ES2930179T3 - Placa de electrodo positivo y dispositivo electroquímico - Google Patents

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Abstract

La presente solicitud se refiere a una pieza de electrodo positivo ya un dispositivo electroquímico. La pieza de electrodo positivo comprende un colector de corriente, una capa de material activo de electrodo positivo y una capa de revestimiento de seguridad dispuesta entre el colector de corriente y la capa de material activo de electrodo positivo, comprendiendo la capa de revestimiento de seguridad una matriz polimérica, un material conductor y un material inorgánico. relleno, en el que la matriz polimérica es una poliolefina fluorada y/o una poliolefina clorada que tiene una estructura reticulada. La pieza de electrodo positivo es capaz de cortar rápidamente un circuito cuando un dispositivo electroquímico (como un condensador, una batería primaria o una batería secundaria) está bajo una condición de alta temperatura o se produce un cortocircuito interno, mejorando así la alta temperatura. seguridad del dispositivo electroquímico. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Placa de electrodo positivo y dispositivo electroquímico
Campo técnico
Esta solicitud se refiere al campo técnico de la tecnología electroquímica, y más particularmente se refiere a una placa de electrodo positivo y a un dispositivo electroquímico que comprende dicha placa de electrodo positivo.
Antecedentes
Las baterías de iones litio se utilizan ampliamente en vehículos eléctricos y productos electrónicos de consumo debido a sus ventajas, tal como alta densidad de energía, alta potencia de salida, ciclo de vida prolongado y poca contaminación ambiental. Sin embargo, las baterías de iones litio son propensas a incendiarse y explotar cuando se someten a condiciones anómalas, tal como aplastamiento, golpes o pinchazos, lo que provoca daños graves. Por lo tanto, el problema de seguridad de las baterías de iones litio limita en gran medida la aplicación y la popularidad de las baterías de iones litio.
Una gran cantidad de resultados experimentales muestran que el cortocircuito interno de la batería de iones litio es la causa básica del riesgo de seguridad de la batería. Para evitar el cortocircuito interno de la batería, los investigadores han intentado mejorar la batería de muchas maneras, incluido el uso de materiales PTC para mejorar el rendimiento de seguridad de la batería de iones litio. Un material PTC (coeficiente de temperatura positivo) es un material sensible al calor con coeficiente de temperatura positivo, que tiene la característica de que su resistividad aumenta con el aumento de la temperatura. Cuando la temperatura excede una cierta temperatura, la resistividad del material PTC aumenta rápidamente paso a paso.
En el estudio de la utilización de las características de los materiales PTC para mejorar el rendimiento de seguridad de la batería de iones litio, algunos estudios implican la adición de materiales PTC a la capa de material activo de electrodo de la batería. Cuando la temperatura de la batería aumenta, la resistencia del material PTC aumenta, provocando de ese modo que la resistencia de toda la capa de material activo de electrodo aumente e incluso destruya la ruta conductora de toda la capa de material activo de electrodo. Por lo tanto, el efecto de seguridad se logra provocando la interrupción del suministro eléctrico y evitando que se produzca la reacción electroquímica. Sin embargo, con esta modificación, el material PTC añadido en la capa de material activo de electrodo afecta negativamente al rendimiento electroquímico de la batería.
Otros estudios más han proporcionado una capa separada de material PTC (revestimiento de seguridad) entre el colector de corriente y la capa de material activo de electrodo de la batería. Cuando la temperatura de la batería aumenta, la resistencia de la capa de material PTC aumenta, de modo que la resistencia eléctrica entre el colector de corriente y la capa de material activo de electrodo aumenta o incluso se interrumpe el suministro de energía, logrando de ese modo el efecto de seguridad de evitar la reacción electroquímica del procedimiento. Sin embargo, con esta modificación, cuando una suspensión de material activo se aplica por revestimiento sobre la superficie de la capa de material PTC, el disolvente (como NMP) en la suspensión disolvería el material PTC de la capa PTC y, por lo tanto, el material PTC disuelto entra en la capa de material activo superior, que no solo destruye el efecto PCT de la capa PTC y también deteriora su rendimiento eléctrico. Además, en la etapa de compactación del proceso de fabricación de placas, la capa de material PTC se aprieta fácilmente hasta el borde y, por lo tanto, la capa de material activo de electrodo entraría en contacto directo con el colector de corriente, de modo que la capa de material PTC no puede mejorar el rendimiento de seguridad. Además, se requiere mejorar en gran medida el rendimiento de la capa de material PTC, como la velocidad de respuesta, el efecto de bloqueo de corriente.
El documento CN 107437622 A divulga un electrodo y un método de preparación del mismo. El electrodo comprende un colector de corriente, una capa de material activo dispuesta sobre el colector de corriente y un revestimiento dispuesto entre el colector de corriente y la capa de material activo. El revestimiento comprende una matriz polimérica y un agente conductor. El electrodo tiene las ventajas de baja resistencia a temperatura ambiente y alta resistencia PTC.
El documento JP 2018116810 A divulga una batería totalmente sólida capaz de suprimir la reducción de la resistencia eléctrica provocada por sobrecalentamiento. La batería totalmente sólida comprende una capa de electrodo positivo, una capa de electrodo negativo y una capa de electrolito sólido. La batería totalmente sólida también comprende una capa PTC entre una capa de material activo de cátodo y un colector de cátodo de la capa de electrodo positivo y/o entre una capa de material activo de ánodo y un colector de ánodo de la capa de electrodo negativo.
El documento JP 2010238588 A divulga un laminado de colector de corriente capaz de proteger un colector de corriente de la corrosión sin perjudicar las características de la batería incluso en una especificación de alto voltaje y sin perjudicar la flexibilidad de un electrodo, y proporciona una batería secundaria de litio. El laminado de colector de corriente está provisto de una capa protectora conductora que contiene un elastómero que contiene flúor reticulado y una carga conductora dispuesta en un colector de corriente. La batería secundaria de litio incluye el laminado anterior.
El documento CN 102176360 A divulga un termistor PTC que comprende un material base y dos electrodos de lámina metálica compuestos en ambos lados del material base. El material base se compone de los siguientes componentes porcentuales en peso: 28-55 % de material polimérico; 22-32 % de carga conductora; 13-46 % de carga auxiliar; 1-5 % de coadyuvantes de procesamiento. El termistor PTC tiene una alta fuerza PTC y una fuerte resistencia a múltiples choques de gran corriente.
En vista de esto, es realmente necesario proporcionar una placa de electrodo y una batería con seguridad y rendimiento de la batería mejorados (tal como el rendimiento del ciclo), que puede/pueden resolver los problemas anteriores.
Sumario
Es un objetivo de esta solicitud proporcionar una placa de electrodo y un dispositivo electroquímico con seguridad y rendimiento eléctrico mejorados.
La presente solicitud proporciona una placa de electrodo positivo según a reivindicación 1. Basándose en el peso total de la matriz polimérica, el material conductor y la carga inorgánica, la matriz de polímero está presente en una cantidad de desde el 35 % en peso hasta el 75 % en peso y preferiblemente de desde el 50 % en peso hasta el 75 % en peso, el material conductor está presente en una cantidad de desde el 5 % en peso hasta el 25 % en peso y preferiblemente de desde el 5 % en peso hasta el 20 % en peso, y la carga inorgánica está presente en una cantidad de desde el 10 % en peso hasta el 60 % en peso y preferiblemente de desde el 15 % en peso hasta el 45 % en peso.
La solicitud también proporciona un dispositivo electroquímico que incluye la placa de electrodo positivo según la presente solicitud, en donde el dispositivo electroquímico es preferiblemente un condensador, una batería primaria o una batería secundaria.
Descripción de los dibujos
La placa de electrodo positivo y el dispositivo electroquímico de esta solicitud, así como sus efectos beneficiosos, se describirán en detalle a continuación con referencia a los dibujos adjuntos y realizaciones específicas.
La figura 1 es una vista estructural esquemática de una placa de electrodo positivo según una realización de esta solicitud, en la que 10 - un colector de corriente; 14 - una capa de material activo de electrodo positivo; 12 - un revestimiento de seguridad (es decir, un revestimiento de seguridad PTC).
La figura 2 es una vista en perspectiva de una realización de una batería de iones litio.
La figura 3 es una vista en despiece ordenado de la figura 2.
La figura 4 es una vista en perspectiva de una realización de un módulo de batería.
La figura 5 es una vista en perspectiva de una realización de un paquete de baterías.
La figura 6 es una vista en despiece ordenado de la figura 5.
La figura 7 es una vista esquemática que muestra una realización de un dispositivo, en donde se utiliza una batería de iones litio como fuente de alimentación.
En los dibujos, los números de referencia se definen como sigue:
1 paquete de baterías
2 cuerpo de carcasa superior
3 cuerpo de carcasa inferior
4 módulo de batería
5 batería
51 caja
52 conjunto de electrodos
53 conjunto de cubierta superior.
Descripción detallada
La presente solicitud describe una placa de electrodo positivo, que comprende un colector de corriente, una capa de material activo de electrodo positivo y un revestimiento de seguridad dispuesto entre el colector de corriente y la capa de material activo de electrodo positivo; el revestimiento de seguridad comprende una matriz polimérica de poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada que tiene una estructura reticulada, un material conductor y una carga inorgánica. La figura 1 muestra una vista estructural esquemática de una placa de electrodo positivo según algunas realizaciones de esta solicitud, en la que 10 - un colector de corriente; 14 - una capa de material activo de electrodo positivo; 12 -un revestimiento de seguridad (es decir, un revestimiento de seguridad PTC).
Se entiende fácilmente que aunque el revestimiento de seguridad PTC 12 y la capa de material activo de electrodo positivo 14 se proporcionan solo en un lado del colector de corriente 10 del electrodo positivo como se describe en la figura 1, y en otras realizaciones, el revestimiento de seguridad PTC 12 y la capa de material activo de electrodo positivo 14 pueden proporcionarse en ambos lados del colector de corriente 10 positivo, respectivamente.
Con el fin de superar las deficiencias del revestimiento de seguridad PTC en la técnica anterior, en la presente solicitud se utilizan una variedad de medios técnicos para trabajar coordinadamente para mejorar el rendimiento y la estabilidad del revestimiento de seguridad PTC.
El revestimiento de seguridad PTC convencional comprende un material de matriz polimérica, un aglutinante y un material conductor. Este revestimiento de seguridad funciona de la siguiente manera. A temperatura normal, el revestimiento de seguridad se basa en una buena red conductora formada entre los materiales conductores para conducir la conducción de electrones. Cuando aumenta la temperatura, el volumen de los materiales de la matriz polimérica comienza a expandirse, aumenta el espacio entre las partículas de los materiales conductores y la red conductora se bloquea parcialmente, de modo que la resistencia del revestimiento de seguridad aumenta gradualmente. Cuando se alcanza una determinada temperatura, por ejemplo, la temperatura de funcionamiento, la red conductora se bloquea casi por completo y la corriente se aproxima a cero, protegiendo de ese modo el dispositivo electroquímico que utiliza el revestimiento de seguridad.
En primer lugar, los inventores han descubierto que la adición de una carga inorgánica en el revestimiento de seguridad de una placa de electrodo positivo puede estabilizar el revestimiento de seguridad.
Se ha encontrado que en el caso de que el revestimiento de seguridad no contenga una carga inorgánica, el electrolito o el disolvente (como NMP) en la capa de material activo de electrodo positivo sobre el revestimiento de seguridad disuelve de manera adversa e hincha el material polimérico en el revestimiento de seguridad, dañando de ese modo el revestimiento de seguridad y afectando a su efecto PTC. Después de añadir una carga inorgánica al revestimiento de seguridad, la carga inorgánica actúa como una barrera, eliminando de ese modo ventajosamente los efectos adversos antes mencionados, como la disolución y el hinchamiento, y estabilizando por tanto ventajosamente el revestimiento de seguridad. Además, también se ha descubierto que la adición de la carga inorgánica también es ventajosa para garantizar que el revestimiento de seguridad no se deforme fácilmente durante la compactación de la placa de electrodo. Por lo tanto, la adición de la carga inorgánica puede asegurar que el revestimiento de seguridad esté dispuesto de manera estable entre el colector de corriente de metal y la capa de material activo de electrodo positivo y que se evite que el colector de corriente de metal entre en contacto directo con la capa de material activo de electrodo positivo, mejorando de ese modo el rendimiento de seguridad de la batería.
En resumen, la carga inorgánica puede actuar como estabilizador del revestimiento de seguridad en los dos aspectos siguientes: (1) impidiendo que el electrolito o el disolvente (como NMP) de la capa de material activo de electrodo positivo disuelva o hinche el material polimérico del revestimiento de seguridad; y (2) siendo propicia para garantizar que el revestimiento de seguridad no se deforme fácilmente durante el proceso de compactación de la placa.
Sorprendentemente, los inventores también han descubierto que las cargas inorgánicas también pueden mejorar el rendimiento, como la velocidad de respuesta del revestimiento de seguridad. El revestimiento de seguridad funciona como se indica a continuación. A temperatura normal, el revestimiento de seguridad se basa en una buena red conductora formada entre los materiales conductores para conducir la conducción de electrones. Cuando aumenta la temperatura, el volumen de los materiales de la matriz polimérica comienza a expandirse, aumenta el espacio entre las partículas de los materiales conductores y la red conductora se bloquea parcialmente, de modo que la resistencia del revestimiento de seguridad aumenta gradualmente. Cuando se alcanza una cierta temperatura, por ejemplo, la temperatura de funcionamiento, la red conductora se bloquea casi por completo y la corriente se aproxima a cero. Sin embargo, normalmente la red conductora se recupera parcialmente, cuando el interior del revestimiento de seguridad alcanza un equilibrio dinámico. Por lo tanto, después de alcanzar una determinada temperatura, por ejemplo, la temperatura de funcionamiento, la resistencia del revestimiento de seguridad no es tan grande como se esperaba, y todavía fluye una corriente muy pequeña. Los inventores han descubierto que después de añadir la carga inorgánica y expanda el volumen de los materiales de la matriz polimérica, la carga inorgánica y el material de la matriz polimérica expandida pueden funcionar para bloquear la red conductora. Por lo tanto, después de añadir la carga inorgánica, el revestimiento de seguridad puede producir mejor el efecto PTC en el intervalo de temperatura de funcionamiento. Es decir, la velocidad creciente de la resistencia es más rápida y la velocidad de respuesta PTC es más rápida a alta temperatura. Como resultado, el rendimiento de seguridad de la batería puede mejorarse más.
La carga inorgánica puede seleccionarse de al menos uno de óxidos metálicos, óxidos no metálicos, carburos metálicos, carburos no metálicos y sales inorgánicas, todos opcionalmente modificados con al menos uno de un revestimiento de carbón conductor, un revestimiento de metal conductor o un revestimiento de polímero conductor.
En segundo lugar, los inventores han descubierto que la estabilidad del revestimiento de seguridad y el rendimiento de seguridad y el rendimiento electroquímico de una batería se pueden mejorar aún más sometiendo la matriz polimérica en el revestimiento de seguridad a un tratamiento de reticulación.
Los inventores han encontrado sorprendentemente que el tratamiento de reticulación puede ser más ventajoso para impedir los efectos adversos de un solvente (como NMP) en la capa de material activo de electrodo positivo o un electrolito en el material polimérico en el revestimiento de seguridad, tal como la disolución o el hinchamiento, y para evitar que la capa de material activo de electrodo positivo se agriete debido a una tensión desigual.
Además, la matriz de polímero que no se somete a un tratamiento de reticulación tiene un hinchamiento relativamente grande en el electrolito, lo que provoca un crecimiento relativamente grande de DCR (resistencia interna de CC) de la batería, lo que es una desventaja para mejorar el rendimiento cinético de la batería. Después de someterse al tratamiento de reticulación, la relación de hinchamiento de la matriz polimérica se suprime de manera efectiva, de modo que el crecimiento de DCR debido a la introducción del revestimiento de seguridad puede reducirse notablemente.
El procedimiento del tratamiento de reticulación es conocido en la técnica. Por ejemplo, para una matriz polimérica de poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada, el tratamiento de reticulación se logra introduciendo un activador y un agente de reticulación. La función del activador es eliminar el HF o HCl de la poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada para formar un doble enlace C=C; el agente de reticulación actúa para reticular el doble enlace C=C. Como activador, puede usarse una sal de ácido débil de base fuerte tal como silicato de sodio o silicato de potasio. La relación en peso del activador con respecto a la matriz polimérica es normalmente de desde el 0.5 % hasta el 5 %. El agente de reticulación se selecciona de al menos uno de los poliisocianatos (JQ-1, JQ-1E, JQ-2E, JQ-3E, JQ-4, JQ-5, JQ-6, PAPI, MDI emulsionable, tetraisocianato), poliaminas (propilendiamina, MOCA), polioles (polietilenglicol, polipropilenglicol, trimetilolpropano), glicidiléteres (polipropilenglicol glicidil éter), sustancias inorgánicas (óxido de cinc, cloruro de aluminio, sulfato de aluminio, azufre, ácido bórico, bórax, nitrato de cromo), glioxal, aziridina, organosilicios (ortosilicato de etilo, ortosilicato de metilo, trimetoxisilano), ácidos bencenosulfónicos (ácido p-toluenosulfónico, cloruro de ptoluenosulfonilo), compuestos olefínicamente insaturados (estireno, a-metilestireno, acrilonitrilo, ácido acrílico, ácido metacrílico, acrilatos (diacrilato de 1,4-butilenglicol, dimetacrilato de etilenglicol, cianurato de trialilo (TAC), acrilato de butilo, acrilato de 2-hidroxietilo (HEA), acrilato de hidroxipropilo (HPA), metacrilato de 2-hidroxietilo (HEMA), metacrilato de 2-hidroxipropilo (HPMA), metacrilato de metilo (MmA))), peróxidos orgánicos (peróxido de dicumilo, peróxido de bis(2,4-diclorobenzoílo)) y compuestos orgánicos metálicos (isopropóxido de aluminio, acetato de cinc, acetilacetonato de titanio).
La relación en peso del agente de reticulación con respecto a la matriz polimérica es de desde el 0.01 % hasta el 5 %. Si se usa muy poco agente de reticulación, el grado de reticulación de la matriz polimérica es bajo y el agrietamiento no se puede eliminar por completo. Si se usa un agente de reticulación en exceso, es fácil que se forme un gel durante la agitación. El activador y el agente de reticulación pueden añadirse después de que se complete la agitación de la suspensión para preparar el revestimiento de seguridad, luego, al realizar la reacción de reticulación, la mezcla se agita uniformemente y luego se recubre para preparar un revestimiento de seguridad.
Por lo tanto, la combinación de introducir carga inorgánica en el revestimiento de seguridad PTC y reticular la matriz polimérica puede mejorar el rendimiento y la estabilidad del revestimiento de seguridad PTC y mejorar el rendimiento eléctrico y el rendimiento de seguridad (particularmente el rendimiento de seguridad de penetración de clavos) del dispositivo electroquímico.
En la presente solicitud, el revestimiento de seguridad comprende un material de matriz polimérica, un material conductor, una carga inorgánica y, opcionalmente, un aglutinante. Los componentes del revestimiento de seguridad se describirán a continuación.
Carga inorgánica
La carga inorgánica está normalmente presente en un porcentaje en peso de desde el 10 % en peso hasta el 60 % en peso basándose en el peso total del material de matriz polimérica, un material conductor y una carga inorgánica. Si el contenido de la carga inorgánica es demasiado pequeño, no será suficiente para estabilizar el revestimiento de seguridad; si el contenido es demasiado grande, afectará al rendimiento PTC del revestimiento de seguridad. El porcentaje en peso de la carga inorgánica es preferiblemente de desde el 15 % en peso hasta el 45 % en peso.
La carga inorgánica se selecciona de al menos uno de óxidos metálicos, óxidos no metálicos, carburos metálicos, carburos no metálicos y sales inorgánicas, todos modificados opcionalmente con al menos uno de un revestimiento de carbono conductor, un revestimiento de metal conductor o un revestimiento de polímero conductor.
Por ejemplo, la carga inorgánica se puede seleccionar de al menos uno de óxido de magnesio, óxido de aluminio, dióxido de titanio, óxido de circonio, dióxido de silicio, carburo de silicio, carburo de boro, carbonato de calcio, silicato de aluminio, silicato de calcio, titanato de potasio, sulfato de bario, óxido de litio y cobalto, óxido de litio y manganeso, óxido de litio y níquel, óxido de litio, níquel y manganeso, óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto, óxido de litio, níquel, manganeso y aluminio, fosfato de litio y hierro, fosfato de litio y vanadio, fosfato de litio y cobalto, fosfato de litio y manganeso, silicato de litio y hierro, silicato de litio y vanadio, silicato de cobalto y litio, silicato de litio y manganeso y titanato de litio, todos opcionalmente modificados con al menos uno de un revestimiento de carbono conductor, un revestimiento de metal conductor o un revestimiento de polímero conductor.
Especialmente, los inventores han encontrado que es particularmente ventajoso cuando un material electroquímicamente activo de electrodo positivo opcionalmente modificado con un revestimiento de carbono conductor, un revestimiento de metal conductor o un revestimiento de polímero conductor se utiliza como carga inorgánica en el caso de que se utilice el revestimiento de seguridad para una placa de electrodo positivo. En tal caso, además de las funciones antes mencionadas tal como estabilizar el revestimiento de seguridad (impidiendo que el disolvente orgánico tenga efectos adversos tales como disolver o hinchar el material polimérico y asegurando que el revestimiento de seguridad no se deforme fácilmente) y mejorar el rendimiento tal como la velocidad de respuesta y similares del revestimiento de seguridad, la carga inorgánica puede desempeñar además los siguientes dos papeles:
(1) Mejorar el rendimiento de sobrecarga de la batería. En el sistema de revestimiento de seguridad PTC compuesto de una matriz polimérica y un material conductor, dado que el material electroquímicamente activo tiene las características de intercalación y desintercalación de iones litio, el material electroquímicamente activo puede usarse como "sitios activos" en la red conductora a la temperatura de funcionamiento normal de la batería y, por lo tanto, aumenta el número de "sitios activos" en el revestimiento de seguridad. En el proceso de sobrecarga, el material electroquímicamente activo se deslitia y el proceso de deslitiación se vuelve cada vez más difícil y la impedancia aumenta. Por lo tanto, cuando pasa la corriente, la potencia de generación de calor aumenta y la temperatura de la capa de imprimación aumenta más rápido, de modo que el efecto PTC responde más rápido, lo que a su vez puede generar efectos PTC antes del problema de seguridad de sobrecarga en la batería. Por lo tanto, puede mejorarse el rendimiento de seguridad de sobrecarga de una batería.
(2) Contribuir a la capacidad de carga y descarga. Dado que el material electroquímicamente activo puede contribuir a una determinada capacidad de carga y descarga a la temperatura de funcionamiento normal de la batería, puede minimizarse el efecto del revestimiento de seguridad en el rendimiento electroquímico, como la capacidad de la batería a la temperatura de funcionamiento normal.
Por lo tanto, para una placa de electrodo positivo, lo más preferido es utilizar un material electroquímicamente activo de electrodo positivo opcionalmente modificado con un revestimiento de carbono conductor, un revestimiento de metal conductor o un revestimiento de polímero conductor como carga inorgánica del revestimiento de seguridad. El material electroquímicamente activo de electrodo positivo se selecciona preferiblemente de al menos uno de óxido de litio y cobalto, óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto, aluminato de litio, níquel y manganeso, fosfato de litio y hierro, fosfato de litio y vanadio, fosfato de litio y cobalto, fosfato de litio y manganeso, fosfato de litio, manganeso y hierro, silicato de litio y hierro, silicato de litio y vanadio, silicato de litio y cobalto, silicato de litio y manganeso, óxido de litio y manganeso de tipo espinela, óxido de litio, níquel y manganeso de tipo espinela y titanato de litio, todos opcionalmente modificados con al menos uno de un revestimiento de carbono conductor, un revestimiento de metal conductor, y un revestimiento de polímero conductor. Especialmente, al menos uno de los materiales electroquímicamente activos anteriores está modificado con un revestimiento de carbono conductor, tal como un óxido de cobalto y litio modificado con revestimiento de carbono conductor, un óxido de litio y níquel y manganeso y cobalto modificado con revestimiento de carbono conductor, un aluminato de litio y níquel y manganeso modificado con revestimiento de carbono conductor, un fosfato de hierro y litio modificado con revestimiento de carbono conductor, un fosfato de vanadio y litio modificado con revestimiento de carbono conductor, un fosfato de cobalto y litio modificado con revestimiento de carbono conductor, un fosfato de manganeso y litio modificado con revestimiento de carbono conductor, un fosfato de hierro, manganeso y litio modificado con revestimiento de carbono conductor, un silicato de hierro y litio modificado con revestimiento de carbono conductor, un silicato de vanadio y litio modificado con revestimiento de carbono conductor, un silicato de cobalto y litio modificado con revestimiento de carbono conductor, un silicato de manganeso y litio modificado con revestimiento de carbono conductor, un óxido de litio y manganeso de tipo espinela modificado con revestimiento de carbono conductor, un óxido de manganeso, níquel y litio de tipo espinela modificado con revestimiento de carbono conductor, un titanato de litio modificado con revestimiento de carbono conductor. Estos materiales electroquímicamente activos y los materiales electroquímicamente activos modificados con revestimiento de carbono conductor son materiales comúnmente utilizados en la fabricación de baterías de litio, la mayoría de los cuales están disponibles comercialmente. El tipo de carbono conductor puede ser grafito, grafeno, negro de carbón conductor, nanotubos de carbono o similares. Además, la conductividad de la carga inorgánica puede ajustarse ajustando el contenido del revestimiento de carbono conductor.
Además, los inventores han descubierto que, cuando el tamaño de partícula de la carga inorgánica es demasiado pequeño, aumenta el área de superficie específica y aumenta la reacción secundaria; cuando el tamaño de partícula es demasiado grande, el espesor del revestimiento de seguridad es demasiado grande y el espesor es desigual. Preferiblemente, el tamaño de partícula promedio D de la carga inorgánica en el revestimiento de seguridad satisface 100 nm <D<10 pm, y más preferiblemente 1 pm <D<6 pm. Cuando el tamaño de partícula de la carga inorgánica está en los intervalos anteriores, puede mejorarse el efecto de bloqueo de la red conductora a alta temperatura, mejorando así la velocidad de respuesta del revestimiento de seguridad.
Más preferiblemente, la carga inorgánica en el revestimiento de seguridad tiene un área de superficie específica (BET) de no más de 500 m2/g. Los inventores han descubierto que, cuando aumenta el área de superficie específica de la carga inorgánica, aumentará la reacción secundaria y, por lo tanto, se verá afectado el rendimiento de la batería. Además, en el caso de que el área de superficie específica de la carga inorgánica sea demasiado grande, se consumirá una mayor proporción de aglutinante, lo que hará que la fuerza de unión entre el revestimiento de seguridad, el colector de corriente y la capa de material activo de electrodo positivo se reduzca y la tasa de crecimiento de la resistencia interna sea más alta. Cuando el área de superficie específica (BET) de la carga inorgánica no sea mayor de 500 m2/g, se puede proporcionar un mejor efecto general.
Como mejora adicional de la presente invención, cuando la conductividad c de la carga inorgánica satisface 10-3 S/m < c < 102 S/m, hay un beneficio adicional. Los inventores han encontrado que la adición de cargas inorgánicas puede afectar la conductividad eléctrica del revestimiento de seguridad, lo que a su vez puede afectar la conductividad eléctrica de toda la placa. Cuando la conductividad c de la carga inorgánica satisface 10-3 S/m < c < 102 S/m, se puede mejorar la conductividad eléctrica del revestimiento de seguridad a la temperatura de uso normal de la batería. Si la conductividad c de la carga inorgánica es demasiado pequeña, la resistencia interna inicial y la tasa de crecimiento de la resistencia interna del revestimiento de seguridad serán muy altas; si c es demasiado alta, la red conductora no se cortará fácilmente a la temperatura de funcionamiento PTC y, por lo tanto, la capa de material PTC no funcionará bien. Dentro del intervalo de conductividad anterior, la resistencia interna y la tasa de crecimiento de la batería durante el uso normal son muy bajas, y la red conductora puede desconectarse rápidamente cuando se produce un cortocircuito interno o una condición de alta temperatura. Un experto en la materia entendería que si algunas cargas inorgánicas no tienen una conductividad c que satisfaga 10-3 S/m < c < 102 S/m, una conductividad que satisface 10-3 S/m < c < 102 S/m puede obtenerse modificando con materiales comunes en la técnica.
Material conductor
En la presente solicitud, el revestimiento de seguridad funciona como se indica a continuación. A temperatura normal, el revestimiento de seguridad se basa en una buena red conductora formada entre los materiales conductores para conducir la conducción de electrones. Cuando aumenta la temperatura, el volumen de los materiales de la matriz polimérica comienza a expandirse, aumenta el espacio entre las partículas de los materiales conductores y la red conductora se bloquea parcialmente, de modo que la resistencia del revestimiento de seguridad aumenta gradualmente. Cuando se alcanza una determinada temperatura, por ejemplo, la temperatura de funcionamiento, la red conductora se bloquea casi por completo y la corriente se aproxima a cero, protegiendo de ese modo el dispositivo electroquímico que utiliza el revestimiento de seguridad. Por lo tanto, la cantidad de material conductor es importante para que la capa PTC funcione correctamente.
Basándose en el peso total de la matriz polimérica, el material conductor y la carga inorgánica, el material conductor está presente en una cantidad de desde el 5 % en peso hasta el 25 % en peso y preferiblemente desde el 5 % en peso hasta el 20 % en peso. Además, la relación en peso del material de matriz polimérica con respecto al material conductor es preferiblemente 2 o más. El material conductor se puede seleccionar de al menos uno de un material a base de carbono conductor, un material de metal conductor y un material de polímero conductor. Como ejemplos ilustrativos, el material a base de carbono conductor puede seleccionarse de al menos uno de negro de carbón conductor, negro de acetileno, grafito, grafeno, nanotubos de carbono, nanofibras de carbono; el material de metal conductor se selecciona de al menos uno de polvo de Al, polvo de Ni y polvo de oro; y el material de polímero conductor se puede seleccionar de al menos uno de politiofeno conductor, polipirrol conductor y polianilina conductora. El material conductor puede usarse solo o en combinación de dos o más.
Los materiales conductores se utilizan normalmente en forma de polvos o gránulos. El tamaño de partícula puede ser de desde 5 nm hasta 500 nm, por ejemplo, desde 10 nm hasta 300 nm, desde 15 nm hasta 200 nm, desde 15 nm hasta 100 nm, desde 20 nm hasta 400 nm, o desde 20 nm hasta 150 nm, dependiendo del entorno de aplicación específico.
Material de matriz polimérica y aglutinante
En la presente solicitud, el material de matriz polimérica como revestimiento de seguridad es un material de matriz polimérica que tiene una estructura reticulada, preferiblemente poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada que tiene una estructura reticulada. La poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada es preferiblemente poli(fluoruro de vinilideno) (PVDF), poli(cloruro de vinilideno) (PVDC), PVDf modificado, PVDC modificado o cualquier combinación de los mismos. Por ejemplo, el material de matriz polimérica se puede seleccionar de PVDF, PVDF modificado con ácido carboxílico, PVDF modificado con ácido acrílico, copolímeros de PVDF, PVDC, PVDC modificado con ácido carboxílico, PVDC modificado con ácido acrílico, copolímeros de PVDC o cualquier mezcla de los mismos.
La cantidad de matriz polimérica es de desde el 35 % en peso hasta el 75 % en peso, preferiblemente desde el 40 % en peso hasta el 75 % en peso, más preferiblemente desde el 50 % en peso hasta el 75 % en peso, basándose en el peso total de la matriz polimérica, el material conductor, y la carga inorgánica.
En el revestimiento convencional que tiene efecto PTC para su uso en baterías, se usan generalmente polietileno, polipropileno o copolímeros de etileno propileno o similares como material de matriz PTC. En este caso, es necesario agregar adicionalmente un aglutinante al material de matriz PTC y al material conductor. Si el contenido de aglutinante es demasiado pequeño, la fuerza de unión entre el revestimiento y el colector de corriente de metal es escasa; y si el contenido de aglutinante es demasiado grande, el rendimiento, como la temperatura de respuesta y la velocidad de respuesta del efecto PTC, se ven afectados. Los inventores han descubierto que en lugar de utilizar un material de matriz PTC convencional como polietileno, polipropileno o copolímeros de etileno propileno, se utiliza una gran cantidad de poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada entre el colector de corriente metálico y la capa de material activo de electrodo positivo, y todavía puede funcionar como una capa de termistor PTC y ayudar a eliminar los problemas que enfrentan los revestimientos de seguridad PTC existentes. Por lo tanto, es más preferible utilizar una poliolefina fluorada y/o una poliolefina clorada como material de matriz polimérica.
La poliolefina fluorada o la poliolefina clorada (tal como PVDF) se usa convencionalmente como aglutinante. Cuando se usa como aglutinante, la cantidad de PVDF es mucho menor que la cantidad del material de matriz. Por ejemplo, el aglutinante de PVDF en los revestimientos PTC convencionales suele estar presente en una cantidad inferior al 15 % o al 10 %, o incluso menos, en relación con el peso total del revestimiento. En la presente solicitud, la poliolefina fluorada y/o la poliolefina clorada se pueden utilizar como material de matriz polimérica, en una cantidad que es mucho mayor que la cantidad del aglutinante. Por ejemplo, el porcentaje en peso de poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada como material de matriz polimérica es de desde el 35 % en peso hasta el 75 % en peso, basándose en el peso total del revestimiento de seguridad.
En el presente revestimiento de seguridad, el material de poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada funciona realmente como matriz PTC y como aglutinante. Esto evita la influencia sobre la adherencia del revestimiento, la velocidad de respuesta y la temperatura de respuesta del efecto PTC debido a la diferencia entre el aglutinante y el material de matriz PTC.
En primer lugar, el revestimiento de seguridad compuesto de material de poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada y un material conductor puede funcionar como una capa de termistor PTC y su intervalo de temperatura de funcionamiento es adecuado desde 80 °C hasta 160 °C. Por lo tanto, el rendimiento de seguridad a alta temperatura de la batería puede mejorarse bien.
En segundo lugar, la poliolefina fluorada y/o la poliolefina clorada como material de matriz polimérica del revestimiento de seguridad sirve como matriz PTC y como aglutinante, facilitando de ese modo la preparación de un revestimiento de seguridad más delgado sin afectar la adherencia del revestimiento de seguridad.
Además, el disolvente (como NMP) o el electrolito en la capa de material activo de electrodo positivo sobre el revestimiento de seguridad puede tener un efecto adverso, tal como la disolución y el hinchamiento en el material polimérico del revestimiento de seguridad. Para el revestimiento de seguridad que contiene PVDF en una cantidad de aglutinante convencional, la adherencia empeoraría fácilmente. Para el revestimiento de seguridad que contiene una cantidad relativamente alta de poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada, el efecto adverso anterior es relativamente leve.
El porcentaje en peso de la matriz polimérica de poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada es de desde el 35 % en peso hasta el 75 % en peso, basándose en el peso total del revestimiento de seguridad. Si el contenido es demasiado pequeño, la matriz polimérica no puede garantizar que el revestimiento de seguridad funcione bien en términos de su efecto PTC; y si el contenido es demasiado alto, afectará al rendimiento, incluida la velocidad de respuesta y similares del revestimiento de seguridad. El porcentaje en peso de la matriz polimérica de poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada es preferiblemente de desde el 40 % en peso hasta el 75 % en peso, más preferiblemente de desde el 50 % en peso hasta el 75 % en peso.
Revestimiento de seguridad
El revestimiento de seguridad se puede formar por un método convencional. Por ejemplo, se puede obtener un revestimiento de seguridad deseado disolviendo un material de matriz polimérica, un material conductor, una carga inorgánica y, opcionalmente, un aglutinante u otros agentes auxiliares (como un agente de reticulación) en un disolvente con agitación para formar una suspensión, aplicando la suspensión en el colector de corriente seguido de calentamiento y secado.
En la placa de electrodo positivo de la presente solicitud, el revestimiento de seguridad se adhiere directamente sobre el colector de corriente y se dispone entre el colector de corriente y la capa de material activo de electrodo positivo. El espesor H del revestimiento de seguridad puede determinarse razonablemente según las necesidades reales. El espesor H del revestimiento de seguridad no suele ser superior a 40 pm, preferiblemente no superior a 25 pm, más preferiblemente no superior a 20 pm, 15 pm o 10 pm. El espesor del revestimiento de seguridad suele ser mayor o igual a 1 pm, preferiblemente mayor o igual a 2 pm, y más preferiblemente mayor o igual a 3 pm. Si el espesor es demasiado pequeño, no es suficiente para garantizar que el revestimiento de seguridad tenga el efecto de mejorar el rendimiento de seguridad de la batería; si es demasiado grande, la resistencia interna de la batería aumentará considerablemente, lo que afectará al rendimiento electroquímico de la batería durante el funcionamiento normal. Preferiblemente, 1 pm < H < 20 pm, más preferiblemente 3 pm < H < 10 pm.
La fuerza de unión entre el revestimiento de seguridad y el colector de corriente es preferiblemente al menos 10 N/m. Una mayor fuerza de unión puede mejorar el rendimiento de seguridad de penetración de clavos de una batería. Por ejemplo, la fuerza de unión entre el revestimiento de seguridad y el colector de corriente se puede aumentar introduciendo un aglutinante adicional o reticulando la matriz polimérica.
Cuando se utilizan materiales de matriz polimérica de poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada en el revestimiento de seguridad, estos materiales en sí mismos tienen una buena adherencia y pueden usarse como aglutinante, además de usarse como material de matriz. Por lo tanto, cuando se utilizan dichos materiales de matriz polimérica, el revestimiento de seguridad no tiene que contener otros aglutinantes adicionales, lo que puede simplificar el proceso y ahorrar costes. Por lo tanto, en una realización preferida de la presente solicitud, la matriz polimérica es poliolefina fluorada y/o una poliolefina clorada, y el revestimiento de seguridad está sustancialmente libre de otros materiales de matriz polimérica o aglutinantes distintos del material de matriz (la frase "sustancialmente libre" significa < 3 %, < 1 % o < 0.5 %). Sin embargo, en algunas otras realizaciones de la presente solicitud, el revestimiento de seguridad también puede contener otro material de matriz polimérica o un aglutinante que promueva la fuerza de unión entre el material de matriz polimérica y el colector de corriente. El aglutinante puede ser, por ejemplo, PVDF, PVDC, SBR, y también puede ser un aglutinante acuoso seleccionado de CMC, poliacrilato, PVDF dispersable en agua, policarbonato, poli(óxido de etileno), caucho, poliuretano, carboximetilcelulosa sódica, poli(ácido acrílico), copolímeros multicomponente de acrilonitrilo, gelatina, quitosano, alginato de sodio, un agente de acoplamiento, cianoacrilato, un derivado de éter cíclico polimérico, un derivado hidroxi de ciclodextrina y similares
Además, en algunas realizaciones preferidas de la presente solicitud, se usa poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada como matriz polimérica en el revestimiento de seguridad, y el revestimiento de seguridad puede consistir sustancialmente en la matriz polimérica, el material conductor y la carga inorgánica, en otras palabras, el revestimiento de seguridad está libre de cantidades significativas (por ejemplo, < 3 %, < 1 % o < 0.5 %) de otros componentes.
Colector de corriente
Para el colector de corriente, se pueden usar los materiales comunes en la técnica, preferiblemente colectores de corriente metálicos, tales como escamas metálicas o láminas metálicas de acero inoxidable, aluminio, cobre o titanio. El colector de corriente de metal puede tener un espesor de 4 pm a 16 pm.
Además, teniendo en cuenta el rendimiento de seguridad durante la penetración del clavo, el alargamiento a la rotura ó del colector de corriente es preferiblemente 0.8%<ó<4%. Se encontró que si el alargamiento a la rotura del colector de corriente es demasiado grande, las rebabas de metal serán más grandes cuando se perfore, lo que no es propicio para mejorar el rendimiento de seguridad de la batería. Por el contrario, si el alargamiento a la rotura del colector de corriente es demasiado pequeño, es probable que se produzca una rotura durante el procesamiento, como la compactación de placas o cuando la batería se aprieta o choca, degradando así la calidad o el rendimiento de seguridad de la batería. Por lo tanto, para mejorar aún más el rendimiento de seguridad, particularmente el rendimiento de seguridad durante la penetración de clavos, el alargamiento a la rotura ó del colector de corriente no debe ser superior al 4 % ni inferior al 0.8 %. El alargamiento a la rotura del colector de corriente de metal se puede ajustar cambiando la pureza, el contenido de impurezas y los aditivos del colector de corriente de metal, el proceso de producción de palanquilla, la velocidad de laminación, el proceso de tratamiento térmico y similares.
Preferiblemente, el colector de corriente es un colector de corriente que contiene aluminio poroso (por ejemplo, una lámina de aluminio poroso). El uso de una lámina de aluminio poroso puede reducir la probabilidad de que se produzcan rebabas de metal y reducir aún más la probabilidad de que se produzca una reacción aluminotérmica grave en una situación anómala, como el clavado. Por lo tanto, el rendimiento de seguridad del dispositivo electroquímico puede mejorarse aún más. Además, el uso de una lámina de aluminio poroso también puede mejorar la infiltración del electrolito en la placa de electrodo y, por lo tanto, mejorar el rendimiento cinético de la batería de iones litio. El revestimiento de seguridad puede cubrir la superficie de la lámina de aluminio poroso para evitar fugas de la capa de material activo superior durante el proceso de revestimiento.
Capa de material activo de electrodo positivo
Como capa de material activo de electrodo positivo utilizada para la placa de electrodo positivo de la presente solicitud, se pueden usar diversas capas de material activo de electrodo positivo convencionales conocidas en la técnica, y los componentes y el método de preparación de las mismas son bien conocidos en la técnica sin ninguna limitación particular. La capa de material activo de electrodo positivo contiene un material activo de electrodo positivo, y se pueden usar diversos materiales activos de electrodo positivo para preparar un electrodo positivo de batería secundaria de iones litio conocidos por los expertos en la técnica. Por ejemplo, el material activo de electrodo positivo es un óxido de metal compuesto que contiene litio, por ejemplo uno o más de LiCoO2, LiNiÜ2, LiMn2Ü4, LiFePCL, óxidos de litio, níquel, cobalto y manganeso (como LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2) y uno o más de óxidos de litio, níquel y manganeso.
Cuando el material electroquímicamente activo de electrodo positivo (o un material modificado con revestimiento del mismo) se utiliza como carga inorgánica del revestimiento de seguridad de la placa de electrodo positivo, el material electroquímicamente activo positivo del revestimiento de seguridad y el material activo positivo utilizado en la capa de material activo de electrodo positivo puede ser igual o diferente.
Dispositivo electroquímico
La placa de electrodo negativo para su uso junto con la placa de electrodo positivo de la presente solicitud puede seleccionarse entre diversas placas de electrodo negativo convencionales en la técnica, y los componentes y la preparación de los mismos son bien conocidos en la técnica. Por ejemplo, la placa de electrodo negativo puede comprender un colector de corriente de electrodo negativo y una capa de material activo de electrodo negativo dispuesta sobre el colector de corriente de electrodo negativo, y la capa de material activo de electrodo negativo puede comprender un material activo de electrodo negativo, un aglutinante, un material conductor, y similares. El material activo de electrodo negativo es, por ejemplo, un material carbonoso tal como grafito (grafito artificial o grafito natural), negro de carbón conductor o fibra de carbono; un material metálico o semimetálico tal como Si, Sn, Ge, Bi, Sn, In, o una aleación de los mismos; y un nitruro que contiene litio o un óxido que contiene litio, un metal de litio o una aleación de litio y aluminio.
La presente solicitud también describe un dispositivo electroquímico que comprende la placa de electrodo positivo según la presente solicitud. El dispositivo electroquímico puede ser un condensador, una batería primaria o una batería secundaria. Por ejemplo, puede ser un condensador de iones litio, una batería primaria de iones litio o una batería secundaria de iones litio. Excepto por el uso de la placa de electrodo positivo de la presente solicitud, los métodos de construcción y preparación de estos dispositivos electroquímicos son conocidos per se. El dispositivo electroquímico puede tener seguridad mejorada (por ejemplo, seguridad de penetración de clavos) y rendimiento eléctrico debido al uso de la placa de electrodo positivo de la presente solicitud. Además, dado que la placa de electrodo positivo de la presente solicitud es fácil de fabricar, el coste de fabricación del dispositivo electroquímico se puede reducir debido al uso de la placa de electrodo positivo de la presente solicitud.
En una realización particular de la solicitud, el dispositivo electroquímico es una batería de iones litio. La figura 2 es una vista en perspectiva de una realización de una batería de iones litio 5. La figura 3 es una vista en despiece ordenado de la figura 2. Con referencia a la figura 2 y la figura 3, una batería de iones litio 5 incluye una caja 51, un conjunto de electrodos 52, un conjunto de cubierta superior 53 y un electrolito (no mostrado).
El conjunto de electrodos 52 está empaquetado en la caja 51. El número de conjuntos de electrodos 52 no está limitado y puede ser uno o más. El conjunto de electrodos 52 incluye una placa de electrodo positivo, una placa de electrodo negativo y un separador. El separador separa la placa de electrodo positivo de la placa de electrodo negativo. El electrolito se inyecta en la caja 51 e impregna el conjunto de electrodos 52, que incluye, por ejemplo, una primera placa de electrodo, una segunda placa de electrodo y un separador.
Obsérvese que la batería de iones litio 5 que se muestra en la figura 2 es una batería tipo lata, pero no se limita a ella. La batería de iones litio 5 puede ser una batería de tipo bolsa, es decir, la caja 51 se sustituye por una película de metal y plástico y se elimina el conjunto de cubierta superior 53.
A continuación, se describirá un módulo de batería de otro aspecto más de la presente solicitud.
La figura 4 es una vista en perspectiva de una realización del módulo de batería 4.
El módulo de batería 4 proporcionado por la realización de la presente solicitud incluye la batería de iones litio 5 según la presente solicitud.
Haciendo referencia a la figura 4, el módulo de batería 4 incluye una pluralidad de baterías 5. Una pluralidad de baterías de iones litio 5 están dispuestas en la dirección longitudinal. El módulo de batería 4 puede funcionar como fuente de energía o como dispositivo de almacenamiento de energía. El número de baterías de iones litio 5 en el módulo de batería 4 se puede ajustar según la aplicación y la capacidad del módulo de batería 4.
A continuación, se describirá un paquete de batería de otro aspecto más de la presente solicitud.
La figura 5 es una vista en perspectiva de una realización del paquete de batería 1. La figura 6 es una vista en despiece ordenado de la figura 5. El paquete de batería 1 proporcionado por la presente solicitud incluye el módulo de batería 4 según una realización de la presente solicitud.
Específicamente, haciendo referencia a la figura 5 y la figura 6, el paquete de batería 1 incluye un cuerpo de carcasa superior 2, un cuerpo de carcasa inferior 3 y un módulo de batería 4. El cuerpo de carcasa superior 2 y el cuerpo de carcasa inferior 3 están ensamblados juntos y forman un espacio en el que se empaqueta el módulo de batería 4. El módulo de batería 4 se coloca en el espacio del cuerpo de carcasa superior 2 y el cuerpo de carcasa inferior 3 que están ensamblados juntos. El polo de salida del módulo de batería 4 se pasa entre uno o ambos del cuerpo de carcasa superior 2 y el cuerpo de carcasa inferior 3 para suministrar energía al exterior o para ser cargado externamente. El número y disposición de los módulos de batería 4 usados en el paquete de batería 1 se puede determinar de acuerdo con las necesidades reales.
A continuación, se describirá un dispositivo de otro aspecto más de la presente solicitud.
La figura 7 es una vista esquemática que muestra una realización de un dispositivo en donde se utiliza una batería de iones litio como fuente de alimentación.
El dispositivo proporcionado por la presente solicitud incluye la batería de iones litio 5 según una realización de la presente solicitud, y la batería de iones litio 5 se puede utilizar como fuente de alimentación del dispositivo. En la figura 7, el dispositivo que utiliza la batería de iones litio 5 es un coche eléctrico. Aparentemente, no se limita a eso, y el dispositivo que utiliza la batería de iones litio 5 puede ser cualquier vehículo eléctrico (por ejemplo, un autobús eléctrico, un tranvía eléctrico, una bicicleta eléctrica, una motocicleta eléctrica, un scooter eléctrico, un carrito de golf eléctrico, un camión eléctrico) distinto del coche eléctrico, barcos eléctricos, herramientas eléctricas, equipos electrónicos y sistemas de almacenamiento de energía. El vehículo eléctrico puede ser un vehículo eléctrico puro, un vehículo eléctrico híbrido o un vehículo eléctrico híbrido enchufable. Aparentemente, de acuerdo con la forma real de uso, el dispositivo proporcionado por la presente solicitud puede incluir el módulo de batería 4 descrito en la presente solicitud. Aparentemente, el dispositivo provisto por la presente solicitud también puede incluir el paquete de batería 1 descrito en la presente solicitud.
Los expertos en la técnica apreciarán que pueden combinarse arbitrariamente diversas definiciones o intervalos preferidos de los componentes, cantidades de componentes y propiedades fisicoquímicas del material del revestimiento de seguridad según las diversas realizaciones de la presente solicitud como se mencionó anteriormente. Las realizaciones combinadas todavía están dentro del alcance de la invención y se consideran parte de la divulgación.
Ejemplos
Para hacer más claros los objetos, las soluciones técnicas y los efectos técnicos beneficiosos de la presente solicitud, la presente solicitud se describirá con más detalle a continuación con referencia a las realizaciones. Sin embargo, debe entenderse que las realizaciones de la presente solicitud solo pretenden ser ilustrativas de la presente solicitud, y no pretenden limitar la solicitud, y las realizaciones de la presente solicitud no se limitan a las realizaciones proporcionadas en la memoria descriptiva. Las condiciones experimentales no indicadas en los ejemplos se refieren a condiciones convencionales, o a las condiciones recomendadas por el proveedor del material o del equipo.
1. Método de preparación
1.1 Preparación de placa de electrodo positivo
1) Revestimiento de seguridad
Dependiendo de si el material de matriz polimérica en el revestimiento de seguridad se somete o no a un tratamiento de reticulación, el revestimiento de seguridad se preparó mediante uno de los dos métodos siguientes.
Para la matriz polimérica sin tratamiento de reticulación:
Se mezcló una determinada proporción de un material de matriz polimérica, un material conductor y una carga inorgánica con N-metil-2-pirrolidona (NMP) como disolvente con agitación uniforme. Luego, la mezcla resultante se aplicó por revestimiento sobre ambos lados del colector de corriente metálico, seguido de secado a 85 °C para obtener una capa PTC, es decir, un revestimiento de seguridad.
Para la matriz polimérica con tratamiento de reticulación:
Se mezcló una cierta proporción de un material de matriz polimérica, un material conductor y una carga inorgánica con N-metil-2-pirrolidona (NMP) como disolvente con agitación uniforme y luego se agregaron un activador (silicato de sodio) y un agente de reticulación con agitación uniforme. Luego, la mezcla resultante se aplicó por revestimiento sobre ambos lados del colector de corriente metálico, seguido de secado a 85 °C para obtener un revestimiento de seguridad.
2) Capa de material activo de electrodo positivo
Luego, el 90 % en peso de un material activo de electrodo positivo, el 5 % en peso de SP y el 5 % en peso de PVDF se mezclaron con NMP como disolvente con agitación uniforme. A continuación, la mezcla resultante se aplicó por revestimiento sobre el revestimiento de seguridad del colector de corriente preparado de acuerdo con el método anterior seguido de secado a 85 °C para obtener una capa de material activo de electrodo positivo.
3) Elaboración
Luego, el colector de corriente con revestimiento de seguridad y material activo de electrodo positivo se prensó en frío, luego se recortó, cortó y decapado, seguido de secado a vacío a 85 °C durante 4 horas. Después de soldar la pestaña de electrodo, se obtuvo la placa de electrodo positivo que cumple con los requisitos de la batería secundaria.
Los principales materiales utilizados en los ejemplos específicos del revestimiento de seguridad fueron los siguientes:
matriz polimérica: PVDF (Fabricante "Solvay", modelo 5130), PVDC;
agente de reticulación: acrilonitrilo, tetraisocianato, polietilenglicol;
material conductor (agente conductor): Super-P (TIMCAL, Suiza, abreviado como SP);
carga inorgánica: alúmina, fosfato de hierro y litio (abreviado como LFP), fosfato de hierro y litio modificado con revestimiento de carbono (abreviado como LFP/C), titanato de litio modificado con revestimiento de carbono (abreviado como LUT¡5O12/C);
material activo de electrodo positivo: NCM811 (LiNi0.sCo0.1Mn0.1O2).
Los materiales anteriores eran materiales de uso común en la industria de las baterías de litio que pueden estar disponibles comercialmente a través de los proveedores correspondientes.
1.2 Preparación de placa de electrodo negativo
La placa de electrodo negativo se preparó de la siguiente manera: el material activo grafito, el agente conductor Super-P, el espesante CMC, el aglutinante SBR se añadieron al agua desionizada como disolvente en una relación en masa de 96.5:1.0:1.0:1.5 para formar una suspensión de ánodo; luego, la suspensión se aplicó por revestimiento sobre la superficie del colector de corriente de metal de electrodo negativo en forma de lámina de cobre y se secó a 85 °C, luego se recortó, cortó y decapó, seguido de secado a vacío a 110 °C durante 4 horas. Después de soldar la pestaña de electrodo, se obtuvo la placa de electrodo negativo que cumple con los requisitos de la batería secundaria.
1.3 Preparación de electrolito
Se mezclaron carbonato de etileno (EC), carbonato de etil metilo (EMC) y carbonato de dietilo (DEC) en una relación en volumen de 3:5:2 para obtener un disolvente mixto de EC/EMC/DEC, seguido de la disolución de la sal de litio secada completamente LiPF6 en el disolvente mixto a una concentración de 1 mol/l para preparar un electrolito.
1.4 Preparación de la batería
Se usó una película de polipropileno con un espesor de 12 pm como separador, y la placa de electrodo positivo, el separador y la placa de electrodo negativo se apilaron en orden, de modo que el separador quedó intercalado entre la placa de electrodo positivo y la placa de electrodo negativo, y luego la pila se enrolló en un núcleo de batería desnudo. Después de hornear a vacío a 75°C durante 10 h, se inyectó el electrolito (preparado como se describe en "Preparación de electrolito" anteriormente) seguido de envasado a vacío y reposando durante 24 h, para obtener una celda de batería. Después de eso, la celda de batería se cargó a 4.2 V con una corriente constante de 0.1 C y luego se cargó con un voltaje constante de 4.2 V hasta que la corriente cayó a 0.05 C y luego se descargó a 3.0 V con una corriente constante de 0.1 C. Los procesos de carga y descarga anteriores se repitieron dos veces. Finalmente, la celda de batería se cargó a 3.8 V con una corriente constante de 0.1 C, completando de ese modo la preparación de la batería secundaria.
2. Pruebas de rendimiento de materiales
En cada uno de los ejemplos y ejemplos comparativos, los parámetros de propiedades físicas de los materiales se midieron mediante un método comúnmente conocido en la técnica, a menos que se especifique lo contrario.
Se sometieron a prueba algunos parámetros específicos usando los siguientes métodos.
2.1 Alargamiento a la rotura del colector de corriente
Del colector de corriente se tomaron dos muestras que tenían una longitud de 200 mm y una anchura de 15 mm. Para cada muestra, los valores del espesor h (pm) de muestra se midieron usando un micrómetro. A continuación, la muestra se montó en una máquina de tracción (modelo AI7000) y se estiró a una velocidad de 50 mm/min. El promedio de las dos pruebas se utilizó como resultado de la prueba. Se registró la longitud inicial L0. Se puso en marcha la máquina de tracción, hasta que se rompió la muestra. El desplazamiento L1 de la muestra en el momento de la rotura se leyó en la máquina de tracción. Alargamiento a la rotura = (L1-L0)/L0 * 100%.
2.2 Espesor del colector de corriente y espesor del revestimiento
El espesor del colector de corriente se midió con un micrómetro y se utilizó el valor promedio de 5 puntos. Espesor del revestimiento: primero medir el espesor del colector actual y luego medir el espesor total después del revestimiento, y calcular la diferencia entre los dos valores como el espesor del revestimiento.
2.3 Agrietamiento del revestimiento
Después de secar y obtener una capa de material activo de electrodo positivo, si no se observaron grietas en los 100 m2 de placa de electrodo, se definió como sin agrietamiento; si el número de apariciones de grietas en 100 m2 de la placa de electrodo era <3, se definió como agrietamiento leve; si el número de apariciones de grietas en 100 m2 de la placa de electrodo era >3, se definió como agrietamiento fuerte.
3. Pruebas de rendimiento de la batería
El rendimiento de seguridad de las baterías secundarias de diversos ejemplos y ejemplos comparativos se evaluó utilizando GBT31485-2015 "Safety Requirements and Test Methods for Traction Battery of Electric Vehicle", y se registraron los resultados de la prueba.
3.1 Prueba de punción:
La batería secundaria se cargó por completo al voltaje de corte de carga con una corriente de 1 C y luego se cargó con un voltaje constante hasta que la corriente cayó a 0.05 C. Después de eso, se terminó la carga. Se usó una aguja de acero resistente a altas temperaturas de 9 5-10 mm (su punta tenía un ángulo cónico de 45 °) para perforar la placa de batería a una velocidad de 25 mm/s en la dirección perpendicular a la placa de batería. La posición de punción debe estar cerca del centro geométrico de la superficie a perforar, la aguja de acero permaneció en la batería y luego se hizo la observación para ver si la batería tenía una indicación de quemado o explosión.
3.2 Prueba de sobrecarga:
La batería secundaria se cargó por completo al voltaje de corte de carga con una corriente de 1 C y luego se cargó con un voltaje constante hasta que la corriente cayó a 0.05 C. Después de eso, se terminó la carga. Luego, después de cargar con una corriente constante de 1 C para alcanzar un voltaje de 1.5 veces el voltaje de corte de carga o después de cargar durante 1 hora, se terminó la carga.
3.3 Prueba de rendimiento del ciclo:
Las condiciones de prueba del número de ciclo fueron las siguientes: la batería secundaria se sometió a una prueba de ciclo 1C/1C a 25 °C en la que el intervalo de tensión de carga y descarga fue de 2.8 a 4.2 V. La prueba finalizó cuando se atenuó la capacidad hasta el 80 % de la primera capacidad específica de descarga.
3.4 Prueba de efecto PTC
La batería secundaria se cargó por completo al voltaje de corte de carga con una corriente de 1 C y luego se cargó con un voltaje constante hasta que la corriente se redujo a 0.05 C. Después de eso, se terminó la carga y la resistencia de CC de la celda de batería se sometió a prueba (descargando con una corriente de 4 C durante 10 s). Luego, la celda de batería se colocó a 130 °C durante 1 hora seguido de someter a prueba la resistencia de CC y calcular la tasa de crecimiento de la resistencia de CC. Luego, la celda de batería se colocó a 130 °C durante 2 h seguido de someter a prueba la resistencia de CC y calcular la tasa de crecimiento de la resistencia de CC.
3.5 Prueba DCR
La batería secundaria se ajustó al 50 % de SOC con una corriente de 1 C a 25 °C, y se registró el voltaje U1. Luego, se descargó con una corriente de 4 C durante 30 segundos y se registró el voltaje U2. RCD = (U1-U2)/4C.
En esta solicitud, para facilitar la comparación, se usó como referencia la DCR de la celda de batería con matriz de PVDF no reticulada y se registró como el 100 %, y se calcularon y registraron la DCR de las otras celdas de batería y sus proporciones.
4. Resultados de la prueba de rendimiento
4.1 Rendimiento de protección (efecto PTC) del revestimiento de seguridad y su efecto en el rendimiento de la batería
Para confirmar el rendimiento de protección del revestimiento de seguridad, se prepararon los correspondientes revestimientos de seguridad, placas de electrodo positivo, placas de electrodo negativo y baterías con los materiales y cantidades específicos que se enumeran en la Tabla 1-1 a continuación de acuerdo con los métodos y procedimientos descritos en "1. Método de preparación", y se probaron de acuerdo con el método especificado en "3. Pruebas de rendimiento de la batería". Para garantizar la precisión de los datos, se prepararon 4 muestras para cada batería (10 muestras para la prueba de perforación) y se probaron de forma independiente.
Los resultados de la prueba finalmente se promediaron y se muestran en las Tablas 1-2 y 1-3. Todos los ejemplos de las tablas 1-1 a la tabla 1-3 se proporcionan como referencia y no son de acuerdo con la presente invención.
En la prueba, la placa de electrodo convencional CPlaca P se preparó con el método descrito en "1.1 Preparación de la placa de electrodo positivo", pero no se proporcionó el revestimiento de seguridad. Es decir, se aplicó directamente un material activo de electrodo positivo sobre el colector de corriente. La placa de electrodo convencional Cplaca N se preparó de acuerdo con el método descrito en "1.2 Preparación de la placa de electrodo negativo".
Tabla 1-1. Composiciones de placa de electrodo
Figure imgf000014_0001
Tabla 1-2. Rendimiento de la batería de iones litio
Figure imgf000014_0002
Tabla 1-3. Rendimiento de la batería de iones litio
Figure imgf000014_0003
Los datos de la Tabla 1-1 y la Tabla 1-2 indicaron que el revestimiento de seguridad con PVDF o PVDC como matriz polimérica mejora significativamente el rendimiento de seguridad de la batería durante la penetración de clavos, especialmente en el caso de que se haya añadido una carga inorgánica. Los resultados de la tasa de crecimiento de los datos de DCR en la Tabla 1-3 indicaron que el revestimiento de seguridad compuesto por PVDF y un material conductor tiene un efecto PTC, y la adición de la carga inorgánica mejora significativamente la tasa de crecimiento de DCR de la batería a alta temperatura, es decir, el efecto PTC es más notable.
4.2 Efecto del contenido de cada componente contenido en el revestimiento de seguridad
Para estudiar más a fondo el efecto del contenido de cada componente contenido en los revestimientos de seguridad, se prepararon los correspondientes revestimientos de seguridad, placas de electrodo positivo, placas de electrodo negativo y baterías con los materiales específicos y las cantidades enumerados en la Tabla 2-1 a continuación de acuerdo con los métodos y procedimientos descritos en "1. Método de preparación", y luego se probaron de acuerdo con el método especificado en "3. Pruebas de rendimiento de la batería". Para garantizar la precisión de los datos, se prepararon 4 muestras para cada batería (10 muestras para la prueba de punción) y se probaron de forma independiente. Los resultados de la prueba finalmente se promediaron y se muestran en la Tabla 2-2. Todos los ejemplos de las Tablas 2-1 a la Tabla 2-2 se proporcionan como referencia y no son de acuerdo con la presente invención.
Tabla 2-1. Composiciones de placa de electrodo
Figure imgf000015_0001
Tabla 2-2: Rendimiento de las baterías de iones litio
Figure imgf000015_0002
Los datos de la Tabla 2-1 y la Tabla 2-2 muestran que: (1) si el contenido de la carga inorgánica es demasiado bajo, entonces la estabilidad del revestimiento de seguridad no es lo suficientemente alta, por lo que el rendimiento de seguridad de la batería no puede mejorarse completamente; si el contenido de la carga inorgánica es demasiado alto, entonces el contenido de la matriz polimérica es demasiado bajo, de modo que no se puede asegurar el efecto del revestimiento de seguridad; (2) el material conductor tiene una gran influencia en la resistencia interna y la polarización de la batería, por lo que afectaría al ciclo de vida de la batería. Cuanto mayor sea el contenido del material conductor, menor será la resistencia interna y la polarización de la batería, por lo que el ciclo de vida será mejor.
Se ha encontrado a través de experimentos que el intervalo de contenido apropiado de cada componente en el revestimiento de seguridad es el siguiente:
del 35 % al 75 % en peso de la matriz polimérica;
del 5 % al 25 % en peso del material conductor; y/o
del 10 % al 60 % en peso de la carga inorgánica.
Siempre que el contenido de cada componente en el revestimiento de seguridad esté dentro del intervalo anterior, se puede lograr el efecto de mejorar el rendimiento de seguridad y eléctrico (por ejemplo, el rendimiento del ciclo) de la batería.
4.3 Efecto del tipo de carga inorgánica en el rendimiento de la batería
Con el fin de estudiar más a fondo el efecto de los materiales en el revestimiento de seguridad sobre el rendimiento de la placa de electrodo y la batería, se prepararon los correspondientes revestimientos de seguridad, placas de electrodo positivo, placas de electrodo negativo y baterías con los materiales específicos y las cantidades enumerados en la Tabla 3- 1 a continuación de acuerdo con los métodos y procedimientos descritos en "1. Método de preparación", y se probaron de acuerdo con el método especificado en "3. Pruebas de rendimiento de la batería". Para garantizar la precisión de los datos, se prepararon 4 muestras para cada batería (10 muestras para la prueba de punción) y se probaron de forma independiente. Los resultados de la prueba finalmente se promediaron y se muestran en la Tabla 3-2. Todos los ejemplos en las Tablas 3-1 a la Tabla 3-2 se proporcionan como referencia y no son de acuerdo con la presente invención.
Tabla 3-1: Composiciones de la placa de electrodos
Figure imgf000016_0001
Tabla 3-2: Rendimiento de las baterías de iones litio
Figure imgf000016_0002
Los datos de las Tablas 3-1 y 3-2 muestran que, en comparación con otros materiales (como la alúmina), el material electroquímicamente activo mejora significativamente el rendimiento de seguridad contra sobrecargas de la batería. Además, el material electroquímicamente activo modificado con revestimiento de carbono también mejora el ciclo de vida de la batería.
4.4 Efecto de la reticulación en el rendimiento de la placa y la batería.
Los revestimientos de seguridad correspondientes, las placas de electrodo positivo, las placas de electrodo negativo y las baterías se prepararon con los materiales específicos y cantidades enumerados en la Tabla 4-1 a continuación de acuerdo con los métodos y procedimientos descritos anteriormente, y se probaron de acuerdo con el método especificado para estudiar el efecto de la reticulación en el agrietamiento del revestimiento y DCR. Las placas 2-51, 2-57 y la batería 52 de las tablas 4-1 y 4-2 son ejemplos comparativos.
Figure imgf000017_0001
En el caso donde la velocidad de revestimiento de la capa de material activo de electrodo positivo fuera de 50 m/min, la matriz polimérica de la placa de electrodo 2-51 no se reticuló al agregar un agente de reticulación y, por lo tanto, hubo un agrietamiento fuerte en la placa de electrodo. La adición de un agente de reticulación tuvo un efecto significativo en la mejora del agrietamiento de la placa de electrodo. No se produjeron agrietamientos en la placa de electrodo 2-53 a la placa de electrodo 2-56. Se realizaron experimentos similares para PVDC (placas de electrodo 2­ 57 y 2-58) y los resultados fueron similares. Puede observarse que la adición del agente de reticulación elimina significativamente el agrietamiento del revestimiento de la placa de electrodo.
Tabla 4-2: Rendimiento de la batería de iones litio
Figure imgf000018_0001
Para la placa de electrodo 2-51, la matriz polimérica no se reticuló al añadir un agente de reticulación y, por lo tanto, la matriz polimérica se hinchó mucho en el electrolito, lo que dio como resultado una DCR grande. La adición del agente de reticulación puede reducir el hinchamiento de la matriz polimérica en el electrolito y tuvo un efecto significativo en la reducción de la DCR. Puede observarse que la adición del agente de reticulación puede reducir significativamente la DCR de la batería.
Además, los datos anteriores indicaron que PVDF/PVDC se puede utilizar como matriz polimérica de la capa PTC independientemente de la reticulación o no, y la batería obtenida tuvo un alto rendimiento de seguridad en el que el resultado de la prueba de punción es excelente, lo que indicó que el tratamiento de reticulación no afectó de manera adversa al efecto protector del revestimiento de seguridad. Además, en comparación con el PVDC/PVDF no reticulado, el tratamiento de reticulación mejoró el agrietamiento de la placa de electrodo, desde un agrietamiento fuerte hasta la ausencia de agrietamiento o un agrietamiento leve. El tratamiento de reticulación reduce el hinchamiento de la matriz polimérica en el electrolito, reduciendo de ese modo la DCR entre un 15 % y un 25 %, mejorando así el rendimiento eléctrico de la batería.
Los expertos en la materia entenderán que los ejemplos de implementación anteriores de las placas de esta solicitud solo se ejemplifican para usarse para una batería de litio, pero las placas de esta solicitud también se pueden aplicar a otros tipos de baterías o dispositivos electroquímicos y todavía puede producir buenos efectos técnicos de esta solicitud.
Será evidente para los expertos en la técnica que la presente solicitud puede modificarse y variarse de acuerdo con las enseñanzas anteriores. En consecuencia, la presente solicitud no se limita a las realizaciones específicas divulgadas y descritas anteriormente, y se pretende que las modificaciones y variaciones de la presente solicitud se incluyan dentro del alcance de las reivindicaciones de la presente solicitud. Además, aunque se utiliza cierta terminología específica en esta memoria descriptiva, estos términos son solo para fines ilustrativos y no pretenden limitar la presente solicitud de ninguna manera.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Una placa de electrodo positivo, que comprende un colector de corriente (10), una capa de material activo de electrodo positivo (14) y un revestimiento de seguridad (12) dispuesto entre el colector de corriente (10) y la capa de material activo de electrodo positivo (14); en donde el revestimiento de seguridad (12) comprende una matriz polimérica, un material conductor y una carga inorgánica; y en donde la matriz polimérica es poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada que tiene una estructura reticulada,
en donde basándose en el peso total de la matriz polimérica, el material conductor y la carga inorgánica como el 100 %, la matriz de polímero está presente en una cantidad de desde el 35 % en peso hasta el 75 % en peso,
el material conductor está presente en una cantidad de desde el 5 % en peso hasta el 25 % en peso, y
la carga inorgánica está presente en una cantidad de desde el 10 % en peso hasta el 60 % en peso,
y la poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada que tiene una estructura reticulada mediante un tratamiento de reticulación, el tratamiento de reticulación se logra mediante la introducción de un activador y un agente de reticulación, la relación en peso del activador con respecto a la matriz polimérica está en el intervalo del 0.5 % al 5 %, y la relación en peso del agente de reticulación con respecto a la matriz polimérica es desde el 0.01% hasta el 5 %; y el agente de reticulación se selecciona de al menos uno de poliisocianatos, poliaminas, polioles, glicidil éteres, glioxal, aziridina, sustancias inorgánicas, organosilicios, ácidos bencenosulfónicos, compuestos olefínicamente insaturados, peróxidos orgánicos y compuestos orgánicos metálicos;
en donde el papel del activador es eliminar HF o HCl de la poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada para formar un doble enlace C=C y el papel del agente de reticulación es reticular el doble enlace C=C.
2. La placa de electrodo positivo según la reivindicación 1, en donde los poliisocianatos se seleccionan de al menos uno de JQ-1, JQ-1E, JQ-2e , JQ-3E, JQ-4, JQ-5, JQ-6, PAPI, emulsionable MDI y tetraisocianato;
las poliaminas se seleccionan de al menos una de propanodiamina y MOCA;
los polioles se seleccionan de al menos uno de polietilenglicol, polipropilenglicol y trimetilolpropano;
los glicidil éteres se seleccionan de al menos uno de polipropilenglicol glicidil éter;
las sustancias inorgánicas se seleccionan de al menos uno de óxido de cinc, cloruro de aluminio, sulfato de aluminio, azufre, ácido bórico, bórax y nitrato de cromo;
los organosilicios se seleccionan de al menos uno de ortosilicato de etilo, ortosilicato de metilo y trimetoxisilano; los ácidos bencenosulfónicos se seleccionan de ácido p-toluenosulfónico y cloruro de p-toluenosulfonilo;
los compuestos olefínicamente insaturados se seleccionan de al menos uno de estireno, a-metilestireno, acrilonitrilo, ácido acrílico, ácido metacrílico, acrilatos; más preferiblemente, los acrilatos se seleccionan de al menos uno de diacrilato de 1,4-butilenglicol, dimetacrilato de etilenglicol, TAC, acrilato de butilo, HEA, HPA, HEMA, HPMA y MMA; los peróxidos orgánicos se seleccionan de al menos uno de peróxido de dicumilo y peróxido de bis(2,4-diclorobenzoílo);
los compuestos orgánicos metálicos se seleccionan de al menos uno de isopropóxido de aluminio, acetato de cinc y acetilacetonato de titanio; y/o
la relación en peso del agente de reticulación con respecto a la matriz polimérica es de desde el 0,01 % hasta el 5 %.
3. La placa de electrodo positivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en donde la matriz polimérica se selecciona de al menos uno de poli(fluoruro de vinilideno) (PVDF), PVDF modificado con ácido carboxílico, PVDF modificado con ácido acrílico, poli(cloruro de vinilideno) (PVDC), PVDC modificado con ácido carboxílico, PVDC modificado con ácido acrílico, copolímeros de PVDF y copolímeros de PVDC, todos con una estructura reticulada.
4. La placa de electrodo positivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en donde el material conductor se selecciona de al menos uno de un material a base de carbono conductor, un material de metal conductor y un material de polímero conductor;
preferiblemente, el material conductor a base de carbono se selecciona de al menos uno de negro de carbón conductor, negro de acetileno, grafito, grafeno, nanotubos de carbono y nanofibras de carbono; preferiblemente, el material metálico conductor se selecciona de al menos uno de polvo de Al, polvo de Ni y polvo de oro; y
preferiblemente, el material de polímero conductor se selecciona de al menos uno de politiofeno conductor, polipirrol conductor y polianilina conductora.
5. La placa de electrodo positivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en donde la carga inorgánica se selecciona de al menos uno de óxidos metálicos, óxidos no metálicos, carburos metálicos, carburos no metálicos y sales inorgánicas, todos opcionalmente modificados con al menos uno de un revestimiento de carbono conductor, un revestimiento de metal conductor o un revestimiento de polímero conductor.
6. La placa de electrodo positivo según la reivindicación 5, en donde la carga inorgánica se selecciona de al menos uno de óxido de magnesio, óxido de aluminio, dióxido de titanio, óxido de zirconio, dióxido de silicio, carburo de silicio, carburo de boro, carbonato de calcio, silicato de aluminio, silicato de calcio, titanato de potasio, sulfato de bario, óxido de litio y cobalto, óxido de litio y manganeso, óxido de litio y níquel, óxido de litio, níquel y manganeso, óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto, óxido de litio, níquel, manganeso y aluminio, fosfato de litio y hierro, fosfato de litio y vanadio, fosfato de litio y cobalto, fosfato de litio y manganeso, silicato de litio y hierro, silicato de litio y vanadio, silicato de litio y cobalto, silicato de litio y manganeso y titanato de litio, todos opcionalmente modificados con al menos uno de un revestimiento de carbono conductor, un revestimiento de metal conductor o un revestimiento de polímero conductor;
preferiblemente, la carga inorgánica tiene un tamaño de partícula promedio D de 100 nm <D<10 pm, en donde el tamaño de partícula promedio D se mide como se describe en la memoria descriptiva, y/o la conductividad o de la carga inorgánica satisface 10-3 S/m < o < 102 S/m.
7. La placa de electrodo positivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el revestimiento de seguridad (12) tiene un espesor H de 1 pm < H < 20 pm.
8. La placa de electrodo positivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el colector de corriente (10) es un colector de corriente que contiene aluminio poroso.
9. Un dispositivo electroquímico, que comprende la placa de electrodo positivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el dispositivo electroquímico es un condensador, una batería primaria o una batería secundaria.
10. Un módulo de batería (4), que comprende la batería como se describe en la reivindicación 9.
11. Un paquete de batería (1), que comprende el módulo de batería (4) según la reivindicación 10.
12. Un dispositivo, que comprende la batería como se define en la reivindicación 9 como una fuente de energía del dispositivo, en donde preferiblemente, el dispositivo comprende un vehículo eléctrico, un vehículo eléctrico híbrido o un vehículo eléctrico híbrido enchufable, una bicicleta eléctrica, un scooter eléctrico, un carrito de golf eléctrico, un camión eléctrico, un barco eléctrico o un sistema de almacenamiento de energía.
ES19885692T 2018-11-16 2019-11-15 Placa de electrodo positivo y dispositivo electroquímico Active ES2930179T3 (es)

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