polisulfonas, óxido de polifenileno, sulfuro de polifenileno, poliacrilonitrilo, fluoruro de polivinilideno, polioximetileno, polivinilpirrolidona, poliéster, tereftalato de polietileno, tereftalato de polibutileno, naftaleno de polietileno, naftalato de polibutileno y combinaciones de los mismos.
En algunas realizaciones, el separador se seca previamente durante un período de tiempo de aproximadamente 2 horas a aproximadamente 12 horas, o de aproximadamente 2 horas a aproximadamente 8 horas.
En determinadas realizaciones, el separador se seca previamente a una presión inferior a 25 kPa, inferior a 15 kPa, inferior a 10 kPa, o inferior a 5 kPa.
En algunas realizaciones, la cámara de secado se llena con aire seco o gas inerte después de la etapa 1).
En determinadas realizaciones, la etapa 1) y la etapa de llenado de gas se repiten al menos 2 veces.
En algunas realizaciones, el separador comprende un material base poroso y una capa porosa protectora revestida en una o ambas superficies del material base poroso, en donde la capa porosa protectora comprende un material aglutinante y una carga inorgánica, y en donde la resistencia al despegado entre el material base poroso y la capa porosa protectora es de 0,04 N/cm o más, o de 0,1 N/cm o más.
En determinadas realizaciones, la carga inorgánica se selecciona del grupo que consiste en AhO3, SiO2, TiO2, ZrO2, BaOx, ZnO, CaCO3, TiN, AlN, MTO3, K2OnTiO2, Na2OmTiO2, y combinaciones de los mismos, en donde X es 1 o 2; M es Ba, Sr o Ca; n es 1, 2, 4, 6 u 8; y m es 3 o 6.
En algunas realizaciones, el material aglutinante se selecciona del grupo que consiste en caucho de estirenobutadieno, caucho de estireno-butadieno acrilado, copolímero de acrilonitrilo, caucho de acrilonitrilo-butadieno, caucho de nitrilo y butadieno, copolímero de acrilonitrilo-estireno-butadieno, caucho de acrilo, caucho de butilo, caucho de flúor, politetrafluoroetileno, polietileno, polipropileno, copolímeros de etileno/propileno, polibutadieno, óxido de polietileno, polietileno clorosulfonado, polivinilpirrolidona, polivinilpiridina, alcohol polivinílico, acetato de polivinilo, poliepiclorohidrina, polifosfaceno, poliacrilonitrilo, poliestireno, látex, resinas acrílicas, resinas fenólicas, resinas epoxídicas, carboximetilcelulosa, hidroxipropilcelulosa, acetato de celulosa, acetato butirato de celulosa, propionato acetato de celulosa, cianoetilcelulosa, cianoetilsacarosa, poliéster, poliamida, poliéter, poliimida, policarboxilato, ácido policarboxílico, ácido poliacrílico, poliacrilato, ácido polimetacrílico, polimetacrilato, poliacrilamida, poliuretano, polímero fluorado, polímero clorado, una sal de ácido algínico, fluoruro de polivinilideno, poli(fluoruro de vinilideno)-hexafluoropropeno, y combinaciones de los mismos.
En determinadas realizaciones, la proporción en peso entre la carga inorgánica y el material aglutinante es de aproximadamente 99:1 a aproximadamente 1:1.
En algunas realizaciones, el separador tiene un grosor de aproximadamente 1 pm a aproximadamente 80 pm.
En determinadas realizaciones, el separador tiene una porosidad de aproximadamente 40 % a aproximadamente 97 %.
En algunas realizaciones, el conjunto de electrodos se seca a una presión inferior a 25 kPa, inferior a 15 kPa, inferior a 10 kPa, o inferior a 5 kPa.
En determinadas realizaciones, el conjunto de electrodos se seca durante un período de tiempo de aproximadamente 2 horas a aproximadamente 24 horas, o de aproximadamente 4 horas a aproximadamente 12 horas.
En algunas realizaciones, el conjunto de electrodos se seca a una temperatura de aproximadamente 70 °C a aproximadamente 150 °C.
En determinadas realizaciones, el contenido de agua del separador es más de 500 ppm en peso, basado en el peso total del separador.
En algunas realizaciones, el contenido de agua del separador presecado es inferior a 50 ppm en peso, basado en el peso total del separador presecado.
En determinadas realizaciones, el contenido de agua del conjunto de electrodos seco es inferior a 20 ppm en peso, basado en el peso total del conjunto de electrodos seco.
En otro aspecto, se proporciona en el presente documento una batería de litio que comprende el conjunto de electrodos preparado por el método divulgado en el presente documento.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 representa el rendimiento de ciclo de una celda electroquímica que contiene un conjunto de electrodos preparada mediante el método descrito en el Ejemplo 2.
La figura 2 representa el rendimiento de ciclo de una celda electroquímica que contiene un conjunto de electrodos preparada mediante el método descrito en el Ejemplo 4.
La figura 3 representa el rendimiento de ciclo de una celda electroquímica que contiene un conjunto de electrodos preparada mediante el método descrito en el Ejemplo 6.
Descripción detallada de la invención
En el presente documento se proporciona un método de preparación de un conjunto de electrodos, que comprende las etapas de:
1) secar previamente un separador al vacío a una temperatura de aproximadamente 50 °C a aproximadamente 150 °C en una cámara de secado para obtener un separador presecado;
2) apilar al menos un ánodo, al menos un cátodo, y al menos un separador presecado interpuesto entre el al menos un ánodo y al menos un cátodo para obtener el conjunto de electrodos; y
3) secar el conjunto de electrodos.
El término "electrodo" se refiere a un "cátodo" o a un "ánodo".
La expresión "electrodo positivo" se utiliza indistintamente con cátodo. Asimismo, la expresión "electrodo negativo" se usa indistintamente con ánodo.
La expresión "material aglutinante" se refiere a un producto químico o sustancia que se puede usar para mantener en su lugar el material del electrodo activo de la batería y el agente conductor, o a un producto químico o sustancia que se usa para unir una carga inorgánica a un material base poroso y entre sí.
La expresión "material aglutinante a base de agua" se refiere a un polímero aglutinante soluble en agua o dispersable en agua. Algunos ejemplos no limitantes del material aglutinante a base de agua incluyen caucho de estirenobutadieno, caucho de estireno-butadieno acrilado, caucho de acrilonitrilo-butadieno, caucho de acrilo, caucho de butilo, caucho de flúor, politetrafluoroetileno, polietileno, polipropileno, copolímeros de etileno/propileno, polibutadieno, óxido de polietileno, polivinilpirrolidona, poliepiclorohidrina, polifosfaceno, poliacrilonitrilo, poliestireno, copolímeros de etileno/propileno/dieno, polivinilpiridina, polietileno clorosulfonado, látex, resinas de poliéster, resinas acrílicas, resinas fenólicas, resinas epoxídicas, alcohol polivinílico, carboximetilcelulosa, hidroxipropilcelulosa y combinaciones de los mismos.
La expresión "material aglutinante de base orgánica" se refiere a un aglutinante disuelto o dispersado en un disolvente orgánico, en particular, N-metil-2-pirrolidona (NMP). Algunos ejemplos no limitantes del material aglutinante de base orgánica incluyen politetrafluoroetileno (PTFE), polímero de perfluoroalcoxi (PFA), fluoruro de polivinilideno (PVDF), copolímero de tetrafluoroetileno (TFE) y hexafluoropropileno (HFP), copolímero de etileno-propileno fluorado (FEP), terpolímero de tetrafluoroetileno, hexafluoropropileno y fluoruro de vinilideno, y combinaciones de los mismos.
La expresión "agente conductor" se refiere a un producto químico o sustancia que mejora la propiedad de conducción eléctrica de un electrodo.
El término "aplicar" como se utiliza en el presente documento se refiere a un acto de colocar o esparcir una sustancia sobre una superficie.
La expresión "revestimiento con rasqueta" se refiere a un proceso para la fabricación de películas de gran área sobre sustratos rígidos o flexibles. El grosor del recubrimiento se puede controlar mediante una anchura de separación ajustable entre una paleta de recubrimiento y una superficie de recubrimiento, que permite la deposición de espesores de capa húmeda variables.
La expresión "colector de corriente" se refiere a un soporte para revestir el material activo del electrodo de batería y un conductor con alta concentración de electrones químicamente inactivo para mantener una corriente eléctrica que fluye hacia los electrodos durante la carga o descarga de una batería secundaria.
La expresión "presecado" se refiere a un acto de eliminar el disolvente o agua de un material.
La expresión "contenido de agua" se usa indistintamente con contenido de humedad.
La expresión "conjunto de electrodos" se refiere a una estructura que comprende al menos un electrodo positivo, al menos un electrodo negativo y al menos un separador interpuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo.
La expresión "temperatura ambiente" se refiere a temperaturas interiores de aproximadamente 18 °C a aproximadamente 30 °C, por ejemplo, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 o 30 °C. En algunas realizaciones, temperatura ambiente se refiere a una temperatura de aproximadamente 20 °C /-1 °C o /- 2 °C o /- 3 °C. En otras realizaciones, temperatura ambiente se refiere a una temperatura de aproximadamente 22 °C o aproximadamente 25 °C.
La expresión "presión atmosférica"se refiere a la presión ejercida por el peso de la atmósfera, que tiene un valor medio de 101.325 Pa al nivel del mar.
La expresión "tasa C" se refiere a la tasa de carga o descarga de una celda o batería, expresado en términos de su capacidad de almacenamiento total en Ah o mAh. Por ejemplo, una tasa de 1 C significa la utilización de toda la energía almacenada en una hora; 0,1 C significa la utilización del 10 % de la energía en una hora y la energía completa en 10 horas; y 5 C significa la utilización de energía completa en 12 minutos.
La expresión "amperios-hora (Ah)" se refiere a una unidad usada para especificar la capacidad de almacenamiento de una batería. Por ejemplo, una batería con capacidad de 1 Ah puede suministrar una corriente de un amperio durante una hora o 0,5 A durante dos horas, etc. Por lo tanto, 1 amperio-hora (Ah) es el equivalente a 3600 culombios de carga eléctrica. De manera similar, el término "miliamperio-hora (mAh)" también se refiere a una unidad de la capacidad de almacenamiento de una batería y es 1/1.000 de un amperio-hora.
La expresión "vida cíclica de la batería" se refiere al número de ciclos completos de carga/descarga que una batería puede realizar antes de que su capacidad nominal caiga por debajo del 80 % de su capacidad asignada inicial.
En la siguiente descripción, todos los números desvelados en el presente documento son valores aproximados, independientemente de si se usa la palabra "aproximadamente" o "aproximado" en relación con los mismos. Pueden variar en un 1 por ciento, 2 por ciento, 5 por ciento o, a veces, del 10 al 20 por ciento. Siempre que se desvela un intervalo numérico con un límite inferior, RL y un límite superior, Ru, se desvela específicamente cualquier número que se encuentre dentro del intervalo. En particular, se desvelan específicamente los siguientes números dentro del intervalo: R=RLk*(RU-RL), en donde k es una variable que varía del 1 por ciento al 100 por ciento con un aumento del 1 por ciento, es decir, k es 1 por ciento, 2 por ciento, 3 por ciento, 4 por ciento, 5 por ciento,..., 50 por ciento, 51 por ciento, 52 por ciento,..., 95 por ciento, 96 por ciento, 97 por ciento, 98 por ciento, 99 por ciento o 100 por ciento. Aún más, también se desvela específicamente cualquier intervalo numérico definido por dos números R como se define en lo anterior.
Polímeros tales como nylon, poliamida, poliéster y alcohol polivinílico son conocidos por ser higroscópicos y absorben la humedad durante la fabricación o durante el almacenamiento en una atmósfera de aire. Estos polímeros volverán a absorber la humedad durante el transporte. Sin embargo, el control de la humedad durante el transporte es complejo y caro. Por lo tanto, los separadores fabricados con estos materiales deben secarse antes de su posterior procesamiento. En general, los separadores se secan después de ensamblarlos en un conjunto de electrodos. Sin embargo, ha sido difícil secar a fondo todos los materiales, incluidos el cátodo, el ánodo y el separador, simultáneamente hasta un bajo contenido de humedad después del montaje. Esto es especialmente cierto cuando los separadores se han almacenado en condiciones húmedas antes de ensamblarlos.
En cada una de las etapas 1 y 3, se realiza el vacío. La razón por la que se lleva a cabo el secado en estas dos etapas es que una gran cantidad de humedad adherida al separador no se puede eliminar satisfactoriamente secando solo en la etapa 3. La humedad residual en el separador provoca, por ejemplo, un problema tal que la humedad residual en los electrodos y en una solución de electrolito da como resultado la descomposición de la solución de electrolito, o un problema tal que se altera la calidad de los materiales activos del electrodo. Por lo tanto, la eliminación de la humedad es crucial.
El separador puede comprender fibras poliméricas tejidas o no tejidas, fibras naturales, fibras de carbono, fibras de vidrio o fibras de cerámica. En determinadas realizaciones, el separador comprende fibras poliméricas tejidas o no tejidas.
En algunas realizaciones, las fibras del no tejido o tejido están hechas de polímeros orgánicos, tales como poliolefina, polietileno (PE), polietileno de alta densidad, polietileno lineal de baja densidad, polietileno de baja densidad, polietileno de peso molecular ultraalto, polipropileno (PP), copolímero de polipropileno/polietileno, polibutileno, polipenteno, poliacetal, poliamida, policarbonato, poliimida (PÍ), poliéter éter cetona, polisulfonas, óxido de polifenileno, sulfuro de polifenileno, poliacrilonitrilo, fluoruro de polivinilideno, polioximetileno, polivinilpirrolidona, poliéster, tereftalato de polietileno (PET), tereftalato de polibutileno, naftaleno de polietileno, naftalato de polibutileno, derivados de los mismos o una combinación de los mismos. En determinadas realizaciones, el separador está hecho de fibras poliolefínicas seleccionadas entre el grupo que consiste en polietileno, polietileno de alta densidad, polietileno lineal de baja densidad, polietileno de baja densidad, polietileno de peso molecular ultraalto, polipropileno, copolímero de polipropileno/polietileno y combinaciones de los mismos. En algunas realizaciones, el separador está hecho de fibras poliméricas seleccionadas entre el grupo que consiste en poliéster, poliacetal, poliamida, policarbonato, poliimida, poliéter éter cetona, polietersulfona, óxido de polifenileno, sulfuro de polifenileno, naftaleno de polietileno y combinaciones de los mismos. En otras realizaciones, la fibra polimérica no es polietileno, polietileno de alta densidad, polietileno lineal de baja densidad, polietileno de baja densidad, polietileno de peso molecular ultraalto, polipropileno o copolímero de polipropileno/polietileno. En realizaciones adicionales, la fibra polimérica no es poliacetal, polietersulfona, óxido de polifenileno, sulfuro de polifenileno o policarbonato. En otras realizaciones adicionales, la fibra polimérica no es poliamida, poliimida o poliéter éter cetona. Pero también pueden usarse todas las demás fibras poliméricas conocidas o muchas fibras naturales.
En determinadas realizaciones, el separador divulgado en el presente documento tiene un punto de fusión de 100 °C o superior, 110 °C o superior, 120 °C o superior, 130 °C o superior, 140 °C o superior, 150 °C o superior, 160 °C o superior, 170 °C o superior, 180 °C o superior, 190 °C o superior, 200 °C o superior, 210 °C o superior, 220 °C o superior, 230 °C o superior, 240 °C o mayor o 250 °C o mayor. En algunas realizaciones, el separador tiene un punto de fusión de aproximadamente 100 °C a aproximadamente 300 °C, de aproximadamente 120 °C a aproximadamente 300 °C, de aproximadamente 100 °C a aproximadamente 250 °C, de aproximadamente 120 °C a aproximadamente 250 °C, de aproximadamente 140 °C a aproximadamente 250 °C, de aproximadamente 160 °C a aproximadamente 250 °C, de aproximadamente 180 °C a aproximadamente 250 °C o de aproximadamente 200 °C a aproximadamente 250 °C.
En algunas realizaciones, el contenido de agua del separador es de aproximadamente 100 ppm a aproximadamente 5.000 ppm, de aproximadamente 100 ppm a aproximadamente 2.500 ppm, de aproximadamente 100 ppm a aproximadamente 1.000 ppm, de aproximadamente 500 ppm a aproximadamente 5.000 ppm, de aproximadamente 500 ppm a aproximadamente 4.000 ppm, de aproximadamente 500 ppm a aproximadamente 3.000 ppm, de aproximadamente 500 ppm a aproximadamente 2.000 ppm, o de aproximadamente 500 ppm a aproximadamente 1.000 ppm en peso, basado en el peso total del separador. En determinadas realizaciones, el contenido de agua del separador es superior a aproximadamente 100 ppm, superior a aproximadamente 500 ppm, superior a aproximadamente 1.000 ppm, superior a aproximadamente 1.500 ppm, superior a aproximadamente 2.000 ppm, superior a aproximadamente 3.000 ppm o superior a aproximadamente 4.000 ppm en peso, basado en el peso total del separador.
Para mejorar la estabilidad térmica del separador, deberían usarse fibras que tengan una temperatura de fusión de 200 °C o superior. En algunas realizaciones, la fibras se seleccionan entre poliéster. Algunos ejemplos no limitantes de poliéster adecuado incluyen tereftalato de polietileno, tereftalato de polibutileno, naftaleno de polietileno, naftalato de polibutileno, derivados de los mismos y combinaciones de los mismos. El separador que tiene un alto punto de fusión muestra una alta estabilidad térmica y, por lo tanto, puede ser secado previamente a alta temperatura sin contraerse térmicamente. Además, los separadores con alto punto de fusión permiten temperaturas de presecado más altas, lo que aumenta la tasa de evaporación del agua y eleva la eficiencia del presecado.
La tela no tejida se puede producir mediante un proceso conocido públicamente. Algunos ejemplos no limitativos de procesos adecuados incluyen el proceso en seco, el proceso de unión por hilado, el proceso con aguja de agua, el proceso de ligado por chorro de agua, el proceso en húmedo, el proceso de fusión por soplado y similares.
El separador puede estar en forma revestida o no revestida. En algunas realizaciones, el separador no está revestido y no comprende una capa porosa protectora. En determinadas realizaciones, el separador está revestido y comprende un material base poroso y una capa porosa protectora revestida en una o ambas superficies del material base poroso, en donde la capa porosa protectora comprende un material aglutinante y una carga inorgánica. En determinadas realizaciones, la carga inorgánica se selecciona del grupo que consiste en AhO3, SiO2, TO2, ZrO2, BaOx, ZnO, CaCO3, TiN, AÍN y combinaciones de los mismos, en donde x es 1, o 2.
En determinadas realizaciones, la carga inorgánica tiene un diámetro promedio de aproximadamente 100 nm a aproximadamente 2.000 nm, de aproximadamente 100 nm a aproximadamente 1.000 nm, de aproximadamente 250 nm a aproximadamente 1.500 nm, de aproximadamente 300 nm a aproximadamente 3 pm, de aproximadamente 500 nm a aproximadamente 4,5 pm, de aproximadamente 500 nm a aproximadamente 6 pm, de aproximadamente 1 |jm a aproximadamente 20 |jm, de aproximadamente 10 jim a aproximadamente 20 |jm, de aproximadamente 1 |jm a aproximadamente 15 jim, de aproximadamente 1 jim a aproximadamente 7,5 jim, de aproximadamente 1 jim a aproximadamente 4,5 jim, de aproximadamente 1 jim a aproximadamente 3 jim, o de aproximadamente 800 nm a aproximadamente 2,5 jim.
Una ventaja del separador revestido es que tiene una seguridad excepcional y muestra muy poca o ninguna contracción a alta temperatura. Esto se debe a que la carga inorgánica que se adhiere al material base poroso tiene un punto de fusión que está muy por encima del intervalo de temperatura relevante para la seguridad de las celdas electroquímicas y, por lo tanto, suprime la contracción térmica del separador.
En algunas realizaciones, el grosor de un separador revestido o no revestido es de aproximadamente 10 jim a aproximadamente 200 jim, de aproximadamente 30 jim a aproximadamente 100 jim, de aproximadamente 10 jim a aproximadamente 75 jim, de aproximadamente 10 jim a aproximadamente 50 jim, de aproximadamente 10 jim a aproximadamente 20 jim, de aproximadamente 15 jim a aproximadamente 40 jim, de aproximadamente 15 jim a aproximadamente 35 jim, de aproximadamente 20 jim a aproximadamente 40 jim, de aproximadamente 20 jim a aproximadamente 35 jim, de aproximadamente 20 jim a aproximadamente 30 jim, de aproximadamente 30 jim a aproximadamente 60 jim, de aproximadamente 30 jim a aproximadamente 50 jim o de aproximadamente 30 jim a aproximadamente 40 jm.
En determinadas realizaciones, el grosor de un separador revestido o no revestido es inferior a 100 jim, inferior a 80 jim, inferior a 60 jim, inferior a 40 jim, inferior a 35 jim, inferior a 30 jim, inferior a 25 jim o inferior a 20 jim. Los separadores más delgados permiten construir baterías muy compactas con una alta densidad de energía. Además, si el separador es lo suficientemente delgado, la humedad puede evaporarse a altas velocidades de secado.
En algunas realizaciones, el separador revestido o no revestido tiene una porosidad de aproximadamente el 50 % a aproximadamente el 97 %, de aproximadamente el 50 % a aproximadamente el 95 %, de aproximadamente el 50 % a aproximadamente el 80 %, de aproximadamente el 55 % a aproximadamente el 90 %, de aproximadamente el 55 % a aproximadamente el 80 %, de aproximadamente el 60 % a aproximadamente el 95 %, de aproximadamente el 60 % a aproximadamente el 90 %, de aproximadamente el 60 % a aproximadamente el 80 %, de aproximadamente el 65 % a aproximadamente el 90 %, de aproximadamente el 65 % a aproximadamente el 80 %, de aproximadamente el 70 % a aproximadamente el 90 %, de aproximadamente el 70 % a aproximadamente el 80 %, de aproximadamente 75 % a aproximadamente 90 % o de aproximadamente 80 % a aproximadamente 90 %.
La naturaleza del separador desvelado en el presente documento comprende una combinación particularmente útil de grosor y porosidad, que cumple con los requisitos para separadores en baterías de alta potencia, especialmente baterías de litio de alta potencia.
En algunas realizaciones, el separador revestido o no revestido se puede secar en una cámara de secado al vacío antes del montaje. En determinadas realizaciones, la cámara de secado está conectada a una bomba de vacío, para que la presión en la cámara pueda ser reducida. La presión se reduce lo suficiente como para disminuir el punto de ebullición del agua. Por lo tanto, el tiempo de secado puede reducirse considerablemente. En algunas realizaciones, la cámara de secado está conectada a un suministro de vacío central, permitiendo de esa manera que varios hornos de secado al vacío funcionen simultáneamente. En algunas realizaciones, el número de hornos de secado al vacío conectados a un suministro de vacío central varía de 1 a 20, dependiendo del número de bombas en funcionamiento.
Una temperatura de secado baja no puede eliminar el agua del separador de manera eficiente, mientras que una temperatura de secado alta puede provocar el agrietamiento y fragilización de la capa protectora porosa y la fusión del material base poroso. En determinadas realizaciones, el separador revestido o no revestido se puede secar al vacío a una temperatura de aproximadamente 50 °C a aproximadamente 150 °C, de aproximadamente 60 °C a aproximadamente 150 °C, de aproximadamente 70 °C a aproximadamente 150 °C, de aproximadamente 80 °C a aproximadamente 150 °C, de aproximadamente 90 °C a aproximadamente 150 °C, de aproximadamente 100 °C a aproximadamente 150 °C, de aproximadamente 100 °C a aproximadamente 140 °C, de aproximadamente 100 °C a aproximadamente 130 °C, de aproximadamente 100 °C a aproximadamente 120 °C, de aproximadamente 100 °C a aproximadamente 110 °C, o de aproximadamente 110 °C a aproximadamente 130 °C. En determinadas realizaciones, el separador revestido o no revestido se puede secar al vacío a una temperatura de aproximadamente 80 °C a aproximadamente 150 °C. En algunas realizaciones, el separador revestido o no revestido se puede secar al vacío a una temperatura de aproximadamente 80 °C o superior, aproximadamente 90 °C o superior, aproximadamente 100 °C o superior, aproximadamente 105 °C o superior, aproximadamente 110 °C o superior, aproximadamente 115 °C o superior, aproximadamente 120 °C o superior, aproximadamente 125 °C o superior, aproximadamente 130 °C o superior, aproximadamente 135 °C o superior, aproximadamente 140 °C o superior, aproximadamente 145 °C o superior o aproximadamente 150 °C o superior. En determinadas realizaciones, el separador revestido o no revestido se puede secar al vacío a una temperatura inferior a 150 °C, inferior a 145 °C, inferior a 140 °C, inferior a 135 °C, inferior a 130 °C, inferior a 125 °C, inferior a 120 °C, inferior a 115 °C, inferior a 110 °C, inferior a 105 °C, inferior a 100 °C o inferior a 90 °C.
Los separadores compuestos por fibras de polipropileno de uso convencional y los separadores compuestos por pulpas de celulosa son menos resistentes al calor en comparación con otros materiales. Cuando el separador se seca a una temperatura de 100 °C o superior, se produce un deterioro significativo de los separadores, como fusión y carbonización. Para separadores revestidos compuestos de materiales resistentes al calor como el material base poroso, cuando el separador se seca a temperaturas superiores a 150 °C, se produce un deterioro significativo del material aglutinante en la capa porosa protectora. En particular, cuando el material aglutinante es un material aglutinante a base de agua, tal como la carboximetilcelulosa (CMC), que se considera un aglutinante quebradizo. En este caso, es probable el aglutinante acuoso se vuelva quebradizo, dando como resultado una capa porosa protectora quebradiza, que puede romperse después de una pequeña deformación. El daño a un separador puede causar un efecto adverso grave en el rendimiento y la seguridad de una batería secundaria de iones de litio.
En algunas realizaciones, el período de tiempo para secar el separador revestido o no revestido al vacío es de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente 24 horas, de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente 20 horas, de aproximadamente 15 minutos horas a aproximadamente 12 horas, de aproximadamente 15 minutos horas a aproximadamente 8 horas, de aproximadamente 1 hora a aproximadamente 24 horas, de aproximadamente 1 hora a aproximadamente 20 horas, de aproximadamente 1 hora a aproximadamente 12 horas, de aproximadamente 2 horas a aproximadamente 20 horas, de aproximadamente 2 horas a aproximadamente 16 horas, de aproximadamente 2 horas a aproximadamente 8 horas, de aproximadamente 2 horas a aproximadamente 6 horas, o de aproximadamente 2 horas a aproximadamente 4 horas. En algunas realizaciones, el período de tiempo para secar el separador revestido o no revestido al vacío es de aproximadamente 2 horas a aproximadamente 24 horas o de aproximadamente 4 horas a aproximadamente 16 horas. En determinadas realizaciones, el período de tiempo para secar el separador revestido o no revestido al vacío es al menos 15 minutos, al menos 30 minutos, al menos 1 hora, al menos 1,5 horas, al menos 2 horas, al menos 3 horas, al menos 4 horas, al menos 5 horas o al menos 10 horas. En algunas realizaciones, el período de tiempo para secar el separador revestido o no revestido al vacío es inferior a 24 horas, inferior a 10 horas, inferior a 5 horas, inferior a 4 horas, inferior a 3 horas, inferior a 2 horas, inferior a 1,5 horas, inferior a 1 hora o inferior a 30 minutos.
En determinadas realizaciones, la etapa de presecado comprende secar el separador revestido con dos fases de secado, la primera fase y la segunda fase, en la que la temperatura de la primera fase es más baja que la de la segunda fase. Una temperatura más baja en la primera fase impide la rápida pérdida de humedad en la superficie y aumenta la calidad del producto al eliminar prácticamente la falta de uniformidad en el secado. Si el secado es demasiado rápido o la temperatura es demasiado alta, esto puede causar un secado desigual y puede hacer que la capa porosa protectora se contraiga de forma desigual, causando de este modo una reducción en la resistencia al despegado del separador.
La temperatura en la primera fase puede estar dentro del intervalo de 50 °C a 90 °C. Un separador parcialmente seco se obtiene a partir de la primera fase. En algunas realizaciones, el separador puede secarse al vacío en la primera fase a una temperatura de aproximadamente 50 °C o superior, aproximadamente 60 °C o superior, aproximadamente 70 °C o superior o aproximadamente 80 °C o superior. En determinadas realizaciones, el separador puede secarse al vacío en la primera fase a una temperatura inferior a 90 °C, inferior a 85 °C, inferior a 80 °C, inferior a 75 °C o inferior a 70 °C.
Una temperatura más baja en la primera fase es beneficiosa para retardar el secado para evitar el agrietamiento o la fragilización de la capa porosa protectora. La superficie de la capa porosa protectora debe secarse lentamente para reducir la posibilidad de que se agriete la superficie, ya que el interior de la capa porosa protectora se seca más lentamente que la superficie de la capa porosa protectora.
El tiempo de secado para la primera fase puede estar en el intervalo de aproximadamente 5 minutos a aproximadamente 4 horas, de aproximadamente 5 minutos a aproximadamente 2 horas o de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente 30 minutos. En algunas realizaciones, el tiempo de secado para la primera fase es al menos 5 minutos, al menos 15 minutos, al menos 30 minutos, al menos 1 hora, al menos 1,5 horas, al menos 2 horas o al menos 3 horas. En determinadas realizaciones, el tiempo de secado para la primera fase es inferior a 4 horas, inferior a 3 horas, inferior a 2 horas, inferior a 1,5 horas, inferior a 1 hora, inferior a 30 minutos, o inferior a 15 minutos.
La temperatura en la segunda fase puede estar dentro del intervalo de aproximadamente 80 °C a aproximadamente 150 °C, de aproximadamente 100 °C a aproximadamente 150 °C o de aproximadamente 100 °C a aproximadamente 140 °C. En algunas realizaciones, el separador puede secarse al vacío en la segunda fase a una temperatura de aproximadamente 80 °C o superior, aproximadamente 90 °C o superior, aproximadamente 100 °C o superior, aproximadamente 110 °C o superior, aproximadamente 120 °C o superior, aproximadamente 130 °C o superior o aproximadamente 140 °C o superior. En determinadas realizaciones, el separador puede secarse al vacío en la segunda fase a una temperatura inferior a 150 °C, inferior a 140 °C, inferior a 130 °C, inferior a 120 °C o inferior a 110 °C.
El tiempo de secado de la segunda fase puede encontrarse en el intervalo de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente 4 horas, de aproximadamente 5 minutos a aproximadamente 2 horas o de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente 30 minutos. En algunas realizaciones, el tiempo de secado para la segunda fase es al menos 5 minutos, al menos 15 minutos, al menos 30 minutos, al menos 1 hora, al menos 1,5 horas, al menos 2 horas o al menos 3 horas. En determinadas realizaciones, el tiempo de secado para la segunda fase es inferior a 4 horas, inferior a 3 horas, inferior a 2 horas, inferior a 1,5 horas, inferior a 1 hora, inferior a 30 minutos, o inferior a 15 minutos.
Cualquier bomba de vacío que pueda reducir la presión de la cámara de secado puede usarse en el presente documento. Algunos ejemplos no limitantes de las bombas de vacío incluyen bombas de vacío secas, bombas turbo, bombas de vacío de paletas rotativas, bombas criogénicas y bombas de sorción.
En algunas realizaciones, la bomba de vacío es una bomba exenta de aceite. La bomba exenta de aceite funciona sin necesidad de aceite en las partes de la bomba que están expuestas a los gases que se están bombeando o al vacío parcial. Así, cualquier gas que fluya contracorriente por la bomba está exento de vapor de aceite. El vapor de aceite progresivo depositado en las superficies del separador puede reducir el rendimiento electroquímico de una batería. Un ejemplo de este tipo de bomba es una bomba de vacío de diafragma.
En algunas realizaciones, el separador se seca previamente a presión atmosférica. En determinadas realizaciones, le etapa de presecado se realiza en un estado de vacío. En realizaciones adicionales, el estado de vacío se mantiene a una presión dentro del intervalo de aproximadamente 1x10-4 Pa a aproximadamente 1x104 Pa, de aproximadamente 1x10-4Pa a aproximadamente 7,5x103 Pa, de aproximadamente 1x10-4Pa a aproximadamente 5x103 Pa, de aproximadamente 1x10-4Pa a aproximadamente 4x103 Pa, de aproximadamente 1x10-4Pa a aproximadamente 3x103 Pa, de aproximadamente 1x10-4Pa a aproximadamente 2x103 Pa, de aproximadamente 1x10-4Pa a aproximadamente 1x103 Pa, de aproximadamente 1x103 Pa a aproximadamente 5x104 Pa, de aproximadamente 1x103 Pa a aproximadamente 1x104 Pa, de aproximadamente 1x103 Pa a aproximadamente 7,5x103 Pa, de aproximadamente 1x103 Pa a aproximadamente 5x103 Pa, de aproximadamente 1x103 Pa a aproximadamente 4x103 Pa, de aproximadamente 1x103 Pa a aproximadamente 3x103 Pa o de aproximadamente 1x103 Pa a aproximadamente 2x103 Pa. En determinadas realizaciones, el estado de vacío se mantiene a una presión inferior a aproximadamente 1x104 Pa, inferior a aproximadamente 7,5x103 Pa, inferior a aproximadamente 5x103 Pa, inferior a aproximadamente 4x103 Pa, inferior a aproximadamente 3x103 Pa, inferior a aproximadamente 2x103 Pa, o inferior a aproximadamente 1x103 Pa. En algunas realizaciones, el estado de vacío se mantiene a aproximadamente 1x104 Pa, aproximadamente 7,5x103 Pa, aproximadamente 5x103 Pa, aproximadamente 4x103 Pa, aproximadamente 3x103 Pa, aproximadamente 2x103 Pa o aproximadamente 1x103 Pa.
Para reducir la potencia necesaria para las bombas, se puede proporcionar un condensador entre la cámara de secado y la bomba cuando se seca el separador. El condensador condensa el vapor de agua, que luego se separa.
En algunas realizaciones, después de un período de tiempo de secado predeterminado, la cámara de secado se ventila directamente a un depósito de gas que contiene aire seco o gas inerte a través de una válvula de admisión de gas. Llenar la cámara de secado con aire seco o gas inerte puede eliminar el vapor de agua en la cámara de secado, aumentando de este modo la eficiencia de eliminación de agua del conjunto de electrodos. En determinadas realizaciones, el depósito de gas es un cilindro de gas nitrógeno. En algunas realizaciones, el gas inerte se selecciona entre el grupo que consiste en helio, argón, neón, criptón, xenón, nitrógeno, dióxido de carbono y combinaciones de los mismos. En determinadas realizaciones, el contenido de agua del aire seco o del gas inerte se mantiene inferior o igual a 10 ppm, inferior o igual a 8 ppm, inferior o igual a 5 ppm, inferior o igual a 4 ppm, inferior o igual a 3 ppm, inferior o igual a 2 ppm o inferior o igual a 1 ppm.
En algunas realizaciones, el aire seco o el gas inerte se precalienta antes de entrar en la cámara de secado. En determinadas realizaciones, la temperatura del aire seco o gas inerte es de aproximadamente 70 °C a aproximadamente 130 °C, de aproximadamente 70 °C a aproximadamente 110 °C, de aproximadamente 70 °C a aproximadamente 100 °C, de aproximadamente 70 °C a aproximadamente 90 °C, de aproximadamente 70 °C a aproximadamente 80 °C, de aproximadamente 80 °C a aproximadamente 155 °C, de aproximadamente 80 °C a aproximadamente 120 °C, de aproximadamente 80 °C a aproximadamente 100 °C, de aproximadamente 90 °C a aproximadamente 155 °C, de aproximadamente 90 °C a aproximadamente 130 °C, de aproximadamente 90 °C a aproximadamente 100 °C, de aproximadamente 70 °C a aproximadamente 155 °C, de aproximadamente 100 °C a aproximadamente 130 °C o de aproximadamente 100 °C a aproximadamente 120 °C. En algunas realizaciones, el aire seco o el gas inerte se precalienta a una temperatura de aproximadamente 70 °C a aproximadamente 155 °C antes de entrar en la cámara de secado. En determinadas realizaciones, el aire seco o el gas inerte se precalienta al menos a 70 °C, al menos 80 °C, al menos 90 °C, al menos 100 °C, al menos 110 °C o al menos 120 °C.
En determinadas realizaciones, el aire seco o el gas inerte permanece en la cámara de secado durante un período de tiempo de aproximadamente 30 segundos a aproximadamente 2 horas, de aproximadamente 1 minuto a aproximadamente 1 hora, de aproximadamente 5 minutos a aproximadamente 30 minutos, de aproximadamente 5 minutos a aproximadamente 15 minutos, de aproximadamente 5 minutos a aproximadamente 10 minutos, de aproximadamente 10 minutos a aproximadamente 30 minutos, de aproximadamente 10 minutos a aproximadamente 20 minutos, de aproximadamente 10 minutos a aproximadamente 15 minutos, de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente 1 hora, de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente 30 minutos, de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente 20 minutos o de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 1 hora. En algunas realizaciones, el aire seco o el gas inerte permanece en la cámara de secado durante un período de tiempo de aproximadamente 30 segundos a aproximadamente 2 horas, de aproximadamente 5 minutos a aproximadamente 2 horas o de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente 30 minutos. En determinadas realizaciones, el aire seco o el gas inerte permanece en la cámara de secado durante al menos 30 segundos, al menos 1 minuto, al menos 5 minutos, al menos 10 minutos, al menos 15 minutos, al menos 20 minutos, al menos 25 minutos, al menos 30 minutos o al menos 1 hora.
En determinadas realizaciones, las etapas de secado al vacío y llenado de gas para el presecado del separador pueden repetirse al menos 2 veces, al menos 3 veces, al menos 4 veces, al menos 5 veces, al menos 6 veces, al menos 7 veces, al menos 8 veces, al menos 9 veces, al menos 10 veces, al menos 12 veces, al menos 14 veces, al menos 16 veces, al menos 18 veces, al menos 20 veces, al menos 22 veces, al menos 24 veces, al menos 26 veces, al menos 28 veces o al menos 30 veces. En algunas realizaciones, las etapas de secado al vacío y llenado de gas pueden repetirse entre 2 y 50 veces, entre 2 y 40 veces, entre 2 y 30 veces, entre 2 y 20 veces, entre 2 y 10 veces, entre 5 y 30 veces, entre 5 y 20 veces o entre 5 y 10 veces. En determinadas realizaciones, las etapas de secado al vacío y llenado de gas pueden repetirse entre 2 o más veces.
En algunas realizaciones, el tiempo de presecado total de secado al vacío y de llenado de gas es de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente 10 horas, de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente 8 horas, de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente 6 horas, de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente 5 horas, de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente 4 horas, de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente 3 horas, de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente 2 horas, de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 4 horas, de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 2 horas, de aproximadamente 1 hora a aproximadamente 4 horas, o de aproximadamente 2 horas a aproximadamente 4 horas. En determinadas realizaciones, el tiempo de presecado total de secado al vacío y de llenado de gas es al menos 15 minutos, al menos 30 minutos, al menos 1 hora, al menos 1,5 horas, al menos 2 horas, al menos 3 horas, al menos 4 horas o al menos 5 horas. En algunas realizaciones, el tiempo de presecado total de secado al vacío y de llenado de gas es inferior a 10 horas, inferior a 8 horas, inferior a 6 horas, inferior a 5 horas, inferior a 4 horas, inferior a 3 horas, inferior a 2 horas, inferior a 1,5 horas, inferior a 1 hora o inferior a 30 minutos. Después del presecado, el separador puede enfriarse a continuación naturalmente a 50 °C o inferior antes de ser retirado de la cámara de secado. En algunas realizaciones, el separador se enfría a 45 °C o inferior, 40 °C o inferior, 35 °C o inferior, 30 °C o inferior, o 25 °C o inferior antes de ser retirado de la cámara de secado. En determinadas realizaciones, el separador se enfría a temperatura ambiente. En algunas realizaciones, el separador se enfría insuflando un gas seco o gas inerte con el fin de alcanzar la temperatura diana más rápidamente.
No es necesario secar el separador hasta que se alcance un contenido de agua muy bajo. El contenido de agua restante del separador presecado se puede reducir aún más mediante la etapa de secado posterior. En algunas realizaciones, el contenido de agua del separador presecado es inferior a 80 ppm, inferior a 70 ppm, inferior a 60 ppm, inferior a 50 ppm, inferior a 40 ppm o inferior a 30 ppm en peso, basado en el peso total del separador presecado.
El separador presecado no necesita usarse inmediatamente una vez que se seca y se puede almacenar en un ambiente donde el aire tiene un punto de rocío de -10 °C a 30 °C durante la noche antes de usarse para preparar los conjuntos de electrodos. Sin embargo, el procesamiento posterior directo sin almacenamiento es más efectivo con respecto a la energía.
En otras realizaciones, el separador revestido o no revestido se puede secar mediante un liofilizador. El separador se puede congelar primero y a continuación el agua se elimina como vapor del estado congelado. En algunas realizaciones, el separador se congela primero a una temperatura de congelación entre -0 °C y -80 °C durante un período de 1 hora a 5 horas. El aparato de liofilización puede incluir una cámara de vacío, una trampa de frío, una bomba de vacío y un dispositivo de enfriamiento.
El tiempo del proceso de liofilización es variable pero normalmente la liofilización se puede llevar a cabo durante un período de aproximadamente 1 hora a aproximadamente 20 horas. En determinadas realizaciones, el período de tiempo para la liofilización es de aproximadamente 1 minuto a aproximadamente 5 horas, de aproximadamente 1 hora a aproximadamente 3 horas, de aproximadamente 1 hora a aproximadamente 2 horas, de aproximadamente 2 horas a aproximadamente 5 horas, de aproximadamente 2 horas a aproximadamente 4 horas, o de aproximadamente 2 horas a aproximadamente 3 horas.
En algunas realizaciones, el proceso de liofilización se puede llevar a cabo a alto vacío. Los intervalos de presión se pueden alcanzar adecuadamente mediante una bomba de vacío conocida públicamente. En determinadas realizaciones, el proceso de liofilización también se puede llevar a cabo a una presión cercana a la atmosférica. La presión parcial del agua en la cámara de secado se mantiene en un valor muy bajo ya que es fundamental producir una gran diferencia entre la presión de vapor del aire en la cámara de secado y la de la superficie del separador para asegurar la sublimación. La liofilización a presión atmosférica o cercana tiene la ventaja de reducir considerablemente los costos de operación ya que no es necesaria la aplicación de alto vacío.
En algunas realizaciones, el contenido de agua en el separador presecado es inferior a 150 ppm, inferior a 100 ppm, inferior a 80 ppm, inferior a 70 ppm, inferior a 60 ppm o inferior a 50 ppm en peso, basado en el peso total del separador presecado.
Cuando el contenido de agua del separador después de la liofilización es superior a 150 ppm, el separador presecado puede secarse adicionalmente insuflando aire caliente. En algunas realizaciones, la cámara de secado insufla aire caliente hacia el separador desde arriba y/o por debajo. En determinadas realizaciones, el secado al aire caliente se realiza a una velocidad del aire de aproximadamente 1 metro/segundo a aproximadamente 50 metros/segundo, de aproximadamente 1 metro/segundo a aproximadamente 40 metros/segundo, de aproximadamente 1 metro/segundo a aproximadamente 30 metros/segundo o de aproximadamente 1 metro/segundo a aproximadamente 20 metros/segundo. En otras realizaciones, un gas inerte calentado (es decir, helio, argón) es usado en lugar de aire caliente.
El gas de secado puede ser precalentado a través de superficies de intercambio térmico. En algunas realizaciones, la temperatura del aire caliente oscila en el intervalo de aproximadamente 50 °C a aproximadamente 100 °C, de aproximadamente 60 °C a aproximadamente 100 °C, de aproximadamente 70 °C a aproximadamente 100 °C, de aproximadamente 50 °C a aproximadamente 90 °C o de aproximadamente 60 °C a aproximadamente 90 °C. En determinadas realizaciones, el período de tiempo para el secado por aire caliente es de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente 5 horas o de aproximadamente 1 hora a aproximadamente 3 horas.
El material aglutinante en la capa porosa protectora desempeña el papel de unir la carga inorgánica sobre el material base poroso. La carga inorgánica también podría unirse entre sí mediante el material aglutinante. En determinadas realizaciones, el material aglutinante es un polímero orgánico. El uso del polímero orgánico permite producir un separador con una flexibilidad mecánica adecuada.
En algunas realizaciones, el material aglutinante se selecciona del grupo que consiste en material aglutinante de base orgánica, un material aglutinante a base de agua, o una mezcla de materiales aglutinantes a base de agua y de base orgánica. En determinadas realizaciones, el material aglutinante se selecciona del grupo que consiste en caucho de estireno-butadieno (SBR), caucho de estireno-butadieno acrilado, copolímero de acrilonitrilo, caucho de acrilonitrilobutadieno, caucho de nitrilo y butadieno, copolímero de acrilonitrilo-estireno-butadieno, caucho de acrilo, caucho de butilo, caucho de flúor, politetrafluoroetileno, polietileno, polipropileno, copolímeros de etileno/propileno, polibutadieno, óxido de polietileno, polietileno clorosulfonado, polivinilpirrolidona, polivinilpiridina, alcohol polivinílico, acetato de polivinilo, poliepiclorohidrina, polifosfaceno, poliacrilonitrilo, poliestireno, látex, resinas acrílicas, resinas fenólicas, resinas epoxídicas, carboximetilcelulosa (CMC), hidroxipropilcelulosa, acetato de celulosa, acetato butirato de celulosa, propionato acetato de celulosa, cianoetilcelulosa, cianoetilsacarosa, poliéster, poliamida, poliéter, poliimida, policarboxilato, ácido policarboxílico, ácido poliacrílico (PAA), poliacrilato, ácido polimetacrílico, polimetacrilato, poliacrilamida, poliuretano, polímero fluorado, polímero clorado, una sal de ácido algínico, fluoruro de polivinilideno, poli(fluoruro de vinilideno)-hexafluoropropeno, y combinaciones de los mismos. En algunas realizaciones, la sal de ácido algínico comprende un catión seleccionado entre Na, Li, K, Ca, NH4, Mg, Al, o una combinación de los mismos.
En determinadas realizaciones, el material aglutinante se selecciona del grupo que consiste en caucho de estirenobutadieno, carboximetilcelulosa, fluoruro de polivinilideno, copolímero de acrilonitrilo, ácido poliacrílico, poliacrilonitrilo, poli(fluoruro de vinilideno)-hexafluoropropeno, látex, una sal de ácido algínico y combinaciones de los mismos.
En algunas realizaciones, el material aglutinante es SBR, CMC, PAA, una sal de ácido algínico o una combinación de los mismos. En algunas realizaciones, el material aglutinante es un copolímero de acrilonitrilo. En determinadas realizaciones, el material aglutinante es poliacrilonitrilo. En algunas realizaciones, el material aglutinante no contiene caucho de estireno-butadieno, carboximetilcelulosa, fluoruro de polivinilideno, copolímero de acrilonitrilo, ácido poliacrílico, poliacrilonitrilo, poli(fluoruro de vinilideno)-hexafluoropropeno, látex o una sal de ácido algínico.
No existe una limitación particular en la proporción de mezcla entre una carga inorgánica y un material aglutinante en la capa porosa protectora de la presente invención. La proporción de mezcla entre la carga inorgánica y el material aglutinante se puede controlar de acuerdo con el grosor y la estructura de la capa porosa protectora que se va a formar.
En algunas realizaciones, la proporción en peso entre la carga inorgánica y el material aglutinante en la capa porosa protectora formada sobre el material base poroso de acuerdo con la presente invención es de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 99:1, de aproximadamente 70:30 a aproximadamente 95:5, de aproximadamente 95:5 a aproximadamente 35:65, de aproximadamente 65:35 a aproximadamente 45:55, de aproximadamente 20:80 a aproximadamente 99:1, de aproximadamente 10:90 a aproximadamente 99:1, de aproximadamente 5:95 a aproximadamente 99:1, de aproximadamente 3:97 a aproximadamente 99:1, de aproximadamente 1:99 a aproximadamente 99:1 o de aproximadamente 1:99 a aproximadamente 1:1.
Si la proporción en peso entre la carga inorgánica y el material aglutinante es inferior a 1:99, el contenido de aglutinante es tan grande que el tamaño de los poros y la porosidad de la capa porosa protectora pueden disminuir. Cuando el contenido de la carga inorgánica es superior al 99 % en peso, el contenido de polímero es demasiado bajo para proporcionar suficiente adhesión entre la carga inorgánica, lo que da como resultado la degradación de las propiedades mecánicas y una menor resistencia al despegado de una capa porosa protectora formada finalmente.
En determinadas realizaciones, la cantidad de material aglutinante en la capa porosa protectora es al menos el 1 %, al menos el 2 %, al menos el 3 %, al menos el 4 %, al menos el 5 %, al menos el 10 %, al menos el 15 %, al menos el 20 %, al menos el 25 %, al menos el 30 %, al menos el 35 %, al menos el 40 %, al menos el 45 % o al menos el 50 % en peso, basado en el peso total de la capa porosa protectora. En algunas realizaciones, la cantidad de material aglutinante en la capa porosa protectora es como máximo el 1 %, como máximo el 2 %, como máximo el 3 %, como máximo el 4 %, como máximo el 5 %, como máximo el 10 %, como máximo el 15 %, como máximo el 20 %, como máximo el 25 %, como máximo el 30 %, como máximo el 35 %, como máximo el 40 %, como máximo el 45 % o como máximo el 50 % en peso, basado en el peso total de la capa porosa protectora.
En algunas realizaciones, la cantidad del material aglutinante en la capa porosa protectora es de aproximadamente 2 % en peso a aproximadamente 10 % en peso, de aproximadamente 3 % en peso a aproximadamente 6 % en peso, de aproximadamente 5% en peso a aproximadamente 10% en peso, de aproximadamente 7,5% en peso a aproximadamente 15% en peso, de aproximadamente 10% en peso a aproximadamente 20% en peso, de aproximadamente 15% en peso a aproximadamente 25% en peso, de aproximadamente 20% en peso a aproximadamente 40 % en peso, o de aproximadamente 35 % en peso a aproximadamente 50 % en peso, basado en el peso total de la capa porosa protectora.
En determinadas realizaciones, el material electrodo activo de la batería es un material catódico seleccionado del grupo que consiste en LiCoO2 (LCO), LiNiO2 (LNO), LiNixMnyO2, Lh+zNixMnyCo1-x-yO2, LiNixCoyAlzO2, LiV2O5, LiTiS2, LiMoS2, LiMnO2, LiCrO2, LiMn2O4 (LMO), LiFeO2, LiFePO4 (LFP), y combinaciones de los mismos, en donde cada x es independientemente de 0,3 a 0,8; cada y es independientemente de 0,1 a 0,45; y cada z es independientemente de 0 a 0,2. En determinadas realizaciones, el material catódico se selecciona entre el grupo que consiste en LiCoO2, LiNiO2, LiNixMnyO2, Lh+zNixMnyCo-i-x-yO2, LiNixCoyAlzO2, LiV2O5, LiTiS2, LiMoS2, LiMnO2, LiCrO2, LiMn2O4, LiFeO2, LiFePO4, y combinaciones de los mismos, en donde cada x es independientemente de 0,4 a 0,6; cada y es independientemente de 0,2 a 0,4; y cada z es independientemente de 0 a 0,1. En otras realizaciones, el material catódico no es LiCoO2, LiNiO2, LW2O5, LiTiS2, LiMoS2, LiMnO2, LiCrO2, LiMn2O4, LiFeO2, o LiFePO4. En realizaciones adicionales, el material catódico no es LiNixMnyO2, Lh+zNixMnyCo-i-x-yO2, o LiNixCoyAlzO2, en donde cada x es independientemente de 0,3 a 0,8; cada y es independientemente de 0,1 a 0,45; y cada z es independientemente de 0 a 0,2.
En determinadas realizaciones, el material activo catódico es un material activo catódico que contiene níquel. En algunas realizaciones, el material activo catódico que contiene níquel se selecciona del grupo que consiste en Lh+xNiO2, Lh+xNiaMnbO2, Lh+xNiaCocO2, Lh+xNiaMnbCocO2, Lh+xNiaCocAl(1-a-c)O2, y combinaciones de los mismos; en donde 0<x<0,2, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, y a+b+c<1. En determinadas realizaciones, el material activo catódico que contiene níquel es Lh+xNiaMnbCocO2, en donde 0<x<0,2, 0,3<a<0,8, 0,1<b<0,3 y 0,1<c<0,3. En determinadas realizaciones, el material activo catódico que contiene níquel se selecciona del grupo que consiste en LiNi0,33Mn0,33Co0,33O2 (NMC333), LiNi0,4Mn0,4Co0,2O2 (NMC442), LiNi0.5Mn0,3Co0,2O2 (NMC532), LiNi0,6Mn0,2Co0,2O2 (NMC622), LiNi0,7Mn0,15Co0,15O2, LiNi0,8Mn0,1Coci,1O2 (NMC811), LiNi0,8Mn0,05Coci,15O2, Li0,9Mn0,05Co0,05O2, LiNi0,92Mn0,04Co0,04O2, LiNi0,8Co0,15Al0,05O2 (NCA) LiNi0,5MnO0,5O2, LiNi0,6Mn0,4O2, LiNi0,7Mn0,3O2, LiNi0,8Mn0,2O2, LiNi0,5Co0,5O2, LiNi0,6Co0,4O2 LiNi0,7Co0,3O2 LiNi0,8Co0,2O2 LiNiO2, y combinaciones de los mismos. El óxido compuesto que contiene níquel es relativamente inestable en un ambiente que contiene humedad. Por lo tanto, el rendimiento del cátodo que comprende el material activo catódico rico en níquel se ve fuertemente afectado por el contenido de humedad residual en una batería.
En algunas realizaciones, el material del electrodo de batería activo es un material anódico seleccionado del grupo que consiste en material particulado de grafito natural, material particulado de grafito sintético, material particulado de Sn (estaño), material particulado de Li4Ti5O12, material particulado de Si (silicio), material particulado compuesto de Si-C y combinaciones de los mismos. En otras realizaciones, el material anódico no es un material particulado de grafito natural, material particulado de grafito sintético, material particulado de Sn (estaño), material particulado de Li4Ti5O12, material particulado de Si (silicio), o material particulado compuesto de Si-C.
En determinadas realizaciones, la cantidad de cada uno de los materiales catódicos y anódicos es independientemente al menos el 50 %, al menos el 55 %, al menos el 60 %, al menos el 65 %, al menos el 70 %, al menos el 75 %, al menos el 80 %, al menos el 85 %, al menos el 90 % o al menos el 95 % en peso, basado en el peso total de la capa de electrodo de cátodo o ánodo. En algunas realizaciones, la cantidad de cada uno de los materiales catódicos y anódicos es independientemente como máximo el 50 %, como máximo el 55 %, como máximo el 60 %, como máximo el 65 %, como máximo el 70 %, como máximo el 75 %, como máximo el 80 %, como máximo el 85 %, como máximo el 90 % o como máximo el 95 % en peso, basado en el peso total de la capa de electrodo de cátodo o ánodo.
En algunas realizaciones, el agente conductor se selecciona entre el grupo que consiste en carbono, negro de carbono, grafito, grafito expandible, grafeno, nanoplaquitas de grafeno, fibras de carbono, nanofibras de carbono, escamas de carbono grafitizado, tubos de carbono, nanotubos de carbono, carbono activado, carbono mesoporoso y combinaciones de los mismos. En determinadas realizaciones, el agente conductor no es carbono, negro de carbono, grafito, grafito expandible, grafeno, nanoplaquitas de grafeno, fibras de carbono, nanofibras de carbono, escamas de carbono grafitizado, tubos de carbono, nanotubos de carbono, carbono activado o carbono mesoporoso.
En determinadas realizaciones, la cantidad del agente conductor en cada una de las capas de electrodos de cátodo y ánodo es independientemente de al menos el 1 %, al menos el 2 %, al menos el 3 %, al menos el 4 %, al menos el 5 %, al menos el 10 %, al menos el 15 %, al menos el 20 %, al menos el 25 %, al menos el 30 %, al menos el 35 %, al menos el 40 %, al menos el 45 % o al menos el 50 % en peso, basado en el peso total de la capa de electrodo de cátodo o ánodo. En algunas realizaciones, la cantidad del agente conductor en cada una de las capas de electrodos de cátodo y ánodo es independientemente como máximo el 1 %, como máximo el 2 %, como máximo el 3 %, como máximo el 4 %, como máximo el 5 %, como máximo el 10 %, como máximo el 15 %, como máximo el 20 %, como máximo el 25 %, como máximo el 30 %, como máximo el 35 %, como máximo el 40 %, como máximo el 45 % o como máximo el 50 % en peso, basado en el peso total de la capa de electrodo de cátodo o ánodo.
En algunas realizaciones, la cantidad del agente conductor en cada una de las capas de electrodos de cátodo y ánodo es independientemente de aproximadamente 0,05 % en peso a aproximadamente 0,5 % en peso, de aproximadamente 0,1% en peso a aproximadamente 1% en peso, de aproximadamente 0,25% en peso a aproximadamente 2,5 % en peso, de aproximadamente 0,5 % en peso a aproximadamente 5 % en peso, de aproximadamente 2 % en peso a aproximadamente 5 % en peso, de aproximadamente 3 % en peso a aproximadamente 7 % en peso o de aproximadamente 5 % en peso a aproximadamente 10 % en peso, basado en el peso total de la capa de electrodo de cátodo o ánodo.
Se prepara una suspensión de electrodos dispersando un material activo de electrodo, un material aglutinante y un agente conductor en un disolvente. En algunas realizaciones, el disolvente es un disolvente acuoso o un disolvente orgánico. En determinadas realizaciones, el disolvente acuoso es agua. En algunas realizaciones, el disolvente orgánico e N-metil-2-pirrolidona (NMP), dimetilformamida, dimetilacetamida, dimetilsulfóxido o tetrahidrofurano. En algunas realizaciones, el disolvente no es N-metil-2-pirrolidona, dimetilformamida, dimetilacetamida, dimetilsulfóxido o tetrahidrofurano. En algunas realizaciones, el disolvente no es una mezcla de N-metil-2-pirrolidona y agua.
La suspensión de electrodos se reviste sobre el colector de corriente para formar una capa revestida sobre el colector de corriente. A continuación, se seca el colector de corriente revestido para preparar un electrodo. La suspensión de electrodos se seca a una temperatura por debajo de 90 °C para evitar que la suspensión se seque demasiado rápido, lo que puede provocar el agrietamiento de la capa del electrodo. En algunas realizaciones, la capa revestida se seca a una temperatura de aproximadamente 40 °C a aproximadamente 90 °C, de aproximadamente 40 °C a aproximadamente 80 °C, de aproximadamente 40 °C a aproximadamente 70 °C, de aproximadamente 40 °C a aproximadamente 60 °C, de aproximadamente 50 °C a aproximadamente 90 °C, de aproximadamente 50 °C a aproximadamente 80 °C o de aproximadamente 50 °C a aproximadamente 70 °C. En determinadas realizaciones, la capa revestida se seca a una temperatura inferior a aproximadamente 90 °C, inferior a aproximadamente 80 °C, inferior a aproximadamente 70 °C, inferior a aproximadamente 60 °C o inferior a aproximadamente 50 °C. En algunas realizaciones, la capa revestida se seca a aproximadamente 40 °C, aproximadamente 50 °C, aproximadamente 60 °C, aproximadamente 70 °C, aproximadamente 80 °C o aproximadamente 90 °C.
Después de montar el conjunto de electrodos, el conjunto de electrodos se coloca en una cámara de secado. En algunas realizaciones, la cámara de secado está conectada a una bomba de vacío. En determinadas realizaciones, la cámara de secado está conectada a un suministro de vacío central. Una bomba de vacío o un suministro de vacío central se conecta a la cámara de secado por una línea de succión equipada con una válvula de salida de gas. En determinadas realizaciones, la cámara de secado también está conectada a un depósito de gas que contiene aire seco o gas inerte por un tubo equipado con una válvula de admisión de gas. Cuando la válvula de salida de gas está cerrada y la válvula de admisión de gas está abierta, el vacío se pierde en la cámara de secado. La válvula puede ser de tipo solenoide o de aguja o un controlador de flujo másico. Se puede utilizar cualquier dispositivo que permita un ajuste apropiado del flujo.
En algunas realizaciones, el conjunto de electrodos está escasamente apilado. En el conjunto de electrodos escasamente apilado, hay un espacio vacío entre la capa de electrodo y la capa de separador, permitiendo que la humedad se escape. Por lo tanto, el conjunto de electrodos escasamente apilado puede secarse de manera eficaz en un corto período de tiempo. Por otro lado, cuando el conjunto de electrodos se comprimió bajo presión antes de secarse, el conjunto de electrodos muy agrupado tiene un espacio vacío escaso o nulo entre la capa de electrodo y la capa de separador, reduciendo por tanto el flujo de aire y la eficacia de secado.
En determinadas realizaciones, el electrodo positivo, el separador y el electrodo negativo se apilan y se enrollan en espiral en una configuración de tipo rollo antes de secarse. Puesto que el conjunto de electrodos de tipo rollo está fuertemente agrupado, hay también un espacio vacío pequeño o nulo entre la capa de electrodo y la capa de separador, reduciendo por tanto el flujo de aire y la eficacia de secado. En algunas realizaciones, el conjunto de electrodos no está enrollado en espiral.
Para reducir la potencia necesaria para las bombas, se puede proporcionar un condensador entre la cámara de secado y la bomba cuando se seca el conjunto de electrodos. El condensador condensa el vapor de agua, que luego se separa.
El secado a baja temperatura no puede eliminar eficazmente el agua del conjunto de electrodos. Sin embargo, la capa del electrodo se volverá quebradiza y se agrietará fácilmente cuando sea sometida a altas temperaturas de secado. En algunas realizaciones, el conjunto de electrodos se puede secar al vacío a una temperatura de aproximadamente 70 °C a aproximadamente 150 °C, de aproximadamente 80 °C a aproximadamente 150 °C, de aproximadamente 90 °C a aproximadamente 150 °C, de aproximadamente 100 °C a aproximadamente 150 °C, de aproximadamente 110 °C a aproximadamente 150 °C, o de aproximadamente 80 °C a aproximadamente 130 °C. En algunas realizaciones, el conjunto de electrodos puede secarse al vacío a una temperatura de aproximadamente 80 °C o superior, aproximadamente 90 °C o superior, aproximadamente 100 °C o superior, aproximadamente 110 °C o superior, aproximadamente 120 °C o superior o aproximadamente 130 °C o superior. En determinadas realizaciones, el conjunto de electrodos puede secarse al vacío a una temperatura inferior a 150 °C, inferior a 145 °C, inferior a 140 °C, inferior a 135 °C, inferior a 130 °C, inferior a 120 °C, inferior a 110 °C, inferior a 100 °C o inferior a 90 °C.
En determinadas realizaciones, el período de tiempo para secar el conjunto de electrodos al vacío es de aproximadamente 5 minutos a aproximadamente 12 horas, de aproximadamente 5 minutos a aproximadamente 4 horas, de aproximadamente 5 minutos a aproximadamente 2 horas, de aproximadamente 5 minutos a aproximadamente 1 hora, de aproximadamente 5 minutos a aproximadamente 30 minutos, de aproximadamente 5 minutos a aproximadamente 15 minutos, de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente 1 hora, de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente 3 horas, de aproximadamente 1 hora a aproximadamente 10 horas, de aproximadamente 1 hora a aproximadamente 8 horas, de aproximadamente 1 hora a aproximadamente 6 horas, de aproximadamente 1 hora a aproximadamente 4 horas, de aproximadamente 1 hora a aproximadamente 2 horas, de aproximadamente 2 horas a aproximadamente 12 horas, de aproximadamente 2 horas a aproximadamente 8 horas, de aproximadamente 2 horas a aproximadamente 5 horas, de aproximadamente 2 horas a aproximadamente 3 horas o de aproximadamente 4 horas a aproximadamente 12 horas. En algunas realizaciones, el período de tiempo para secar el conjunto de electrodos al vacío es de aproximadamente 5 minutos a aproximadamente 2 horas o de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente 30 minutos. En determinadas realizaciones, el período de tiempo para secar el conjunto de electrodos al vacío es de al menos 15 minutos, al menos 30 minutos, al menos 1 hora, al menos 1,5 horas, al menos 2 horas, al menos 3 horas, al menos 4 horas o al menos 5 horas. En algunas realizaciones, el período de tiempo para secar el conjunto de electrodos al vacío es inferior a 5 horas, inferior a 4 horas, inferior a 3 horas, inferior a 2 horas, inferior a 1,5 horas, inferior a 1 hora o inferior a 30 minutos.
En algunas realizaciones, el conjunto de electrodos se seca a presión atmosférica. En determinadas realizaciones, el secado se realiza en un estado de vacío. En algunas realizaciones, el estado de vacío se mantiene a una presión dentro del intervalo de aproximadamente 1x10-4 Pa a aproximadamente 5x104 Pa, de aproximadamente 1x10-4 Pa a aproximadamente 2.5x104 Pa, de aproximadamente 1x10-4 Pa a aproximadamente 1x104 Pa, de aproximadamente 1x10-4Pa a aproximadamente 5x103 Pa, de aproximadamente 1x10-4Pa a aproximadamente 3x103 Pa, de aproximadamente 1x10-4Pa a aproximadamente 2x103 Pa, de aproximadamente 1x10-4Pa a aproximadamente 1x103 Pa, de aproximadamente 1x103 Pa a aproximadamente 5x104 Pa, de aproximadamente 1x103 Pa a aproximadamente 1x104 Pa, de aproximadamente 1x103 Pa a aproximadamente 5x103 Pa, de aproximadamente 1x103 Pa a aproximadamente 3x103 Pa o de aproximadamente 1x103 Pa a aproximadamente 2x103 Pa. En determinadas realizaciones, el estado de vacío se mantiene a una presión inferior a aproximadamente 5x104 Pa, inferior a aproximadamente 2.5x104 Pa, inferior a aproximadamente 1x104 Pa, inferior a aproximadamente 5x103 Pa, inferior a aproximadamente 3x103 Pa, inferior a aproximadamente 2x103 Pa, o inferior a aproximadamente 1x103 Pa. En algunas realizaciones, el estado de vacío se mantiene a aproximadamente 5x104 Pa, aproximadamente 2.5x104 Pa, aproximadamente 1x104 Pa, aproximadamente 5x103 Pa, aproximadamente 3x103 Pa, aproximadamente 2x103 Pa o aproximadamente 1x103 Pa.
Después de un período de tiempo de secado predeterminado, la cámara de secado se ventila directamente a un depósito de gas que contiene aire seco o gas inerte a través de una válvula de admisión de gas. El llenado de gas puede mejorar la eliminación de vapor de agua de la cámara de secado, aumentando así la eficiencia de eliminación de agua del conjunto de electrodos y acortando el ciclo de secado. En determinadas realizaciones, el gas inerte se selecciona entre el grupo que consiste en helio, argón, neón, criptón, xenón, nitrógeno, dióxido de carbono y combinaciones de los mismos.
En algunas realizaciones, el conjunto de electrodos puede ser secado además al vacío después de incubar el conjunto de electrodos con el gas seco durante un tiempo predeterminado. Este procedimiento puede repetirse tantas veces como sea necesario para reducir el contenido de humedad del conjunto de electrodos a un nivel apropiado. En ciertos métodos que no forman parte de la invención reivindicada, este procedimiento puede repetirse entre 2 y 50 veces hasta que el contenido de humedad en el conjunto de electrodos sea inferior a 40 ppm, inferior a 30 ppm, inferior a 20 ppm, inferior a 19 ppm, inferior a 18 ppm, inferior a 17 ppm, inferior a 16 ppm, inferior a 15 ppm, inferior a 14 ppm, inferior a 13 ppm, inferior a 12 ppm, inferior a 11 ppm, inferior a 10 ppm, inferior a 9 ppm, inferior a 8 ppm, inferior a 7 ppm, inferior a 6 ppm o inferior a 5 ppm en peso, basado en el peso total del conjunto de electrodos seco.
En algunas realizaciones, las etapas de secado al vacío y llenado de gas pueden repetirse al menos 5 veces, al menos 6 veces, al menos 7 veces, al menos 8 veces, al menos 9 veces, al menos 10 veces, al menos 12 veces, al menos 14 veces, al menos 16 veces, al menos 18 veces, al menos 20 veces, al menos 22 veces, al menos 24 veces, al menos 26 veces, al menos 28 veces o al menos 30 veces. En determinadas realizaciones, las etapas de secado al vacío y llenado de gas pueden repetirse menos de 30 veces, menos de 28 veces, menos de 26 veces, menos de 24 veces, menos de 22 veces, menos de 20 veces, menos de 18 veces, menos de 16 veces, menos de 14 veces, menos de 12 veces, menos de 10 veces, menos de 8 veces o menos de 6 veces. En algunas realizaciones, las etapas de secado al vacío y llenado de gas pueden repetirse entre 5 y 30 veces, entre 5 y 20 veces o entre 5 y 10 veces.
En algunas realizaciones, el tiempo total de procesamiento de secado del conjunto de electrodos es de aproximadamente 10 horas a aproximadamente 40 horas, de aproximadamente 10 horas a aproximadamente 35 horas, de aproximadamente 10 horas a aproximadamente 30 horas, de aproximadamente 10 horas a aproximadamente 25 horas, de aproximadamente 10 horas a aproximadamente 20 horas, de aproximadamente 10 horas a aproximadamente 15 horas, de aproximadamente 15 horas a aproximadamente 30 horas, de aproximadamente 15 horas a aproximadamente 25 horas, de aproximadamente 15 horas a aproximadamente 20 horas o de aproximadamente 20 horas a aproximadamente 30 horas. En algunas realizaciones, el tiempo total de procesamiento de secado del conjunto de electrodos es inferior a aproximadamente 40 horas, inferior a aproximadamente 35 horas, inferior a aproximadamente 30 horas, inferior a aproximadamente 25 horas, inferior a aproximadamente 20 horas o inferior a aproximadamente 15 horas. En determinadas realizaciones, el tiempo total de procesamiento de secado del conjunto de electrodos es al menos aproximadamente 15 horas, al menos aproximadamente 20 horas, al menos aproximadamente 25 horas, al menos aproximadamente 30 horas o al menos aproximadamente 35 horas.
En algunas realizaciones, el tiempo total de procesamiento de presecado del separador y de secado del conjunto de electrodos es de aproximadamente 10 horas a aproximadamente 50 horas, de aproximadamente 10 horas a aproximadamente 40 horas, de aproximadamente 10 horas a aproximadamente 30 horas, de aproximadamente 15 horas a aproximadamente 50 horas, de aproximadamente 15 horas a aproximadamente 40 horas, de aproximadamente 15 horas a aproximadamente 30 horas, de aproximadamente 20 horas a aproximadamente 50 horas o de aproximadamente 20 horas a aproximadamente 40 horas. En determinadas realizaciones, el tiempo total de procesamiento de presecado del separador y de secado del conjunto de electrodos es al menos 10 horas, al menos 15 horas, al menos 20 horas, al menos 25 horas, al menos 30 horas, al menos 35 horas o al menos 40 horas. En algunas realizaciones, el tiempo total de procesamiento de presecado del separador y de secado del conjunto de electrodos es inferior a 50 horas, inferior a 40 horas, inferior a 35 horas, inferior a 30 horas, inferior a 25 horas, inferior a 20 horas o inferior a 15 horas.
Las ventajas de la presente invención es que la mayor parte de la fabricación puede tener lugar fuera de un recinto seco. En algunas realizaciones, el proceso de ensamblaje puede tener lugar fuera de un recinto seco o de una caja de guantes. En la presente invención, solo la etapa para llenar el electrolito o ambas etapas para secar el conjunto de electrodos y llenar el electrolito se realizan en un recinto seco o en una caja de guantes. Así, se puede evitar el control de la humedad en la fábrica, reduciendo significativamente el coste de inversión.
La presencia de humedad es perjudicial para el funcionamiento de la batería. En general, el contenido de agua en el conjunto de electrodos preparado por métodos convencionales contiene una cantidad de agua superior a 100 ppm en peso, basado en el peso total del conjunto de electrodos. Incluso si el rendimiento inicial de la batería es aceptable, la tasa de deterioro del rendimiento de la batería puede ser inaceptable. Para poder lograr un rendimiento suficientemente alto de la batería, sería ventajoso por lo tanto tener un bajo contenido de agua en la batería.
En algunas realizaciones, el contenido de agua en el conjunto de electrodos seco es de aproximadamente 5 ppm a aproximadamente 50 ppm, de aproximadamente 5 ppm a aproximadamente 40 ppm, de aproximadamente 5 ppm a aproximadamente 30 ppm, de aproximadamente 5 ppm a aproximadamente 20 ppm, de aproximadamente 5 ppm a aproximadamente 15 ppm, de aproximadamente 5 ppm a aproximadamente 10 ppm, de aproximadamente 3 ppm a aproximadamente 30 ppm, de aproximadamente 3 ppm a aproximadamente 20 ppm, de aproximadamente 3 ppm a aproximadamente 15 ppm, o de aproximadamente 3 ppm a aproximadamente 10 ppm en peso, basado en el peso total del conjunto de electrodos seco.
En determinadas realizaciones, el contenido de agua en el conjunto de electrodos seco es inferior a 50 ppm, inferior a 40 ppm, inferior a 30 ppm, inferior a 20 ppm, inferior a 19 ppm, inferior a 18 ppm, inferior a 17 ppm, inferior a 16 ppm, inferior a 15 ppm, inferior a 14 ppm, inferior a 13 ppm, inferior a 12 ppm, inferior a 11 ppm, inferior a 10 ppm, inferior a 9 ppm, inferior a 8 ppm, inferior a 7 ppm, inferior a 6 ppm, inferior a 5 ppm, inferior a 4 ppm, inferior a 3 ppm, inferior a 2 ppm o inferior a 1 ppm en peso, basado en el peso total del conjunto de electrodos seco. En algunas realizaciones, el conjunto de electrodos seco desvelado en el presente documento tiene una concentración de agua en él no mayor que aproximadamente 5 ppm en peso, basado en el peso total del conjunto de electrodos seco.
En algunas realizaciones, el al menos un ánodo y al menos un cátodo en el conjunto de electrodos seco tienen un contenido de agua inferior a 30 ppm, inferior a 20 ppm, inferior a 19 ppm, inferior a 18 ppm, inferior a 17 ppm, inferior a 16 ppm, inferior a 15 ppm, inferior a 14 ppm, inferior a 13 ppm, inferior a 12 ppm, inferior a 11 ppm, inferior a 10 ppm, inferior a 9 ppm, inferior a 8 ppm, inferior a 7 ppm, inferior a 6 ppm, inferior a 5 ppm, inferior a 4 ppm o inferior a 3 ppm en peso, basado en el peso total del al menos un ánodo seco y al menos un cátodo seco. En determinadas realizaciones, en donde el al menos un separador en el conjunto de electrodos seco tiene un contenido de agua inferior a 30 ppm, inferior a 20 ppm, inferior a 19 ppm, inferior a 18 ppm, inferior a 17 ppm, inferior a 16 ppm, inferior a 15 ppm, inferior a 14 ppm, inferior a 13 ppm, inferior a 12 ppm, inferior a 11 ppm, inferior a 10 ppm, inferior a 9 ppm, inferior a 8 ppm, inferior a 7 ppm, inferior a 6 ppm, inferior a 5 ppm o inferior a 3 ppm en peso, basado en el peso total del separador seco. El separador en el conjunto de electrodos desvelado en el presente documento comprende un bajo contenido de agua, contribuyendo al rendimiento fiable de las baterías de ion litio.
Después del secado, el conjunto de electrodos puede entonces enfriarse naturalmente a 50 °C o menos antes de ser retirado de la cámara de secado. En algunas realizaciones, el conjunto de electrodos se enfría a 45 °C o inferior, 40 °C o inferior, 35 °C o inferior, 30 °C o inferior, o 25 °C o inferior. En determinadas realizaciones, el conjunto de electrodos se enfría a temperatura ambiente. En algunas realizaciones, el conjunto de electrodos se enfría insuflando un gas seco o gas inerte con el fin de alcanzar la temperatura diana más rápidamente.
En la fabricación de baterías, es importante tener separadores extremadamente delgados para que la densidad de energía de la batería pueda aumentar y el tamaño de la batería pueda reducirse. Una buena resistencia al despegado es importante en la fabricación de baterías porque previene la deslaminación del separador. Por lo tanto, se puede obtener una resistencia mecánica suficiente y una alta resistencia a la perforación. El separador de batería que tiene suficiente resistencia a la perforación y resistencia al despegado puede soportar los rigores de la fabricación de baterías, particularmente en la fabricación de baterías de tipo "rollo".
En el caso de que la resistencia al despegado del separador sea de 0,04 N/cm o más, el separador tiene suficiente resistencia al despegado y la capa de revestimiento no se separará durante la fabricación de la batería.
El proceso de secado de la presente invención no afecta a la resistencia final al despegado del separador. En algunas realizaciones, cada una de las resistencias al despegado entre el material base poroso y la capa porosa protectora del separador y el separador presecado es independientemente de 0,03 N/cm o más, 0,04 N/cm o más, 0,05 N/cm o más, 0,06 N/cm o más, 0,07 N/cm o más, 0,08 N/cm o más, 0,09 N/cm o más, 0,1 N/cm o más, 0,11 N/cm o más, 0,12 N/cm o más, 0,13 N/cm o más, 0,14 N/cm o más, o 0,15 N/cm o más. En determinadas realizaciones, la resistencia al despegado entre el material de base poroso y la capa porosa protectora es de entre 0,03 N/cm y 0,1 N/cm, entre 0,03 N/cm y 0,08 N/cm, entre 0,03 N/cm y 0,075 N/cm, entre 0,03 N/cm y 0,06 N/cm, entre 0,05 N/cm y 0,25 N/cm, entre 0,05 N/cm y 0,15 N/cm, entre 0,05 N/cm y 0,12 N/cm, o entre 0,05 N/cm y 0,1 N/cm.
En determinadas realizaciones, la resistencia al despegado del separador presecado es mayor que la resistencia al despegado del separador. En algunas realizaciones, la resistencia al despegado del separador presecado es menor que la resistencia al despegado del separador. En determinadas realizaciones, la resistencia al despegado del separador presecado es igual a la resistencia al despegado del separador. En determinadas realizaciones, la diferencia en la resistencia al despegado entre el separador presecado y el separador es de aproximadamente 0,001 N/cm a aproximadamente 0,1 N/cm, de aproximadamente 0,001 N/cm a aproximadamente 0,05 N/cm, de aproximadamente 0,001 N/cm a aproximadamente 0,04 N/cm, de aproximadamente 0,001 N/cm a aproximadamente 0,03 N/cm, de aproximadamente 0,001 N/cm a aproximadamente 0,02 N/cm, de aproximadamente 0,001 N/cm a aproximadamente 0,01 N/cm, de aproximadamente 0,01 N/cm a aproximadamente 0,1 N/cm, de aproximadamente 0,01 N/cm a aproximadamente 0,05 N/cm, de aproximadamente 0,01 N/cm a aproximadamente 0,04 N/cm, de aproximadamente 0,01 N/cm a aproximadamente 0,03 N/cm o de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 0,02 N/cm. En algunas realizaciones, la diferencia en la resistencia al despegado entre el separador presecado y el separador es inferior a 0,1 N/cm, inferior a 0,05 N/cm, inferior a 0,04 N/cm, inferior a 0,03 N/cm, inferior a 0,02 N/cm, inferior a 0,01 N/cm, inferior a 0,005 N/cm, o inferior a 0,001 N/cm.
Con el fin de evitar que haya humedad en el interior del recipiente sellado, la etapa de llenar el electrolito se lleva a cabo en un recinto seco. Después del secado, el conjunto de electrodos se coloca en el interior de un recipiente y luego se añade un electrolito para llenar los poros de todas las capas del separador y de electrodos, y cada uno de los huecos entre los electrodos positivos y negativos y el separador en el conjunto de electrodos bajo una atmósfera inerte antes de su sellado.
El método desvelado en el presente documento permite una reducción en la aparición de productos defectuosos y, en última instancia, permite una mejora en el rendimiento, reduciendo de este modo en gran medida los costes de fabricación.
También se proporciona en el presente documento una batería de litio que comprende el conjunto de electrodos preparado por el método desvelado en el presente documento.
Ejemplos
El contenido de agua en el conjunto de electrodos se midió mediante valoración de Karl-Fisher. El conjunto de electrodos fue cortado en pequeñas piezas de 1 cm x 1 cm en una caja de guantes llena de gas argón. El conjunto de electrodos cortado que tenía un tamaño de 1 cm x 1 cm se pesó en un vial de muestra. El conjunto de electrodos pesado fue entonces añadido en un recipiente de valoración para la valoración de Karl Fischer usando un analizador de humedad por culombimetría de Karl Fischer (831 KF Coulometer, Metrohm, Suiza). Las mediciones se repitieron tres veces para encontrar el valor promedio.
El contenido de agua en el separador se midió mediante valoración de Karl-Fisher. El conjunto de electrodos fue cortado en pequeñas piezas de 1 cm x 1 cm en una caja de guantes llena de gas argón. El conjunto de electrodos se separó en las capas de ánodo, cátodo y separador. Los contenidos de agua de las capas de separador separadas se analizaron mediante valoración de Karl Fischer. Las mediciones se repitieron tres veces para encontrar el valor promedio.
Las resistencias al despegado de los separadores se midieron con un equipo de ensayo del despegado (obtenido en Instron, EE. UU.; modelo n.° MTS 5581). El conjunto de electrodos seco se separó en las capas de ánodo, cátodo y separador. Cada una de las capas de separador fue cortada en una forma rectangular que tenía un tamaño de 25 mmx100 mm. A continuación, una tira de cinta de reparación (3M; EE.UU.; modelo n.° 810) se fijó en la superficie del separador que tiene la capa de revestimiento porosa protectora y a continuación se comprimió con un movimiento recíproco de un rodillo de 2 kg sobre ella para preparar las muestras para la prueba de resistencia al despegado. Cada una de las muestras se montó en el equipo de ensayo de despegado, seguido de la medición de la resistencia al despegado de la cinta de reparación a 180° a temperatura ambiente. La cinta de reparación se despegó a una velocidad de 50 mm/minuto. Las mediciones se tomaron a un intervalo predeterminado de 10 mm a 70 mm y se repitieron 3 veces.
Ejemplo 1
A) Preparación del electrodo positivo
Se preparó una suspensión de electrodos positivos mezclando 94 % en peso de material catódico (LNMC TLM 310, obtenido en Xinxiang Tianli Energy Co. Ltd., China), 3 % en peso de negro de carbono (SuperP; obtenido en Timcal Ltd, Bodio, Suiza) como agente conductor y 0,8 % en peso de ácido poliacrílico (PAA, n.° 181285, obtenido en Sigma-Aldrich, EE. UU.), 1,5 % en peso de caucho de estireno y butadieno (SBR, AL-2001, obtenido en NIPPON A&L INC., Japón) y 0,7 % en peso de fluoruro de polivinilideno (PVDF; Solef® 5130, obtenido en Solvay S.A., Bélgica) como aglutinante, que se dispersaron en agua desionizada para formar una suspensión con un contenido sólido del 50 % en peso. La suspensión se homogeneizó con una mezcladora de agitación planetaria.
La suspensión homogeneizada se revistió por ambos lados de una lámina de aluminio que tenía un grosor de 20 pm utilizando una máquina de recubrimiento por transferencia (ZY-TSF6-6518, obtenida en Jin Fan Zhanyu New Energy Technology Co. Ltd., China) con una densidad de área de aproximadamente 26 mg/cm2. Las películas recubiertas sobre el papel de aluminio se secaron durante 3 minutos mediante un horno de secado por aire caliente con transportador de 24 metros de largo, como un submódulo de la máquina de recubrimiento por transferencia, que funcionaba a una velocidad del transportador de aproximadamente 8 metros/minuto para obtener un electrodo positivo. La estufa con temperatura programada permitió un gradiente de temperatura controlable en el que la temperatura subió gradualmente de la temperatura de entrada de 60 °C a la temperatura de salida de 75 °C.
B) Preparación del electrodo negativo
Se preparó una suspensión de electrodos negativos mezclando 90 % en peso de carbono duro (HC; una pureza del 99,5 %, Ruifute Technology Ltd., Shenzhen, Guangdong, China), 5 % en peso de negro de carbono y 5 % en peso de poliacrilonitrilo en agua desionizada para formar una suspensión con un contenido sólido del 50 % en peso. La suspensión se revistió por ambos lados de una lámina de cobre que tenía un grosor de 9 pm utilizando una máquina de recubrimiento por transferencia con una densidad de área de aproximadamente 15 mg/cm2. Las películas revestidas sobre la lámina de cobre se secaron a aproximadamente 50 °C durante 2,4 minutos mediante una secadora de aire caliente con transportador de 24 metros de largo, que funcionaba a una velocidad del transportador de aproximadamente 10 metros/minuto para obtener un electrodo negativo.
C) Preparación del separador
Se preparó una solución acuosa de aglutinante disolviendo 50 g de CMC en 6,55 l de agua desionizada. A la solución acuosa de aglutinante se añadieron 100 g de partículas de AhO3 (obtenido de Taimei Chemicals Co. Ltd., Japón; n.° de producto TM-100) y 7,5 g de SBR. Las partículas inorgánicas tenían un diámetro promedio de 9 pm. Después de la adición, la suspensión se agitó durante 30 minutos a temperatura ambiente a una velocidad de agitación de 50 rpm para formar una suspensión.
Una membrana microporosa de 30 cm de ancho hecha de polietileno (Celgard, LLC, EE. UU.) con un grosor de 25 pm se recubrió a continuación con la suspensión anterior mediante un recubridor de rodillos continuo que tenía una cuchilla rascadora (obtenida de Shenzhen KeJINGSTAR Technology Ltd., China; modelo n.° AFA-EI300-UL). El separador revestido pasó posteriormente a través de un horno integrado en el recubridor de rodillos y se secó a una temperatura de 100 °C en una corriente de aire caliente. La velocidad de recubrimiento estuvo en el intervalo de 1,2-1,7 metros/minuto. El grosor del recubrimiento se controló mediante una anchura de separación ajustable entre una cuchilla de recubrimiento y una superficie de recubrimiento. Se obtuvo un separador revestido que tenía un grosor total de aproximadamente 30 pm y una porosidad de aproximadamente 62 %. El separador resultante se almacenó en condiciones húmedas con un punto de rocío de aproximadamente 25 °C durante 1 mes para simular las condiciones de almacenamiento a largo plazo. El valor promedio del contenido de humedad del separador fue de 500 ppm. Después de almacenarse durante 1 mes, el separador se secó en un horno de vacío a una presión de 5x103 Pa a 75 °C durante 2 horas durante la primera fase de secado. El separador se secó adicionalmente al vacío a 5x103 Pa a 90 °C durante 1,5 horas durante la segunda fase de secado. El valor promedio del contenido de humedad del separador fue de 58 ppm.
Resistencias al despegado del separador
Los valores medios de las resistencias al despegado del separador presecado y el separador sin procesar fueron 0,08 N/cm y 0,07 N/cm respectivamente. Las resistencias al pelado no se vieron muy afectadas por el proceso de secado.
Ejemplo 2
Ensamblaje del conjunto de electrodos
Las películas de cátodo y ánodo resultantes preparadas mediante los métodos descritos en el ejemplo 1 se usaron para preparar el cátodo y el ánodo, respectivamente, cortando en placas de electrodo individuales. El separador presecado se cortó en placas individuales. Un conjunto de electrodos se preparó apilando los ánodos, los cátodos y los separadores interpuestos entre el electrodo positivo y el negativo al aire libre sin control de la humedad. El conjunto de electrodos se secó en un horno de vacío en el interior de una caja de guantes a una presión de 5x103 Pa a 100 °C durante 2 horas. La cámara de secado se llenó luego con aire seco caliente, teniendo un contenido de agua de 5 ppm y una temperatura de 90 °C. El aire seco caliente se retuvo en la cámara de secado durante 15 minutos antes de evacuar la cámara de secado. Este ciclo se repitió 10 veces. El valor promedio del contenido de humedad del conjunto de electrodos seco fue de 15 ppm.
Ensamblaje de la batería de tipo bolsa
Se montó una celda de tipo bolsa apilando el conjunto de electrodos seco en una cajita hecha de una película laminada de aluminio y plástico. Las placas de electrodo de cátodo y ánodo se mantuvieron separadas por separadores y la cajita se preformó. A continuación se cargó un electrolito en la cajita que contenía los electrodos empaquetados en una atmósfera de argón de alta pureza con un contenido de humedad y oxígeno < 1 ppm. El electrolito era una solución de LiPF6 (1 M) en una mezcla de carbonato de etileno (EC), etil metil carbonato (EMC) y dimetil carbonato (DMC) en una relación en volumen de 1:1:1. Después del llenado de los electrolitos, las celdas de tipo bolsa se sellaron al vacío y luego se comprimieron mecánicamente usando un punzón con forma cuadrada convencional.
Mediciones electroquímicas del Ejemplo 2
I) Capacidad nominal
La celda se ensayó galvanostáticamente a una densidad de corriente de C/2 a 25 °C en un equipo de ensayo de baterías (BTS-5V20A, obtenido en Neware Electronics Co. Ltd., China) entre 3,0 V y 4,2 V. La capacidad nominal era de aproximadamente 9 Ah.
II) Rendimiento de la ciclabilidad
El rendimiento de la ciclabilidad de la celda de tipo bolsa se ensayó cargando y descargando a una tasa de corriente constante de 1C entre 3,0 V y 4,2 V. El resultado de la prueba de rendimiento de la ciclabilidad del ejemplo 2 se muestra en la figura 1.
Ejemplo 3
A) Preparación del electrodo positivo
Se preparó una suspensión de electrodos positivos mezclando 92 % en peso de material catódico (LiMn2O4, obtenido en HuaGuan HengYuan LiTech Co. Ltd., Qingdao, China), 4 % en peso de negro de carbono (SuperP; obtenido en Timcal Ltd, Bodio, Suiza) como agente conductor y 4 % en peso de fluoruro de polivinilideno (PVDF; Solef® 5130, obtenido en Solvay S.A., Bélgica) como aglutinante, que se dispersaron en N-metil-2-pirrolidona (NMP; pureza de >99 %, Sigma-Aldrich, EE. UU.) para formar una suspensión con un contenido sólido del 50 % en peso. La suspensión se homogeneizó con una mezcladora de agitación planetaria.
La suspensión homogeneizada se revistió sobre ambos lados de una lámina de aluminio que tenía un grosor de 20 pm usando una máquina de recubrimiento por transferencia con una densidad de área de aproximadamente 40 mg/cm2. Las películas recubiertas sobre el papel de aluminio se secaron durante 6 minutos mediante un horno de secado por aire caliente con transportador de 24 metros de largo, como un submódulo de la máquina de recubrimiento por transferencia, que funcionaba a una velocidad del transportador de aproximadamente 4 metros/minuto para obtener un electrodo positivo. La estufa con temperatura programada permitió un gradiente de temperatura controlable en el que la temperatura subió gradualmente de la temperatura de entrada de 65 °C a la temperatura de salida de 80 °C.
B) Preparación del electrodo negativo
Se preparó una suspensión de electrodos negativos mezclando 90 % en peso de carbono duro (HC; pureza del 99,5 %, obtenido en Ruifute Technology Ltd., Shenzhen, Guangdong, China) con 1,5% en peso de carboximetilcelulosa (CMC, BSH-12, DKS Co. Ltd., Japón) y 3,5 % en peso de SBR (AL-2001, NIPPON A&L INC., Japón) como aglutinante y 5 % en peso de negro de carbono como agente conductor, que se dispersaron en agua desionizada para formar otra suspensión con un contenido sólido del 50 % en peso. La suspensión se revistió por ambos lados de una lámina de cobre que tenía un grosor de 9 pm utilizando una máquina de recubrimiento por transferencia con una densidad de área de aproximadamente 15mg/cm2 Las películas revestidas sobre la lámina de cobre se secaron a aproximadamente 50 °C durante 2,4 minutos mediante una secadora de aire caliente con transportador de 24 metros de largo, que funcionaba a una velocidad del transportador de aproximadamente 10 metros/minuto para obtener un electrodo negativo.
C) Preparación del separador
Se preparó una solución acuosa de aglutinante disolviendo 50 g de CMC en 6,55 l de agua desionizada. A la solución acuosa de aglutinante se añadieron 100 g de partículas de TiO2 (obtenido de Shanghai Dian Yang Industry Co. LTD, China) y 7,5 g de SBR. Las partículas inorgánicas tenían un diámetro promedio de 10 pm. Después de la adición, la suspensión se agitó durante 30 minutos a temperatura ambiente a una velocidad de agitación de 50 rpm para formar una suspensión.
Una tela de PET no tejida de 30 cm de ancho (obtenida de MITSUBISHI PAPER MILLS LTD, Japón) que tiene un grosor de aproximadamente 20 pm y un peso por unidad de área de aproximadamente 10 g/m2 se recubrió a continuación con la suspensión anterior mediante un recubridor de rodillos continuos que tenía una rasqueta (obtenido de Shenzhen KEJINGSTAR Technology Ltd., China; modelo n.° AFA-EI300-UL). El separador revestido pasó posteriormente a través de un horno integrado en el recubridor de rodillos y se secó a una temperatura de 100 °C en una corriente de aire caliente. La velocidad de recubrimiento estuvo en el intervalo de 1,2-1,7 metros/minuto. El grosor del recubrimiento se controló mediante una anchura de separación ajustable entre una cuchilla de recubrimiento y una superficie de recubrimiento. Se obtuvo un separador revestido que tenía un grosor total de aproximadamente 30 pm y una porosidad de aproximadamente 62 %. El separador se almacenó en condiciones húmedas con un punto de rocío de aproximadamente 20 °C durante 1 mes para simular las condiciones de almacenamiento a largo plazo. El valor promedio del contenido de humedad del separador fue de 1.000 ppm.
Después de almacenarse durante 1 mes, el separador se secó en un horno de vacío a una presión de 1x103 Pa a 85 °C durante 4 horas. El valor promedio del contenido de humedad del separador fue de 43 ppm.
Resistencias al despegado del separador
Los valores medios de las resistencias al despegado del separador presecado y el separador sin procesar fueron 0,07 N/cm y 0,06 N/cm respectivamente. Las resistencias al despegado no se vieron muy afectadas por el proceso de secado.
Ejemplo 4
Ensamblaje del conjunto de electrodos
Las películas de cátodo y ánodo resultantes preparadas mediante los métodos descritos en el ejemplo 3 se usaron para preparar el cátodo y el ánodo, respectivamente, cortando en placas de electrodo individuales. El separador presecado se cortó en placas individuales. Un conjunto de electrodos se preparó apilando los ánodos, los cátodos y los separadores interpuestos entre el electrodo positivo y el negativo al aire libre sin control de la humedad. El conjunto de electrodos se secó en un horno de vacío en el interior de una caja de guantes a una presión de 1x104 Pa a 102 °C durante 3 horas. La cámara de secado se llenó luego con aire seco caliente, que tenía un contenido de agua de 5 ppm y una temperatura de 85 °C. El nitrógeno seco y caliente se retuvo en la cámara de secado durante 5 minutos antes de evacuar la cámara de secado. Este ciclo se repitió 10 veces. El valor promedio del contenido de humedad del conjunto de electrodos seco fue de 23 ppm.
Ensamblaje de la batería de tipo bolsa
Se montó una celda de tipo bolsa apilando el conjunto de electrodos seco en una cajita hecha de una película laminada de aluminio y plástico. Las placas de electrodo de cátodo y ánodo se mantuvieron separadas por separadores y la cajita se preformó. A continuación se cargó un electrolito en la cajita que contenía los electrodos empaquetados en una atmósfera de argón de alta pureza con un contenido de humedad y oxígeno < 1 ppm. El electrolito era una solución de LiPF6 (1 M) en una mezcla de carbonato de etileno (EC), etil metil carbonato (EMC) y dimetil carbonato (DMC) en una relación en volumen de 1:1:1. Después del llenado de los electrolitos, las celdas de tipo bolsa se sellaron al vacío y luego se comprimieron mecánicamente usando un punzón con forma cuadrada convencional.
Mediciones electroquímicas del Ejemplo 4
I) Capacidad nominal
La celda se ensayó galvanostáticamente a una densidad de corriente de C/2 a 25 °C en un equipo de ensayo de baterías entre 3,0 V y 4,2 V. La capacidad nominal fue de aproximadamente 9,1 Ah.
II) Rendimiento de la ciclabilidad
El rendimiento de la ciclabilidad de la celda de tipo bolsa se ensayó cargando y descargando a una tasa de corriente constante de 1C entre 3,0 V y 4,2 V. El resultado de la prueba de rendimiento de la ciclabilidad del ejemplo 4 se muestra en la figura 2.
Ejemplo 5
A) Preparación del electrodo positivo
Se preparó una suspensión de electrodos positivos mezclando 94 % en peso de material catódico LiNi0,33Mn0,33Co0,33O2 (obtenido en Shenzhen Tianjiao Technology Co. Ltd., China), 3 % en peso de negro de carbono (SuperP; obtenido en Timcal Ltd, Bodio, Suiza) como agente conductor y 1,5 % en peso de ácido poliacrílico (PAA, n.° 181285, obtenido en Sigma-Aldrich, EE.UU.) y 1,5% en peso de poliacrilonitrilo (LA 132, Chengdu Indigo Power Sources Co., Ltd., China) como aglutinante, que se dispersaron en agua desionizada para formar una suspensión con un contenido sólido del 50 % en peso. La suspensión se homogeneizó con una mezcladora de agitación planetaria.
La suspensión homogeneizada se revistió sobre ambos lados de una lámina de aluminio que tenía un grosor de 20 pm usando una máquina de recubrimiento por transferencia con una densidad de área de aproximadamente 32 mg/cm2. Las películas recubiertas sobre el papel de aluminio se secaron durante 4 minutos mediante un horno de secado por aire caliente con transportador de 24 metros de largo, como un submódulo de la máquina de recubrimiento por transferencia, que funcionaba a una velocidad del transportador de aproximadamente 6 metros/minuto para obtener un electrodo positivo. La estufa con temperatura programada permitió un gradiente de temperatura controlable en el que la temperatura subió gradualmente de la temperatura de entrada de 60 °C a la temperatura de salida de 75 °C.
B) Preparación del electrodo negativo
Se preparó una suspensión de electrodos negativos mezclando 90 % en peso de carbono duro, 5 % en peso de negro de carbono y 5 % en peso de poliacrilonitrilo en agua desionizada para formar una suspensión con un contenido sólido del 50 % en peso. La suspensión se revistió por ambos lados de una lámina de cobre que tenía un grosor de 9 pm utilizando una máquina de recubrimiento por transferencia con una densidad de área de aproximadamente 15 mg/cm2. Las películas revestidas sobre la lámina de cobre se secaron a aproximadamente 50 °C durante 2,4 minutos mediante una secadora de aire caliente con transportador de 24 metros de largo, que funcionaba a una velocidad del transportador de aproximadamente 10 metros/minuto para obtener un electrodo negativo.
C) Pretratamiento del separador
Se usó un separador microporoso de PET revestido de cerámica (obtenido de MITSUBISHI PAPER MILLS LTD, Japón) que tenía un grosor de aproximadamente 30 pm. El separador se almacenó en condiciones húmedas con un punto de rocío de aproximadamente 16 °C durante 1 mes para simular las condiciones de almacenamiento a largo plazo. El valor promedio del contenido de humedad del separador fue de 800 ppm.
Después de almacenarse durante 1 mes, el separador se secó en un horno de vacío a una presión de 2x103 Pa a 90 °C durante 2,5 horas. El valor promedio del contenido de humedad del separador fue de 52 ppm.
Resistencias al despegado del separador
Los valores medios de las resistencias al despegado del separador presecado y el separador sin procesar fueron 0,11 N/cm y 0,09 N/cm respectivamente. Las resistencias al despegado no se vieron muy afectadas por el proceso de secado.
Ensamblaje del conjunto de electrodos
Las películas de cátodo y ánodo resultantes preparadas mediante los métodos descritos en el ejemplo 5 se usaron para preparar el cátodo y el ánodo, respectivamente, cortando en placas de electrodo individuales. El separador presecado se cortó en placas individuales. Un conjunto de electrodos se preparó apilando los ánodos, los cátodos y los separadores interpuestos entre el electrodo positivo y el negativo al aire libre sin control de la humedad. El conjunto de electrodos se secó en un horno de vacío en el interior de una caja de guantes a una presión de 1x103 Pa a 110 °C durante 2 horas. La cámara de secado se llenó luego con aire seco caliente, que tenía un contenido de agua de 5 ppm y una temperatura de 100 °C. El aire seco y caliente se retuvo en la cámara de secado durante 10 minutos antes de evacuar la cámara de secado. Este ciclo se repitió 10 veces. El valor promedio del contenido de humedad del conjunto de electrodos seco fue de 18 ppm.
Ensamblaje de la batería de tipo bolsa
Se montó una celda de tipo bolsa apilando el conjunto de electrodos seco en una cajita hecha de una película laminada de aluminio y plástico. Las placas de electrodo de cátodo y ánodo se mantuvieron separadas por separadores y la cajita se preformó. A continuación se cargó un electrolito en la cajita que contenía los electrodos empaquetados en una atmósfera de argón de alta pureza con un contenido de humedad y oxígeno < 1 ppm. El electrolito era una solución de LiPF6 (1 M) en una mezcla de carbonato de etileno (EC), etil metil carbonato (EMC) y dimetil carbonato (DMC) en una relación en volumen de 1:1:1. Después del llenado de los electrolitos, las celdas de tipo bolsa se sellaron al vacío y luego se comprimieron mecánicamente usando un punzón con forma cuadrada convencional.
Mediciones electroquímicas del Ejemplo 6
I) Capacidad nominal
La celda se ensayó galvanostáticamente a una densidad de corriente de C/2 a 25 °C en un equipo de ensayo de baterías entre 3,0 V y 4,2 V. La capacidad nominal fue de aproximadamente 8,9 Ah.
II) Rendimiento de la ciclabilidad
El rendimiento de la ciclabilidad de la celda de tipo bolsa se ensayó cargando y descargando a una tasa de corriente constante de 1C entre 3,0 V y 4,2 V. El resultado de la prueba de rendimiento de la ciclabilidad del ejemplo 6 se muestra en la figura 3.
Ejemplo 7
A) Preparación del electrodo positivo
Se preparó una suspensión de electrodos positivos mezclando 93 % en peso de material catódico LiNi0,33Mn0,33Co0,33O2 (obtenido en Shenzhen Tianjiao Technology Co. Ltd., China), 3 % en peso de negro de carbono (SuperP; obtenido en Timcal Ltd, Bodio, Suiza) como agente conductor y 4 % en peso de poliacrilonitrilo (LA 132, Chengdu Indigo Power Sources Co., Ltd., China) como aglutinante, que se dispersaron en agua desionizada para formar una suspensión con un contenido sólido del 50 % en peso. La suspensión se homogeneizó con una mezcladora de agitación planetaria.
La suspensión homogeneizada se revistió sobre ambos lados de una lámina de aluminio que tenía un grosor de 20 pm usando una máquina de recubrimiento por transferencia con una densidad de área de aproximadamente 40 mg/cm2. Las películas recubiertas sobre el papel de aluminio se secaron durante 4 minutos mediante un horno de secado por aire caliente con transportador de 24 metros de largo, como un submódulo de la máquina de recubrimiento por transferencia, que funcionaba a una velocidad del transportador de aproximadamente 6 metros/minuto para obtener un electrodo positivo. La estufa con temperatura programada permitió un gradiente de temperatura controlable en el que la temperatura subió gradualmente de la temperatura de entrada de 70 °C a la temperatura de salida de 93 °C.
B) Preparación del electrodo negativo
Se preparó una suspensión de electrodos negativos mezclando 90 % en peso de carbono duro, 5 % en peso de negro de carbono y 5 % en peso de poliacrilonitrilo en agua desionizada para formar una suspensión con un contenido sólido del 50 % en peso. La suspensión se revistió por ambos lados de una lámina de cobre que tenía un grosor de 9 pm utilizando una máquina de recubrimiento por transferencia con una densidad de área de aproximadamente 15 mg/cm2. Las películas revestidas sobre la lámina de cobre se secaron a aproximadamente 50 °C durante 2,4 minutos mediante una secadora de aire caliente con transportador de 24 metros de largo, que funcionaba a una velocidad del transportador de aproximadamente 10 metros/minuto para obtener un electrodo negativo.
C) Pretratamiento del separador
Se usó un separador microporoso no revestido hecho de tejido de PET no tejido (obtenido de MITSUBISHI PAPER MILLS LTD, Japón) que tenía un grosor de aproximadamente 20 pm. El separador se almacenó en condiciones húmedas con un punto de rocío de aproximadamente 16 °C durante 1 mes para simular las condiciones de almacenamiento a largo plazo. El valor promedio del contenido de humedad del separador fue de 800 ppm.
Después de almacenarse durante 1 mes, el separador se secó en un horno de vacío a una presión de 2x103 Pa a 100 °C durante 2 horas. El valor promedio del contenido de humedad del separador fue de 42 ppm. Después del secado, el contenido de agua del separador seco se redujo significativamente.
Ensamblaje del conjunto de electrodos
Las películas de cátodo y ánodo resultantes preparadas mediante los métodos descritos en el ejemplo 7 se usaron para preparar el cátodo y el ánodo, respectivamente, cortando en placas de electrodo individuales. El separador presecado se cortó en placas individuales. Un conjunto de electrodos se preparó apilando los ánodos, los cátodos y los separadores interpuestos entre el electrodo positivo y el negativo al aire libre sin control de la humedad. El conjunto de electrodos se secó en un horno de vacío en el interior de una caja de guantes a una presión de 2.000 Pa a 105 °C durante 1,5 horas. La cámara de secado se llenó luego con aire seco caliente, que tenía un contenido de agua de 5 ppm y una temperatura de 90 °C. El aire seco y caliente se retuvo en la cámara de secado durante 10 minutos antes de evacuar la cámara de secado. Este ciclo se repitió 8 veces. El valor promedio del contenido de humedad del conjunto de electrodos seco fue de 18 ppm.
Ensamblaje de la batería de tipo bolsa
Se montó una celda de tipo bolsa de acuerdo con el método descrito en el Ejemplo 2.
Mediciones electroquímicas del Ejemplo 7
I) Capacidad nominal
La celda se ensayó galvanostáticamente a una densidad de corriente de C/2 a 25 °C en un equipo de ensayo de baterías entre 3,0 V y 4,2 V. La capacidad nominal fue de aproximadamente 10,2 Ah.
II) Rendimiento de la ciclabilidad
El rendimiento de ciclabilidad de la celda de tipo bolsa se probó cargando y descargando a una tasa de corriente constante de 1C entre 3,0 V y 4,2 V.
Ejemplo 8* - no de acuerdo con la presente invención
A) Preparación del electrodo positivo
Se preparó una suspensión de electrodos positivos mezclando 93% en peso de material catódico LiNi0,33Mn0,33O2 (obtenido en Shenzhen Tianjiao Technology Co. Ltd., China), 3 % en peso de negro de carbono (SuperP; obtenido en Timcal Ltd, Bodio, Suiza) como agente conductor y 4 % en peso de poliacrilonitrilo (LA 132, Chengdu Indigo Power Sources Co., Ltd., China) como aglutinante, que se dispersaron en agua desionizada para formar una suspensión con un contenido sólido del 50 % en peso. La suspensión se homogeneizó con una mezcladora de agitación planetaria. La suspensión homogeneizada se revistió sobre ambos lados de una lámina de aluminio que tenía un grosor de 20 pm usando una máquina de recubrimiento por transferencia con una densidad de área de aproximadamente 39 mg/cm2. Las películas recubiertas sobre el papel de aluminio se secaron durante 4 minutos mediante un horno de secado por aire caliente con transportador de 24 metros de largo, como un submódulo de la máquina de recubrimiento por transferencia, que funcionaba a una velocidad del transportador de aproximadamente 6 metros/minuto para obtener un electrodo positivo. La estufa con temperatura programada permitió un gradiente de temperatura controlable en el que la temperatura subió gradualmente de la temperatura de entrada de 70 °C a la temperatura de salida de 90 °C. B) Preparación del electrodo negativo
Se preparó una suspensión de electrodos negativos mezclando 90 % en peso de carbono duro, 5 % en peso de negro de carbono y 5 % en peso de poliacrilonitrilo en agua desionizada para formar una suspensión con un contenido sólido del 50 % en peso. La suspensión se revistió por ambos lados de una lámina de cobre que tenía un grosor de 9 pm utilizando una máquina de recubrimiento por transferencia con una densidad de área de aproximadamente 15 mg/cm2. Las películas revestidas sobre la lámina de cobre se secaron a aproximadamente 50 °C durante 2,4 minutos mediante una secadora de aire caliente con transportador de 24 metros de largo, que funcionaba a una velocidad del transportador de aproximadamente 10 metros/minuto para obtener un electrodo negativo.
C) Preparación del separador
Se preparó el separador revestido mediante el método descrito en el Ejemplo 3. El separador se almacenó a continuación en condiciones húmedas con un punto de rocío de aproximadamente 20 °C durante 1 mes para simular las condiciones de almacenamiento a largo plazo. El valor promedio del contenido de humedad del separador fue de 1.000 ppm.
Después de almacenarse durante 1 mes, el separador se secó en un horno de vacío a una presión de 4.5x103 Pa a 155 °C durante 2 horas. El valor promedio del contenido de humedad del separador fue de 11 ppm.
Resistencias al despegado del separador
Los valores medios de las resistencias al despegado del separador presecado y el separador sin procesar fueron 0,035 N/cm y 0,075 N/cm respectivamente. La resistencia al despegado del separador ha disminuido significativamente después de la etapa presecado. Esto hace que el separador sea propenso a fallos mecánicos cuando se ensambla un conjunto de electrodos mediante una máquina apiladora automática de alta velocidad. En este caso, el separador sufrió una degradación durante el tratamiento térmico a alta temperatura, en el cual el material aglutinante acuoso en el revestimiento se volvió quebradizo. Por lo tanto, una temperatura más baja es beneficiosa para un secado lento para evitar el agrietamiento o fragilización de la capa porosa protectora.
Ensamblaje del conjunto de electrodos
Las películas de cátodo y ánodo resultantes preparadas mediante los métodos descritos en el ejemplo 8 se usaron para preparar el cátodo y el ánodo, respectivamente, cortando en placas de electrodo individuales. El separador presecado se cortó en placas individuales. Un conjunto de electrodos se preparó apilando los ánodos, los cátodos y los separadores interpuestos entre el electrodo positivo y el negativo al aire libre sin control de la humedad. El conjunto de electrodos se secó en un horno de vacío en el interior de una caja de guantes a una presión de 2.000 Pa a 105 °C durante 1,5 horas. La cámara de secado se llenó luego con aire seco caliente, que tenía un contenido de agua de 5 ppm y una temperatura de 90 °C. El aire seco y caliente se retuvo en la cámara de secado durante 10 minutos antes de evacuar la cámara de secado. Este ciclo se repitió 8 veces. El valor promedio del contenido de humedad del conjunto de electrodos seco fue de 14 ppm.
Ensamblaje de la batería de tipo bolsa
Se montó una celda de tipo bolsa de acuerdo con el método descrito en el Ejemplo 2.
Mediciones electroquímicas del Ejemplo 8
I) Capacidad nominal
La celda se ensayó galvanostáticamente a una densidad de corriente de C/2 a 25 °C en un equipo de ensayo de baterías entre 3,0 V y 4,2 V. La capacidad nominal fue de aproximadamente 10,2 Ah.
II) Rendimiento de la ciclabilidad
El rendimiento de ciclabilidad de la celda de tipo bolsa se probó cargando y descargando a una tasa de corriente constante de 1C entre 3,0 V y 4,2 V.
Ejemplo 9
A) Preparación del electrodo positivo
Se preparó una suspensión de electrodos positivos mezclando 93 % en peso de material catódico LiNi0,5Mn0,3Co0,2O2 (obtenido de Hunan Rui Xiang New Material Co. Ltd., Changsha, China), 3,5 % en peso de negro de carbono (SuperP; obtenido en Timcal Ltd, Bodio, Suiza) como agente conductor y 1,5 % en peso de ácido poliacrílico (PAA, n.° 181285, obtenido en Sigma-Aldrich, EE.UU.) y 2 % en peso de poliacrilonitrilo (LA 132, Chengdu Indigo Power Sources Co., Ltd., China) como aglutinante, que se dispersaron en agua desionizada para formar una suspensión con un contenido sólido del 50 % en peso. La suspensión se homogeneizó con una mezcladora de agitación planetaria.
La suspensión homogeneizada se revistió sobre ambos lados de una lámina de aluminio que tenía un grosor de 20 pm usando una máquina de recubrimiento por transferencia con una densidad de área de aproximadamente 40 mg/cm2. Las películas recubiertas sobre el papel de aluminio se secaron durante 4 minutos mediante un horno de secado por aire caliente con transportador de 24 metros de largo, como un submódulo de la máquina de recubrimiento por transferencia, que funcionaba a una velocidad del transportador de aproximadamente 6 metros/minuto para obtener un electrodo positivo. La estufa con temperatura programada permitió un gradiente de temperatura controlable en el que la temperatura subió gradualmente de la temperatura de entrada de 70 °C a la temperatura de salida de 90 °C.
B) Preparación del electrodo negativo
Se preparó una suspensión de electrodos negativos mezclando 90 % en peso de carbono duro, 5 % en peso de negro de carbono y 5 % en peso de poliacrilonitrilo en agua desionizada para formar una suspensión con un contenido sólido del 50 % en peso. La suspensión se revistió por ambos lados de una lámina de cobre que tenía un grosor de 9 |jm utilizando una máquina de recubrimiento por transferencia con una densidad de área de aproximadamente 15 mg/cm2 Las películas revestidas sobre la lámina de cobre se secaron a aproximadamente 50 °C durante 2,4 minutos mediante una secadora de aire caliente con transportador de 24 metros de largo, que funcionaba a una velocidad del transportador de aproximadamente 10 metros/minuto para obtener un electrodo negativo.
C) Pretratamiento del separador
Se usó un separador microporoso de PI revestido de cerámica (obtenido de Jiangxi Advanced Nanofiber Technology Co., Ltd., China) que tiene un grosor de aproximadamente 20 jm . El separador se almacenó en condiciones húmedas con un punto de rocío de aproximadamente 20 °C durante 1 mes para simular las condiciones de almacenamiento a largo plazo. El valor promedio del contenido de humedad del separador fue de 1.000 ppm.
Después de almacenarse durante 1 mes, el separador se secó en un horno de vacío a una presión de 1.000 Pa a 120 °C durante 2 horas. El valor promedio del contenido de humedad del separador fue de 32 ppm.
Resistencias al despegado del separador
Los valores medios de las resistencias al despegado del separador presecado y el separador sin procesar fueron 0,085 N/cm y 0,08 N/cm respectivamente. Las resistencias al despegado no se vieron muy afectadas por el proceso de secado.
Ensamblaje del conjunto de electrodos
Las películas de cátodo y ánodo resultantes preparadas mediante los métodos descritos en el ejemplo 9 se usaron para preparar el cátodo y el ánodo, respectivamente, cortando en placas de electrodo individuales. El separador presecado se cortó en placas individuales. Un conjunto de electrodos se preparó apilando los ánodos, los cátodos y los separadores interpuestos entre el electrodo positivo y el negativo al aire libre sin control de la humedad. El conjunto de electrodos se secó en un horno de vacío en el interior de una caja de guantes a una presión de 2.000 Pa a 105 °C durante 1,5 horas. La cámara de secado se llenó luego con aire seco caliente, que tenía un contenido de agua de 5 ppm y una temperatura de 90 °C. El aire seco y caliente se retuvo en la cámara de secado durante 10 minutos antes de evacuar la cámara de secado. Este ciclo se repitió 8 veces. El valor promedio del contenido de humedad del conjunto de electrodos seco fue de 16 ppm.
Ensamblaje de la batería de tipo bolsa
Se montó una celda de tipo bolsa de acuerdo con el método descrito en el Ejemplo 2.
Mediciones electroquímicas del Ejemplo 9
I) Capacidad nominal
La celda se ensayó galvanostáticamente a una densidad de corriente de C/2 a 25 °C en un equipo de ensayo de baterías entre 3,0 V y 4,2 V. La capacidad nominal fue de aproximadamente 10,7 Ah.
II) Rendimiento de la ciclabilidad
El rendimiento de ciclabilidad de la celda de tipo bolsa se probó cargando y descargando a una tasa de corriente constante de 1C entre 3,0 V y 4,2 V.
Ejemplo 10
Pretratamiento del separador
Se usó un separador microporoso de PET revestido de cerámica (obtenido de MITSUBISHI PAPER MILLS LTD, Japón) que tenía un grosor de aproximadamente 30 jm . El separador se almacenó en condiciones húmedas con un punto de rocío de aproximadamente 20 °C durante 1 mes para simular las condiciones de almacenamiento a largo plazo. El valor promedio del contenido de humedad del separador fue de 1.000 ppm.
Después de almacenarse durante 1 mes, el separador se secó en un horno de vacío a una presión de 2.000 Pa a 85 °C durante 1 hora. La cámara de secado se llenó luego con aire seco caliente, que tenía un contenido de agua de 5 ppm y una temperatura de 90 °C. El aire seco y caliente se retuvo en la cámara de secado durante 10 minutos antes de evacuar la cámara de secado. Este ciclo se repitió 5 veces. El valor promedio del contenido de humedad del separador fue de 13 ppm.
Resistencias al despegado del separador
Los valores medios de las resistencias al despegado del separador presecado y el separador sin procesar fueron 0,09 N/cm y 0,085 N/cm respectivamente. Las resistencias al pelado no se vieron muy afectadas por el proceso de secado.
Ensamblaje del conjunto de electrodos
Los electrodos positivos y negativos se prepararon mediante el método descrito en el Ejemplo 5. Se preparó un conjunto de electrodos mediante el método descrito en el Ejemplo 2. El conjunto de electrodos se secó mediante el método descrito en el Ejemplo 6. El valor promedio del contenido de humedad del conjunto de electrodos seco fue de 9 ppm.
Ensamblaje de la batería de tipo bolsa
Se montó una celda de tipo bolsa de acuerdo con el método descrito en el Ejemplo 2.
Mediciones electroquímicas del Ejemplo 10
I) Capacidad nominal
La celda se ensayó galvanostáticamente a una densidad de corriente de C/2 a 25 °C en un equipo de ensayo de baterías entre 3,0 V y 4,2 V. La capacidad nominal fue de aproximadamente 10,0 Ah.
II) Rendimiento de la ciclabilidad
El rendimiento de ciclabilidad de la celda de tipo bolsa se probó cargando y descargando a una tasa de corriente constante de 1C entre 3,0 V y 4,2 V.
Ejemplo 11
Pretratamiento del separador
Se usó un separador microporoso de PET revestido de cerámica (obtenido de MITSUBISHI PAPER MILLS LTD, Japón) que tenía un grosor de aproximadamente 30 pm. El separador se almacenó en condiciones húmedas con un punto de rocío de aproximadamente 20 °C durante 1 mes para simular las condiciones de almacenamiento a largo plazo. El valor promedio del contenido de humedad del separador fue de 1.000 ppm.
Después de almacenarse durante 1 mes, el separador se secó en un horno de vacío a una presión de 1.000 Pa a 110 °C durante 3 horas. El valor promedio del contenido de humedad del separador fue de 37 ppm.
Resistencias al despegado del separador
Los valores medios de las resistencias al despegado del separador presecado y el separador sin procesar fueron 0,06 N/cm y 0,07 N/cm respectivamente. Las resistencias al despegado no se vieron muy afectadas por el proceso de secado.
Ensamblaje del conjunto de electrodos
Los electrodos positivos y negativos se prepararon mediante el método descrito en el Ejemplo 5. Se preparó un conjunto de electrodos mediante el método descrito en el Ejemplo 2. Un conjunto de electrodos se preparó apilando los ánodos, los cátodos y los separadores interpuestos entre el electrodo positivo y el negativo al aire libre sin control de la humedad. El conjunto de electrodos se enrolló en espiral en una configuración de rollo. A continuación, el conjunto de electrodos se secó en un horno de vacío en el interior de una caja de guantes a una presión de 1.000 Pa a 110 °C durante 3 horas. La cámara de secado se llenó luego con aire seco caliente, que tenía un contenido de agua de 5 ppm y una temperatura de 90 °C. El aire seco y caliente se retuvo en la cámara de secado durante 10 minutos antes de evacuar la cámara de secado. Este ciclo se repitió 10 veces. El valor promedio del contenido de humedad del conjunto de electrodos seco fue de 19 ppm.
Ensamblaje de la batería de tipo bolsa
Se montó una celda de tipo bolsa de acuerdo con el método descrito en el Ejemplo 2.
Mediciones electroquímicas del Ejemplo 11
I) Capacidad nominal
La celda se ensayó galvanostáticamente a una densidad de corriente de C/2 a 25 °C en un equipo de ensayo de baterías entre 3,0 V y 4,2 V. La capacidad nominal fue de aproximadamente 10,1 Ah.
II) Rendimiento de la ciclabilidad
El rendimiento de ciclabilidad de la celda de tipo bolsa se probó cargando y descargando a una tasa de corriente constante de 1C entre 3,0 V y 4,2 V.
Ejemplo comparativo 1
Ensamblaje del conjunto de electrodos
Los electrodos positivos y negativos se prepararon mediante el método descrito en el Ejemplo 5. Se preparó un conjunto de electrodos mediante el método descrito en el Ejemplo 2. Un conjunto de electrodos se secó mediante el método descrito en el Ejemplo 6 excepto que el separador no se secó previamente. El valor promedio del contenido de humedad del conjunto de electrodos seco fue de 222 ppm.
Ensamblaje de la batería de tipo bolsa
Se montó una celda de tipo bolsa de acuerdo con el método descrito en el Ejemplo 2. Mediciones electroquímicas del Ejemplo comparativo 1
I) Capacidad nominal
La celda se ensayó galvanostáticamente a una densidad de corriente de C/2 a 25 °C en un equipo de ensayo de baterías entre 3,0 V y 4,2 V. La capacidad nominal fue de aproximadamente 9,9 Ah.
II) Rendimiento de la ciclabilidad
El rendimiento de ciclabilidad de la celda de tipo bolsa se probó cargando y descargando a una tasa de corriente constante de 1C entre 3,0 V y 4,2 V.
Ejemplo comparativo 2
Pretratamiento del separador
Se procesó un separador mediante el método descrito en el Ejemplo 5 excepto que el separador se secó a presión atmosférica durante 12 horas en lugar de a presión reducida durante 2,5 horas. El valor promedio del contenido de humedad del separador procesado fue de 240 ppm.
Resistencias al despegado del separador
Los valores medios de las resistencias al despegado del separador procesado y el separador sin procesar fueron 0,085 N/cm y 0,08 N/cm respectivamente. Las resistencias al despegado no se vieron muy afectadas por el proceso de secado.
Ensamblaje del conjunto de electrodos
Los electrodos positivos y negativos se prepararon mediante el método descrito en el Ejemplo 5. Se preparó un conjunto de electrodos mediante el método descrito en el Ejemplo 2. Un conjunto de electrodos se secó mediante el método descrito en el Ejemplo 6. El valor promedio del contenido de humedad del conjunto de electrodos seco fue de 145 ppm.
Ensamblaje de la batería de tipo bolsa
Se montó una celda de tipo bolsa de acuerdo con el método descrito en el Ejemplo 2.
Mediciones electroquímicas del Ejemplo comparativo 2
I) Capacidad nominal
La celda se ensayó galvanostáticamente a una densidad de corriente de C/2 a 25 °C en un equipo de ensayo de baterías entre 3,0 V y 4,2 V. La capacidad nominal fue de aproximadamente 10,2 Ah.
II) Rendimiento de la ciclabilidad
El rendimiento de ciclabilidad de la celda de tipo bolsa se probó cargando y descargando a una tasa de corriente constante de 1C entre 3,0 V y 4,2 V.
Ejemplo comparativo 3
Pretratamiento del separador
Se secó previamente un separador mediante el método descrito en el Ejemplo 5 excepto que el separador se secó a 50 °C en lugar de a 90 °C con relleno de gas. La cámara de secado se llenó con aire seco caliente, que tenía un contenido de agua de 5 ppm y una temperatura de 40 °C. El aire seco y caliente se retuvo en la cámara de secado durante 15 minutos antes de evacuar la cámara de secado. Este ciclo se repitió 8 veces. El valor promedio del contenido de humedad del separador fue de 117 ppm.
Resistencias al despegado del separador
Los valores medios de las resistencias al despegado del separador presecado y el separador sin procesar fueron 0,075 N/cm y 0,06 N/cm respectivamente. Las resistencias al despegado no se vieron muy afectadas por el proceso de secado.
Ensamblaje del conjunto de electrodos
Los electrodos positivos y negativos se prepararon mediante el método descrito en el Ejemplo 5. Se preparó un conjunto de electrodos mediante el método descrito en el Ejemplo 2. Un conjunto de electrodos se secó mediante el método descrito en el Ejemplo 6. El valor promedio del contenido de humedad del conjunto de electrodos seco fue de 79 ppm.
Ensamblaje de la batería de tipo bolsa
Se montó una celda de tipo bolsa de acuerdo con el método descrito en el Ejemplo 2.
Mediciones electroquímicas del Ejemplo comparativo 3
I) Capacidad nominal
La celda se ensayó galvanostáticamente a una densidad de corriente de C/2 a 25 °C en un equipo de ensayo de baterías entre 3,0 V y 4,2 V. La capacidad nominal fue de aproximadamente 10,1 Ah.
II) Rendimiento de la ciclabilidad
El rendimiento de ciclabilidad de la celda de tipo bolsa se probó cargando y descargando a una tasa de corriente constante de 1C entre 3,0 V y 4,2 V.
Ejemplo comparativo 4
Pretratamiento del separador
Se secó previamente un separador mediante el método descrito en el Ejemplo 5. El valor promedio del contenido de humedad del separador fue de 48 ppm.
Resistencias al despegado del separador
Los valores medios de las resistencias al despegado del separador presecado y el separador sin procesar fueron 0,09 N/cm y 0,07 N/cm respectivamente. Las resistencias al despegado no se vieron muy afectadas por el proceso de secado.
Ensamblaje del conjunto de electrodos
Los electrodos positivos y negativos se prepararon mediante el método descrito en el Ejemplo 5. Se preparó un conjunto de electrodos mediante el método descrito en el Ejemplo 2. El conjunto de electrodos se secó mediante el método descrito en el Ejemplo 6, excepto que el conjunto de electrodos se secó a 160 °C en lugar de 110 °C. El valor medio del contenido de humedad del conjunto de electrodos secos fue de 18 ppm.
Ensamblaje de la batería de tipo bolsa
Se montó una celda de tipo bolsa de acuerdo con el método descrito en el Ejemplo 2.
Mediciones electroquímicas del Ejemplo comparativo 4
I) Capacidad nominal
La celda se ensayó galvanostáticamente a una densidad de corriente de C/2 a 25 °C en un equipo de ensayo de baterías entre 3,0 V y 4,2 V. La capacidad nominal fue de aproximadamente 10,2 Ah.
II) Rendimiento de la ciclabilidad
El rendimiento de ciclabilidad de la celda de tipo bolsa se probó cargando y descargando a una tasa de corriente constante de 1C entre 3,0 V y 4,2 V.
Ejemplo comparativo 5
Pretratamiento del separador
Se secó previamente un separador mediante el método descrito en el Ejemplo 5. El valor promedio del contenido de humedad del separador fue de 50 ppm.
Resistencias al despegado del separador
Los valores medios de las resistencias al despegado del separador presecado y el separador sin procesar fueron 0,08 N/cm y 0,06 N/cm respectivamente. Las resistencias al despegado no se vieron muy afectadas por el proceso de secado.
Ensamblaje del conjunto de electrodos
Los electrodos positivos y negativos se prepararon mediante el método descrito en el Ejemplo 5. Se preparó un conjunto de electrodos mediante el método descrito en el Ejemplo 2. Se preparó y se secó un conjunto de electrodos mediante el método descrito en el Ejemplo 6, excepto que el conjunto de electrodos se secó a 65 °C en lugar de 110 °C. El valor medio del contenido de humedad del conjunto de electrodos secos fue de 101 ppm.
Ensamblaje de la batería de tipo bolsa
Se montó una celda de tipo bolsa de acuerdo con el método descrito en el Ejemplo 2.
Mediciones electroquímicas del Ejemplo comparativo 5
I) Capacidad nominal
La celda se ensayó galvanostáticamente a una densidad de corriente de C/2 a 25 °C en un equipo de ensayo de baterías entre 3,0 V y 4,2 V. La capacidad nominal fue de aproximadamente 9,8 Ah.
II) Rendimiento de la ciclabilidad
El rendimiento de ciclabilidad de la celda de tipo bolsa se probó cargando y descargando a una tasa de corriente constante de 1C entre 3,0 V y 4,2 V.
Ejemplo comparativo 6
Pretratamiento del separador
Se secó previamente un separador mediante el método descrito en el Ejemplo 5. El valor promedio del contenido de humedad del separador fue de 47 ppm.
Resistencias al despegado del separador
Los valores medios de las resistencias al despegado del separador presecado y el separador sin procesar fueron 0,075 N/cm y 0,06 N/cm respectivamente. Las resistencias al despegado no se vieron muy afectadas por el proceso de secado.
Ensamblaje del conjunto de electrodos
Los electrodos positivos y negativos se prepararon mediante el método descrito en el Ejemplo 5. Se preparó un conjunto de electrodos mediante el método descrito en el Ejemplo 2. El conjunto de electrodos se secó mediante el método descrito en el Ejemplo 6, excepto que el conjunto de electrodos se secó continuamente a 110 °C durante 24 horas sin repetir las etapas de llenado y vaciado. El valor promedio del contenido de humedad del conjunto de electrodos seco fue de 164 ppm.
Ensamblaje de la batería de tipo bolsa
Se montó una celda de tipo bolsa de acuerdo con el método descrito en el Ejemplo 2.
Mediciones electroquímicas del Ejemplo comparativo 6
I) Capacidad nominal
La celda se ensayó galvanostáticamente a una densidad de corriente de C/2 a 25 °C en un equipo de ensayo de baterías entre 3,0 V y 4,2 V. La capacidad nominal fue de aproximadamente 10,1 Ah.
II) Rendimiento de la ciclabilidad
El rendimiento de ciclabilidad de la celda de tipo bolsa se probó cargando y descargando a una tasa de corriente constante de 1C entre 3,0 V y 4,2 V.
Ejemplo comparativo 7
Pretratamiento del separador
Se secó previamente un separador mediante el método descrito en el Ejemplo 5. El valor promedio del contenido de humedad del separador fue de 52 ppm.
Resistencias al despegado del separador
Los valores medios de las resistencias al despegado del separador presecado y el separador sin procesar fueron 0,075 N/cm y 0,07 N/cm respectivamente. Las resistencias al despegado no se vieron muy afectadas por el proceso de secado.
Ensamblaje del conjunto de electrodos
Los electrodos positivos y negativos se prepararon mediante el método descrito en el Ejemplo 5. Se preparó un conjunto de electrodos mediante el método descrito en el Ejemplo 2. El conjunto de electrodos se secó mediante el método descrito en el Ejemplo 6, excepto que el número de ciclos de secado al vacío y llenado de gas fue 3 en lugar de 10. El valor promedio del contenido de humedad del conjunto de electrodos seco fue de 50 ppm.
Ensamblaje de la batería de tipo bolsa
Se montó una celda de tipo bolsa de acuerdo con el método descrito en el Ejemplo 2.
Mediciones electroquímicas del Ejemplo comparativo 7
I) Capacidad nominal
La celda se ensayó galvanostáticamente a una densidad de corriente de C/2 a 25 °C en un equipo de ensayo de baterías entre 3,0 V y 4,2 V. La capacidad nominal fue de aproximadamente 10,3 Ah.
II) Rendimiento de la ciclabilidad
El rendimiento de ciclabilidad de la celda de tipo bolsa se probó cargando y descargando a una tasa de corriente constante de 1C entre 3,0 V y 4,2 V.
Ejemplo comparativo 8
Pretratamiento del separador
Se usó un separador microporoso de PET revestido de cerámica (obtenido de MITSUBISHI PAPER MILLS LTD, Japón) que tenía un grosor de aproximadamente 30 pm. El separador se almacenó en condiciones húmedas con un punto de rocío de aproximadamente 20 °C durante 1 mes para simular las condiciones de almacenamiento a largo plazo. El valor promedio del contenido de humedad del separador fue de 800 ppm.
Después de almacenarse durante 1 mes, el separador se secó en un horno de vacío a una presión de 1.000 Pa a 155 °C durante 2 horas. El valor promedio del contenido de humedad del separador fue de 15 ppm.
Resistencias al despegado del separador
Los valores medios de las resistencias al despegado del separador presecado y el separador sin procesar fueron 0,03 N/cm y 0,075 N/cm respectivamente. La resistencia al despegado del separador ha disminuido significativamente después de la etapa presecado.
Ensamblaje del conjunto de electrodos
Los electrodos positivos y negativos se prepararon mediante el método descrito en el Ejemplo 5. Se preparó un conjunto de electrodos mediante el método descrito en el Ejemplo 2. Un conjunto de electrodos se preparó apilando los ánodos, los cátodos y los separadores interpuestos entre el electrodo positivo y el electrodo negativo y enrollados en espiral en una configuración de tipo rollo al aire libre sin control de la humedad. A continuación, el conjunto de electrodos se secó en un horno de vacío en el interior de una caja de guantes a una presión de 1.000 Pa a 110 °C durante 3 horas. La cámara de secado se llenó luego con aire seco caliente, que tenía un contenido de agua de 5 ppm y una temperatura de 100 °C. El aire seco y caliente se retuvo en la cámara de secado durante 10 minutos antes de evacuar la cámara de secado. Este ciclo se repitió 10 veces. El valor promedio del contenido de humedad del conjunto de electrodos seco fue de 20 ppm.
Ensamblaje de la batería de tipo bolsa
Se montó una celda de tipo bolsa de acuerdo con el método descrito en el Ejemplo 2.
Mediciones electroquímicas del Ejemplo comparativo 8
I) Capacidad nominal
La celda se ensayó galvanostáticamente a una densidad de corriente de C/2 a 25 °C en un equipo de ensayo de baterías entre 3,0 V y 4,2 V. La capacidad nominal fue de aproximadamente 10,1 Ah.
II) Rendimiento de la ciclabilidad
El rendimiento de ciclabilidad de la celda de tipo bolsa se probó cargando y descargando a una tasa de corriente constante de 1C entre 3,0 V y 4,2 V.
La elección del separador y la formulación del electrodo de cada uno de estos Ejemplos y Ejemplos Comparativos se resumen en la Tabla 1 a continuación. Las condiciones de secado del separador de cada uno de estos Ejemplos y Ejemplos Comparativos se muestran en la Tabla 2 a continuación. El contenido de agua y la resistencia al despegado del separador de cada uno de estos Ejemplos y Ejemplos Comparativos se muestran en la Tabla 3. Las condiciones de secado del conjunto de electrodos de cada uno de estos Ejemplos y Ejemplos Comparativos se muestran en la Tabla 4 a continuación. El contenido de agua del conjunto de electrodos y el rendimiento de la ciclabilidad de estos Ejemplos y Ejemplos Comparativos se muestran en la Tabla 5 a continuación. Las pruebas electroquímicas de los Ejemplos 2-7 y 9-11 muestran la buena estabilidad electroquímica de la batería en un amplio intervalo de potenciales, así como un excelente rendimiento del ciclo.
Tabla 1
N.° Material catódico Material aglutinante de cátodo Disolvente Separador
Cátodo Ánodo Material de base Recubrimiento Ejemplo 1 NMC333 PAA+SBR+PVDF H2O H2O EP Sí Ejemplo 3 LMO PVDF NMP H2O PET Sí Ejemplo 5 NMC333 PAA+LA132 H2O H2O PET Sí E em lo 7 NMC333 LA132 H2O H2O PET N.°
Figure imgf000030_0001
Ejemplo comparativo 7 NMC333 PAA+LA132 H2O H2O PET Sí Ejemplo Comparativo 81 NMC333 PAA+LA132 H2O H2O PET Sí Nota: 1El conjunto de electrodos de la celda de tipo bolsa se enrolló en espiral en una configuración de tipo rollo antes de secarlo.
Tabla 2
N.° Condiciones para el secado del separador Tiempo total Desecado al vacío Llenado de gas (horas)
Tiempo Temp. del Tiempo N.° de
Presión (Pa) Temp. (°C)
(h) gas (°C) (min) ciclo
Ejemplo 1 5.000 75, 90 2, 1,5 / / / 3,5 Ejemplo 3 1.000 85 4 / / / 4 Ejemplo 5 2.000 90 2,5 / / / 2,5 Ejemplo 7 2.000
Figure imgf000031_0001
100
Figure imgf000031_0002
2
Figure imgf000031_0003
/ 2 Ejemplo 8* 4.500 155 2 / / / 2 Ejemplo 9 1.000 120 2 / / / 2 Ejemplo 10 2.000 85 1 90 10 5 5,8 Ejemplo 11 1.000 110 3 / / / 3 Ejemplo
comparativo 1 / / / / / / / Ejemplo
comparativo 2 101.325 90 12 / / / 12 Ejemplo
comparativo 3 2.000 50 2,5 40 15 8 22 Ejemplo
comparativo 4 2.000 90 2,5 / / / 2,5 Ejemplo
comparativo 5 2.000 90 2,5 / / / 2,5 Ejemplo
comparativo 6 2.000 90 2,5 / / / 2,5 Ejemplo
comparativo 7 2.000 90 2,5 / / / 2,5
Ejemplo
comparativo 8 1.000 155 2 / / / 2
Tabla 3
N.° _____________________________ Separador
Contenido de agua (ppm) Resistencia al despegado (N/cm) Antes del Después del Antes del Después del presecado presecado presecado presecado Ejemplo 1 >500 58 0,07 0,08 Ejemplo 3 >1.000 43 0,06 0,07 Ejemplo 5 >800 52 0,09 0,11 Ejemplo 7 >800 42 / / Ejemplo 8* >1.000
Figure imgf000031_0004
0,075
Figure imgf000031_0005
0,035 Ejemplo 9 >1.000 32 0,08 0,085 Ejemplo 10 >1.000 13 0,085 0,09 Ejemplo 11 >1.000 37 0,07 0,06 Ejemplo comparativo 1 >800 / 0,06 / Ejemplo comparativo 2 >800 240 0,08 0,085 Ejemplo comparativo 3 >800 117 0,06 0,075 Ejemplo comparativo 4 >800 48 0,07 0,09 Ejemplo comparativo 5 >800 50 0,06 0,08 Ejemplo comparativo 6 >800 47 0,06 0,075 Ejemplo comparativo 7 >800 52 0,07 0,075 Ejemplo comparativo 8 >800 15 0,075 0,03
Tabla 4
N.° Condiciones para el secado del conjunto de electrodos Tiempo total Desecado al vacío Llenado de gas (horas) Presión Temp Tiempo Temp. del Tiempo N.° de
(Pa) (°C) (h) gas (°C) (min) ciclo
Ejemplo 2 5.000 100 2 90 15 10 22,5 Ejemplo 4 10.000 102 3 85 5 10 30,8 Ejemplo 6 1.000 110 2 100 10 10 21,7 Ejemplo 7 2.000 105 1,5 90 10 8 13,3 (continuación)
N.° Condiciones para el secado del conjunto de electrodos Tiempo total Desecado al vacío Llenado de gas (horas) Presión Temp Tiempo Temp. del Tiempo N.° de
(Pa) (°C) (h) gas (°C) (min) ciclo
Ejemplo 8* 2.000 105 1,5 90 10 8 13,3 Ejemplo 9 2.000 105 1,5 90 10 8 13,3 Ejemplo 10 1.000 110 2 100 10 10 21,7 Ejemplo 11 1.000 110 3 90 10 10 31,7 Ejemplo
comparativo 1 1.000 110 2 100 10 10 21,7 Ejemplo
comparativo 2 1.000 110 2 100 10 10 21,7 Ejemplo
comparativo 3 1.000 110 2 100 10 10 21,7 Ejemplo
comparativo 4 1.000 160 2 100 10 10 21,7 Ejemplo
comparativo 5 1.000 65 2 100 10 10 21,7 Ejemplo
comparativo 6 1.000 110 24 / / / 24 Ejemplo
comparativo 7 1.000 110 2 100 10 3 6,5 Ejemplo
comparativo 8 1.000 110 3 100 10 10 31,7
Tabla 5
N ° Contenido de agua del conjunto de Retención de capacidad electrodos (ppm) N.° de ciclo Retención (%) Ejemplo 2 15 598 93,9 Ejemplo 4 23 452 95,0 Ejemplo 6
Figure imgf000032_0001
561
Figure imgf000032_0002
94,3
Figure imgf000032_0003
Ejemplo 7 18 512 94,1 Ejemplo 8* 14 216 94,7 Ejemplo 9 16 607 94,4 Ejemplo 10 9 634 94,2 Ejemplo 11 19 560 94,3 Ejemplo comparativo 1 222 186 94 Ejemplo comparativo 2 145 222 94,4 Ejemplo comparativo 3 79 292 94,1 Ejemplo comparativo 4 18 170 94,2 Ejemplo comparativo 5 101 220 94,5 Ejemplo comparativo 6 164 230 94,3 Ejemplo comparativo 7 50 260
Figure imgf000032_0004
94,7 Ejemplo comparativo 8 20 250 94,4
* Tablas 1-5: Ejemplo 8 no de acuerdo con la presente invención |

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un método de preparación de un conjunto de electrodos, que comprende las etapas de:
1) secar previamente un separador al vacío a una presión inferior a 25 kPa y una temperatura de 50 °C a 150 °C en una cámara de secado para obtener un separador presecado;
2) apilar al menos un ánodo, al menos un cátodo y al menos un separador presecado interpuesto entre el al menos un ánodo y al menos un cátodo para obtener el conjunto de electrodos;
3) secar el conjunto de electrodos al vacío a una temperatura de aproximadamente 70 °C a aproximadamente 150 °C;
4) llenar la cámara de secado con aire seco o gas inerte; y
5) repetir las etapas 3) y 4) al menos 5 veces;
en donde cada iteración de la etapa 3) dura un período de tiempo de 5 minutos a 12 horas;
en donde el contenido de agua del separador presecado es inferior a 80 ppm en
peso, basado en el peso total del separador presecado, medido por valoración coulométrica de Karl-Fischer.
2. El método de la reivindicación 1, en donde el separador es una tela no tejida que consiste en fibras naturales o poliméricas, y en donde las fibras poliméricas tienen un punto de fusión de 200 °C o superior.
3. El método de la reivindicación 1, en donde el separador está hecho de fibras poliméricas seleccionadas del grupo que consiste en poliolefina, polietileno de peso molecular ultraalto, polipropileno, copolímero de polipropileno/polietileno, polibutileno, polipenteno, poliacetal, poliamida, policarbonato, poliimida, poliéter éter cetona, polisulfonas, óxido de polifenileno, sulfuro de polifenileno, poliacrilonitrilo, fluoruro de polivinilideno, polioximetileno, polivinilpirrolidona, poliéster, tereftalato de polietileno, tereftalato de polibutileno, naftaleno de polietileno, naftalato de polibutileno y combinaciones de los mismos.
4. El método de la reivindicación 1, en donde el separador se seca previamente durante un período de tiempo de aproximadamente 2 horas a aproximadamente 12 horas, o de aproximadamente 2 horas a aproximadamente 8 horas.
5. El método de la reivindicación 1, que además comprende una etapa de llenado de la cámara de secado con aire seco o gas inerte después de la etapa 1).
6. El método de la reivindicación 5, que además comprende repetir las etapas de secado al vacío y llenado de gas al menos 2 veces.
7. El método de la reivindicación 1, en donde el separador comprende un material base poroso y una capa porosa protectora que reviste una o ambas superficies del material base poroso, en donde la capa porosa protectora comprende un material aglutinante y una carga inorgánica, y en donde la resistencia al despegado entre el material base poroso y la capa porosa protectora es de 0,04 N/cm o más, o de 0,1 N/cm o más.
8. El método de la reivindicación 7, en donde la carga inorgánica se selecciona del grupo que consiste en AhO3, SiO2, TO2, ZrO2, BaOx, ZnO, CaCO3, TiN, AlN, MTO3, K2OnTiO2, Na2OmTiO2, y combinaciones de los mismos, en donde X es 1 o 2; M es Ba, Sr o Ca; n es 1, 2, 4, 6 u 8; y m es 3 o 6; y en donde el material aglutinante se selecciona del grupo que consiste en caucho de estireno-butadieno, caucho de estireno-butadieno acrilado, copolímero de acrilonitrilo, caucho de acrilonitrilo-butadieno, caucho de nitrilo y butadieno, copolímero de acrilonitrilo-estirenobutadieno, caucho de acrilo, caucho de butilo, caucho de flúor, politetrafluoroetileno, polietileno, polipropileno, copolímeros de etileno/propileno, polibutadieno, óxido de polietileno, polietileno clorosulfonado, polivinilpirrolidona, polivinilpiridina, alcohol polivinílico, acetato de polivinilo, poliepiclorohidrina, polifosfaceno, poliacrilonitrilo, poliestireno, látex, resinas acrílicas, resinas fenólicas, resinas epoxídicas, carboximetilcelulosa, hidroxipropilcelulosa, acetato de celulosa, acetato butirato de celulosa, propionato acetato de celulosa, cianoetilcelulosa, cianoetilsacarosa, poliéster, poliamida, poliéter, poliimida, policarboxilato, ácido policarboxílico, ácido poliacrílico, poliacrilato, ácido polimetacrílico, polimetacrilato, poliacrilamida, poliuretano, polímero fluorado, polímero clorado, una sal de ácido algínico, fluoruro de polivinilideno, poli(fluoruro de vinilideno)-hexafluoropropeno y combinaciones de los mismos.
9. El método de la reivindicación 8, en donde la proporción en peso entre la carga inorgánica y el material aglutinante es de aproximadamente 99:1 a aproximadamente 1:1.
10. El método de la reivindicación 1, en donde el separador tiene una porosidad de aproximadamente el 40% a aproximadamente el 97 %.
11. El método de la reivindicación 1, en donde el conjunto de electrodos se seca a una presión inferior a 25 kPa, inferior a 15 kPa, inferior a 10 kPa o inferior a 5 kPa.
12. El método de la reivindicación 1, en donde el conjunto de electrodos se seca durante un período de tiempo de aproximadamente 2 horas a aproximadamente 24 horas, o de aproximadamente 4 horas a aproximadamente 12 horas.
13. El método de la reivindicación 1, en donde el contenido de agua del separador es más de 500 ppm en peso, basado en el peso total del separador.
14. El método de la reivindicación 1, en donde el contenido de agua del separador presecado es inferior a 50 ppm en peso, basado en el peso total del separador presecado.
15. El método de la reivindicación 1, en donde el contenido de agua del conjunto de electrodos seco es inferior a 20 ppm en peso, basado en el peso total del conjunto de electrodos seco.
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