ES2945215T3

ES2945215T3 - Lámina de cobre electrolítica, colector de corriente, electrodo y batería secundaria de iones de litio que comprende una lámina de cobre electrolítica

Info

Publication number: ES2945215T3
Application number: ES20749195T
Authority: ES
Inventors: Huei-Fang Huang; Ting-Chun Lai; Kuei-Sen Cheng; Jui-Chang Chou; Yao-Sheng Lai
Original assignee: Chang Chun Petrochemical Co Ltd
Current assignee: Chang Chun Petrochemical Co Ltd
Priority date: 2019-02-01
Filing date: 2020-01-15
Publication date: 2023-06-29
Anticipated expiration: 2040-01-15
Also published as: TW202030370A; JP2021524661A; EP3690082B1; KR20210024179A; KR102222382B1; CN111989989A; KR20200096419A; WO2020156186A1; US20210305580A1; KR102486639B1; TWI720784B; TW202030380A; EP3808876A4; ES2932464T3; WO2020156181A1; PH12021551552A1; KR20210016440A; CN111525138B; KR20210018478A; TWI698536B

Abstract

La presente invención proporciona una lámina de cobre electrolítico, un colector de corriente, un electrodo y una batería secundaria de iones de litio que comprende una lámina de cobre electrolítico. La hoja de cobre electrolítico comprende un lado depositado y un lado de tambor ubicado en lados opuestos. En una primera realización, ΔRS del lado depositado y del lado del tambor de la lámina de cobre electrolítico es como máximo de aproximadamente 95 MPa, y Vv del lado depositado es de aproximadamente 0,15 μm3/μm2 a 1,35 μm3/μm2. En una segunda realización, Sku del lado depositado de la lámina de cobre electrolítico es de aproximadamente 1,5 a 6,5, y Vv del lado depositado es de aproximadamente 0,15 μm3/μm2 a 1,35 μm3/μm2. Las características anteriores facilitan la mejora de la calidad de la hoja de cobre electrolítico, prolongando así la vida útil del ciclo de carga/descarga de la batería secundaria de iones de litio que comprende la hoja de cobre electrolítico. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Lámina de cobre electrolítica, colector de corriente, electrodo y batería secundaria de iones de litio que comprende una lámina de cobre electrolítica

Antecedentes

1. Campo de la divulgación

La presente divulgación se refiere a una lámina de cobre electrodepositada, en particular a una lámina de cobre electrodepositada para una batería secundaria de iones de litio. Además, la presente divulgación se refiere a un colector de corriente, un electrodo y una batería secundaria de iones de litio.

2. Descripción de la técnica anterior

Las baterías secundarias de iones de litio tienen alta energía y alta densidad de potencia, lo que las convierten en la mejor opción de productos de suministro de energía en el campo de los dispositivos electrónicos portátiles (PED), tales como teléfonos celulares y tabletas, herramientas motorizadas, vehículos eléctricos (EV), sistemas de almacenamiento de energía (ESS), aplicaciones espaciales, aplicaciones militares y ferrocarriles. Los vehículos eléctricos incluyen vehículos eléctricos híbridos (HEV), vehículos eléctricos híbridos enchufables (PHEV) y vehículos eléctricos de batería puros (BEV). Si los EV reemplazan la mayor parte del transporte impulsado mediante combustibles fósiles (por ejemplo, gasolina, combustible diésel, etc.), las baterías secundarias de iones de litio reducirán significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero. Además, la alta eficacia energética de las baterías secundarias de iones de litio puede permitir su uso en diversas aplicaciones de la red eléctrica y mejorar la calidad de la energía recogida mediante recursos eólicos, solares, geotérmicos y otros recursos renovables, contribuyendo por tanto a construir de manera generalizada una sociedad sostenible desde el punto de vista energético.

Por lo tanto, las empresas comerciales, así como los laboratorios gubernamentales y académicos, realizan con gran interés investigaciones básicas acerca de las baterías secundarias de iones de litio. Aunque la investigación y el desarrollo en este campo han crecido en los últimos años y las baterías secundarias de iones de litio se comercializan actualmente, sigue existiendo la necesidad de mejorar la vida útil de las baterías secundarias de iones de litio, lo que hace que se puedan aplicar en varios campos.

Las baterías secundarias de iones de litio se basan en iones de litio que se mueven entre los electrodos positivo y negativo para completar la carga y la descarga. Las baterías secundarias de iones de litio incluyen típicamente un colector de corriente de electrodo negativo de una lámina metálica que se deposita con un material activo de electrodo negativo en la misma. Las láminas de cobre son especialmente adecuadas para su uso como colector de corriente de electrodo negativo porque el cobre tiene una buena conductividad eléctrica. Además, con el fin de aumentar la capacidad de la batería secundaria de iones de litio, sustancias tales como silicio (Si), germanio (Ge) y estaño (Sn) se mezclan con las sustancias activas de alta capacidad y se incorporan en una batería secundaria de iones de litio, intensificando la dilatación y contracción de las sustancias activas y aumentando los esfuerzos sobre la lámina de cobre con la que el material activo está en contacto. Además, en algunos productos recientes mejorados, para aumentar la capacidad de la batería secundaria de iones de litio, la lámina de cobre para electrodos está plegada, o doblada, y enrollada. Si la lámina de cobre se agrieta porque no puede resistir la dilatación y la contracción de las sustancias activas durante el uso de la batería o no puede resistir el plegado y el bobinado durante el proceso de fabricación de la batería secundaria de iones de litio, las características de ciclo de la batería secundaria de iones de litio se ven afectadas negativamente.

Con el fin de disminuir el plegado o el arrugamiento de la lámina de cobre electrolítica frecuentemente causados durante el proceso de rollo a rollo (RTR), la solicitud de patente china CN106558703A proporciona una lámina de cobre electrolítica que contiene una película de cobre con al menos el 99 % en peso de cobre y una capa protectora sobre la película de cobre. La lámina de cobre electrolítica se obtiene mediante un baño de cobreado que comprende iones de cobre, ácido sulfúrico e iones de cerio, y la capa protectora incluye al menos uno de un compuesto de cromato, benzotriazol y silano. La lámina de cobre electrolítica tiene una alta resistencia a la tracción de 45 kgf/mm2 o más, lo que garantiza una alta productividad. Sin embargo, la lámina de cobre electrolítica de la patente CN106558703A no divulga ninguna información sobre las características de superficie de la misma.

El documento US 2018/083309 A1 proporciona un conjunto de electrodo para una batería secundaria de electrolito no acuoso que comprende un ánodo, un cátodo y un separador interpuesto entre los mismos. El cátodo comprende un colector de corriente de cátodo y una capa de electrodo de cátodo, y el ánodo comprende un colector de corriente de ánodo y una capa de electrodo de ánodo. Cada una de las capas de electrodo de cátodo y ánodo tiene, de manera independiente, un volumen de vacío de entre un 8% hasta menos de un 35%, y en donde tanto el cátodo como el ánodo tienen, de manera independiente, una resistencia de descascarillado de 0,15 N/cm o más.

El documento WO 2014/065431 A1 proporciona una lámina de cobre con un portador que comprende un portador de lámina de cobre, una capa intermedia laminada sobre el portador de lámina de cobre y una capa de cobre ultrafina laminada sobre la capa intermedia; en donde un valor absoluto de la diferencia del esfuerzo residual de la superficie exterior del dicho portador de lámina de cobre y el esfuerzo residual de la superficie exterior de dicha capa de cobre ultrafina es 14 MPa o menos. Sin embargo, el documento CN106558703A no divulga ninguna información sobre las características de superficie de la misma.

El documento WO 2014/081041 A1 y su correspondiente solicitud de patente china (CN 104812945 A) proporcionan una lámina de cobre electrolítica de superficie tratada, en donde la rugosidad Rz de la superficie rugosa de la lámina de cobre es de 2,0 jim o menos y la curtosis (Sku) de la superficie rugosa es de 2 a 4. Sin embargo, no hay información acerca del volumen de vacío de la superficie rugosa de la lámina de cobre.

El documento CN105986288A proporciona una lámina de cobre electrolítica, en donde el diámetro promedio de los poros de las partes sobresalientes del elemento de perfil de una superficie depositada es de 1 nm a 100 nm. Sin embargo, no tiene nada que ver con el volumen de vacío de la superficie depositada.

Ninguna de las técnicas anteriores que se han mencionado da a conocer la relación entre el esfuerzo residual y el volumen de vacío de una lámina de cobre.

En consecuencia, sigue existiendo la necesidad de mejorar las características y propiedades de las láminas de cobre y de mejorar el rendimiento de las baterías secundarias de iones de litio. Por ejemplo, siguen sin resolverse los problemas debidos a fallos resultantes de la separación entre láminas de cobre y materiales activos o las fracturas de la lámina de cobre durante ciclos elevados de carga y descarga y, en última instancia, el acortamiento de la vida útil de los ciclos de carga-descarga de la batería secundaria de iones de litio.

Sumario de la divulgación

Por consiguiente, un objetivo de la presente divulgación es mejorar el rendimiento de la vida útil de los ciclos de cargadescarga de la batería secundaria de iones de litio.

Para lograr este objetivo, en un primer aspecto, la presente divulgación proporciona una lámina de cobre electrodepositada que comprende un lado depositado y un lado de tambor opuesto al lado depositado, en donde tanto el lado depositado como el lado de tambor poseen un esfuerzo residual (RS) y la lámina de cobre electrodepositada tiene las siguientes características:

(a) el valor absoluto de la diferencia del esfuerzo residual entre el lado depositado y el lado de tambor, también abreviado como valor de diferencia que se representa mediante ARS en lo sucesivo, es de aproximadamente 95 megapascales (MPa) como máximo; y

(b) el lado depositado presenta un volumen de vacío (Vv) en un intervalo de aproximadamente 0,15 micrómetros cúbicos por micrómetro cuadrado (jim3/jim2) a aproximadamente 1,35 jim3/jim 2

De acuerdo con la presente divulgación, el lado depositado y el lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada del primer aspecto están dirigidos hacia dos lados opuestos más externos de la lámina de cobre electrodepositada, es decir, el lado depositado y el lado de tambor están ubicados en los lados más externos de la lámina de cobre electrodepositada. Con valores apropiados de ARS y Vv del lado depositado, la lámina de cobre electrodepositada de la presente divulgación tiene una calidad excelente, lo que la hace adecuada como colector de corriente. Por lo tanto, la lámina de cobre electrodepositada puede mejorar el rendimiento y aumentar la vida útil de los ciclos de cargadescarga cuando se utiliza para la batería secundaria de iones de litio.

Como se usa en el presente documento, el "esfuerzo residual" es el esfuerzo presente dentro de un objeto, un componente o una estructura después de que se hayan eliminado todas las fuerzas externas aplicadas. Cuando el esfuerzo residual es un esfuerzo de compresión, el esfuerzo residual es negativo y el valor se denota con el signo negativo "-" antes del valor. Cuando el esfuerzo residual es un esfuerzo de tracción, el esfuerzo residual es positivo y se puede utilizar opcionalmente el signo positivo "+" antes del valor. Los esfuerzos residuales de los lados depositados y los lados de tambor de la lámina de cobre electrodepositada se miden, respectivamente, con un aparato de rayos X.

Opcionalmente, el ARS de la lámina de cobre electrodepositada puede estar en un intervalo de aproximadamente 5 MPa a aproximadamente 95 MPa. Debe entenderse que el intervalo antes mencionado es continuo y puede representarse como cualquiera de los siguientes valores (cuya unidad es MPa): 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41,42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, pero esto no tiene un carácter limitante. Cada uno de los valores anteriores puede representar un punto de extremo en otro intervalo de valores.

En algunas formas de realización, reducir el ARS de la lámina de cobre electrodepositada es beneficioso para aumentar la vida útil de los ciclos de carga-descarga de una batería secundaria de iones de litio que incorpora dicha lámina de cobre electrodepositada. Es decir, una batería secundaria de iones de litio que comprende una lámina de cobre electrodepositada con un ARS más grande tendrá una vida útil más corta que una batería secundaria de iones de litio que comprende una lámina de cobre electrodepositada con un ARS más pequeño. Si el ARS es demasiado grande, por ejemplo, mayor que 95 MPa, la lámina de cobre electrodepositada con una diferencia excesiva del esfuerzo residual entre el lado depositado y el lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada se puede romper más fácilmente que si el ARS es menor que 95 MPa. Es decir, el rendimiento de la batería se verá afectado negativamente si el ARS de la lámina de cobre electrodepositada es demasiado elevado debido a un fallo de la lámina de cobre electrodepositada causado por una dilatación o contracción excesiva durante los ciclos de carga-descarga. Por lo tanto, si el ARS de la lámina de cobre electrodepositada es demasiado grande, la vida útil de ciclo de la batería secundaria de iones de litio se acorta porque la lámina de cobre electrodepositada se rompe fácilmente debido a una dilatación o contracción excesiva durante la prueba de ciclos de carga-descarga de la misma.

En algunas formas de realización, el ARS de la lámina de cobre electrodepositada se minimiza tanto como sea posible. Opcionalmente, el ARS de la lámina de cobre electrodepositada es de aproximadamente 85 MPa como máximo. Opcionalmente, el ARS de la lámina de cobre electrodepositada es de aproximadamente 81 MPa como máximo. Preferentemente, el ARS de la lámina de cobre electrodepositada puede estar en un intervalo de 5 MPa a aproximadamente 60 MPa. La lámina de cobre electrodepositada puede mejorar la vida útil de los ciclos de cargadescarga hasta 950 veces o más cuando se aplica a una batería secundaria de iones de litio. Más preferentemente, el ARS de la lámina de cobre electrodepositada puede estar en un intervalo de aproximadamente 5 MPa a aproximadamente 50 MPa, de modo que la lámina de cobre electrodepositada puede mejorar la vida útil de los ciclos de carga-descarga hasta 1000 veces o más cuando se aplica a una batería secundaria de iones de litio. Más preferentemente, el ARS de la lámina de cobre electrodepositada puede estar en un intervalo de aproximadamente 5 MPa a aproximadamente 20 MPa, de modo que una batería secundaria de iones de litio que comprende la lámina de cobre electrodepositada puede tener una vida útil de ciclos de carga-descarga de 1200 veces o más.

Opcionalmente, el esfuerzo residual del lado depositado es básicamente mayor que el esfuerzo residual del lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada. Opcionalmente, el esfuerzo residual del lado depositado de la lámina de cobre electrodepositada puede ser de aproximadamente -40 MPa a aproximadamente 100 MPa. Opcionalmente, el esfuerzo residual del lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada puede ser de aproximadamente -47 MPa a aproximadamente 42 MPa.

Como se usa en el presente documento, el "vacío de volumen" se calcula integrando un área delimitada por una curva de relación de material zonal a la altura de una relación de material (mr) especificada, en donde la curva de relación de material zonal se obtiene en base al procedimiento estándar ISO 25178-2:2012. El Vv representa el volumen total de vacíos por unidad de área en un determinado lado de la lámina de cobre electrodepositada. Con referencia al lado izquierdo de la Fig. 1, se muestra una superficie tridimensional del lado depositado o el lado de tambor de una lámina de cobre electrodepositada. Una curva de relación de material zonal correspondiente se puede trazar de manera correspondiente y es como se muestra en el lado derecho de la Fig. 1. La parte superior del pico más alto se establece como una mr del 0 %, y la parte inferior del valle más bajo se establece como una mr del 100%. El Vv se calcula integrando el volumen de los vacíos ubicados por debajo de un determinado plano de corte horizontal (su altura corresponde a una relación de material especificada de entre el 0 % y el 100 %) y por encima de la parte inferior de los valles. Por ejemplo, cuando la mr está al 100 %, el Vv correspondiente es cero; por el contrario, cuando la mr está al 0 %, el Vv correspondiente es el máximo. A menos que se especifique lo contrario, el Vv mencionado en el presente documento se refiere al volumen de vacío con una mr del 10 %, que es el área indicada como Vv en la Fig. 1.

Con referencia a la Fig. 2, se ilustra la relación de diferentes tipos de parámetros de vacío de volumen. El volumen de vacío de núcleo (Vvc) es la diferencia en el volumen de vacío entre una primera relación de material (mr1) y una segunda relación de material (mr2). A menos que se especifique lo contrario, el Vvc mencionado en el presente documento es la diferencia en el volumen de vacío entre la primera relación de material del 10 % y la segunda relación de material del 80 %; es decir, el área se indica como Vvc en la Fig. 2. Además, el volumen de vacío de depresión, que también se denomina volumen de vacío de valle (Vvv), es el volumen de vacío en la segunda relación de material. A menos que se especifique lo contrario, el Vvv mencionado en el presente documento es el volumen de vacío a una mr del 80 %; es decir, el área se indica como Vvv en la Fig. 2. En otras palabras, el Vv es la suma del Vvc y el Vvv.

De acuerdo con la presente divulgación, el lado depositado de la lámina de cobre electrodepositada puede presentar un Vv en el intervalo de aproximadamente 0,15 jim3/jim2 a 1,35 jim3/jim2, y el lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada puede presentar un Vv en el intervalo de aproximadamente 0,15 jim3/jim2 a aproximadamente 1,35 jim3/jim2. En otras palabras, el Vv que está dentro del intervalo de aproximadamente 0,15 jim3/jim2 a aproximadamente 1,35 jim3/jim2 puede ser el Vv del lado depositado de la lámina de cobre electrodepositada o el Vv del lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada. El Vv del lado depositado y del lado de tambor pueden ser valores independientes. Debe entenderse que los intervalos mencionados anteriormente son continuos y podrían representarse como cualquiera de los siguientes valores (la unidad de los siguientes valores es jim3/jim2): 0,15; 0,16 0,17; 0,18; 0,19; 0,20; 0,21; 0,22; 0,23; 0,24; 0,25; 0,26; 0,27; 0,28; 0,29; 0,30; 0,31; 0,32; 0,33; 0,34; 0,35; 0,36; 0,37 0,38; 0,39; 0,40; 0,41; 0,42; 0,43; 0,44; 0,45; 0,46; 0,47; 0,48; 0,49; 0,50; 0,51; 0,52; 0,53; 0,54; 0,55; 0,56; 0,57; 0,58 0,59; 0,60; 0,61; 0,62; 0,63; 0,64; 0,65; 0,66; 0,67; 0,68; 0,69; 0,70; 0,71; 0,72; 0,73; 0,74; 0,75; 0,76; 0,77; 0,78; 0,79 0,80; 0,81; 0,82; 0,83; 0,84; 0,85; 0,86; 0,87; 0,88; 0,89; 0,90; 0,91; 0,92; 0,93; 0,94; 0,95; 0,96; 0,97; 0,98; 0,99; 1,00 1,01; 1,02; 1,03; 1,04; 1,05; 1,06; 1,07; 1,08; 1,09; 1,10; 1,11; 1,12; 1,13; 1,14; 1,15; 1,16; 1,17; 1,18; 1,19; 1,20; 1,21 1,22; 1,23; 1,24; 1,25; 1,26; 1,27; 1,28; 1,29; 1,30; 1,31; 1,32; 1,33; 1,34; 1,35; pero esto no tiene un carácter limitante. Cada uno de los valores anteriores puede representar un punto de extremo en otro intervalo de valores.

En algunas formas de realización, la lámina de cobre electrodepositada puede tener un Vv en un intervalo controlado dentro de límites superiores e inferiores específicos, por ejemplo, dentro de un límite inferior de 0,15 jm 3/ jm 2 y un límite superior de 1,35 jm 3/ jm 2. Cuando Vv es demasiado pequeño, por ejemplo inferior a 0,15 jm 3/ jm 2, la adherencia de la lámina de cobre al material activo es deficiente debido a un efecto de anclaje demasiado débil. Es decir, el material activo no puede anclarse muy bien al lateral de la lámina de cobre electrodepositada y, por lo tanto, la fuerza de adherencia es insuficiente. Por el contrario, si el Vv es demasiado elevado, por ejemplo superior a 1,35 mm3/jm 2 (un Vv elevado indica vacíos de volumen más grandes en el lateral de la lámina de cobre electrodepositada), el material activo no puede recubrirse de manera uniforme en el lateral de la lámina de cobre electrodepositada y no puede llenar todos estos vacíos, dejando algunos vacíos sin cubrir y cubiertos que permanecen entre la lámina de cobre electrodepositada y el material activo. Por consiguiente, cuando el Vv es demasiado elevado o demasiado bajo, la adherencia de la lámina de cobre electrodepositada y el material activo es deficiente; es decir, las baterías secundarias de iones de litio fabricadas con las láminas de cobre electrodepositadas mencionadas anteriormente sin el Vv en el intervalo apropiado presentarán vidas útiles de ciclos de carga-descarga más cortos y un rendimiento de batería más deficiente.

Opcionalmente, tanto el lado depositado como el lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada pueden presentar de forma independiente un Vv en el intervalo de aproximadamente 0,15 jm 3/jm 2 a 1,30 jm 3/jm 2. Opcionalmente, tanto el lado depositado como el lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada pueden presentar de forma independiente un Vv en el intervalo de aproximadamente 0,16 jm 3/ jm 2 a 1,18 jm 3/ jm 2. En una de las formas de realización, tanto el lado depositado como el lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada pueden presentar de forma independiente un Vv en el intervalo de aproximadamente 0,17 jm 3/ jm 2 a 1,11 jm 3/jm 2. En otra forma de realización, tanto el lado depositado como el lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada pueden presentar independientemente un Vv en el intervalo de aproximadamente 0,25 jm 3/ jm 2 a 1,00 jm 3/ jm 2.

Para el lado depositado de la lámina de cobre electrodepositada, el Vvc puede estar en el intervalo de 0,14 jm 3/ jm 2 a 1,15 jm 3/ jm 2. Opcionalmente, el lado depositado de la lámina de cobre electrodepositada puede presentar un Vvc en el intervalo de 0,15 jm 3/ jm 2 a 1,10 jm 3/ jm 2. Opcionalmente, el lado depositado de la lámina de cobre electrodepositada puede presentar un Vvv de aproximadamente 0,15 jm 3/ jm 2 como máximo. Específicamente, el lado depositado de la lámina de cobre electrodepositada puede presentar un Vvv en el intervalo de aproximadamente 0,01 jm 3/ jm 2 a aproximadamente 0,15 jm 3/ jm 2 o en el intervalo de aproximadamente 0,01 jm 3/ jm 2 a aproximadamente 0,10 jm 3/jm 2.

Para el lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada, el Vvc puede estar en el intervalo de 0,14 jm 3/ jm 2 a 1,15 jm 3/ jm 2. Opcionalmente, el lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada puede presentar un Vvc en el intervalo de 0,15 jm 3/ jm 2 a 1,10 jm 3/ jm 2. Opcionalmente, el lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada puede presentar un Vvc en el intervalo de 0,15 jm 3/ jm 2 a 0,75 jm 3/ jm 2. Opcionalmente, el lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada puede presentar un Vvv de aproximadamente 0,15 jm 3/ jm 2 como máximo. Específicamente, el lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada puede presentar un Vvv en el intervalo de aproximadamente 0,01 jm 3/ jm 2 a aproximadamente 0,15 jm 3/jm 2, en el intervalo de aproximadamente 0,01 jm 3/jm 2 a aproximadamente 0,10 jm 3/ jm 2, o en el intervalo de aproximadamente 0,01 jm 3/ jm 2 a aproximadamente 0,05 jm 3/jm 2.

Como se usa en el presente documento, "curtosis" es un criterio para determinar la agudeza de la distribución de altura de una superficie de acuerdo con el procedimiento estándar ISO 25178-2: 2012. Una Sku baja representa que la distribución de altura de la superficie es más plana; por el contrario, una Sku elevada representa que la agudeza de los picos o valles de la superficie es mayor, lo que significa que hay picos y valles más pronunciados.

Una Sku que esté dentro del intervalo de aproximadamente 1,5 a aproximadamente 6,5 puede ser la Sku del lado depositado de la lámina de cobre electrodepositada o la Sku del lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada. En otras palabras, además de controlar la Sku del lado depositado de la lámina de cobre electrodepositada, tanto la Sku del lado depositado como la Sku del lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada pueden controlarse. La Sku del lado depositado y la Sku del lado de tambor pueden ser valores independientes. Debe entenderse que los intervalos mencionados anteriormente son continuos y podrían representarse como cualquiera de los siguientes valores: 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 1,9; 2,0; 2,1; 2,2; 2,3; 2,4; 2,5; 2,6; 2,7; 2,8; 2,9; 3,0; 3,1; 3,2; 3,3; 3,4; 3,5; 3,6; 3,7; 3,8; 3,9; 4,0; 4,1; 4,2; 4,3; 4,4; 4,5; 4,6; 4,7; 4,8; 4,9; 5,0; 5,1; 5,2; 5,3; 5,4; 5,5; 5,6; 5,7; 5,8; 5,9; 6,0; 6,1; 6,2; 6,3; 6,4; 6,5; pero esto no tiene un carácter limitante. Cada uno de los valores anteriores puede representar un punto de extremo en otro intervalo de valores.

En algunas formas de realización, el control de la Sku del lado depositado y/o del lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada también es beneficioso para aumentar la vida útil de los ciclos de carga-descarga de una batería secundaria de iones de litio que incorpora dicha lámina de cobre electrodepositada. Si la Sku del lado depositado y/o del lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada es demasiado baja, tal como inferior a 1,5, o demasiado elevado, tal como superior a 6,5, la adherencia del material activo y el lado depositado y/o el lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada es deficiente. Una batería fabricada con una lámina de cobre electrodepositada que no puede controlar la Sku dentro del intervalo apropiado tendrá una vida útil de ciclos de carga-descarga más corta y un rendimiento de batería deficiente.

Opcionalmente, la Sku del lado depositado y/o la Sku del lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada pueden estar, de forma independiente, en un intervalo de 1,5 a 6,5. Opcionalmente, la Sku del lado depositado y/o la Sku del lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada pueden estar, de forma independiente, en un intervalo de 1,6 a 6,2. Opcionalmente, la Sku del lado depositado y/o la Sku del lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada pueden estar, de forma independiente, en un intervalo de 1,7 a 5,8. En una de las formas de realización, la Sku del lado depositado y/o la Sku del lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada pueden estar, de forma independiente, en un intervalo de 1,5 a 3,7. En otra forma de realización, la Sku del lado depositado y/o la Sku del lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada pueden estar, de forma independiente, en un intervalo de 4,0 a 6,5.

Opcionalmente, la lámina de cobre electrodepositada puede tener un grosor de aproximadamente 3 μm a aproximadamente 20 μm, pero no está limitada a esto. Puede entenderse que un experto en la técnica puede ajustar adecuadamente el grosor de la lámina de cobre electrodepositada de acuerdo con diferentes necesidades.

Como se usa en el presente documento, las definiciones del lado depositado y del lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada están relacionadas con sus posiciones relativas durante el proceso de fabricación de la lámina de cobre electrodepositada. En una de las formas de realización, la lámina de cobre electrodepositada puede ser la lámina de cobre sin revestir producida después de la etapa de electrodeposición, que es una lámina de cobre sin revestir sin ningún tratamiento de superficie. Durante la etapa de electrodeposición, la lámina de cobre sin revestir se puede preparar usando una disolución electrolítica de cobre que comprende sulfato de cobre y ácido sulfúrico como componentes principales, una placa de titanio recubierta por componentes que contienen iridio u óxidos de iridio como ánodo dimensionalmente estable (DSA) y un tambor de titanio como tambor de cátodo, aplicando una corriente continua entre estos dos electrodos para electrodepositar los iones de cobre en la disolución electrolítica de cobre sobre el tambor de cátodo de titanio y, a continuación, extrayendo y enrollando la lámina de cobre sin revestir del tambor de cátodo de titanio. En el presente documento, el lado de la lámina de cobre sin revestir cerca de la disolución electrolítica de cobre se denomina "lado depositado", mientras que el lado de la lámina de cobre sin revestir cerca de la superficie del tambor de cátodo de titanio se denomina "lado de tambor"; tanto el lado depositado como el lado de tambor son los lados más externos de la lámina de cobre electrodepositada. En otra forma de realización, la lámina de cobre electrodepositada puede ser una lámina de cobre que se procesa con tratamiento de superficie después de la etapa de electrodeposición; es decir, la lámina de cobre electrodepositada comprende una lámina de cobre sin revestir y una capa de superficie tratada dispuesta sobre la lámina de cobre sin revestir, y el lado depositado y el lado de tambor son los lados más externos de la lámina de cobre electrodepositada. En otras palabras, en la lámina de cobre electrodepositada que tiene la lámina de cobre sin revestir procesada adicionalmente con tratamiento de superficie, tanto el lado depositado como el lado de tambor son los lados opuestos más externos de la lámina de cobre electrodepositada.

Opcionalmente, la capa de superficie tratada puede ser una capa antioxidante, pero no está limitada a esto. La capa antioxidante puede proteger la lámina de cobre sin revestir contra la degradación causada, por ejemplo, por la corrosión. Opcionalmente, la lámina de cobre sin revestir preparada después de la etapa de electrodeposición puede sumergirse o pasar a través de una disolución que contiene un material antioxidante y someterse a galvanoplastia para formar la capa antioxidante sobre la misma. Por ejemplo, el material antioxidante comprende zinc (Zn), cromo (Cr), níquel (Ni), cobalto (Co), molibdeno (Mo), vanadio (V) o cualquier combinación de los mismos; como alternativa, el material antioxidante puede comprender un compuesto orgánico tal como un compuesto de azol. El tratamiento de la superficie puede ser continuo y ser parte del proceso general en la preparación de la lámina de cobre electrodepositada.

Para lograr el objetivo mencionado anteriormente, en un tercer aspecto, la presente divulgación proporciona un colector de corriente que comprende la lámina de cobre electrodepositada mencionada anteriormente. Como se indica en el primer aspecto, en donde la lámina de cobre electrodepositada tiene al menos dichas dos características, tales como controlar adecuadamente el ARS y el Vv del lado depositado, las láminas de cobre electrodepositadas del primer aspecto son adecuadas para colectores de corriente.

Opcionalmente, el colector de corriente puede usarse como colector de corriente de electrodo negativo o colector de corriente de electrodo positivo.

Para lograr el objetivo mencionado anteriormente, en un cuarto aspecto, la presente divulgación proporciona un electrodo, que comprende el colector de corriente mencionado anteriormente y una sustancia activa, y la sustancia activa puede recubrir el colector de corriente.

Opcionalmente, el material activo puede ser una sustancia activa de electrodo positivo o una sustancia activa de electrodo negativo. En una de las formas de realización, la sustancia activa de electrodo positivo puede recubrir el lado de la lámina de cobre electrodepositada para preparar un electrodo positivo. En otra forma de realización, la sustancia activa de electrodo negativo puede recubrir el lado de la lámina de cobre electrodepositada para preparar un electrodo negativo.

La sustancia activa de electrodo negativo puede ser una sustancia que contiene carbono, una sustancia que contiene silicio, un compuesto de carburo de silicio, un metal, un óxido metálico, una aleación metálica o un polímero. La sustancia que contiene carbono o la sustancia que contiene silicio es preferible, pero esto no tiene un carácter limitante. Específicamente, la sustancia que contiene carbono puede ser, pero no se limita a, carbono no grafitizante, coque, grafito, carbono similar al vidrio, fibra de carbono, carbono activado, negro de carbón o una sustancia calcinada de alto polímero. El coque puede comprender coque de brea, coque de aguja, coque de petróleo, etc. La sustancia calcinada de alto polímero puede obtenerse calcinando una resina de fenol-formaldehído o una resina de furano a una temperatura adecuada para la carbonatación. La sustancia que contiene silicio tiene una excelente capacidad para formar una aleación con iones de litio y una excelente capacidad para extraer iones de litio de la aleación de litio. Cuando la sustancia que contiene silicio se aplica a una célula secundaria de iones de litio, se puede obtener una celda secundaria de alta densidad de energía. La sustancia que contiene silicio puede combinarse con cobalto (Co), níquel (Ni), zinc (Zn), cromo (Cr), molibdeno (Mo), hierro (Fe), estaño (Sn), cobre (Cu), manganeso (Mn), indio (In), plata (Ag), titanio (Ti), germanio (Ge), bismuto (Bi), antimonio (Sb), rutenio (Ru) o combinaciones de los mismos para formar una aleación. El elemento metálico o de aleación metálica se puede seleccionar del grupo que consiste en Co, Fe, Sn, Ni, Cu, Mn, Zn, In, Ag, Ti, Ge, Bi, Sb, Cr, Ru y Mo, pero esto no tiene un carácter limitante. El óxido metálico antes mencionado puede ser, pero no se limita a, óxido férrico, óxido férrico ferroso, dióxido de rutenio, dióxido de molibdeno y trióxido de molibdeno. Los ejemplos de los polímeros antes mencionados pueden incluir, pero no se limitan a, poliacetileno y polipirrol.

Opcionalmente, la sustancia activa de electrodo positivo puede tener múltiples opciones. Dependiendo de la diferencia de las sustancias activas de electrodo positivo, la batería secundaria de iones de litio puede ser una batería secundaria de LiCoO₂, una batería secundaria de LiNiO2, una batería secundaria de LiMn₂O4, una batería secundaria de LiFePO₄, etc., pero esto no tiene un carácter limitante.

Para lograr el objetivo mencionado anteriormente, en un quinto aspecto, la presente divulgación proporciona una batería secundaria de iones de litio, que comprende el electrodo mencionado anteriormente. Específicamente, la batería secundaria de iones de litio comprende un electrodo positivo, un electrodo negativo y una disolución electrolítica.

Opcionalmente, la lámina de cobre electrodepositada del primer o segundo aspecto es particularmente adecuada para la preparación del electrodo negativo de la batería secundaria de iones de litio. Con al menos dos características anteriores, por ejemplo, el ARS y el Vv adecuadamente controlados del lado depositado o la Sku y el Vv adecuadamente controlados del lado depositado, la lámina de cobre electrodepositada del primer o segundo aspecto puede tener una excelente manejabilidad, durabilidad, bajo arrugamiento y bajo agrietamiento, lo que contribuye a la mejora de la adherencia de la lámina de cobre electrodepositada en contacto con el material activo y la prevención de fallos resultantes de la separación de los materiales activos de las láminas de cobre electrodepositadas o de fracturas de la lámina de cobre electrodepositada después de que la batería secundaria de iones de litio experimente ciclos altos de carga y descarga. En resumen, la lámina de cobre electrodepositada del primer o segundo aspecto puede mejorar significativamente el rendimiento de la batería secundaria de iones de litio, y permite que la batería secundaria de iones de litio que comprende dicha lámina de cobre electrodepositada presente al menos una vida útil de ciclos de carga-descarga de 900 veces a 1200 veces o más. Por lo tanto, la batería secundaria de iones de litio tiene un excelente rendimiento de vida útil.

De acuerdo con la presente divulgación, la disolución electrolítica puede comprender disolvente, electrolito o aditivos añadidos, en base a diferentes condiciones. El disolvente de la disolución electrolítica puede comprender un disolvente no acuoso, por ejemplo un carbonato cíclico tal como carbonato de etileno (EC) o carbonato de propileno (PC); un carbonato lineal tal como carbonato de dimetilo (DMC), carbonato de dietilo (DEC) o carbonato de etilo y metilo (EMC); o sultona, pero esto no tiene un carácter limitante. El disolvente antes mencionado se puede usar solo o en combinación de dos o más tipos de disolventes.

En algunas formas de realización, el electrodo positivo y el electrodo negativo de la batería secundaria de iones de litio pueden estar separados por una película separadora. En algunas formas de realización, la lámina de cobre electrodepositada se puede usar para preparar una batería secundaria de iones de litio, tal como una batería secundaria de iones de litio de tipo laminado o una batería secundaria de iones de litio de tipo moneda, pero esto no tiene un carácter limitante.

En otros aspectos, la presente divulgación puede proporcionar un dispositivo que comprende una batería secundaria de iones de litio. En el presente documento, el dispositivo comprende elementos o componentes que requieren energía eléctrica para su funcionamiento. Por ejemplo, los componentes y dispositivos ligeros, portátiles, independientes y móviles requieren baterías pequeñas y ligeras. Los dispositivos pueden comprender vehículos (por ejemplo, automóviles, tranvías, autobuses, camiones, barcos, submarinos, aviones), ordenadores (por ejemplo, para microcontroladores, ordenadores portátiles, tabletas), teléfonos (por ejemplo, teléfonos inteligentes, teléfonos fijos inalámbricos), equipos de supervisión de salud personal (por ejemplo, medidores de glucosa, marcapasos), herramientas motorizadas (por ejemplo, taladros eléctricos, motosierras), dispositivos de iluminación (por ejemplo, linternas, iluminación de emergencia, señales), dispositivos de medición portátiles (por ejemplo, medidores de pH, dispositivos de control del aire) y unidades habitacionales (por ejemplo, en una nave espacial, en un remolque, en una casa, en un avión o en un submarino), pero esto no tiene un carácter limitante. Además, la lámina de cobre electrodepositada de la presente divulgación se puede aplicar a baterías secundarias de iones de litio ligeras, lo que la hace adecuada para su uso en vehículos eléctricos, dispositivos electrónicos portátiles y productos espaciales, etc.

Descripción de los dibujos

La Fig. 1 ilustra un gráfico de relación de material zonal que corresponde a la estructura 3D de una superficie.

La Fig. 2 es un gráfico de relación de material zonal que ilustra la relación de Vv, Vvc y Vvv.

Descripción detallada de la divulgación

En lo sucesivo, se describen varios ejemplos para ilustrar las formas de realización de una lámina de cobre electrodepositada, un colector de corriente, un electrodo y una batería secundaria de iones de litio de la presente divulgación, y se proporcionan varios ejemplos comparativos para establecer una comparación. A partir de la comparación de los siguientes ejemplos y ejemplos comparativos, un experto en la técnica puede darse cuenta fácilmente de que la lámina de cobre electrodepositada de cada ejemplo utilizada como colector de corriente puede presentar un buen rendimiento porque tiene un valor de diferencia pequeño del esfuerzo residual entre el lado depositado y el lado de tambor, así como un Vv controlado adecuadamente o una Sku y un Vv controlados adecuadamente. El buen rendimiento es que, por ejemplo, la sustancia activa puede adherirse bien a la lámina de cobre electrodepositada de cada uno de los ejemplos y se usa para preparar un electrodo negativo de la batería secundaria de iones de litio para proporcionar un buen rendimiento de vida útil de los ciclos de carga-descarga.

Debe entenderse que las descripciones propuestas en el presente documento son tienen fines ilustrativos y no pretenden limitar el alcance de la divulgación. Se podrían realizar diversas modificaciones y variaciones para poner en práctica o aplicar la presente divulgación sin apartarse del espíritu y el alcance de la presente divulgación.

(Lámina de cobre electrodepositada)

Ejemplos 1 a 5 (E1 a E5) y ejemplos comparativos 1 a 5 (C1 a C5):

Láminas de cobre electrodepositadas

El sistema para preparar láminas de cobre electrodepositadas comprende un tambor de cátodo metálico y un ánodo de metal insoluble. El tambor de cátodo metálico es giratorio y tiene una superficie pulida. En este sistema, el ánodo metálico insoluble rodea aproximadamente la mitad inferior del tambor de cátodo metálico. El tambor de cátodo y la placa de ánodo están separados entre sí y permiten que la disolución electrolítica de cobre se introduzca a través del tubo de alimentación. El dispositivo de tratamiento de superficie comprende un tanque de tratamiento antioxidante y placas de electrodo dispuestas en el mismo. Además, el sistema comprende múltiples rodillos de guiado para transportar una lámina de cobre sin revestir, una lámina de cobre antioxidante y un producto final y, por último, la lámina de cobre electrodepositada se enrolla en el rodillo de guiado.

Durante el proceso en el que la lámina de cobre electrodepositada se fabricó mediante electrodeposición continua, se alimentó una disolución electrolítica de cobre entre una placa de titanio cubierta por componentes que contienen iridio u óxidos de iridio como ánodo insoluble y un tambor de cátodo de titanio, y se aplicó una corriente continua entre estos dos electrodos para permitir que los iones de cobre de la disolución electrolítica de cobre se electrodepositaran continuamente sobre el tambor de cátodo de titanio y, a continuación, la lámina de cobre sin revestir se separó y se enrolló desde el rodillo de guiado cuando se obtuvo un grosor predeterminado. Tras obtenerse la lámina de cobre sin revestir con el espesor predeterminado, la lámina de cobre sin revestir se transportó y se sumergió en el tanque de tratamiento antioxidante lleno con una disolución antioxidante mediante el rodillo de guiado para someterse a un tratamiento antioxidante y se aplicó galvanoplastia continua a los dos lados de la lámina de cobre sin revestir usando las placas de electrodo para formar dos capas de superficie tratada (es decir, capas antioxidantes) adheridas respectivamente a los dos lados de la lámina de cobre sin revestir.

A continuación se describen las condiciones para la fabricación de la lámina de cobre electrodepositada:

(1) Composición de la solución electrolítica de cobre:

Sulfato de cobre (CuSO₄-5H₂O): aproximadamente 280 gramos por litro (g/l);

Ácido sulfúrico con una concentración del 50 % en peso: aproximadamente 80 g/l;

Ion cloruro (derivado de HCl, adquirido de RCI Labscan Ltd.): aproximadamente 30 mg/l; Polietilenimina (abreviada como PEI, lineal, que tiene un peso molecular promedio en número (Mn) = 5000, adquirido de Sigma-Aldrich Company): aproximadamente entre 4,0 mg/l y 17 mg/l; y Sacarina (1,1-dioxo-1,2-benzotiazol-3-ona, adquirida de Sigma-Aldrich Company): aproximadamente entre 2,3 mg/l y 8,3 mg/l.

(2) Parámetros de fabricación de la lámina de cobre sin revestir:

Temperatura de la disolución electrolítica de cobre: aproximadamente 45 °C; y

Densidad de corriente: aproximadamente 40 amperios por decímetro cuadrado (Ndm2).

(3) Composición de la solución antioxidante:

Ácido crómico (CrO₃, adquirido de Sigma-Aldrich Company): aproximadamente 1,5 g/l.

(4) Parámetros para el tratamiento antioxidante:

Temperatura de la disolución antioxidante: aproximadamente 25 °C;

Densidad de corriente: aproximadamente 0,5 Ndm2; y

Tiempo de procesamiento: aproximadamente 2 segundos.

Por último, la lámina de cobre tratada con antioxidante se hizo pasar a través de una cuchilla de aire para eliminar el exceso de capa antioxidante y se secó, y la lámina de cobre electrodepositada que tenía un grosor de aproximadamente 6 micrómetros (|_im) se enrolló en el rodillo de guiado.

Las diferencias entre los procesos de fabricación de las láminas de cobre electrodepositadas de los ejemplos 1 a 5 y los ejemplos comparativos 1 a 5 fueron las cantidades de PEI y sacarina en la disolución electrolítica de cobre, y los parámetros se enumeran a continuación en la Tabla 1.

Cabe destacar que el procedimiento mencionado anteriormente para fabricar la lámina de cobre electrodepositada solo ilustra la manera de obtener la lámina de cobre electrodepositada de la presente divulgación, pero la lámina de cobre electrodepositada de la presente divulgación, tal como la de los ejemplos 1 a 5, no se limita a que la lámina de cobre electrodepositada deba fabricarse mediante el procedimiento mencionado anteriormente.

Cabe destacar que, independientemente de si la lámina de cobre sin revestir se procesa con un tratamiento de superficie después de la etapa de electrodeposición, los dos lados opuestos más externos de la lámina de cobre electrodepositada usada en el presente documento se definen por las posiciones relativas entre la lámina de cobre sin revestir y el tambor de cátodo de titanio y entre la lámina de cobre sin revestir y la disolución electrolítica de cobre durante la etapa de electrodeposición. En una de las formas de realización, para el proceso de fabricación en el que no se realiza ningún tratamiento de superficie después de la etapa de electrodeposición, la lámina de cobre electrodepositada es la lámina de cobre sin revestir enrollada después de la etapa de electrodeposición, donde un lado de la lámina de cobre sin revestir cerca de la disolución electrolítica de cobre se denomina "lado depositado", el otro lado de la lámina de cobre sin revestir cerca del tambor de cátodo de titanio se denomina "lado de tambor" y el lado de tambor y el lado depositado están ubicados en los lados más externos de la lámina de cobre electrodepositada. En otra forma de realización, para el proceso de fabricación en el que se realiza un tratamiento de superficie en un solo lado de la lámina de cobre sin revestir después de la etapa de electrodeposición, la lámina de cobre electrodepositada comprende una lámina de cobre sin revestir y una capa de superficie tratada sobre la lámina de cobre sin revestir. Tomando como ejemplo el tratamiento de superficie procesado en un solo lado de la lámina de cobre sin revestir cerca del tambor de cátodo de titanio, "lado de tambor" es el lado externo de la capa de superficie tratada que es opuesto a un lado de la lámina de cobre sin revestir, y "lado depositado" es el lado de la lámina de cobre sin revestir cerca de la disolución electrolítica de cobre durante la electrodeposición, y el lado depositado y el lado de tambor están ubicados en los lados más externos de la lámina de cobre electrodepositada. Aún en otra forma de realización, para el proceso de fabricación en el que se realiza un tratamiento de superficie en los dos lados de la lámina de cobre sin revestir después de la etapa de electrodeposición, la lámina de cobre electrodepositada comprende una lámina de cobre sin revestir y dos capas de superficie tratada sobre la lámina de cobre sin revestir. En este caso, "lado depositado" es el lado exterior de una de las capas de superficie tratada y es opuesto a un lado de la lámina de cobre sin revestir cerca de la disolución electrolítica de cobre durante la electrodeposición, y "lado de tambor" es el lado exterior de otra capa de superficie tratada y es opuesto al otro lado de la lámina de cobre sin revestir cerca del tambor de cátodo de titanio durante la electrodeposición. En el presente documento, tanto el lado depositado como el lado de tambor están ubicados en los lados más externos de la lámina de cobre electrodepositada.

Tabla 1: cantidades de PEI y sacarina en la disolución electrolítica de cobre de los ejemplos 1 a 5 y los ejemplos com arativos 1 a 5.

Ejemplo de prueba 1: Análisis de la textura de la superficie

La textura de superficie de cada una de las láminas de cobre electrodepositadas de los ejemplos 1 a 5 y los ejemplos comparativos 1 a 5 se observó mediante un microscopio láser, y se capturó la imagen resultante respectiva. Además, los Vv, Vvc, Vvv y Sku respectivos del lado depositado y el lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada de cada uno de los ejemplos 1 a 5 y los ejemplos comparativos 1 a 5 se analizaron de acuerdo con el procedimiento estándar ISO 25178-2: 2012, y los resultados se enumeran en las Tablas 2 y 3.

A continuación se describen los instrumentos y las condiciones del análisis de la textura de la superficie:

(1) Instrumentos:

Microscopio láser: LEXT OLS5000-SAF, fabricado por Olympus; y

Lente del objetivo: MPLAPON-100xLEXT.

(2) Condiciones de análisis:

Longitud de onda de la fuente de luz: 405 nm;

Aumento de la lente del objetivo: Aumento de 100x;

Zum óptico: 1,0x;

Resolución: 1024 píxeles x 1024 píxeles;

Área de imagen: 129 jm x 129 jm ;

Condición: eliminación automática de la inclinación;

Filtro: sin filtro;

Temperatura: 24±3 °C; y

Humedad relativa: 63±3 %.

El Vv fue la suma del Vvc y el Vvv, y su unidad es jm 3/ jm 2. El Vv fue el volumen de vacío calculado con una relación de material del 10 %, el Vvv fue el volumen de vacío calculado con una relación de material del 80 %, y el Vvc fue una diferencia en el volumen de vacío entre las relaciones de material del 10 % y el 80 %.

Tabla 2: Vvc Vvv Vv de las láminas de cobre electrode ositadas del E1 al E5 del C1 al C5.

Ejemplo de prueba 2: Esfuerzo residual

En el presente ejemplo de prueba, el esfuerzo residual de los lados depositados y los lados de tambor de las láminas de cobre electrodepositadas de los ejemplos 1 a 5 y los ejemplos comparativos 1 a 5 se midió con un aparato de rayos X y los resultados se enumeran en la Tabla 3.

A continuación se describen los instrumentos y las condiciones del análisis del esfuerzo residual.

(1) Instrumentos:

Aparato de rayos X: Empyrean, fabricado por PANalytical;

Tubo de rayos X: blanco de cobre (A = 1, 54184 A);

Espejo en el haz incidente: Espejo híbrido de rayos X;

Colimador en el haz difractado: Colimador de placas paralelas de 0,27; y

Detector: contador proporcional.

(2) Condiciones:

Voltaje del tubo: 45 kV;

Corriente del tubo: 20 mA; y

Ángulo de incidencia rasante: 1°.

En la Tabla 3 mostrada más adelante, el valor de diferencia del esfuerzo residual se refiere al valor absoluto de la diferencia del esfuerzo residual entre el lado depositado y el lado de tambor (ARS). Debido a que el esfuerzo residual del lado depositado de la lámina de cobre electrodepositada es mayor que el del lado de tambor, el valor de diferencia entre ambos lados es exactamente igual a la diferencia calculada restando el esfuerzo residual del lado de tambor al esfuerzo residual del lado depositado.

«Electrodo»

Ejemplos 1A a 5A y ejemplos comparativos 1A a 5A: Electrodos negativos

La lámina de cobre electrodepositada anterior de los ejemplos 1 a 5 y los ejemplos comparativos 1 a 5 podría usarse como colector de corriente. Los dos lados opuestos más externos de cada lámina de cobre electrodepositada (es decir, el lado de tambor y el lado depositado mencionados anteriormente) podrían recubrirse adicionalmente con una suspensión de electrodo negativo que contiene sustancias activas de electrodo negativo para preparar un electrodo negativo para una batería secundaria de iones de litio.

Específicamente, el electrodo negativo podría prepararse sustancialmente mediante las siguientes etapas.

En primer lugar, a una relación sólido-líquido de 100:60, se mezclaron 100 g de material activo de electrodo negativo con 60 g de un disolvente (W-metilpirrolidona (NMP)) para preparar la suspensión de electrodo negativo. A continuación se describe la composición del material activo de electrodo negativo (el contenido de cada componente se basó en la totalidad del material activo de electrodo negativo como un 100 % en peso):

93,9 % en peso de sustancias activas de electrodo negativo (polvos de grafito mesofásico, MGP);

1 % en peso de aditivo conductor (polvos de negro de carbón conductor, Super P®);

5 % en peso de un aglutinante de disolvente (fluoruro de polivinilideno, PVDF 6020); y

0,1% en peso de ácido oxálico.

A continuación, la suspensión de electrodo negativo se colocó sobre el lado depositado y el lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada, a continuación se prensó y se cortó en un tamaño adecuado después de la evaporación del disolvente y se obtuvo un electrodo negativo. En consecuencia, los electrodos negativos de los ejemplos 1A a 5A y los ejemplos comparativos 1A a 5A se podrían preparar, respectivamente, con las láminas de cobre electrodepositadas de los ejemplos 1 a 5 y los ejemplos comparativos 1 a 5 a través del procedimiento mencionado anteriormente.

«Batería secundaria de iones de litio»

Ejemplos 1B a 5B y ejemplos comparativos 1B a 5B: Baterías secundarias de iones de litio

Los electrodos negativos mencionados anteriormente de los ejemplos 1A a 5A y los ejemplos comparativos 1A a 5A se podrían asociar además a los electrodos positivos para preparar, respectivamente, las baterías secundarias de iones de litio de los ejemplos 1B a 5B y los ejemplos comparativos 1B a 5B.

Específicamente, el electrodo positivo para la batería secundaria de iones de litio podría prepararse sustancialmente mediante las siguientes etapas.

En primer lugar, a una relación sólido-líquido de 100: 195, 100 g del material activo de electrodo positivo se mezclaron con 195 g de NMP para preparar una suspensión de electrodo positivo. A continuación se describe la composición del material activo de electrodo positivo (el contenido de cada componente se basó en la totalidad del material activo de electrodo positivo como un 100 % en peso):

89 % en peso de sustancia activa de electrodo positivo (LiCoO₂);

5 % en peso de aditivo conductor (grafito en copos, KS6);

1 % en peso de aditivo conductor (polvos de negro de carbón conductor, Super P®); y

5 % en peso de fluoruro de polivinilideno (PVDF 1300).

A continuación, la suspensión de electrodo positivo se aplicó sobre una lámina de aluminio y, una vez evaporado el disolvente, los electrodos positivos y los electrodos negativos se cortaron en un tamaño específico y, a continuación, los electrodos positivos y los electrodos negativos se apilaron de manera alterna con un separador microporoso (fabricado por Celgard Co., Ltd.) intercalado entre los mismos y, a continuación, se colocaron en un molde de prensado lleno con la solución electrolítica y se sellaron para formar una batería secundaria de iones de litio. La batería secundaria de iones de litio tuvo un tamaño de 41 mm x 34 mm x 53 mm.

Ejemplo de prueba 3: Rendimiento de vida útil de los ciclos de carga-descarga

En el presente ejemplo de prueba, las baterías secundarias de iones de litio de los ejemplos 1B a 5B y los ejemplos comparativos 1B a 5^b, como las muestras de prueba, se sometieron a pruebas de ciclos de carga-descarga. Las condiciones de análisis de la prueba de ciclos de carga-descarga fueron las siguientes:

Modo de carga: corriente constante - voltaje constante (CCCV);

Modo de descarga: corriente constante (CC);

Voltaje de carga: 4,2 voltios (V);

Corriente de carga: 5C;

Voltaje de descarga: 2,8 V;

Corriente de descarga: 5C;

Temperatura de la prueba: 55 °C aproximadamente.

La vida útil de los ciclos de carga-descarga de la batería secundaria de iones de litio se definió como el número de ciclos de carga y descarga que una batería secundaria de iones de litio realiza cuando la capacidad cae al 80 % de su capacidad inicial después de una serie de ciclos de carga y descarga. En la siguiente Tabla 3 también se muestran los resultados de la prueba de rendimiento de vida útil de los ciclos de carga-descarga de las baterías secundarias de iones de litio de los ejemplos 1B a 5B, que comprenden, respectivamente, las láminas de cobre electrodepositadas de los ejemplos 1 a 5 y los ejemplos comparativos 1B a 5B, que comprenden, respectivamente, las láminas de cobre electrodepositadas de los ejemplos comparativos 1 a 5.

De acuerdo con el procedimiento de fabricación mencionado anteriormente, las diferencias entre las baterías secundarias de iones de litio de los ejemplos 1B a 5B y las de los ejemplos comparativos 1B a 5B solo se deben al uso de las láminas de cobre electrodepositadas utilizadas en los electrodos negativos, por lo que el rendimiento de vida útil de los ciclos de carga-descarga de la batería secundaria de iones de litio se atribuyó principalmente a las características de cada lámina de cobre electrodepositada.

Tabla 3: características de las láminas de cobre electrodepositadas del E1 al E5 y del C1 al C5 y sus vidas útiles de ciclos de car a-descar a cuando se a lican a las baterías secundarias de iones de litio.

«Análisis de los resultados experimentales»

Como se muestra en la Tabla 3, las láminas de cobre electrodepositadas de los ejemplos 1 a 5 tenían al menos dos características: ARS con un valor máximo de 95 MPa y el Vv del lado depositado en el intervalo de 0,15 jm 3/ jm 2 a 1,35 jm 3/ jm 2; por el contrario, las láminas de cobre electrodepositadas de los ejemplos comparativos 1 a 5 no tuvieron estas dos características. Al comparar el rendimiento de las láminas de cobre electrodepositadas de los ejemplos 1 a 5 y los ejemplos comparativos 1 a 5 aplicadas a las baterías secundarias de iones de litio, la vida útil de los ciclos de carga-descarga de todas las baterías secundarias de iones de litio de los ejemplos 1B a 5B pudo alcanzar las 900 veces o más, mientras que la vida útil de los ciclos de carga-descarga de las baterías secundarias de iones de litio de los ejemplos comparativos 1B a 5B fue, como máximo, de 815 veces. Estos resultados experimentales demostraron que controlar el ARS y el Vv del lado depositado de la lámina de cobre electrodepositada es, en efecto, beneficioso para aumentar la vida útil y mejorar el rendimiento de la batería secundaria de iones de litio que comprende la misma.

A partir de los resultados experimentales resulta evidente que tanto el ARS como el Vv del lado depositado de la lámina de cobre electrodepositada tienen una influencia significativa en la vida útil de los ciclos de carga-descarga de una batería secundaria de iones de litio, y ambos son indispensables. Es decir, controlar el ARS y el Vv del lado depositado de la lámina de cobre electrodepositada es realmente beneficioso para mejorar el rendimiento de la batería secundaria de iones de litio. Por el contrario, tomando como ejemplo las láminas de cobre electrodepositadas de los ejemplos comparativos 2 a 4, estas láminas de cobre electrodepositadas habían controlado el ARS, pero no controlaron adecuadamente el Vv del lado depositado, de modo que el rendimiento de vida útil de los ciclos de cargadescarga de las baterías secundarias de iones de litio de los ejemplos comparativos 2B a 4B no fue satisfactorio. Además, tomando como ejemplo la lámina de cobre electrodepositada del ejemplo comparativo 5, el Vv del lado depositado se controló adecuadamente pero no el ARS, de modo que la vida útil de los ciclos de carga-descarga de la batería secundaria de iones de litio del ejemplo comparativo 5B no pudo alcanzar las 800 veces.

Al analizar adicionalmente los resultados experimentales de la anterior Tabla 3 de otra manera, las láminas de cobre electrodepositadas de los ejemplos 1 a 5 tenían al menos dos características: la Sku del lado depositado en el intervalo de 1,5 a 6,5, así como el Vv del lado depositado en el intervalo de 0,15 jm 3/jm 2 a 1,35 jm 3/jm 2; por el contrario, las láminas de cobre electrodepositadas de los ejemplos comparativos 1 a 5 no tuvieron estas dos características. Al comparar el rendimiento de las láminas de cobre electrodepositadas de los ejemplos 1 a 5 y los ejemplos comparativos 1 a 5 aplicadas a las baterías secundarias de iones de litio, la vida útil de los ciclos de carga-descarga de todas las baterías secundarias de iones de litio de los ejemplos 1B a 5B pudo alcanzar las 900 veces o más, mientras que la vida útil de los ciclos de carga-descarga de las baterías secundarias de iones de litio de los ejemplos comparativos 1B a 5B fue, como máximo, de 815 veces. Puede observarse que controlar la Sku y el Vv del lado depositado de la lámina de cobre electrodepositada es, en efecto, beneficioso para aumentar la vida útil y mejorar el rendimiento de la batería secundaria de iones de litio que comprende la misma.

Tanto la Sku como el Vv del lado depositado de la lámina de cobre electrodepositada tienen una influencia significativa en la vida útil de los ciclos de carga-descarga de una batería secundaria de iones de litio, y ambos son indispensables. Es decir, controlar la Sku y el Vv del lado depositado de la lámina de cobre electrodepositada en intervalos adecuados es, en efecto, beneficioso para mejorar el rendimiento de la batería secundaria de iones de litio. Por ejemplo, las láminas de cobre electrodepositadas de los ejemplos comparativos 2 y 3 habían controlado la Sku del lado depositado, pero no controlaron adecuadamente el Vv del lado depositado y, por lo tanto, el rendimiento de vida útil de los ciclos de carga-descarga de las baterías secundarias de iones de litio de los ejemplos comparativos 2B y 3B no fue satisfactorio. Además, tomando como ejemplo la lámina de cobre electrodepositada del ejemplo comparativo 5, el Vv del lado depositado se controló adecuadamente pero no la Sku del lado depositado, de modo que la vida útil de los ciclos de carga-descarga de la batería secundaria de iones de litio del ejemplo comparativo 5B no pudo alcanzar las 800 veces.

Además de los dos medios técnicos mencionados anteriormente para mejorar la lámina de cobre electrodepositada (es decir, controlar tanto el ARS como el Vv del lado depositado de la lámina de cobre electrodepositada o controlar tanto la Sku como el Vv del lado depositado de la lámina de cobre electrodepositada), un experto en la técnica puede controlar tres características: el ^aR^s, la Sku del lado depositado y el Vv del lado depositado, dependiendo de las condiciones, para aumentar la vida útil de los ciclos de carga-descarga de la batería secundaria de iones de litio.

Además, al analizar el ARS de las láminas de cobre electrodepositadas de los ejemplos 1 a 5 y la vida útil de los ciclos de carga-descarga de las baterías secundarias de iones de litio que las comprenden, la vida útil de los ciclos de cargadescarga de la batería secundaria de iones de litio podría prolongarse aún más si el ARS se redujera en la medida de lo posible a 60 MPa o menos, lo que haría que la vida útil de los ciclos de carga-descarga de las baterías secundarias de iones de litio de los ejemplos 2B, 3B y 5B alcanzara las 950 veces o más. Probablemente, reducir el ARS en la medida de lo posible a 45 MPa o menos permitiría que las baterías secundarias de iones de litio de los ejemplos 3B y 5B tuvieran una vida útil de ciclos de carga-descarga de 1100 veces o más. Además, reducir el ARS de la lámina de cobre electrodepositada en la medida de lo posible a 20 MPa o menos permitiría que la batería secundaria de iones de litio del ejemplo 5B tuviera una vida útil de ciclos de carga-descarga que alcanzara las 1200 veces o más.

En resumen, en la presente divulgación se proporcionan múltiples medios técnicos para controlar las características de la lámina de cobre electrodepositada. Por ejemplo, los resultados experimentales han demostrado que los medios técnicos para controlar dos características, a saber, el ARS y el Vv del lado depositado de la lámina de cobre electrodepositada, controlar dos características, a saber, la Sku del lado depositado y el Vv del lado depositado de la lámina de cobre electrodepositada, y controlar tres características, a saber, el ARS, la Sku del lado depositado y el Vv del lado depositado de la lámina de cobre electrodepositada, mejoran significativamente la calidad de la lámina de cobre electrodepositada, lo que tiene los efectos beneficiosos de ampliar la vida útil de los ciclos de carga-descarga cuando se aplica a la batería secundaria de iones de litio, así como mejorar la vida útil y el rendimiento de la batería secundaria de iones de litio, y todos los efectos beneficiosos mencionados anteriormente.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una lámina de cobre electrodepositada que comprende un lado depositado y un lado de tambor opuesto al lado depositado, caracterizada por que tanto el lado depositado como el lado de tambor tienen un esfuerzo residual, un valor absoluto de una diferencia en el esfuerzo residual entre el lado depositado y el lado de tambor es de 95 MPa como máximo, y el lado depositado presenta un vacío de volumen (Vv) en un intervalo de 0,15 jim3/jim 2 a 1,35 Lim3/|jm2;

en donde se obtiene un volumen de vacío de acuerdo con el procedimiento estándar ISO 25178-2:2012; Vv se refiere a un volumen de vacío en una relación de material del 10 %; los esfuerzos residuales de los lados depositados y los lados de tambor de la lámina de cobre electrodepositada se miden, respectivamente, con un aparato de rayos X.

2. La lámina de cobre electrodepositada de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que el lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada presenta un Vv en un intervalo de 0,15 jim3/jim2 a 1,30 jim3/jim2.

3. La lámina de cobre electrodepositada de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizada por que la lámina de cobre electrodepositada comprende una lámina de cobre sin revestir y una capa de superficie tratada dispuesta sobre la lámina de cobre sin revestir, y el lado de tambor y el lado depositado están ubicados en los lados más externos de la lámina de cobre electrodepositada.

4. La lámina de cobre electrodepositada de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que el lado depositado tiene una curtosis (Sku) en un intervalo de 1,5 a 6,5, en donde la Sku se obtiene de acuerdo con el procedimiento estándar ISO 25178-2:2012.

5. La lámina de cobre electrodepositada de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizada por que el lado depositado de la lámina de cobre electrodepositada tiene la Sku en el intervalo de 1,6 a 6,2, preferentemente de 1,7 a 5,8.

6. La lámina de cobre electrodepositada de acuerdo con la reivindicación 1,4 o 5, caracterizada por que el lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada tiene una Sku en un intervalo de 1,5 a 6,5; en donde la Sku se obtiene de acuerdo con el procedimiento estándar ISO 25178-2:2012.

7. La lámina de cobre electrodepositada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 4 a 6, caracterizada por que el lado depositado de la lámina de cobre electrodepositada presenta el Vv en el intervalo de 0,15 jim3/jim2 a 1.30 jim3/jim2, preferentemente de 0,16 jim3/jim2 a 1,18 jim3/jim2, más preferentemente de 0,17 jim3/jim2 a 1,11 jm 3/ jm 2.

8. La lámina de cobre electrodepositada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 5 a 7, caracterizada por que el valor absoluto de la diferencia en el esfuerzo residual entre el lado depositado y el lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada es de 85 MPa como máximo, preferentemente en un intervalo de 5 MPa a 85 MPa, más preferentemente en un intervalo de 5 MPa a 60 MPa.

9. La lámina de cobre electrodepositada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 4 a 8, caracterizada por que el lado depositado de la lámina de cobre electrodepositada presenta un Vvc en un intervalo de 0,14 jim3/jim 2 a 1,15 jim3/jim2; en donde el Vvc es una diferencia en el volumen de vacío entre una primera relación de material del 10 % y una segunda relación de material del 80 %.

10. La lámina de cobre electrodepositada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 4 a 9, caracterizada por que el lado depositado de la lámina de cobre electrodepositada presenta un Vvv de 0,15 jim3/jim2 como máximo; en donde el Vvv se refiere a un volumen de vacío a una relación de material del 80 %.

11. La lámina de cobre electrodepositada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 10, caracterizada por que el lado de tambor de la lámina de cobre electrodepositada presenta un Vv en un intervalo de 0,15 jim3/jim 2 a 1.30 jim3/jim2.

12. La lámina de cobre electrodepositada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 11, caracterizada por que la lámina de cobre electrodepositada comprende una lámina de cobre sin revestir y una capa de superficie tratada dispuesta sobre la lámina de cobre sin revestir, y el lado de tambor y el lado depositado están ubicados en los lados más externos de la lámina de cobre electrodepositada.

13. Un colector de corriente para una batería secundaria de iones de litio, caracterizado por que el colector de corriente comprende la lámina de cobre electrodepositada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.

14. Un electrodo para una batería secundaria de iones de litio, caracterizado por que el electrodo comprende el colector de corriente de acuerdo con la reivindicación 13 y una sustancia activa que recubre el colector de corriente.

15. Una batería secundaria de iones de litio, caracterizada por que la batería secundaria de iones de litio comprende el electrodo de acuerdo con la reivindicación 14.