ES2933818T3

ES2933818T3 - Material activo

Info

Publication number: ES2933818T3
Application number: ES19185990T
Authority: ES
Inventors: Szu-Nan Yang
Original assignee: Prologium Holding Inc
Current assignee: Prologium Holding Inc
Priority date: 2014-07-16
Filing date: 2015-07-15
Publication date: 2023-02-14
Anticipated expiration: 2035-07-15
Also published as: HUE048466T2; EP2975672B1; KR101755811B1; US20170346083A1; PL3595051T3; ES2781569T3; HUE060630T2; JP2016029651A; TW201605106A; CN105280892B; EP3595051A1; TWI619297B; EP2975672A1; KR20160009510A; EP3595051B1; US9985285B2; JP6236416B2; US9985283B2; CN105280892A; US20160020460A1

Abstract

En la presente invención se describe un material activo. El material activo incluye un material activo de litio y una cubierta compleja que cubre completamente el material activo de litio. El armazón complejo incluye al menos un revestimiento de protección y al menos un revestimiento de tensión estructural. La cubierta de protección es un tipo de metal que puede alear con el ion de litio. El estrés estructural que cubre la dosis no se alea con el material activo de litio. La carcasa compleja bloquea eficientemente el material activo de litio de la humedad y el oxígeno para que el material activo de litio pueda almacenarse y operarse en el entorno general. La tensión estructural proporcionada a través de la cubierta de tensión estructural puede mantener intacta la configuración del material activo después de las reacciones repetitivas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Material activo

Antecedentes

1. Campo técnico

[0001] La presente invención se refiere a un material activo, en particular a un material activo que comprende el metal litio.

2. Descripción de la técnica relacionada

[0002] Para proporcionar la potencia, deben ser aplicados los materiales activos apropiados para el sistema de suministro de energía para convertir la energía química en la energía eléctrica. Por ejemplo, los materiales activos comunes aplicados para la batería de litio contienen litio, carbono etcétera, donde el metal de litio tiene la máxima densidad energética. Sin embargo, el metal de litio tiene alta actividad química de modo que el almacenamiento y condiciones operativas debe ser mantenido seriamente puesto que el metal de litio reacciona con el oxígeno y humedad en el medio ambiente inmediatamente después del contacto. Las condiciones de almacenamiento y operativas se deben controlar con baja humedad, poco oxígeno y temperatura y humedad apropiadas de modo que aumenta el coste del proceso. Puesto que el metal de litio es tan activo, la reacción de oxidación-reducción ocurre bajo condiciones inapropiadas, lo que a veces se convierte en la reacción de combustión.

[0003] Como se sabe, para aumentar el área de superficie de reacción del electrodo del sistema de suministro de energía, el tamaño de partícula del litio está en la escala de micrómetro o nanómetro. Un recubrimiento de carbonato de litio se aplica para cubrir el metal de litio en la escala de micrómetro o nanómetro para resolver las dificultades de almacenamiento y funcionamiento. Sin embargo, cuanto menor es la partícula, más fuerte es la reacción. Por lo tanto, durante el mezclado de lodo, se necesita el solvente de polaridad baja, tal como tolueno, para evitar la reacción entre el litio y el solvente NMP/PVDF. Pero el solvente de polaridad baja es nocivo para el ser humano y el medio ambiente.

El documento US 2005/118507 A1 divulga un ánodo de litio, que comprende una capa de litio metálico; una capa de aleación de metal-litio depositada en la capa de litio metálico; y una película discontinua de un metal inerte a litio interpuesta entre la capa del metal litio y la capa de aleación de metal-litio. El documento US6265099 B1 divulga un generador electroquímico que comprende películas finas que incluyen un electrodo positivo y su colector, y una hoja de un metal huésped para constituir un electrodo negativo, así como un electrolito que es conductor de los iones de alcalinos y también medios que constituyen una fuente de iones alcalinos, caracterizado por el hecho de que dicha hoja de metal huésped antes de formación de una aleación durante una carga se forma con vacíos perforados que se extienden a través del grosor total del metal huésped, donde la cantidad de vacíos y su disposición en dicha hoja de metal huésped es capaz de absorber en dichos vacíos cualquier expansión lateral de dicha hoja de metal huésped, de forma que previene así sustancialmente cualquier cambio acumulativo en el plano de dicha hoja de metal huésped cuando hay formación inicial de aleación en dicha hoja entre dicho metal huésped y un metal alcalino causado por dichos iones alcalinos. El documento US6537701 B1 divulga una célula electroquímica, que comprende un ánodo de litio y un electrodo de azufre que incluye al menos un azufre elemental, sulfuro de litio, y/o un polisulfuro de litio, donde dicho ánodo tiene una capa de aleación de aluminio-litio con un recubrimiento de superficie que es eficaz para aumentar la eficiencia de ciclo de litio y la estabilidad de ánodo hacia componentes de electrolito durante el almacenamiento de dicha célula electroquímica. El documento WO2013/009429 A1 divulga una arquitectura de ánodo de metal protegido que comprende: un ánodo metálico; y una película de protección compuesta formada sobre y en el contacto directo con el ánodo metálico, donde: el ánodo metálico comprende un metal seleccionado del grupo que consiste en un metal alcalino y un metal alcalinotérreo, y la película de protección compuesta comprende partículas de un compuesto inorgánico dispersadas en toda una matriz de un compuesto orgánico. Sethuraman et al. en Journal of Power Sources, vol. 196, no. 1, 23 junio 2010, páginas 393-398, revelan que una capa de cobre poroso dispuesta encima de silicona permite aumentar la durabilidad de Si después de la aleacióndesaleación con litio, y que su ductilidad permite mantener una buena conductividad electrónica a pesar de la tensión mecánica. Sethuraman et al. en Journal of Power Sources, vol. 196, no. 1, 23 junio 2010, páginas 393 398, revelan que una capa de cobre poroso dispuesta encima de silicona permite aumentar la durabilidad de Si después de la aleación-desaleación con litio, y que su ductilidad permite mantener una buena conductividad electrónica a pesar de la tensión mecánica.

EP1750314 describe un electrodo negativo que tiene dos precursores de electrodos negativos y una capa metálica de litio. Los precursores de electrodos negativos tienen cada uno una capa de superficie de recogida de corriente y una capa de metal activo. US2014134438 divulga partículas recubiertas de litio.

[0004] Por consiguiente, se proporciona un material activo para superar los problemas anteriores.

Resumen de la invención

[0005] La presente invención divulga un material activo según la reivindicación 1. La capa compuesta bloquea eficazmente el material activo de litio del medio ambiente de modo que la humedad y el oxígeno no contactarían con el material activo de litio. El material activo con la capa compuesta descrita en la presente invención se puede almacenar y funcionar bajo condiciones normales. La tensión estructural de la capa estructural metálica puede proporcionar un tampón para sostener la estructura suelta de la capa de protección metálica después de la reacción de la aleación y evita la descomposición de la estructura.

[0006] Un mayor alcance de aplicabilidad de la presente invención se desprende de la descripción detallada dada de aquí en adelante. Sin embargo, se debe entender que la descripción detallada y ejemplos específicos, aunque indican formas de realización preferidas de la invención, se exponen aquí solo para fines ilustrativos. Breve descripción de los dibujos

[0007] La presente invención se comprenderá mejor a partir de la descripción detallada dada a continuación, y por tanto no es limitativa de la presente invención, y donde:

FIG. 1A ilustra el material activo de una forma de realización de referencia.

FIG. 1B ilustra el material activo de esta presente invención.

FIG. 1C ilustra el material activo de una forma de realización de referencia.

FIG. 2A ilustra el material activo de una forma de realización de referencia.

FIG. 2B ilustra el material activo de una forma de realización de referencia.

FIG. 3A ilustra el material activo de una forma de realización de referencia.

FIG. 3B ilustra el material activo de una forma de realización de referencia.

FIG. 3C ilustra el material activo de una forma de realización de referencia.

Descripción detallada

[0008] La presente invención da a conocer un material activo aplicado al sistema de alimentación, que comprende un medio para proceder a una reacción de oxidación-reducción y para liberar iones de litio. El material activo comprende un material activo de litio enteramente cubierto por una capa compuesta que comprende al menos una capa de protección y al menos una capa estructural. La capa compuesta bloquea eficazmente la humedad y el oxígeno del material activo de litio a través de los materiales adecuados y las ubicaciones relativas de la capa de protección y la capa estructural. El material activo de la presente invención puede almacenarse y funcionar en condiciones normales. Además, la capa de protección suelta, después de repetir las reacciones, podría estar confinada en la capa compuesta en lugar de estar lejos del material activo de litio, de modo que se puede aumentar la eficiencia reversible de la capa de protección y se evitaría la gran cantidad de ruptura de la estructura del material activo del electrodo.

[0009] La capa de protección y la capa estructural se describen a continuación.

[0010] La capa de protección debe tener al menos un metal capaz de alearse con el material activo de litio y/o los iones disociados (por ejemplo, iones de litio). La estructura de la capa de protección se suelta después de la reacción de aleación, donde la estructura aflojada proporciona caminos para que los iones disociados y el material activo de litio procedan a la reacción eléctrico-química. La capa de protección bloquea la humedad y el oxígeno de los alrededores del material activo de litio antes de que el material activo se introduzca dentro del sistema de suministro de energía. Por consiguiente, la humedad y el oxígeno del entorno no entrarán en contacto con el material activo de litio, de modo que no se produce una reacción de oxidación-reducción grave debido a la capa de protección.

[0011] La capa estructural debe tener una mayor resistencia estructural para sostener las deformaciones de la estructura (por ejemplo, aflojamiento de la red debido a la reacción de aleación) de la capa de protección y/o del material activo de litio. Además, la capa estructural puede servir como puntos finales de la adhesión del material activo para que la deformación del material activo no conduzca a la ruptura de la estructura del electrodo. La capa estructural tiene algunas zonas conductoras iónicas para que los iones migren a la capa de protección para proceder a la reacción de oxidación-reducción. Además, la capa estructural tiene la capacidad de conducir la electricidad de manera que se pueda reducir la resistencia interna del material activo.

[0012] En consecuencia, la presente invención se divulga en detalle.

[0013] En referencia a la FIG. 1A, se ha ilustrado una forma de realización del material activo de una forma de realización de referencia.

[0014] Como se ilustra, el material activo 10 comprende un material activo de litio 12, una capa compuesta 14 que cubre el material activo de litio 12 por completo. La capa compuesta 14 comprende una capa de protección 142 y una capa estructural 144.

[0015] La capa de protección 142 se dispone junto a la superficie exterior del material activo de litio 12 y cubre completamente el material activo de litio 12. En consecuencia, el material activo de litio 12 está completamente aislado de la humedad y el oxígeno del entorno, de modo que se puede evitar la reacción severa de oxidaciónreducción.

[0016] La capa estructural 144 cubre al menos parcialmente la superficie exterior de la capa de protección 142. La capa de protección aleada 142 y el material activo de litio 12 están confinados en un área determinada debido a la capa estructural 144. Además, la capa estructural 144 cubre la superficie exterior del material activo de litio 12, de modo que la capa estructural 144 puede aumentar la resistencia estructural, especialmente cuando la estructura de la capa de protección aleada 142 se afloja, y puede confinar los materiales aleados más cerca de la capa de protección no reaccionada 142. Una vez que se produce la reacción de desaleación, los materiales aleados sueltos no estarían lejos de la capa de protección 142, por lo que los materiales aleados pueden proceder a la reacción de aleación en la zona más cercana al material activo de litio 12 y a la capa de protección sin reaccionar 142, de modo que los materiales aleados puedan reaccionar bajo el voltaje de funcionamiento adecuado. Además, debido a la función de confinamiento de los materiales aleados, la conductividad eléctrica y la conductividad iónica del material activo 10 pueden permanecer a través de la capa estructural 144 incluso después de varias veces de las reacciones de aleación/desaleación.

[0017] El material activo de litio 12 se hace de un material seleccionado del grupo que consiste en el metal de litio, el compuesto de litio o una combinación de los mismos. El material activo de litio 12 tiene forma de gránulo. La capa de protección 142 comprende al menos un metal. Y, por supuesto, también se pueden incluir una pluralidad de metales. Los iones disociados pueden ser iones de litio para la caja de la batería de litio. Por consiguiente, el metal de la capa de protección 142 puede ser seleccionado del grupo que consiste en aluminio, estaño, aluminio aleado, estaño aleado y/o un metal/aleación que se puede alear con litio. Los iones disociados pueden ser provisto vía el medio tal como el electrolito convencional ejercido en el sistema de suministro de energía. Por ejemplo, el medio se puede seleccionar del grupo que consiste en electrolito de fase de líquido, electrolito de fase sólida, electrolito de gel, ion líquido, solvente orgánico con sal de litio, solvente inorgánico con sal de litio o una combinación de los mismos.

[0018] Una batería de litio se toma como un ejemplo para el sistema de suministro de energía de ahora en adelante. La capa de protección 142 del material activo 10 es aleada con los iones de litio (es decir iones disociados) proporcionados por medio del electrolito (es decir el medio) de la batería de litio y/o se alea con el metal de litio formado sobre la superficie de la capa de protección 142 por medio de la reducción de iones de litio. Los materiales aleados tienen cuadrículas sueltas e hinchadas de modo que la capa de protección 142 del material activo 10 se descompone gradualmente. Sin embargo, con base en la función principal de la capa de protección 142, es evidente darse cuenta de que la capa de protección 142 se aplica para proteger el material activo de litio 12 de la humedad y el oxígeno del medio ambiente antes de que el material activo 10 sea sellado dentro de la batería de litio. Una vez el material activo 10 se ha sellado dentro de la batería de litio, el material activo de litio 12 puede entrar en contacto solamente con menor humedad y oxígeno, así que incluso si la capa de protección 142 se hincha y/o se descompone debido a reacciones de aleación/desaleación, la protección proporcionada por medio de la capa de protección 142 al material activo de litio 12 no se ve afectada sustancialmente.

[0019] Sin embargo, en cuanto al material activo convencional, la descomposición de la capa de protección todavía tiene algunas influencias en el rendimiento del material activo. Esto es porque el material activo convencional no está cubierto por medio de la capa estructural sobre la superficie externa de manera que los materiales aleados no se pueden confinar a un área determinada y se distribuirían sobre el electrolito y/o se formarían como materiales sueltos. Una vez se forman los materiales más aleados, menor es la conductividad eléctrica y se gana en conductividad iónica. La actividad del material activo disminuye y la cuestión de polaridad se vuelve más seria. En otras palabras, la capa de protección aleada reduce el grado de reacción de aleación (es decir reduce el índice de la reacción de oxidación-reducción) y hace disminuir la capacidad reversible de la batería de litio después de varias veces de las reacciones de aleación/desaleación. En comparación con la invención actual, el material activo convencional está cubierto solamente por la capa de protección. Puesto que la capa de protección convencional sirve como punto concluyente del material activo y el electrodo, la capa de protección comienza a hincharse y romperse desde su superficie externa después de varias reacciones de aleación/desaleación. Aparentemente, los puntos concluyentes de la adhesión proporcionan descomposición también por medio de la capa de protección. Al fin, el material activo sería despegado del electrodo y esto afectaría al rendimiento de la batería de litio. El material activo 10 descrito en la presente invención se cubre por medio de la capa estructural 144 sobre la superficie externa de modo que la capa de protección aleada 142 puede quedar confinada a un área determinada. Por lo tanto, los puntos concluyentes provistos por medio de la capa de protección 142 no se romperían de modo que el material activo 10 se puede adherir fuertemente al electrodo incluso después después de varias reacciones de aleación/desaleación.

[0020] A diferencia del material activo convencional, la capa estructural 144 sirve como los puntos concluyentes en la presente invención. Mientras tanto, la capa estructural 144 proporciona la fuerza estructural (es decir tensión de estructura) del material activo 10 para mantener la forma y la estructura. La capa de protección aleada 142 se puede confinar por medio de la capa estructural 144, que al menos contacta parcialmente con la capa de protección 142, después de varias reacciones de aleación/separación de la aleación. En esta forma de realización, la capa estructural 144 cubre parcialmente la capa de protección 142 y cubre el material activo de litio 12 indirectamente. En otras palabras, en vez de cubrir la capa de protección 142 de forma total, la capa estructural 144 puede cubrir parcialmente la capa de protección 142 siempre y cuando la tensión estructural provista sea suficientemente alta.

[0021] En esta forma de realización, la capa estructural 144 puede ser un metal con alta tensión estructural y alta conductividad eléctrica, por ejemplo, la capa estructural 144 puede estar hecha de cobre. Para proporcionar la conductividad iónica, la capa estructural de cobre 144 no cubre la capa de protección 142 de forma total y tiene algunos agujeros 16 y/o espacios para servir como los senderos iónicos/electrónicos para reacciones de oxidación-reducción, es decir, para servir como el área conductora iónica. La capa de protección 142 está expuesta por los agujeros 16 y/o los espacios, de forma que los iones disociados pueden contactar con la capa de protección 142 directamente y se alean con la capa de protección 142 para formar los materiales aleados sueltos para exponer el material activo de litio 12a las reacciones de oxidación-reducción.

[0022] En referencia a la FIG. 1B, se ilustra un material activo de la presente invención. La capa compuesta 14 comprende una capa de protección 142 y una capa estructural 144, que están entrelazadas. La configuración se basa en la capa estructural 144 hecha del material sin humedad ni oxígeno, tal como cobre, de modo que la capa estructural 144 puede servir como una parte de capa de protección 142 antes de que el material activo de litio 12 se selle dentro de la batería. La conductividad iónica de la capa estructural 144 de esta forma de realización puede ser provista por medio de la capa de protección adyacente 142.

[0023] En referencia a la FIG. 1C, se ilustra un material activo de una forma de realización de referencia. La diferencia principal entre las formas de realización de la figura 1A y FIG. 1C es que la capa estructural 144 se hace de un material poroso, es decir, la capa estructural 144 misma es una estructura porosa. Por ejemplo, los materiales apropiados se pueden seleccionar del grupo que consiste en polímero, cerámica, fibra o una combinación de los mismos. Además de tener la conductividad iónica, la propiedad intrínseca de la capa estructural 144 puede ser que es eléctricamente conductora. Para tener la propiedad de la conductividad eléctrica, la capa estructural 144 puede estar hecha de un material conductor eléctrico o estar hecha de un material aislante que comprende algunos materiales conductores eléctricos tal como partículas de carbono, polvos metálicos y demás. Además, el electrolito sólido y/o el electrolito de gel puede rellenar los agujeros de la capa estructural 144 o se puede absorber por medio de la capa estructural polimérica 144 por medio de inmersión.

[0024] La capa de protección metálica 142 del material activo 10 de la presente invención comprende un primer material de protección y un segundo material de protección, donde el primer material de protección de la capa de protección metálica 142 se puede alear con el metal de litio y/o los iones de litio y el segundo material de protección de la capa de protección metálica 142 no se puede alear con el metal de litio y/o los iones de litio.

[0025] El primer material de protección puede ser seleccionado a partir de aluminio, estaño, silicona, aluminio aleado, estaño aleado, u otro metal. El segundo material de protección comprende una especie de material de metal o más de un tipo de materiales de metal tal como cobre, níquel, hierro o combinaciones de los mismos. La capa de protección metálica 142 puede ser un material de aleación doble, un material de aleación triple o un material de aleación múltiple. Por ejemplo, se selecciona el estaño como el material que puede alear con el metal de litio y/o los iones de litio y la aleación de níquel-estaño se seleccionan como el material que no puede alear con el metal de litio y/o los iones de litio, donde el contenido de estaño no es inferior al 0,1%.

[0026] La capa de protección metálica 142 se hincha después de la aleación. El grado de hinchamiento puede disminuir por medio de la adición del segundo material de protección porque el segundo material de protección no puede alearse con el metal de litio y/o los iones de litio, es decir, el volumen de hinchamiento procede principalmente del primer material de protección aleado. El metal que no puede alearse con el metal de litio y/o los iones de litio puede resolver eficazmente el problema de hinchamiento después de la reacción de aleación y evitar la reducción de la capacidad reversible.

[0027] Por favor refiérase a las figuras 2A y 2B, se ilustran dos formas de realización del material activo de una forma de realización de referencia. En la FIG. 2A, la capa estructural 144 del material activo 10 comprende una pluralidad de agujeros ciegos. Dentro de los agujeros ciegos, el material activo de litio 12 está dispuesto en el fondo de los agujeros y la capa de protección 142 está dispuesta sobre el material activo de litio 12. En la FIG.

2B, el material activo de litio 12 y la capa de protección 142 dentro de los agujeros ciegos de la capa estructural 144 no contactan entre sí. Los agujeros ciegos de la capa estructural 144 pueden realizarse a través de los agujeros pasantes.

[0028] Las figuras 3A a 3C ilustran un material activo 10 que comprende una capa de contención 18. La capa de contención 18 separa el material activo de litio 12 y la capa compuesta de modo que no puede la capa 18 barrera no puede reaccionar con el litio y tiene la capacidad de conductividad eléctrica y conductividad iónica. La capacidad de conductividad eléctrica de la capa barrera 18 puede permitir que los electrones entren en el material activo de litio 12 para proceder las reacciones de oxidación-reducción. La capacidad de conductividad iónica de la capa de contención 18 se puede proporcionar por medio del material ejercido. O los iones pueden alcanzar al material activo de litio 12 por medio de los materiales aleados de la capa de protección metálica 142 para conducir el medio hacia la capa de contención 18 y al menos el potencial de la totalidad del material activo 10 es el mismo que el potencial del material activo de litio 12.

[0029] La capa de barrera 18 está dispuesta junto al material activo de litio 12 o cubre la superficie exterior del material activo de litio 12. La capa de protección metálica 142 está dispuesta junto al material activo de litio 12 o cubre la superficie exterior del material activo de litio 12. La capa de protección metálica 142 está dispuesta junto al material activo de litio 12 o cubre la superficie exterior de dicho material. En la FIG. 3A, la capa de barrera 18 cubre directa y totalmente la superficie exterior del material activo de litio 12. En la FIG. 3B, la capa de barrera 18 cubre directa y totalmente la superficie exterior del material activo de litio 12. En la FIG. 3B, la capa de barrera 18 cubre directa y parcialmente la superficie exterior del material activo de litio 12. En la FIG. 3C, la capa de barrera 18 comprende, además, al menos una zona de metal inerte 182 y al menos una región de agotamiento 184. La zona de metal inerte 182 está dispuesta de tal manera que el material activo de litio 12 no se ve afectado. La región de metal inerte 182 está situada en la superficie exterior del material activo de litio 12 y no se puede alear con litio. La zona de agotamiento 184 es adyacente a la región de metal inerte 182 y está dispuesta entre la capa de material compuesto y el material activo de litio 12. Independientemente del tipo de realización, el material activo de litio 12 y la capa de protección 142 de la capa de material compuesto están separados a través de la capa de barrera 18 para que el material activo de litio 12 no reaccione con la capa de protección metálica 142 en condiciones inadecuadas (por ejemplo, temperatura elevada) antes de que se produzca la reacción de Faraday para mantener la capa de protección 142 sin reaccionar.

[0030] En la FIG. 3C, la zona metálica inerte 182 está hecha de un metal que se selecciona del grupo que consiste en cobre, níquel, hierro, titanio, zinc, plata, oro, cobre aleado, níquel aleado, hierro aleado o una combinación de los mismos. La zona de agotamiento 184 es un espacio vacío. Cuando la capa de protección metálica 142 y los iones de litio del medio reaccionan para formar los materiales de aleación, la zona de agotamiento 184 puede proporcionar un amortiguador para el volumen de hinchamiento y proporcionar también las vías iónicas.

[0031] La capacidad de conductividad eléctrica de la capa de barrera 18 es útil para mantener el potencial del material activo 10 casi igual al potencial del sistema de ánodo (es decir, el electrodo de ánodo, no mostrado). En consecuencia, cuando el material activo 10 está completamente sellado dentro del sistema de alimentación y se le suministra un medio, como la inyección de un electrolito líquido, el material activo 10 absorbe gradualmente el medio. En este momento, el material activo de litio 12 es conductor iónico, de modo que el potencial del material activo 10 es casi igual al potencial del material activo de litio 12. Los iones de litio del electrolito líquido se depositan uniforme y delicadamente en la superficie de la capa de protección metálica 142 y se alean además con la capa de protección metálica 142 de la capa compuesta para formar los materiales aleados de partículas pequeñas. Cuando la capa de protección metálica 142 aleada se rompe en pequeñas partículas, se forman las vías conductoras eléctricas y la capa de barrera 18 se convierte en las vías conductoras iónicas debido al electrolito líquido sumergido (es decir, iones que conducen hacia dentro).

[0032] En cuanto a las propiedades del material, la capa de barrera 18 puede estar hecha de un material conductor eléctrico/iónico en forma de estructura de capas. El material puede ser el polímero conductor eléctrico tal como PA o cualquier polímero conductor eléctrico/iónico. La capa de barrera 18 puede estar hecha de un material poroso conductor de la electricidad, como el polímero aislante que tiene partículas conductoras de la electricidad, en el que las partículas conductoras de la electricidad pueden seleccionarse entre partículas metálicas o partículas no metálicas. Los iones para el material activo de litio 12 pueden suministrarse a través del material conductor eléctrico a través de la capa de protección metálica 142. Los agujeros o las zonas de agotamiento 184 como se ilustra en la FIG. 3C de la capa de barrera 18 pueden servir como caminos iónicos.

[0033] El mecanismo de reacción del material activo de la forma de realización de referencia, como se ilustra en la FIG. 1A, se proporciona a continuación.

[0034] En primer lugar, se proporciona un medio al material activo 10 del sistema de suministro de energía, por ejemplo, el medio podría ser un electrolito líquido o un ion líquido. El paso es inyectar el electrolito en el sistema de suministro de energía para hacer que el material activo 10 se sumerja en el electrolito. En este momento, el electrolito penetra a través de los orificios 16 de la capa estructural metálica 144 y llega hasta la superficie de la capa de protección metálica 142.

[0035] A continuación, se carga el sistema de alimentación (es decir, la batería de litio) para hacer que los iones disociados (es decir, los iones de litio) del medio (es decir, el electrolito) se aleen con el material metálico de la capa de protección metálica 142 de modo que la capa de protección metálica 142 aleada gane iones.

[0036] Por ejemplo, el material activo de litio 12 es el metal de litio y el material de la capa de protección metálica 142 que reacciona con el material activo de litio 12 es el metal de aluminio. Al cargar la batería de litio, debido a que la superficie de la capa protectora de metal 142 se humedecería a través del electrolito, siempre que el potencial alcance el potencial de deposición de litio, los iones de litio se depositan en la superficie del metal de aluminio de la capa protectora de metal 142 y se alean con el aluminio para formar la aleación Li-Al. Las retículas de las aleaciones Li-Al se rompen y se aflojan. La capa estructural metálica 144 que cubre la capa de protección metálica 142 y se adhiere al material del electrodo puede confinar las aleaciones Li-Al en un área determinada en lugar de dispersarse aleatoriamente en el electrolito. Por lo tanto, la distribución del material activo de litio 12 en el electrodo no se romperá debido a la capa de protección metálica 142 aleada.

[0037] Además, la capa de protección metálica aflojada 142 proporciona además las vías iónicas para que los iones de litio del electrolito migren al material activo de litio, de modo que los potenciales tanto del material activo 10 como del material activo de litio 12 sean los mismos. Aparentemente, ninguna influencia afecta a las reacciones posteriores de oxidación-reducción. Posteriormente, el material activo de litio 12 sirve como electrodo convencional de la batería de litio, que es capaz de recibir y liberar los iones y electrones, de modo que los demás procedimientos son similares a los procedimientos convencionales de carga/descarga.

[0038] Por consiguiente, el material activo descrito en la presente invención puede almacenarse y utilizarse en condiciones normales porque el material activo de litio altamente reactivo está cubierto por la capa compuesta que comprende la capa de protección y la capa estructural. El coste de almacenamiento y funcionamiento puede reducirse considerablemente. Además, el funcionamiento es más flexible y sencillo.

[0039] Además, la capa estructural divulgada en la presente invención puede confinar los materiales aleados formados a partir de la capa de protección en un área determinada de modo que los materiales aleados permanezcan cerca del material activo de litio durante los procedimientos de carga y descarga que siguen. La eficiencia del material activo no disminuiría debido a la ruptura de la estructura del material activo. Mientras tanto, la estable y gran fuerza concluyente entre la capa estructural y el electrodo puede también mantener la distribución del material activo dentro del electrodo incluso cuando se rompe la estructura de la capa metálica de protección.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Material activo incluido en un elemento de suministro de energía que tiene un medio para proceder a una reacción de oxidación-reducción y para liberar iones de litio, donde el material activo comprende:

un material activo de litio, en el que el material activo tiene forma de granulo; y

una capa compuesta, que cubre totalmente el material activo de litio para bloquear la humedad y el oxígeno del material activo de litio, y que comprende:

una capa estructural metálica que cubre parcialmente una superficie exterior del material activo de litio, que está en contacto directo con el material activo de litio, y que está compuesta por un material que no se alea con el metal o el ion litio; y

una capa de protección metálica, que cubre parcialmente la superficie exterior del material activo de litio, que comprende un primer material de protección y un segundo material de protección,

donde el primer material de protección forma una aleación con el metal o el ion de litio proporcionado por el medio, y donde el segundo material de protección no se puede alear con el ion o metal de litio;

donde la capa de protección metálica y la capa estructural metálica están entrelazadas en la superficie exterior del material activo de litio, y

donde la capa de protección metálica se afloja después de una reacción de aleación para proporcionar vías para que el material activo de litio proceda a una reacción eléctrico-química y la capa estructural metálica sirve como puntos concluyentes de una adhesión del material activo.

2. Material activo de la reivindicación 1, en el que la capa estructural metálica comprende un orificio ciego, y el material activo de litio está dispuesto en el fondo del orificio ciego.

3. Material activo de la reivindicación 2, en el que la capa metálica de protección está dispuesta encima del material activo de litio.

4. Material activo de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la capa estructural metálica está hecha de metal que se selecciona del grupo que consiste en cobre, níquel, hierro, cobre aleado, níquel aleado, hierro aleado o una combinación de los mismos.

5. Material activo de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el material activo de litio está hecho de un material seleccionado del grupo que consiste en metal de litio, compuesto de litio o una combinación de los mismos.

6. Material activo de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el medio está hecho de un material seleccionado del grupo que consiste en electrolito en fase líquida, electrolito en fase sólida, electrolito en gel, ion líquido, disolvente orgánico con sal de litio, disolvente inorgánico con sal de litio o una combinación de los mismos.

7. Material activo de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la capa estructural metálica es además conductora eléctrica.

8. Material activo de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer material de protección de la capa de protección metálica comprende un metal seleccionado del grupo que consiste en aluminio, estaño, aluminio aleado o estaño aleado.