ES2950771T3 - Pieza polar positiva, dispositivo electroquímico y dispositivo - Google Patents

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Abstract

Se proporcionan una pieza polar positiva, un dispositivo electroquímico y un dispositivo, relacionados con el campo de las baterías. La pieza de polo positivo comprende un colector de corriente (10) y una capa de material activo de electrodo (12) dispuesta en al menos una superficie del colector de corriente (10), en donde el colector de corriente (10) comprende una capa de soporte (101) y una capa conductora (102) dispuesta sobre al menos una superficie de la capa de soporte (101), satisfaciendo el espesor de un solo lado D2 de la capa conductora (102) 30 nm <= D2 <= 3 μm, el espesor D1 de la capa de soporte (101) que satisface 1 μm <= D1 <= 30 μm, y estando hecha la capa de soporte (101) de un material con alto contenido de polímero o un material compuesto con alto contenido de polímero; y la capa de material activo de electrodo (12) comprende un material activo de electrodo, un aglutinante y un agente conductor, y el material activo de electrodo comprende un material activo de partículas pequeñas que tiene un diámetro de partícula promedio D50 de 1,0 μm a 7,0 μm y un diámetro de partícula grande D50 de 1,0 μm a 7,0 μm. material activo en partículas que tiene un diámetro de partícula promedio D50 de 7,1 μm a 20,0 μm. El dispositivo electroquímico que incluye la pieza polar positiva tiene una alta densidad de energía y un buen rendimiento de seguridad (especialmente en términos de rendimiento de seguridad contra la penetración de clavos) y rendimiento electroquímico. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Pieza polar positiva, dispositivo electroquímico y dispositivo
CAMPO TÉCNICO
Esta solicitud se refiere al campo de las baterías, y específicamente, a una placa de electrodo positivo como se especifica en cualquiera de las reivindicaciones 1-10, a un aparato electroquímico como se especifica en la reivindicación 11 y a un aparato como se especifica en la reivindicación 12.
ANTECEDENTES
Las baterías de iones de litio se aplican ampliamente a los vehículos eléctricos y productos electrónicos de consumo debido a sus ventajas, tales como alta densidad de energía, alta potencia de salida, ciclo de vida prolongado y baja contaminación ambiental. Con la expansión continua del ámbito de aplicación de las baterías de iones de litio, los requisitos de densidad de energía de masa y densidad de energía volumétrica de las baterías de iones de litio son cada vez más altos.
Para obtener una batería de iones de litio con mayor densidad de energía de masa y densidad de energía volumétrica, generalmente se han realizado las siguientes mejoras en la batería de iones de litio: (1) seleccionar un material de electrodo positivo o un material de electrodo negativo con una alta capacidad de descarga específica; (2) optimizar un diseño mecánico de la batería de iones de litio para minimizar su volumen; (3) seleccionar una placa de electrodo positivo o una placa de electrodo negativo con alta densidad compactada; y (4) reducir el peso de los componentes de la batería de iones de litio.
Un colector de corriente normalmente se mejora seleccionando un colector de corriente más ligero o más delgado. Por ejemplo, se puede utilizar un colector de corriente perforado o un colector de corriente de plástico con una capa de revestimiento metálico.
Para una placa de electrodo y una batería que utiliza un colector de corriente de plástico con una capa de revestimiento metálico, aunque la densidad de energía es incrementada, pueden ocurrir algunas degradaciones de rendimiento en el rendimiento de procesamiento, el rendimiento electroquímico y similar. Para obtener una placa de electrodo y un colector de corriente con buen rendimiento electroquímico, aún se requieren mejoras en muchos aspectos. El documento US 2004/126654 A1 describe un estratificado de celda electroquímica para baterías de polímero de metal alcalino y el método para el mismo. El documento US 2018/219212 A1 se refiere a un electrodo positivo para batería secundaria.
Esta solicitud se propone por la presente para superar las desventajas de la técnica anterior.
RESUMEN
En vista de esto, esta solicitud proporciona una placa de electrodo positivo, un aparato electroquímico y un aparato.
Según un primer aspecto, la invención se expone en el conjunto de reivindicaciones adjuntas, incluyendo un colector de corriente y una capa de material activo de electrodo dispuesta sobre al menos una superficie del colector de corriente, donde el colector de corriente incluye una capa de soporte y un capa conductora dispuesta en al menos una superficie de la capa de soporte, un grosor D2 de un solo lado de la capa conductora cumple con 30 nm < D2 < 3 μm, un grosor D1 de la capa de soporte cumple con 1 μm < D1 < 30 μm, y la capa de soporte está hecha de un material polímero o de un material compuesto polímero; y la capa de material activo de electrodo incluye materiales activos del electrodo, un aglutinante, y un agente conductor, y los materiales activos del electrodo incluyen materiales activos de pequeñas partículas con un tamaño promedio D50 de partícula de 1,0 μm a 7,0 μm y materiales activos de grandes partículas con un tamaño promedio D50 de partícula de 7,1 μm a 20,0 μm; en donde una capa de imprimación conductora está dispuesta además entre el colector de corriente y la capa de material activo de electrodo, la capa de imprimación conductora comprende un material conductor y un aglutinante, en donde el material conductor en la capa de imprimación conductora comprende un material de carbono conductor bidimensional. Según un segundo aspecto, la invención es como se define en la reivindicación 11, incluyendo una placa de electrodo positivo, una placa de electrodo negativo, un separador y un electrolito, donde la placa de electrodo positivo es la placa de electrodo positivo en el primer aspecto de esta solicitud.
Según un tercer aspecto, esta invención es como se define un aparato en la reivindicación 12, incluyendo el aparato electroquímico en el segundo aspecto de esta solicitud.
Las soluciones técnicas de esta solicitud tienen al menos los siguientes efectos ventajosos. En primer lugar, la placa de electrodo positivo en esta solicitud utiliza un colector de corriente compuesto y, por lo tanto, la densidad de energía, como la densidad de energía de masa del aparato electroquímico, se puede mejorar significativamente.
En segundo lugar, la placa de electrodo positivo y el aparato electroquímico (por ejemplo, una batería de iones de litio) que incluye la placa de electrodo positivo en esta solicitud tienen además un buen rendimiento electroquímico y un buen rendimiento de seguridad. La capa conductora del colector de corriente del electrodo positivo en esta solicitud es relativamente delgada (las rebabas de metal generadas en un caso anormal, como la penetración de clavos, también son relativamente pequeñas) y tiene una resistencia interna a los cortocircuitos relativamente alta, lo que mejora el rendimiento de seguridad contra la penetración de clavos. Además, la capa conductora del colector de corriente del electrodo positivo es relativamente delgada y se daña fácilmente en el proceso de preparación (por ejemplo, el proceso de laminado) de la placa del electrodo. La capa de material activo de electrodo en esta solicitud incluye dos tipos de materiales activos con diferentes tamaños de partículas, es decir, partículas pequeñas y grandes mezcladas, de modo que el daño a la capa conductora pueda reducirse en el proceso de laminado, obteniendo así un colector de corriente con buena conductividad y placa de electrodo positivo con resistencia interna y polarización relativamente pequeñas y buen rendimiento electroquímico.
Además, se proporciona adicionalmente una capa de protección sobre la superficie de la capa conductora del colector de corriente compuesto según algunas realizaciones preferidas de esta solicitud, de modo que se reduce aún más el daño a la capa conductora durante el procesamiento de la placa de electrodos, y se mejoran la conductividad del colector de corriente compuesto y el rendimiento electroquímico de la placa de electrodo positivo.
Además, según la placa de electrodo positivo de la invención reivindicada, hay dispuesta una capa de imprimación conductora que incluye un material conductor y un aglutinante entre el colector de corriente y la capa de material activo de electrodo. La capa de imprimación conductora puede reducir aún más el daño a la capa conductora durante el procesamiento de la placa de electrodos, y al reparar y construir de manera efectiva una red conductora entre el colector de corriente, la capa de imprimación conductora y el material activo, es posible mejorar la eficiencia de transferencia de electrones, y reducir la resistencia entre el colector de corriente y la capa de material activo de electrodo, superando así desventajas tales como la mala conductividad del colector de corriente compuesto y la vulnerabilidad al daño de la capa conductora en el colector de corriente compuesto. De esta manera, la resistencia de corriente continua interna en el conjunto de electrodos se puede reducir de manera efectiva, se mejora el rendimiento de potencia del conjunto de electrodos y se asegura que el conjunto de electrodos no sea propenso a fenómenos como polarización relativamente grande y precipitación de litio durante el funcionamiento en ciclo a largo plazo. Es decir, se mejora efectivamente la fiabilidad a largo plazo del conjunto de electrodos.
Además, el contenido de aglutinante de la capa de material activo de electrodo de la placa de electrodo positivo según alguna realización preferida de esta solicitud no es inferior al 1 % en peso, preferiblemente no inferior al 1,5 % en peso y más preferiblemente no inferior al 2 % en peso, de modo que la fuerza de unión entre la capa de material activo y el colector de corriente compuesto sea fuerte, de modo que la capa de material activo pueda envolver eficazmente las rebabas de metal generadas en la capa conductora en casos anormales tales como la penetración de clavos, mejorando así el rendimiento de seguridad de penetración de clavos de la batería.
El aparato de esta solicitud incluye el aparato electroquímico del segundo aspecto de esta solicitud, y por lo tanto tiene al menos las mismas ventajas que el aparato electroquímico.
Por lo tanto, la placa de electrodo positivo y el aparato electroquímico en esta solicitud tienen un rendimiento electroquímico, rendimiento de seguridad, y facilidad de mecanización buenos y equilibrados, y una densidad de energía relativamente alta.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Una placa de electrodo positivo, un aparato electroquímico, un aparato y sus efectos ventajosos en esta solicitud se describen en detalle con referencia a los dibujos adjuntos y realizaciones como sigue.
La FIG. 1 es un diagrama estructural esquemático de un colector de corriente de electrodo positivo según una realización de esta solicitud;
La FIG. 2 es un diagrama estructural esquemático de un colector de corriente de electrodo positivo según otra realización de esta solicitud;
La FIG. 3 es un diagrama estructural esquemático de un colector de corriente de electrodo positivo según otra realización de esta solicitud;
La FIG.4 es un diagrama estructural esquemático de un colector de corriente de electrodo positivo según otra realización de esta solicitud;
La FIG. 5 es un diagrama estructural esquemático de una placa de electrodo positivo según una realización de esta solicitud;
La FIG. 6 es un diagrama estructural esquemático de una placa de electrodo positivo según otra realización de esta solicitud;
La FIG. 7 es un diagrama estructural esquemático de una placa de electrodo positivo según otra realización de esta solicitud;
La FIG. 8 es un diagrama de observación microscópica de una superficie de un colector de corriente de electrodo positivo según una realización de esta solicitud;
La FIG. 9 es un diagrama esquemático de una realización de un aparato electroquímico según esta solicitud;
La FIG. 10 es un diagrama esquemático de una realización de un módulo de batería según esta solicitud;
La FIG. 11 es un diagrama esquemático de una realización de un paquete de baterías según esta solicitud;
La FIG. 12 es una vista en despiece ordenado de la FIG. 11; y
La FIG. 13 es un diagrama esquemático de una realización de un aparato que utiliza un aparato electroquímico como fuente de alimentación según esta solicitud.
En el cual,
PP. placa de electrodo positivo;
10. colector de corriente de electrodo positivo;
101. capa de soporte del colector de corriente de electrodo positivo;
102. capa conductora del colector de corriente del electrodo positivo;
103. capa de protección del colector de corriente del electrodo positivo;
11. capa de imprimación conductora;
12. capa de material activo de electrodo positivo;
1. paquete de baterías;
2. cuerpo de caja superior;
3. cuerpo de caja inferior;
4. módulo de batería; y
5. aparato electroquímico.
DESCRIPCIÓN DE REALIZACIONES
Esta solicitud se describe adicionalmente con referencia a realizaciones como sigue. Debe entenderse que estas realizaciones pretenden simplemente ilustrar esta solicitud pero no limitar el alcance de esta solicitud.
El primer aspecto de esta invención se refiere a una placa de electrodo positivo, que incluye un colector de corriente y una capa de material activo de electrodo dispuesta sobre al menos una superficie del colector de corriente, donde el colector de corriente incluye una capa de soporte y una capa conductora dispuesta sobre al menos una superficie de la capa de soporte. Un grosor D2 de un solo lado de la capa conductora cumple con 30 nm < D2 < 3 gm. Un grosor D1 de la capa de soporte cumple con 1 gm < D1 < 30 gm, y la capa de soporte está hecha de un material polímero o un material compuesto polímero. La capa de material activo de electrodo incluye materiales activos del electrodo, un aglutinante y un agente conductor. Y los materiales activos del electrodo incluyen materiales activos de pequeñas partículas con un tamaño promedio D50 de partícula de 1,0 gm a 7,0 gm y materiales activos de grandes partículas con un tamaño promedio D50 de partícula de 7,1 gm a 20,0 gm. Una capa de imprimación conductora está además dispuesta entre el colector de corriente y la capa de material activo de electrodo, la capa de imprimación conductora comprende un material conductor y un aglutinante, en el que el material conductor en la capa de imprimación conductora comprende un material de carbono conductor bidimensional.
El colector de corriente del electrodo positivo usado para la placa de electrodo positivo en el primer aspecto de esta solicitud es un colector de corriente compuesto hecho de al menos dos materiales. Estructuralmente, el colector de corriente incluye una capa de soporte y una capa conductora dispuesta sobre al menos una superficie de la capa de soporte. El grosor D2 de un solo lado de la capa conductora cumple con 30 nm < D2 < 3 gm, y el grosor D1 de la capa de soporte cumple con 1 gm < D1 < 30 gm. Por lo tanto, es la capa conductora del colector de corriente la que sirve para conducir la electricidad. El grosor D2 de la capa conductora es mucho menor que el grosor de un colector de corriente de metal común tal como una lámina de Al en la técnica anterior (el grosor del colector de corriente de metal común: lámina de Al es generalmente de 12 gm). Y la capa de soporte está hecha de un material polímero o un material compuesto polímero. Por lo tanto, se puede aumentar la densidad de energía de masa de un aparato electroquímico (por ejemplo, una batería de litio) que utiliza la placa de electrodos. Además, cuando sirve como un colector de corriente de electrodo positivo, el colector de corriente compuesto también puede mejorar en gran medida el rendimiento de seguridad de penetración de clavos de la placa de electrodo positivo. La capa conductora del colector de corriente del electrodo positivo es relativamente delgada y, por lo tanto, se generan rebabas de metal relativamente pequeñas en un caso anormal, como la penetración de un clavo. Además, debido a la presencia de la capa de soporte, su resistencia interna de cortocircuito es relativamente grande, por lo que es menos probable que provoque un cortocircuito.
Sin embargo, debido a una capa conductora relativamente delgada de este colector de corriente compuesto, en comparación con el colector de corriente metálico convencional (lámina de aluminio), el colector de corriente compuesto tiene una conductividad más pobre y la capa conductora es propensa a dañarse en el proceso de preparación de la placa de electrodos (por ejemplo, placa de electrodo laminada), lo que afecta al rendimiento de conductividad de la capa conductora y al rendimiento electroquímico del aparato electroquímico. Además, la capa de soporte (material polímero o material compuesto polímero) del colector de corriente compuesto tiene un mayor grado de rebote que los colectores de corriente metálicos tradicionales en el laminado de la placa de electrodos y otros procesos, por lo que tanto la fuerza de unión entre la capa de soporte y la capa conductora como la fuerza de unión entre el colector de corriente compuesto y la capa de material activo de electrodo necesitan ser reforzadas preferiblemente mejorando la interfaz. Por lo tanto, en un proceso de aplicación del colector de corriente compuesto anterior a un aparato electroquímico, se requieren algunas mejoras técnicas.
Según la placa de electrodo positivo en esta solicitud, la capa de material activo de electrodo está especialmente diseñada, de modo que tanto la placa de electrodo positivo que incluye el colector de corriente compuesto, como el aparato electroquímico (por ejemplo, la batería de iones de litio) que incluye la placa de electrodo positivo en esta solicitud tiene alta densidad de energía y buen rendimiento electroquímico y rendimiento de seguridad.
Específicamente, la capa de material activo de electrodo en esta solicitud incluye una combinación de dos tipos de materiales activos con diferentes tamaños de partícula, es decir, materiales activos de pequeñas partículas con un tamaño promedio D50 de partícula de 1,0 μm a 7,0 μm y materiales activos de grandes partículas con un tamaño promedio D50 de partícula de 7,1 μm a 20,0 μm, de modo que el daño a la capa conductora se puede reducir en el proceso de laminado, obteniendo por ello una placa de electrodo positivo con resistencia interna y polarización relativamente pequeñas y buen rendimiento electroquímico.
Según la invención reivindicada, se dispone una capa de imprimación conductora que incluye un material conductor y un aglutinante entre el colector de corriente y la capa de material activo de electrodo. Específicamente, la capa de imprimación conductora está dispuesta entre la capa conductora del colector de corriente y la capa de material activo de electrodo. La capa de imprimación conductora puede reducir aún más el daño a la capa conductora en el proceso de preparación de la placa del electrodo, mejorar la interfaz entre el colector de corriente compuesto y la capa de material activo de electrodo, fortalecer la fuerza de unión entre el colector de corriente y la capa de material activo de electrodo, y asegurar que la capa de material activo de electrodo esté dispuesta más firmemente sobre la superficie del colector de corriente compuesto. Además, al reparar y construir de manera efectiva una red conductora entre el colector de corriente, la capa de imprimación conductora y el material activo, la capa de imprimación conductora puede mejorar la eficiencia de transferencia de electrones, reducir la resistencia de la placa de electrodos, incluido el colector de corriente compuesto, y superar los inconvenientes tales como la pobre conductividad del colector de corriente compuesto y la vulnerabilidad al daño de la capa conductora en el colector de corriente compuesto, reduciendo por ello de manera efectiva la resistencia interna de corriente continua (RCC) en el conjunto de electrodos, mejorando el rendimiento energético del conjunto de electrodos, y garantizando que el conjunto de electrodos no sea propenso a fenómenos tales como polarización y precipitación de litio relativamente grandes durante funcionamiento cíclico a largo plazo, es decir, mejorando de forma eficaz la fiabilidad a largo plazo del conjunto de electrodos.
Una estructura, un material, rendimiento, y similares de la placa de electrodo positivo (y el colector de corriente en ella) en las realizaciones de esta solicitud se describen en detalle a continuación.
[Capa conductora del colector de corriente]
Comparado con un colector de corriente metálico convencional, en el colector de corriente según una realización de esta solicitud, la capa conductora tiene una función conductora y una función de recogida de corriente, y está configurada para proporcionar electrones para la capa de material activo de electrodo.
El material de la capa conductora se selecciona a partir de al menos uno de un material metálico conductor y un material conductor a base de carbono.
El material metálico conductor se selecciona preferiblemente de al menos una aleación de aluminio, níquel, titanio, plata y aluminio-zirconio.
El material conductor a base de carbono se selecciona preferiblemente de al menos uno de grafito, negro de acetileno, grafeno, y un nanotubo de carbono.
El material de la capa conductora está hecho preferiblemente de un material metálico conductor, es decir, la capa conductora es preferiblemente una capa conductora metálica. Cuando el colector de corriente es un colector de corriente de electrodo positivo, normalmente se utiliza aluminio como el material de la capa conductora.
Cuando la capa conductora tiene pobre conductividad o un grosor demasiado pequeño, la resistencia interna y la polarización de la batería son relativamente grandes. Cuando la capa conductora es demasiado gruesa, no se puede lograr el efecto de mejorar la densidad de energía de masa y la densidad de energía volumétrica de la batería.
El grosor de un solo lado de la capa conductora es D2. D2 cumple preferiblemente con 30 nm < D2 < 3 μm, más preferiblemente, 300 nm < D2 < 2 μm, y lo más preferiblemente, 500 nm < D2 < 1,5 μm, para garantizar mejor un peso ligero y buena conductividad del colector de corriente.
En una realización preferida de esta solicitud, un límite superior del grosor D2 de un solo lado de la capa conductora puede ser de 3 gm, 2,5 gm, 2 gm, 1,8 gm, 1,5 gm, 1,2 gm, 1 gm y 900 nm, y un límite inferior del grosor D2 de un solo lado de la capa conductora puede ser de 800 nm, 700 nm, 600 nm, 500 nm, 450 nm, 400 nm, 350 nm, 300 nm, 100 nm, 50 nm y 30 nm. Un intervalo del grosor D2 de un solo lado de la capa conductora puede estar compuesto por cualquier valor del límite superior o del límite inferior. Preferiblemente, 300 nm < D2 < 2 gm; y más preferiblemente, 500 nm < D2 < 1,5 gm.
Debido a que el grosor de la capa conductora en esta solicitud es relativamente pequeño, es probable que se produzcan daños tales como grietas en un proceso tal como la producción de la placa de electrodos. Generalmente, existen grietas en la capa conductora de la placa de electrodo positivo en esta solicitud. Las grietas en la capa conductora normalmente existen de forma irregular en la capa conductora. Las grietas pueden ser grietas alargadas, grietas en forma de cruz, grietas divergentes y similares, o las grietas pueden ser grietas que penetran la capa conductora en su totalidad, o pueden formarse en la superficie de la capa conductora. Las grietas en la capa conductora suelen estar provocadas por el laminado durante el procesamiento de la placa de electrodos, una amplitud excesiva durante la soldadura de lengüetas, una tensión de laminado excesiva de un sustrato y similares.
La capa conductora se puede formar sobre la capa de soporte a través de al menos uno de laminado mecánico, unión, deposición de vapor y revestimiento no electrolítico. El método de deposición de vapor es preferiblemente la deposición física de vapor (PVD). El método de deposición física de vapor es preferiblemente al menos uno de un método de evaporación y un método de pulverización catódica. El método de evaporación es preferiblemente al menos uno de los métodos de evaporación al vacío, deposición por evaporación térmica y evaporación por haz de electrones (EBEM). El método de pulverización catódica es preferiblemente pulverización catódica con magnetrón.
Preferiblemente, se usa al menos uno de los métodos de deposición de vapor y revestimiento no electrolítico, de modo que la capa de soporte y la capa conductora estén más fuertemente unidas.
[Capa de soporte del colector de corriente]
En el colector de corriente en una realización de esta solicitud, la capa de soporte tiene funciones de soporte y protección de la capa conductora. Dado que la capa de soporte generalmente usa un material polímero orgánico o un material compuesto polímero, la densidad de la capa de soporte suele ser menor que la densidad de la capa conductora, lo que puede aumentar significativamente la densidad de energía de masa de la batería en comparación con un colector de corriente metálico convencional.
Además, la capa conductora utiliza una capa metálica relativamente más delgada, que puede aumentar aún más la densidad de energía de masa de la batería. Además, debido a que la capa de soporte puede soportar y proteger bien la capa conductora en una superficie de la capa de soporte, no es probable que ocurra un fenómeno de fractura común de una placa de electrodo en el colector de corriente convencional. El material de la capa de soporte se puede seleccionar específicamente a partir de al menos uno de un material polímero aislante, un material compuesto polímero aislante, un material polímero conductor y un material compuesto polímero conductor.
El material polímero aislante se selecciona, por ejemplo, a partir de al menos uno de poliamida, politereftalato, poliimida, polietileno, polipropileno, poliestireno, poli(cloruro de vinilo), aramida, polidiformilfenilendiamina, copolímero de acrilonitrilobutadieno-estireno, tereftalato de polibutileno, poli(p-fenileno tereftalamida), caucho de etileno propileno, polioximetileno, resina epoxi, resina fenólica, politetrafluoroetileno, sulfuro de polifenilo, fluoruro de polivinilideno, caucho de silicona, policarbonato, celulosa y sus derivados, almidón y sus derivados, proteína y sus derivados, alcohol polivinílico y sus productos reticulados y polietilenglicol y sus productos reticulados.
El material compuesto polímero aislante se selecciona, por ejemplo, a partir de un material compuesto formado por un material polímero aislante y un material inorgánico, donde el material inorgánico es preferiblemente al menos uno de un material cerámico, un material de vidrio y un material compuesto cerámico.
El material polimérico conductor se selecciona, por ejemplo, a partir de un material polímero de nitruro de polisulfuro o un material polímero conjugado dopado, tal como al menos uno de polipirrol, poliacetileno, polianilina y politiofeno.
El material compuesto polímero conductor se selecciona, por ejemplo, a partir de un material compuesto formado por un material polímero aislante y un material conductor. El material conductor se selecciona a partir de al menos uno de un material de carbono conductor, un material metálico y un material conductor compuesto. El material de carbono conductor se selecciona a partir de al menos uno de negro de humo, nanotubos de carbono, grafito, negro de acetileno o grafeno. El material metálico se selecciona a partir de al menos uno de níquel, hierro, cobre, aluminio y aleación del metal anterior. Y el material conductor compuesto se selecciona a partir de al menos uno de polvo de grafito revestido de níquel y fibra de carbono revestida de níquel.
Un experto en la técnica puede seleccionar y determinar apropiadamente el material de la capa de soporte basándose en una necesidad real del entorno de aplicación, costos y otros factores. En esta solicitud, el material de la capa de soporte es preferiblemente un material polímero aislante o un material compuesto polímero aislante, especialmente cuando el colector de corriente es un colector de corriente de electrodo positivo.
Cuando el colector de corriente es un colector de corriente de electrodo positivo, el rendimiento de seguridad de la batería se puede mejorar significativamente mediante el uso de un colector de corriente especial soportado por una capa de aislamiento y que tenga una capa conductora con un grosor específico. Debido a que la capa de aislamiento no es conductora, su resistencia es relativamente grande, lo que puede aumentar la resistencia al cortocircuito cuando la batería se cortocircuita en un caso anormal y reduce en gran medida la corriente de cortocircuito. Por lo tanto, el calor generado por el cortocircuito se puede reducir en gran medida, mejorando así el rendimiento de seguridad de la batería. Además, la capa conductora es relativamente delgada, de modo que en un caso anormal, tal como la penetración de un clavo, se corta una red conductora local, lo que evita que se cortocircuite una gran área del aparato electroquímico o incluso todo el aparato electroquímico. Esto puede limitar el daño del aparato electroquímico causado por la penetración de clavos en un lugar penetrado, formando únicamente una "desconexión puntual" sin afectar el funcionamiento normal del aparato electroquímico dentro de un período de tiempo.
El grosor de la capa de soporte es D1, y D1 cumple preferiblemente 1 gm < D1 < 30 gm, y más preferiblemente 1 gm < D1 < 15 gm.
Bajo la condición de que la capa de soporte sea demasiado delgada, la resistencia mecánica de la capa de soporte es insuficiente y la rotura se produce fácilmente durante el proceso, tal como el proceso de preparación de la placa del electrodo. Bajo la condición de que la capa de soporte sea demasiado gruesa, se reduce la densidad de energía volumétrica de la batería que usa el colector de corriente.
El límite superior del grosor D1 de la capa de soporte puede ser de 30 gm, 25 gm, 20 gm, 15 gm, 12 gm, 10 gm y 8 gm, y un límite inferior puede ser de 1 gm, 1,5 gm, 2 gm, 3 gm, 4 gm, 5 gm, 6 gm y 7 gm; y un intervalo del grosor D1 de la capa de soporte puede estar compuesto por cualquier valor del límite superior o del límite inferior. Preferiblemente, 1 gm < D1 < 15 gm, más preferiblemente 2 gm < D1 < 10 gm y lo más preferiblemente 3 gm < D1 < 8 gm.
Además, el grosor especificado en esta solicitud puede garantizar aún más que el colector de corriente tenga una resistencia relativamente grande y reducir significativamente el aumento de la temperatura de la batería cuando se produce un cortocircuito en la batería. Cuando la capa conductora está hecha de aluminio, esto puede reducir significativamente o prevenir una reacción de termita del colector de corriente del electrodo positivo y garantizar un buen rendimiento de seguridad de la batería.
Además, cuando la capa conductora es una capa conductora metálica, el módulo de Young a temperatura ambiente de la capa de soporte cumple preferentemente 20 GPa > E > 4 GPa.
En esta solicitud, un método para probar el módulo de Young a temperatura ambiente de la capa de soporte es el siguiente: Se toma una muestra de la capa de soporte y se corta en un tamaño de 15 mm x 200 mm. Se mide un grosor h (gm) de la muestra con un micrómetro. Se utiliza una máquina de tracción Gotech a temperatura y presión ambiente para realizar un ensayo de tracción. Se establece una posición inicial y de la muestra se retienen 50 mm de longitud entre abrazaderas. El estiramiento se lleva a cabo a una velocidad de 50 mm/min. La carga L (N) y el desplazamiento y (mm) del equipo se registran cuando la muestra se estira hasta su rotura. En este caso, el esfuerzo £ = L/(15 x h) x 1000 y la deformación n = y/50 x 100. Se dibuja una curva de esfuerzo-deformación y se toma una curva en una zona lineal inicial, donde una pendiente de esta curva es el módulo E de Young.
Dado que el metal es más rígido que el polímero o los materiales compuestos polímeros, es decir, la deformación es menor durante el proceso de laminado del procesamiento de la placa de electrodos. Para garantizar que la diferencia de deformación entre la capa de soporte y la capa conductora no sea demasiado grande como para rasgar la capa conductora, el módulo de Young a temperatura ambiente de la capa de soporte debe cumplir preferiblemente: 20 GPa > E > 4 GPa, de modo que la capa de soporte puede tener una rigidez, y la adaptación de rigidez entre la capa de soporte y la capa conductora puede mejorarse aún más. Esto asegura que la diferencia en las deformaciones de la capa de soporte y la capa conductora no será demasiado grande durante el procesamiento del colector de corriente y la placa de electrodos. Dado que la capa de soporte tiene una rigidez (20 GPa > E > 4 GPa), no es fácil que el colector de corriente se deforme o estire demasiado durante el procesamiento del colector de corriente y la placa del electrodo, por lo que la capa de soporte y la capa conductora están firmemente unidas y no se separan fácilmente, para evitar daños en la capa conductora causados por el hecho de que la capa conductora sea "forzada" a estirarse. Además, el colector de corriente en esta solicitud tiene cierta tenacidad, lo que garantiza que el colector de corriente y la placa del electrodo tengan algunas capacidades para resistir la deformación y no sean propensos a romperse.
Sin embargo, el módulo de Young de la capa de soporte no puede ser demasiado grande; de lo contrario, la rigidez es demasiado fuerte, lo que provoca dificultades en el enrollamiento y bobinado, y mala capacidad de procesamiento. Cuando 20 GPa > E, se puede garantizar que la capa de soporte tenga cierta flexibilidad, y que la placa de electrodos también pueda resistir la deformación en cierta medida.
Además, la contracción térmica de la capa de soporte a 90 °C es preferentemente inferior al 1,5%, para asegurar mejor la estabilidad térmica del colector de corriente durante el procesamiento de la placa de electrodos.
[Capa de protección del colector de corriente]
En algunas realizaciones preferidas de esta solicitud, el colector de corriente está además provisto de una capa de protección. La capa de protección está dispuesta sobre una superficie de la capa conductora del colector de corriente o dispuesta sobre dos superficies de la capa conductora del colector de corriente, es decir, una superficie de la capa conductora más alejada de la capa de soporte y una superficie orientada hacia la capa de soporte.
La capa de protección puede ser una capa de protección metálica o una capa de protección de óxido metálico. La capa de protección puede evitar que la capa conductora del colector de corriente se dañe por corrosión química o daño mecánico, y también puede mejorar la resistencia mecánica del colector de corriente.
Preferiblemente, la capa de protección está dispuesta sobre dos superficies de la capa conductora del colector de corriente. Una capa de protección inferior de la capa conductora (es decir, la capa de protección dispuesta sobre la superficie de la capa conductora orientada hacia la capa de soporte) no solo puede evitar daños a la capa conductora y mejorar la resistencia mecánica del colector de corriente, sino también mejorar la fuerza de unión entre la capa de soporte y la capa conductora para evitar el despegado (es decir, la separación de la capa de soporte de la capa conductora).
El efecto técnico de una capa de protección superior de la capa conductora (es decir, la capa de protección dispuesta sobre la superficie de la capa conductora más alejada de la capa de soporte) es principalmente evitar que la capa conductora resulte dañada, corroída y similares durante el procesamiento (por ejemplo, tanto la infiltración de electrolitos como el laminado afectan a las superficies de la capa conductora).
En virtud de la buena conductividad, la capa de protección metálica no solo puede mejorar aún más la resistencia mecánica y la resistencia a la corrosión de la capa conductora, sino también reducir la polarización de la placa de electrodos. El material de la capa de protección metálica se selecciona, por ejemplo, a partir de al menos uno de níquel, cromo, una aleación a base de níquel y una aleación a base de cobre, y preferiblemente, níquel o una aleación a base de níquel.
La aleación a base de níquel es una aleación formada añadiendo uno o más elementos al níquel puro como matriz. Preferiblemente, es una aleación de níquel-cromo. La aleación de níquel-cromo es una aleación formada por níquel metálico y cromo metálico. Opcionalmente, la relación molar de níquel a cromo oscila desde 1:99 a 99:1.
La aleación a base de cobre es una aleación formada añadiendo uno o más elementos a una matriz de cobre puro. Preferiblemente, es una aleación de cobre-níquel. Opcionalmente, en la aleación de cobre-níquel, la relación molar de níquel a cobre oscila entre 1:99 y 99:1.
Cuando se selecciona un óxido metálico para la capa de protección, debido a su baja ductilidad, gran superficie específica y elevada dureza, también puede soportar y proteger eficazmente la capa conductora y tener un buen efecto técnico sobre la mejora de la fuerza de unión entre la capa de soporte y la capa conductora. El material de la capa de protección de óxido metálico se selecciona, por ejemplo, a partir de al menos uno de óxido de aluminio, óxido de cobalto, óxido de cromo y óxido de níquel.
El colector de corriente compuesto según esta solicitud utiliza preferentemente un óxido metálico como material de su capa de protección para mejorar aún más el rendimiento de seguridad de la placa de electrodo positivo y la batería al mismo tiempo que se consigue un buen efecto técnico de soporte y protección.
El grosor de la capa de protección es D3, y D3 cumple preferiblemente D3 < 1/10 D2, y 1 nm < D3 < 200 nm. Bajo la condición de que la capa de protección sea demasiado delgada, no es suficiente para proteger la capa conductora. Bajo la condición de que la capa de protección sea demasiado gruesa, se reducen la densidad de energía de masa y la densidad de energía volumétrica de la batería. Más preferiblemente, 5 nm < D3 < 500 nm, incluso más preferiblemente, 10 nm < D3 < 200 nm, y lo más preferiblemente, 10 nm < D3 < 50 nm.
Los materiales de las capas de protección sobre las dos superficies de la capa conductora pueden ser iguales o diferentes, y los grosores de las capas de protección pueden ser iguales o diferentes. Preferiblemente, el grosor de la capa de protección inferior es menor que el grosor de la capa de protección superior para ayudar a mejorar la densidad de energía de masa de la batería.
Además opcionalmente, la relación del grosor D3" de la capa de protección inferior al grosor D3' de la capa de protección superior es: 1/2 D3' < D3" < 4/5 D3'.
Cuando el colector de corriente es un colector de corriente del electrodo positivo, normalmente se utiliza aluminio como el material de la capa conductora, y se selecciona preferentemente un material de óxido metálico para la capa de protección inferior. En comparación con la elección del metal utilizado para la capa de protección inferior, el material de óxido metálico tiene mayor resistencia. Por lo tanto, este tipo de capa de protección inferior puede aumentar aún más la resistencia del colector de corriente del electrodo positivo en cierta medida, lo que aumenta aún más la resistencia de cortocircuito de la batería en caso de un cortocircuito en un caso anormal, y mejora el rendimiento de seguridad de la batería. Además, debido a que el área específica del óxido metálico es mayor, se mejora la fuerza de unión entre la capa de protección inferior del material de óxido metálico y la capa de soporte. Además, debido a que el área específica del óxido metálico es mayor, la capa de protección inferior puede aumentar la rugosidad de la superficie de la capa de soporte, y mejorar la fuerza de unión entre la capa conductora y la capa de soporte, aumentando por ello la resistencia total del colector de corriente. Por lo tanto, cuando el colector de corriente es un colector de corriente de electrodo positivo, la capa de protección inferior está hecha preferiblemente de un material de óxido metálico, y la capa de protección superior está hecha de un material metálico o un material de óxido metálico. La capa de protección superior también está hecha preferiblemente de un material de óxido metálico.
[Colector de corriente]
La FIG. 1 a la FIG. 4 son diagramas estructurales esquemáticos de colectores de corriente utilizados en una placa de electrodo positivo según algunas realizaciones de esta solicitud.
Los diagramas esquemáticos de los colectores de corriente de electrodo positivo se muestran en la FIG. 1 a la FIG. 4. En la FIG. 1, un colector 10 de corriente de electrodo positivo incluye una capa 101 de soporte del colector de corriente del electrodo positivo y capas conductoras 102 del colector de corriente del electrodo positivo que están dispuestas en dos superficies opuestas de la capa 101 de soporte del colector de corriente del electrodo positivo, y además incluye capas 103 de protección del colector de corriente de electrodo positivo que están dispuestas sobre superficies inferiores de las capas conductoras 102 del colector de corriente del electrodo positivo (es decir, superficies orientadas hacia la capa 101 de soporte del colector de corriente del electrodo positivo), es decir, capas de protección inferiores.
En la FIG. 2, un colector 10 de corriente del electrodo positivo incluye una capa 101 de soporte del colector de corriente del electrodo positivo y capas conductoras 102 del colector de corriente del electrodo positivo que están dispuestas sobre dos superficies opuestas de la capa 101 de soporte del colector de corriente del electrodo positivo, y además incluye capas 103 de protección del colector de corriente del electrodo positivo que están dispuestas sobre dos superficies opuestas de la capa conductora 102 del colector de corriente del electrodo positivo, es decir, una capa de protección inferior y una capa de protección superior.
En la FIG. 3, un colector 10 de corriente del electrodo positivo incluye una capa 101 de soporte del colector de corriente del electrodo positivo y una capa conductora 102 del colector de corriente del electrodo positivo que está dispuesta sobre una superficie de la capa 101 de soporte del colector de corriente del electrodo positivo, y además incluye capas 103 de protección del colector de corriente del electrodo positivo que están dispuestas sobre una superficie de la capa conductora 102 del colector de corriente del electrodo positivo orientada hacia la capa 101 de soporte del colector de corriente del electrodo positivo, es decir, una capa de protección inferior.
En la FIG. 4, un colector 10 de corriente del electrodo positivo incluye una capa 101 de soporte del colector de corriente del electrodo positivo y una capa conductora 102 del colector de corriente del electrodo positivo que está dispuesta sobre una superficie de la capa 101 de soporte del colector de corriente del electrodo positivo, y además incluye capas 103 de protección del colector de corriente del electrodo positivo que están dispuestas sobre dos superficies opuestas de la capa conductora 102 del colector de corriente del electrodo positivo, es decir, una capa de protección inferior y una capa de protección superior.
Los materiales de las capas de protección sobre las dos superficies opuestas de la capa conductora pueden ser iguales o diferentes, y los grosores de las capas de protección pueden ser iguales o diferentes.
Para los colectores de corriente utilizados para la placa de electrodo positivo según esta solicitud, una capa conductora puede disponerse por separado sobre dos superficies opuestas de la capa de soporte, como se muestra en la FIG. 1 y en la FIG. 2; o puede disponerse una capa conductora sobre una sola superficie de la capa de soporte, como se muestra en la FIG. 3 y en la FIG.4.
Además, aunque el colector de corriente compuesto utilizado para la placa de electrodo positivo en esta solicitud incluye preferiblemente la capa de protección del colector de corriente que se muestra en la FIG. 1 a la FIG. 4, debe entenderse que la capa de protección del colector de corriente no es una estructura necesaria del colector de corriente. En algunas realizaciones, el colector de corriente usado puede no incluir la capa de protección del colector de corriente.
[Capa de material activo de electrodo de la placa de electrodo positivo]
La capa de material activo de electrodo generalmente incluye un material activo de electrodo, un aglutinante y un agente conductor. La capa de material activo de electrodo puede incluir además otros aditivos o auxiliares opcionales según sea necesario.
Como característica importante de la placa de electrodo positivo en esta solicitud, los materiales activos de electrodo en la capa de material activo de electrodo incluyen una combinación de partículas pequeñas y grandes. Específicamente, los materiales activos de electrodo incluyen materiales activos de pequeñas partículas con un tamaño promedio D50 de partícula de 1,0 μm a 7,0 μm y materiales activos de grandes partículas con un tamaño promedio D50 de partícula de 7,1 μm a 20,0 μm.
D50 es un tamaño de partícula correspondiente cuando un porcentaje de volumen acumulativo del material activo alcanza el 50 %, es decir, un tamaño de partícula medio en distribución de volumen. Por ejemplo, D50 puede medirse usando un instrumento de medición de distribución de tamaño de partícula por difracción con láser (por ejemplo, Malvern Mastersizer 3000).
Preferiblemente, la relación de masa de los materiales activos de pequeñas partículas a los materiales activos de grandes partículas oscila entre 1:9 y 9:1.
Para la placa de electrodo positivo en esta solicitud, pueden seleccionarse varios materiales activos de electrodo (es decir, materiales activos de electrodo positivo) comúnmente usados en la técnica. Por ejemplo, para las baterías de litio, el material activo de electrodo positivo puede seleccionarse a partir de óxido de litio y cobalto, óxido de litio y níquel, óxido de litio y manganeso, óxido de litio y níquel manganeso, óxido de litio, níquel, cobalto y manganeso, óxido de litio, níquel, cobalto y aluminio, fosfato de metal de transición, fosfato de litio y hierro, y similares. Sin embargo, esta solicitud no se limita a estos materiales y se pueden utilizar además otros materiales convencionales bien conocidos que pueden utilizarse como materiales activos del electrodo positivo de la batería de iones de litio. Un tipo de estos materiales activos del electrodo positivo puede usarse solo, o dos o más tipos pueden usarse en combinación. Preferiblemente, el material activo de electrodo positivo se puede seleccionar a partir de uno o más de LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, LiNi1/3Co1/3Mn1/sO2 (NCM333), LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 (NCM523), LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 (NCM622), LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811), LiNi0.85Co0.15Al0.05O2, LiFePO4 (LFP) y LiMnPO4.
En algunas realizaciones preferidas de esta solicitud, los materiales activos de pequeñas partículas y los materiales activos de grandes partículas son diferentes materiales activos y, más preferiblemente, son una combinación de materiales activos con alta estabilidad térmica y materiales activos con alta capacidad electroquímica. Los materiales activos con alta estabilidad térmica son, por ejemplo, NCM333, NCM523 y LFP; y los materiales activos con alta capacidad electroquímica son, por ejemplo, NCM811 y NCM622.
El agente conductor en la capa de material activo de electrodo es al menos uno de un material de carbono conductor y un material metálico. El material de carbono conductor se selecciona a partir de al menos uno de carbono conductor de dimensión cero, tal como negro de acetileno o negro de humo conductor, carbono conductor unidimensional, tal como nanotubos de carbono, carbono conductor bidimensional, tal como grafito conductor o grafeno, y carbono conductor tridimensional, tal como óxido de grafeno reducido, y el material metálico se selecciona a partir de al menos uno de polvo de aluminio, polvo de hierro y polvo de plata.
El aglutinante en la capa de material activo de electrodo se selecciona a partir de al menos uno de caucho de estireno butadieno, fluoruro de polivinilideno oleaginoso (PVDF), copolímero de fluoruro de polivinilideno (por ejemplo, copolímero de PVDF-HFP o copolímero de PVDF-TFE), carboximetilcelulosa de sodio, poliestireno, ácido poliacrílico, politetrafluoroetileno, poliacrilonitrilo, poliimida, PVDF acuoso, poliuretano, alcohol polivinílico, poliacrilato, copolímero de ácido poliacrílico-poliacrilonitrilo y copolímero de poliacrilato-poliacrilonitrilo.
Además, para la placa de electrodo positivo en esta solicitud, cuando el contenido de aglutinante de la capa de material activo de electrodo es relativamente alto, existe una fuerza de unión relativamente fuerte entre la capa de material activo y el colector de corriente compuesto. Por lo tanto, en un caso anormal como la penetración de clavos, la capa de material activo puede envolver eficazmente las rebabas de metal generadas en la capa conductora, para mejorar el rendimiento de seguridad de la batería contra la penetración de clavos. Por lo tanto, en términos de mejorar aún más la seguridad de la batería, es preferible que, en base al peso total de la capa de material activo de electrodo, el contenido de aglutinante de la capa de material activo de electrodo no sea inferior al 1% en peso, preferiblemente, no sea inferior al 1,5 % en peso, y más preferiblemente, no sea inferior al 2 % en peso. Cuando el contenido de aglutinante se mantiene dentro de un intervalo dado, la fuerza de unión entre la capa de material activo y el colector de corriente es relativamente fuerte. Y como resultado, en un caso anormal tal como la penetración de clavos, la capa de material activo puede envolver eficazmente las rebabas de metal generadas en la capa conductora para mejorar el rendimiento de seguridad de la batería contra la penetración de clavos.
Un experto en la técnica sabe que la capa de material activo de electrodo positivo necesaria se obtiene aplicando una suspensión hecha del material activo de electrodo, el agente conductor y el aglutinante sobre el colector de corriente del electrodo positivo (o sobre la capa de imprimación del colector de corriente del electrodo positivo previamente) y luego realizando un procesamiento posterior, tal como el secado.
[Capa de imprimación conductora de una placa de electrodo positivo]
Según la invención reivindicada, se dispone una capa de imprimación conductora entre el colector de corriente y la capa de material activo de electrodo de la placa de electrodo positivo. La capa de imprimación conductora incluye un material conductor y un aglutinante. La capa de imprimación conductora no solo puede reducir aún más el daño a la capa conductora durante el procesamiento de la placa del electrodo, sino que también mejora la interfaz del colector de corriente compuesto, fortalece la fuerza adhesiva entre el colector de corriente y la capa de material activo de electrodo y asegura que la capa de material activo de electrodo está dispuesta más firmemente sobre la superficie del colector de corriente compuesto. Además, al reparar y construir de manera efectiva una red conductora entre el colector de corriente y el material activo de la capa de material activo de electrodo, la capa de imprimación conductora puede mejorar aún más la eficiencia de transferencia de electrones, reducir la resistencia entre el colector de corriente y la capa de material activo de electrodo, y superar los inconvenientes tales como la pobre conductividad del colector de corriente compuesto y la vulnerabilidad al daño de la capa conductora en el colector de corriente compuesto, reduciendo así de manera efectiva la resistencia de corriente continua interna en el conjunto de electrodos, mejorando el rendimiento de potencia del conjunto de electrodos, y garantizando que el conjunto de electrodos no sea propenso a fenómenos tales como polarización y precipitación de litio relativamente grandes durante funcionamiento cíclico a largo plazo, es decir, mejorando de forma eficaz la fiabilidad a largo plazo del conjunto de electrodos.
Basado en el peso total de la capa de imprimación conductora, el porcentaje en peso de un material conductor oscila entre el 10 % y el 99 %, preferiblemente entre el 20 % y el 80 % y más preferiblemente entre el 50 % y el 80 %; y un porcentaje en peso del aglutinante oscila de 1% a 90%, preferiblemente de 20% a 80%, y más preferiblemente de 20% a 50%. El porcentaje puede ayudar a mejorar la conductividad de la placa de electrodo positivo y a fortalecer la fuerza de unión entre el colector de corriente y la capa de material activo de electrodo.
Preferiblemente, la capa de imprimación conductora puede incluir además un material activo de electrodo. Cuando se incluye el material activo de electrodo, se puede aumentar la capacidad electroquímica de la placa de electrodo positivo.
Un margen distinto del material conductor y el aglutinante puede ser el material activo de electrodo. En una realización preferida de esta solicitud, basada en el peso total de la capa de imprimación conductora, el contenido de material conductor oscila preferiblemente entre el 10 % en peso y el 98 % en peso, el contenido de aglutinante oscila preferiblemente entre el 1 % en peso y el 89 % en peso, y el contenido de material activo de electrodo (electrodo positivo) oscila preferiblemente entre 1% en peso y 89% en peso.
El material conductor puede ser al menos uno de un material de carbono conductor y un material metálico. El material conductor de la capa de imprimación conductora puede ser idéntico o diferente del agente conductor de la capa de material activo.
El material de carbono conductor se selecciona a partir de al menos uno de carbono conductor de dimensión cero (por ejemplo, negro de acetileno o negro de humo conductor), carbono conductor unidimensional (por ejemplo, nanotubos de carbono), carbono conductor bidimensional (por ejemplo, grafito conductor o grafeno) y carbono conductor tridimensional (por ejemplo, óxido de grafeno reducido); y el material metálico se selecciona a partir de al menos uno de polvo de aluminio, polvo de hierro y polvo de plata.
El material conductor de la invención comprende un material de carbono conductor bidimensional. Después de añadir el material de carbono conductor bidimensional, el material de carbono conductor bidimensional en la capa de imprimación conductora puede entrar en "deslizamiento horizontal" durante la compactación de la placa del electrodo, logrando una función de amortiguación, reduciendo el daño a la capa conductora del colector de corriente durante la compactación, y reduciendo grietas. Preferiblemente, el tamaño D50 de partícula del material de carbono conductor bidimensional oscila desde 0,01 μm a 0,1 μm. Preferiblemente, el material de carbono conductor bidimensional representa del 1% en peso al 50% en peso del material conductor. Además, debido a la morfología especial del material de carbono conductor unidimensional, la conductividad de la capa de imprimación conductora se puede mejorar después de la adición. Especialmente cuando se agrega una cantidad específica del material conductor, en comparación con otros tipos de materiales conductores, el material de carbono conductor unidimensional puede mejorar aún más la conductividad de la capa de imprimación conductora. Preferiblemente, se utilizan nanotubos de carbono, y la relación de aspecto del nanotubo de carbono oscila preferiblemente desde 1000 a 5000.
El aglutinante de la capa de imprimación conductora puede ser idéntico o diferente del aglutinante de la capa de material activo.
El aglutinante en la capa de imprimación conductora se selecciona a partir de al menos uno de caucho de estireno butadieno, fluoruro de polivinilideno oleaginoso (PVDF), copolímero de fluoruro de polivinilideno (por ejemplo, copolímero de PVDF-HFP o copolímero de PVDF-TFE), carboximetilcelulosa de sodio, poliestireno, ácido poliacrílico, politetrafluoroetileno, poliacrilonitrilo, poliimida, PVDF acuoso, poliuretano, alcohol polivinílico, poliacrilato, copolímero de ácido poliacrílico-poliacrilonitrilo y copolímero de poliacrilato-poliacrilonitrilo.
El aglutinante en la capa de imprimación conductora es preferiblemente un aglutinante acuoso, por ejemplo, al menos uno de PVDF acuoso, ácido acrílico, poliuretano, alcohol polivinílico, poliacrilato, copolímero de ácido poliacrílico-poliacrilonitrilo y copolímero de poliacrilato-poliacrilonitrilo. De esta forma, la RCC del aparato electroquímico no aumenta significativamente. En esta solicitud, un material polímero "acuoso" significa que la cadena molecular del polímero está completamente extendida y dispersa en agua, y un material polímero "oleaginoso" significa que la cadena molecular del polímero está completamente extendida y dispersa en un disolvente oleaginoso. Los expertos en la técnica entienden que el mismo tipo de material polímero se puede dispersar en agua y aceite, respectivamente, mediante el uso de surfactantes adecuados, es decir, mediante el uso de surfactantes adecuados, el mismo tipo de material polímero se puede convertir en un material polímero acuoso y en un material polímero oleaginoso respectivamente. Por ejemplo, un experto en la técnica puede reemplazar el PVDF con PVDF acuoso o PVDF oleaginoso según sea necesario.
El material activo de electrodo en la capa de imprimación conductora puede ser idéntico o diferente del material activo de electrodo en la capa de material activo. Varios materiales activos de electrodo (es decir, materiales activos de electrodo positivo) comúnmente utilizados en la técnica pueden seleccionarse como material activo de electrodo en la capa de imprimación conductora.
El grosor H de un solo lado de la capa de imprimación conductora oscila preferiblemente desde 0,1 μm a 5 μm. Preferiblemente, H/D2 oscila desde 0,5:1 a 5:1. Bajo la condición de que la relación es demasiado pequeña, las grietas en la capa conductora no pueden reducirse efectivamente o la conductividad de la placa del electrodo no puede mejorarse efectivamente; o bajo la condición de que la relación es demasiado grande, no solo se reduce la densidad de energía de masa de la batería, sino que también aumenta la RCC de la batería, lo que no conduce a la mejora del rendimiento cinético de la batería.
[Placa de electrodo positivo]
La FIG. 5 a la FIG. 7 son diagramas estructurales esquemáticos de una placa de electrodo positivo según algunas realizaciones de esta solicitud.
En la FIG. 5, una placa PP de electrodo positivo incluye un colector 10 de corriente del electrodo positivo y capas 12 de material activo de electrodo positivo que están dispuestas sobre dos superficies opuestas del colector 10 de corriente del electrodo positivo. El colector 10 de corriente del electrodo positivo incluye una capa 101 de soporte del colector de corriente del electrodo positivo y capas conductoras 102 del colector de corriente del electrodo positivo que están dispuestas sobre dos superficies opuestas de la capa 101 de soporte del colector de corriente del electrodo positivo.
En la FIG. 6, la placa PP de electrodo positivo incluye un colector 10 de corriente del electrodo positivo y capas 11 de imprimación conductora y capas 12 de material activo de electrodo positivo que están dispuestas sobre dos superficies opuestas del colector 10 de corriente del electrodo positivo. El colector 10 de corriente del electrodo positivo incluye una capa 101 de soporte del colector de corriente del electrodo positivo y capas conductoras 102 del colector de corriente del electrodo positivo que están dispuestas sobre dos superficies opuestas de la capa 101 de soporte del colector de corriente del electrodo positivo.
En la FIG. 7, la placa PP de electrodo positivo incluye un colector 10 de corriente del electrodo positivo y una capa 11 de imprimación conductora y una capa 12 de material activo de electrodo positivo que están dispuestas sobre una superficie del colector 10 de corriente del electrodo positivo. El colector 10 de corriente del electrodo positivo incluye una capa 101 de soporte del colector de corriente del electrodo positivo y una capa conductora 102 del colector de corriente del electrodo positivo que está dispuesta sobre una superficie de la capa 101 de soporte del colector de corriente del electrodo positivo.
Como se muestra en la FIG. 5 y en la FIG. 7, la capa de material activo de electrodo puede estar dispuesta sobre una superficie del colector de corriente, o puede estar dispuesta sobre dos superficies del colector de corriente.
Un experto en la técnica puede entender que, cuando se utiliza un colector de corriente provisto de capas conductoras de doble lado, la placa de electrodo positivo puede obtenerse mediante un revestimiento de doble lado (es decir, las capas de material activo de electrodo se disponen sobre dos superficies del colector de corriente), o solamente de un revestimiento de un solo lado (es decir, la capa de material activo de electrodo está dispuesta solo sobre una superficie del colector de corriente); y cuando se utiliza el colector de corriente provisto solamente de una capa conductora de un solo lado, la placa de electrodo positivo se puede obtener solo a través del revestimiento de un solo lado, y la capa de material activo de electrodo (y la capa de imprimación conductora) se pueden aplicar solo sobre una superficie del colector de corriente provista de la capa conductora.
[Aparato electroquímico]
El segundo aspecto de esta solicitud se refiere a un aparato electroquímico, que incluye una placa de electrodo positivo, una placa de electrodo negativo, un separador y un electrolito, donde la placa de electrodo positivo es la placa de electrodo positivo según el primer aspecto de esta solicitud.
El aparato electroquímico puede ser un condensador, una batería primaria o una batería secundaria. Por ejemplo, el aparato electroquímico puede ser un condensador de iones de litio, una batería primaria de iones de litio o una batería secundaria de iones de litio. Se conoce bien un método para construir y preparar el aparato electroquímico, excepto la placa de electrodo positivo utilizada en esta solicitud. Debido a que se usa la placa de electrodo positivo en esta solicitud, el aparato electroquímico puede tener una alta densidad de energía, seguridad mejorada (por ejemplo, seguridad contra la penetración de clavos) y rendimiento electroquímico. Además, debido a que la placa de electrodo positivo en esta solicitud se puede procesar fácilmente, se pueden reducir los costes de fabricación del aparato electroquímico utilizando la placa de electrodo positivo en esta solicitud.
En el aparato electroquímico de esta solicitud, ninguno de la placa de electrodo negativo, del separador y del electrolito está específicamente limitado a un tipo y composición específicos, y puede seleccionarse en función de un requisito real. Específicamente, el separador se puede seleccionar a partir de una película de polietileno, una película de polipropileno, una película de fluoruro de polivinilideno y una película compuesta multicapa de los mismos. Cuando la batería es una batería de iones de litio, generalmente se usa un electrolito no acuoso como su electrolito. Como el electrolito no acuoso, generalmente se usa una solución de sal de litio disuelta en un disolvente orgánico. La sal de litio es, por ejemplo, una sal de litio inorgánica tal como LiClO4, LiPF6, LiBF4, LiAsF6 o LiSbF6, o una sal de litio orgánica como LiCF3SO3, LCF3CO2, Li2C2F4(SO3)2, LiN(CF3SO2)2, LiC(CF3SO2)3, o LiCnF2n+1SOs (n > 2). El disolvente orgánico utilizado en el electrolito no acuoso es, por ejemplo, carbonato cíclico tal como carbonato de etileno, carbonato de propileno, carbonato de butileno y carbonato de vinileno, carbonato de cadena tal como carbonato de dimetilo, carbonato de dietilo y carbonato de metil-etilo, éster de cadena tal como como propionato de metilo, éster cíclico tal como Y-butirolactona, éter de cadena tal como dimetoxietano, éter dietílico, éter dimetílico de dietilenglicol y éter dimetílico de trietilenglicol, éter cíclico tal como tetrahidrofurano y 2-metiltetrahidrofurano, nitrilo como acetonitrilo y propionitrilo, o una mezcla de estos disolventes. Para la placa de electrodo negativo, pueden seleccionarse varios materiales activos de electrodo negativo usados comúnmente en la técnica. Por ejemplo, para la batería de litio, se puede seleccionar un material activo de electrodo negativo a partir de materiales de carbono tal como grafito (grafito artificial o grafito natural), negro de humo conductor y fibra de carbono, materiales metálicos o semimetálicos tales como Si, Sn, Ge, Bi, Sn e In, y sus aleaciones, nitruros que contienen litio u óxidos que contienen litio, metal de litio o aleaciones de aluminio y litio, y similares.
En algunas realizaciones, el aparato electroquímico puede incluir un paquete exterior para encapsular la placa de electrodo positivo, la placa de electrodo negativo y un electrolito. En un ejemplo, la placa de electrodo positivo, la placa de electrodo negativo y el separador pueden estratificarse o bobinarse para formar un conjunto de electrodos con una estructura estratificada o un conjunto de electrodos con una estructura bobinada, y el conjunto de electrodos se encapsula en un paquete exterior. El electrolito puede ser un electrolito líquido y el electrolito líquido se infiltra en el conjunto de electrodos. Puede haber uno o más conjuntos de electrodos en el aparato electroquímico, y una cantidad de conjuntos de electrodos puede ajustarse según se requiera.
En algunas realizaciones, el paquete exterior del aparato electroquímico puede ser un paquete blando, por ejemplo, una bolsa blanda. Un material del paquete blando puede ser plástico, por ejemplo, puede incluir uno o más de polipropileno (PP), tereftalato de polibutileno (PBT), succinato de polibutileno (PBS) y similares. Alternativamente, el paquete exterior del aparato electroquímico puede ser una envolvente dura, por ejemplo, una envolvente de aluminio.
Esta solicitud no establece ninguna limitación particular sobre la forma del aparato electroquímico, y el aparato electroquímico puede tener una forma cilíndrica, cuadrada o de cualquier otra forma. La FIG. 9 muestra un aparato electroquímico 5 con una estructura cuadrada como ejemplo.
En algunas realizaciones, los aparatos electroquímicos pueden ensamblarse en un módulo de batería, y el módulo de batería puede incluir una pluralidad de aparatos electroquímicos. Se puede ajustar una cantidad específica según la solicitud y la capacidad del módulo de batería.
La FIG. 10 muestra un módulo 4 de batería utilizado como ejemplo. Haciendo referencia a la FIG. 10, en un módulo 4 de batería, una pluralidad de aparatos electroquímicos 5 pueden estar dispuestos secuencialmente en una dirección longitudinal del módulo 4 de batería. Ciertamente, los aparatos electroquímicos se pueden disponer alternativamente de cualquier otra manera. Además, la pluralidad de aparatos electroquímicos 5 se puede sujetar mediante sujetadores.
Opcionalmente, el módulo 4 de batería puede incluir además un alojamiento con espacio de acomodación, y la pluralidad de aparatos electroquímicos 5 se acomodan en el espacio de acomodación. En algunas realizaciones, los módulos de batería se pueden ensamblar adicionalmente en un paquete de baterías, y la cantidad de módulos de batería incluidos en el paquete de baterías se puede ajustar según la solicitud y la capacidad del paquete de baterías.
La FIG. 11 y la FIG. 12 muestran un paquete 1 de baterías como ejemplo. Haciendo referencia a la FIG. 11 y a la FIG. 12, el paquete 1 de baterías puede incluir una caja de batería y una pluralidad de módulos 4 de baterías dispuestos en la caja de batería. La caja de batería incluye un cuerpo superior 2 de caja y un cuerpo inferior 3 de caja. El cuerpo superior 2 de caja puede cubrir el cuerpo inferior 3 de caja para encerrar un espacio para acomodar los módulos 4 de batería. La pluralidad de módulos 4 de batería puede disponerse en la caja de batería de cualquier manera.
[Aparato]
El tercer aspecto de esta solicitud se refiere a un aparato, incluido el aparato electroquímico según el segundo aspecto de esta solicitud. El aparato electroquímico proporciona energía al aparato. El aparato puede ser, entre otros, un dispositivo móvil (por ejemplo, un teléfono móvil o un ordenador portátil), un vehículo eléctrico (por ejemplo, un vehículo eléctrico de baterías, un vehículo eléctrico híbrido, un vehículo eléctrico híbrido que se puede enchufar, una bicicleta eléctrica, un patinete eléctrico, un vehículo de golf eléctrico o un camión eléctrico), un tren eléctrico, un barco, un satélite, un sistema de almacenamiento de energía, y similares. Además, el tren eléctrico, el barco y el satélite son todos portadores de herramientas y pertenecen al vehículo en un sentido amplio.
El aparato electroquímico, un módulo de batería o un paquete de baterías pueden seleccionarse para el aparato según los requisitos de uso del aparato.
La FIG. 13 muestra un aparato como ejemplo. El aparato es un vehículo eléctrico de batería, un vehículo eléctrico híbrido, un vehículo eléctrico híbrido que se puede enchufar o similar. Para cumplir un requisito del aparato de alta potencia y alta densidad de energía del aparato electroquímico, se puede usar un paquete de baterías o un módulo de batería.
En otro ejemplo, el aparato puede ser un teléfono móvil, un ordenador-tableta, un ordenador portátil o similar. El aparato requiere normalmente que sea ligero y delgado, y el aparato electroquímico se puede utilizar como fuente de energía.
Un experto en la técnica puede entender que las limitaciones anteriores o los intervalos preferidos de selección de componentes, contenido de componentes y parámetros de rendimiento fisicoquímico de materiales en placas de electrodos, capas de material activo de electrodo y similares en diferentes realizaciones de esta solicitud pueden combinarse aleatoriamente y varias realizaciones obtenidas a través de la combinación aún pueden caer dentro del alcance de esta solicitud y pueden considerarse como parte del contenido divulgado en esta memoria descriptiva.
A menos que se especifique lo contrario, varios parámetros de esta memoria descriptiva tienen significados generales bien conocidos en la técnica y pueden medirse utilizando un método bien conocido en la técnica. Por ejemplo, se puede realizar una prueba en un método proporcionado en una realización de esta solicitud. Además, los intervalos y opciones preferidos de diferentes parámetros proporcionados en varias realizaciones preferidas pueden combinarse aleatoriamente, y se considera que varias combinaciones obtenidas pueden caer dentro del alcance descrito de esta solicitud.
A continuación se describen adicionalmente efectos ventajosos de esta solicitud con referencia a ejemplos.
Ejemplos
1. Preparación de un colector de corriente sin una capa de protección:
Se seleccionó una capa de soporte con un grosor específico y se formó una capa conductora con un grosor específico sobre una superficie de la capa de soporte mediante evaporación al vacío, laminado mecánico o unión.
(1) Las condiciones de formación del método de evaporación al vacío son las siguientes: La capa de soporte sometida al tratamiento de limpieza superficial se colocó en una cámara de evaporación al vacío, y los alambres metálicos de alta pureza en la cámara de evaporación de metal se fundieron y evaporaron a una temperatura alta de 1600 °C a 2000 °C. El metal evaporado atravesó el sistema de refrigeración en la cámara de evaporación al vacío y finalmente se depositó sobre la superficie de la capa de soporte para formar una capa conductora.
(2) Las condiciones de formación del método de laminado mecánico son las siguientes: La lámina del material de la capa conductora se colocó en un rodillo mecánico y se compactó hasta un grosor predeterminado mediante bobinado aplicando una presión de 20 t a 40 t, y luego se colocó sobre la superficie de la capa de soporte sobre la que se había realizado un procesamiento de limpieza superficial. Finalmente, las dos se colocaron en el rodillo mecánico para ser unidas firmemente aplicando una presión de 30t a 50t.
(3) Las condiciones de formación del método de unión son las siguientes: la lámina del material de la capa conductora se colocó en un rodillo mecánico y se compactó con un rodillo hasta un grosor predeterminado aplicando una presión de 20 t a 40 t, y luego la superficie de la capa de soporte sometida a un tratamiento de limpieza superficial se revistió con una solución mixta de PVDF y NMP. Finalmente, la capa conductora del grosor predeterminado se adhirió a la superficie de la capa de soporte y se secó a 100 °C.
2. Preparación de un colector de corriente con una capa de protección
El colector de corriente con la capa de protección se puede preparar de las siguientes maneras:
(1) En primer lugar, se dispuso una capa de protección sobre la superficie de una capa de soporte utilizando un método de deposición de vapor o un método de revestimiento, y luego se formó una capa conductora con un grosor especificado sobre la superficie de la capa de soporte con la capa de protección mediante evaporación al vacío, laminado mecánico, o unión para preparar un colector de corriente con una capa de protección (la capa de protección estaba ubicada entre la capa de soporte y la capa conductora). Además, sobre la base de lo anterior, se formó otra capa de protección sobre la superficie de la capa conductora más alejada de la capa de soporte utilizando un método de deposición de vapor, un método de formación in situ o un método de revestimiento para preparar un colector de corriente con capas de protección (las capas de protección estaban ubicadas sobre dos superficies opuestas de la capa conductora).
(2) En primer lugar, se formó una capa de protección sobre una superficie de la capa conductora usando un método de deposición de vapor, un método de formación in situ o un método de revestimiento, y luego la capa conductora anterior con la capa de protección se dispuso sobre la superficie de la capa de soporte mediante laminado mecánico o unión, con la capa de protección situada entre la capa de soporte y la capa conductora, para preparar un colector de corriente con una capa de protección (la capa de protección estaba ubicada entre la capa de soporte y la capa conductora). Además, sobre la base de lo anterior, se formó otra capa de protección sobre la superficie de la capa conductora más alejada de la capa de soporte utilizando un método de deposición de vapor, un método de formación in situ o un método de revestimiento para preparar un colector de corriente con capas de protección (las capas de protección estaban ubicadas sobre dos superficies opuestas de la capa conductora).
(3) En primer lugar, se formó una capa de protección sobre una superficie de la capa conductora usando un método de deposición de vapor, un método de formación in situ o un método de revestimiento, y luego la capa conductora anterior con la capa de protección se dispuso sobre la superficie de la capa de soporte mediante laminado mecánico o unión, con la capa de protección ubicada sobre la superficie de la capa conductora más alejada de la capa de soporte, para preparar un colector de corriente con una capa de protección (la capa de protección estaba ubicada sobre la superficie de la capa conductora más alejada de la capa de soporte).
(4) En primer lugar, se formaron capas de protección sobre dos superficies de la capa conductora usando un método de deposición de vapor, un método de formación in situ o un método de revestimiento, y luego se dispuso la capa conductora anterior con las capas de protección sobre la superficie de la capa de soporte mediante laminado mecánico o unión para preparar un colector de corriente con capas de protección (las capas de protección estaban ubicadas sobre dos superficies opuestas de la capa conductora).
(5) Sobre la base de la anterior "preparación de un colector de corriente sin capa de protección", se formó otra capa de protección sobre la superficie de la capa conductora más alejada de la capa de soporte utilizando un método de deposición de vapor, un método de formación in situ, o un método de revestimiento para preparar un colector de corriente con una capa de protección (la capa de protección estaba ubicada sobre la superficie de la capa conductora más alejada de la capa de soporte).
En los ejemplos de preparación, para el método de deposición de vapor, se usó un método de evaporación al vacío; para el método de formación in situ se utilizó un método de pasivado in situ; y para el método de revestimiento, se utilizó un método de revestimiento con cuchilla.
Las condiciones de formación del método de evaporación al vacío son las siguientes: Una muestra sometida a un tratamiento de limpieza superficial se colocó en una cámara de evaporación al vacío y el material de la capa de protección en la cámara de evaporación se fundió y evaporó a una temperatura elevada de 1600 °C a 2000 °C. El material de la capa de protección evaporado atravesó el sistema de refrigeración en la cámara de evaporación al vacío, y finalmente se depositó sobre la superficie de la muestra para formar una capa de protección.
Las condiciones de formación del método de pasivado in situ son las siguientes: La capa conductora se colocó en un entorno de oxidación a alta temperatura, la temperatura se controló entre 160 °C y 250 °C, el suministro de oxígeno se mantuvo en el ambiente de alta temperatura, y el tiempo de procesamiento fue de 30 minutos, formándose así una capa de protección tipo óxido metálico.
Las condiciones de formación del método de revestimiento por huecograbado son las siguientes: El material de la capa de protección y el NMP se agitaron y mezclaron, y luego se aplicó una suspensión con el material de la capa de protección anterior (el contenido de sólidos osciló entre el 20% y el 75%) sobre una superficie de la muestra, y luego el grosor del revestimiento se controló mediante un rodillo de huecograbado, y finalmente el revestimiento se secó a 100 °C a 130 °C.
3. Preparación de una placa de electrodos:
(1) Placa de electrodo positivo en un ejemplo (con una capa de imprimación conductora):
Un material conductor (por ejemplo, negro de humo conductor) y un aglutinante (por ejemplo, PVDF o ácido poliacrílico) se disolvieron en un disolvente adecuado (por ejemplo, NMP o agua) en una proporción específica y se agitaron bien para formar una suspensión de imprimación.
La suspensión de imprimación se aplicó uniformemente sobre dos superficies del colector de corriente compuesto preparado según el método anterior a una velocidad de revestimiento de 20 m/min. La capa de imprimación se secó con una temperatura de horno de 70 °C a 100 °C durante 5 minutos.
Después de que la capa de imprimación se secó por completo, un 92 % en peso de material activo de electrodo positivo (si no se especificó ningún material específico, se usó NCM333 por defecto), un 5 % en peso de agente conductor Super-P ("SP" para abreviar) y un 3% en peso de PVDF se mezclaron con un disolvente NMP, y se agitó bien para preparar una suspensión de capa de material activo de electrodo positivo (la composición de la suspensión de capa de material activo en algunos ejemplos podría variar y, en este caso, debe prevalecer la composición especificada en los ejemplos). Se realizó el revestimiento por extrusión para aplicar la suspensión de la capa de material activo de electrodo positivo sobre la superficie de la capa de imprimación, y se realizó el secado a 85 °C para obtener una capa de material activo de electrodo positivo.
Luego, el colector de corriente que tenía varias capas de revestimiento se prensó en frío y se cortó, y se secó durante cuatro horas en condiciones de vacío a 85 °C, y se soldaron las lengüetas, obteniendo así una placa de electrodo positivo.
(2) Placa de electrodo positivo en un ejemplo que no forma parte de la invención (sin una capa de imprimación conductora):
Se preparó usando un método similar al método para preparar una placa de electrodo positivo (con una capa de imprimación conductora) en el ejemplo anterior. Sin embargo, se aplicó directamente una suspensión de capa de material activo de electrodo positivo sobre una superficie de un colector de corriente compuesto, y no se dispuso capa de imprimación.
(3) Placa convencional de electrodo positivo:
Un colector de corriente era una lámina de aluminio con un grosor de 12 μm. De manera similar al método para preparar una placa de electrodo positivo (sin una capa de imprimación conductora), se aplicó directamente una suspensión de capa de material activo de electrodo positivo sobre la superficie del colector de corriente de lámina de aluminio, y luego se obtuvo una placa de electrodo positivo convencional a través de un procesamiento posterior.
(4) Placa convencional de electrodo negativo:
Se añadieron grafito artificial de material activo de electrodo negativo, un agente conductor Super-P, un espesante CMC y un aglutinante SBR al disolvente de agua desionizada en una relación de masa de 96,5:1,0: 1,0:1,5, y se mezcló bien para preparar una suspensión de la capa de material activo de electrodo negativo. Se realizó un revestimiento por extrusión para aplicar la suspensión de la capa de material activo de electrodo negativo sobre dos superficies de lámina de Cu con un grosor de 8 μm (colector de corriente del electrodo negativo), y se realizó un secado a 85 °C para obtener una capa de material activo de electrodo negativo. Luego se realizó un procesamiento posterior para obtener una placa convencional de electrodo negativo.
4. Preparación de una batería:
A través de un proceso común de fabricación de baterías, una placa de electrodo positivo (densidad compactada: 3,4 g/cm3), un separador de PP/PE/PP, y una placa de electrodo negativo (densidad compactada: 1,6 g/cm3) se bobinaron juntos para formar un conjunto de batería, luego el conjunto de electrodo se colocó en un alojamiento de batería, se inyectó el electrolito (una relación de volumen EC:EMC fue 3:7, y LiPF6 fue 1 mol/L), y luego se realizó el sellado, la formación y otros procesos para obtener finalmente una batería secundaria de iones de litio (en adelante, denominada como la batería).
5. Método de prueba de la batería:
(1) Método de prueba del ciclo de vida de la batería de iones de litio:
La batería de iones de litio se cargó y descargó a 45 °C. Es decir, la batería de iones de litio se cargó a 4,2 V a una corriente de 1C y luego se descargó a 2,8 V a una corriente de 1C y se registró la capacidad de descarga durante el ciclo inicial. A continuación, se realizaron 1000 ciclos de carga y descarga de 1C/1C en la batería, y se registró la capacidad de descarga de la batería durante un 1000ésimo ciclo. La capacidad de descarga durante el 1000ésimo ciclo se dividió por la capacidad de descarga durante el ciclo inicial para obtener la tasa de retención de capacidad durante el 1000ésimo ciclo.
(2) Método de prueba de tasa de crecimiento RCC:
A 25 °C, la batería secundaria se ajustó al 50 % de SOC a una corriente de 1C y se registró una tensión U1. Luego la batería se descargó a una corriente de 4C durante 30 segundos y se registró una tensión U2. RCC = (U1 - U2)/4C. Luego, la batería se cargó y descargó durante 500 ciclos a una corriente de 1C/1C, y se registró la RCC en un 500ésimo ciclo. La RCC en el 500ésimo ciclo se dividió por la RCC en el ciclo inicial, luego se restó 1 y se obtuvo una tasa de crecimiento de RCC en el 500ésimo ciclo.
(3) Prueba de penetración de la aguja:
Las baterías secundarias (10 muestras) se cargaron completamente a la tensión de corte a una corriente de 1C y luego se cargaron a una tensión constante hasta que la corriente cayó a 0,05C y luego se detuvo la carga. Se usó una aguja de acero resistente a altas temperaturas de 98 mm para penetrar a una velocidad de 25 mm/s desde una dirección perpendicular a una placa de electrodo de batería, y la posición de penetración necesaria para estar cerca del centro geométrico de la superficie perforada. Se observó si la batería tenía un fenómeno de combustión y explosión mientras la aguja de acero permaneció en la batería.
(4) Rendimiento de la tasa (tasa de retención de capacidad de descarga a 4C):
Después de que la batería secundaria se descargó por completo, la batería se cargó por completo a 0,33C, se cargó a 0,05C a una tensión constante de 4,2 V y luego se descargó por completo a 0,33C. Se registró una capacidad de descarga completa C0 a 0,33C, y luego la batería se cargó por completo a 0,33C, se cargó a 0,05C a una tensión constante de 4,2 V y se descargó por completo a 4C. Se registró una capacidad de descarga completa C1 a 4C. La tasa de retención de capacidad a la tasa de descarga fue C1/C0.
6. Resultados de la prueba y discusión:
6.1 Efecto de un colector de corriente compuesto sobre la mejora de la densidad de energía de masa de una batería
Los parámetros específicos del colector de corriente y la placa de electrodo en los ejemplos se muestran en la Tabla 1 (ningún colector de corriente en los ejemplos enumerados en la Tabla 1 está provisto de una capa de protección). En la Tabla 1, el porcentaje en peso del colector de corriente se refiere a un porcentaje obtenido al dividir el peso del colector de corriente del electrodo positivo por unidad de área por el peso del colector de corriente del electrodo positivo convencional por unidad de área.
Tabla 1
Figure imgf000017_0001
Puede deducirse de la Tabla 1 que, en comparación con el colector de corriente convencional (Al, 12 μm), el peso del colector de corriente del electrodo positivo según esta solicitud se redujo en cierta medida, mejorando así la densidad de energía de masa de la batería. Sin embargo, cuando el grosor de la capa conductora era superior a 1,5 μm, el grado de reducción de peso del colector de corriente resultó menor.
Además, también se estudió el efecto de mejorar la seguridad contra penetración de clavos de la batería por el colector de corriente compuesto. La Tabla 1-1 muestra la composición de la placa de electrodos positivos probada (ninguna de las placas de electrodo está provista de una capa de imprimación conductora), y la Tabla 1-2 muestra los resultados de la prueba de penetración de clavos.
Tabla 1-1
Figure imgf000017_0002
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Tabla 1-2
Figure imgf000018_0002
Debido a que una batería de iones de litio que utilizaba el colector de corriente compuesto tenía una capa conductora más delgada que el colector de corriente metálico convencional, las rebabas de metal generadas en un caso anormal tal como la penetración de un clavo eran relativamente pequeñas, y una capa de soporte del colector de corriente compuesto tenía una resistencia al cortocircuito más grande, lo que mejora el rendimiento de seguridad contra penetración de clavos de la batería. Puede deducirse de la tabla anterior que la batería convencional tuvo fuga térmica y destrucción en el caso de penetración de clavos y no pudo pasar la prueba de seguridad contra penetración de clavos. Todas las baterías de iones de litio que utilizan el colector de corriente compuesto podrían pasar la prueba de seguridad contra penetración de clavos.
6.2 Efecto de una capa de protección sobre la mejora del rendimiento electroquímico de un colector de corriente compuesto
Sobre la base del colector de corriente de cada ejemplo enumerado en la Tabla 1, se formó además una capa de protección para investigar el efecto de una capa de protección en la mejora del rendimiento electroquímico del colector de corriente compuesto. El "colector 2-1 de corriente del electrodo positivo" en la Tabla 2 significa un colector de corriente obtenido formando una capa de protección sobre la base del "colector 2 de corriente del electrodo positivo" en la Tabla 1. Los números de otros colectores de corriente tienen significados similares.
Tabla 2
Figure imgf000019_0001
La Tabla 3 muestra los datos de rendimiento cíclico medidos después de ensamblar una batería usando una placa de electrodos enumerada en la Tabla 2.
Tabla 3
Figure imgf000019_0002
Como se muestra en la Tabla 3, en comparación con la batería 1 que usa la placa convencional de electrodo positivo y la placa convencional de electrodo negativo, la batería que usa el colector de corriente compuesto tuvo una buena vida útil y tuvo un rendimiento de funcionamiento cíclico equivalente al de la batería convencional. Especialmente para una batería fabricada utilizando un colector de corriente con una capa de protección, en comparación con una batería fabricada utilizando un colector de corriente sin una capa de protección, se podría mejorar aún más la tasa de retención de capacidad de la batería, lo que indica que la batería es más fiable. .
6.3 Efecto de una capa de imprimación conductora en la mejora del rendimiento electroquímico de una batería
A continuación se ilustra el efecto de la capa de imprimación conductora, la composición de la capa de imprimación conductora y otros factores sobre la mejora del rendimiento electroquímico de la batería. La Tabla 4 muestra la composición específica y los parámetros relacionados de baterías y placas de electrodo positivo y colectores de corriente que se usan en las baterías en varios ejemplos y ejemplos comparativos. La Tabla 5 muestra un resultado de la medición del rendimiento de cada batería. Los siguientes ejemplos como placa 21-28, 30-32 de electrodo positivo y batería 21-28, 30­ 32 no están de acuerdo con la invención y están presentes únicamente con fines ilustrativos.
Tabla 4
Figure imgf000019_0003
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Tabla 5
Figure imgf000021_0001
Se puede aprender de los datos de prueba anteriores que:
1. Cuando se usó un colector de corriente compuesto con una capa conductora relativamente delgada (es decir, la placa 20 de electrodo positivo comparativo sin una capa de imprimación conductora), la batería tenía una RCC relativamente grande y una tasa de retención de capacidad de ciclo relativamente baja debido a inconvenientes tales como el colector de corriente compuesto que tiene una conductividad más pobre que un colector de corriente metálico convencional, y vulnerabilidad al daño de la capa conductora en el colector de corriente compuesto. Sin embargo, después de que se introdujo una capa de imprimación conductora, reparando y construyendo de manera efectiva una red conductora entre el colector de corriente, la capa de imprimación conductora y el material activo, la capa de imprimación conductora ayudó a mejorar la eficiencia de transferencia de electrones, y a reducir la resistencia entre el colector de corriente y la capa de material activo de electrodo, de modo que la r Cc podría reducirse de manera efectiva.
2. Con un aumento del contenido de agente conductor de la capa de imprimación conductora (las placas 21 a 26 de electrodo positivo), la RCC de la batería podría reducirse considerablemente.
3. Bajo la misma composición, el aglutinante acuoso podría ayudar a reducir la RCC más significativamente que el aglutinante oleaginoso (la placa 24 de electrodo positivo frente a la placa 27 de electrodo positivo y la placa 25 de electrodo positivo frente a la placa 28 de electrodo positivo).
4. El grafito en escamas podría generar un "deslizamiento horizontal", logrando así una función de amortiguamiento, reduciendo el daño a la capa conductora del colector de corriente durante la compactación y reduciendo las grietas. Por lo tanto, el grafito en escamas podría reducir aún más la RCC de la batería (la placa 24 de electrodo positivo frente a la placa 29 de electrodo positivo).
5. Con el aumento del grosor de la capa de imprimación conductora (la placa 30 de electrodo positivo a la placa 32 de electrodo positivo), la RCC de la batería podría reducirse más significativamente. Sin embargo, una capa de imprimación conductora demasiado gruesa no conducía a la mejora de la densidad de energía de la batería.
6.5 Efecto de partículas pequeñas y grandes en la mejora del rendimiento electroquímico de una batería
A continuación se estudia el efecto de los materiales activos de electrodo con diferentes tamaños de partículas en una capa de material activo de electrodo sobre la mejora del rendimiento electroquímico de la batería. La Tabla 6 muestra la composición específica y los parámetros relacionados de placas de electrodos positivos y colectores de corriente de baterías en ejemplos. La Tabla 7 muestra un resultado de la medición del rendimiento de cada batería. En esta solicitud, aunque se puede formar directamente una capa de material activo de electrodo que incluye materiales activos de electrodo con diferentes tamaños de partículas sobre una superficie de un colector de corriente compuesto, es decir, no se prevé una capa de imprimación conductora, en una realización preferida de esta solicitud, el efecto de los materiales activos de los electrodos con diferentes tamaños de partículas en la mejora del rendimiento electroquímico de una batería se estudia sobre la base de que se prevé una capa de imprimación conductora, para estudiar mejor los efectos técnicos de los materiales activos de los electrodos.
Los siguientes ejemplos como placa 41-47 de electrodo positivo y batería 41-47 no están de acuerdo con la invención y están presentes solo con fines ilustrativos.
Tabla 6
Figure imgf000022_0001
Figure imgf000023_0001
Tabla 7
Figure imgf000023_0002
Se puede aprender de los resultados de la prueba de rendimiento de tasa de las baterías en la Tabla 7 que cuando los materiales activos del electrodo eran una mezcla de materiales activos de pequeñas partículas (tamaño promedio D50 de partículas de 1,0 μm a 7,0 μm) y materiales activos de grandes partículas (tamaño promedio D50 de partículas de 7,1 μm a 20,0 μm), el rendimiento de la tasa de las baterías fue mejor que el de las baterías (batería 41) que usan solo materiales activos de pequeñas partículas o baterías (batería 47) que usan solo materiales activos de grandes partículas. Además, como se muestra en los datos anteriores, cuando la relación de masa de los materiales activos de pequeñas partículas a los materiales activos de grandes partículas caía dentro del intervalo de 1:9 a 9:1, se podría obtener una buena mejora en el rendimiento de la tasa.
6.6 Efecto de un porcentaje de un aglutinante contenido en una capa de material activo de electrodo sobre la mejora del rendimiento electroquímico de una batería.
Cuando el contenido de aglutinante de la capa de material activo de electrodo era alto, la fuerza de unión entre la capa de material activo y el colector de corriente era fuerte, y cuando había una capa de imprimación conductora, la fuerza de unión entre toda la capa de la lámina (es decir, un término colectivo para la capa de material activo y la capa de imprimación conductora) y el colector de corriente compuesto también era fuerte. Por ello, en un caso anormal como penetración de clavos, la capa de material activo (o la capa de película) podría envolver eficazmente las rebabas de metal generadas en la capa conductora para mejorar el rendimiento de seguridad contra penetración de clavos en la batería.
Lo siguiente ilustra los efectos del contenido de aglutinante en la capa de material activo de electrodo sobre la mejora del rendimiento electroquímico de la batería desde la perspectiva de la seguridad contra la penetración de clavos de la batería. Los siguientes ejemplos como placa 33-36 de electrodo positivo y batería 33-36 no están de acuerdo con la invención y están presentes solo con fines ilustrativos.
Las placas de electrodo positivo se prepararon de acuerdo con el método descrito en los ejemplos anteriores, pero la composición de la suspensión de la capa de material activo de electrodo positivo se ajustó para preparar una pluralidad de placas de electrodo positivo con diferentes contenidos de aglutinante en la capa de material activo de electrodo positivo. La composición específica de las placas de electrodo se muestra en la siguiente tabla. Para facilitar la simplicidad, en la presente memoria se usó un material activo con un tamaño de partícula.
Tabla 9
Figure imgf000024_0001
La Tabla 10 muestra los resultados de la prueba contra penetración de clavos de baterías ensambladas usando las diferentes placas de electrodos positivos anteriores. Los resultados muestran que cuanto mayor sea el contenido de aglutinante en la capa de material activo de electrodo positivo, mejor será el rendimiento de seguridad contra penetración de clavos de la batería correspondiente. El contenido de aglutinante en la capa de material activo de electrodo positivo era preferiblemente no inferior al 1 % en peso, más preferiblemente, no inferior al 1,5 % en peso y lo más preferiblemente no inferior al 2 % en peso.
Tabla 10
Figure imgf000024_0002
6.7 Morfología superficial del colector de corriente compuesto.
El solicitante encuentra que en una placa de electrodos que incluye un colector de corriente compuesto, la superficie de una capa conductora del colector de corriente compuesto es diferente de la de un colector de corriente de lámina metálica de aluminio tradicional, es decir, la superficie es propensa a agrietarse. Por ejemplo, para la placa 24 de electrodo positivo, después del prensado en frío, se tomó una pequeña muestra, y se limpió una superficie de la placa 24 de electrodo positivo usando un trozo de papel libre de polvo sumergido en un disolvente DMC, de modo que una superficie de un colector de corriente compuesto podría quedar expuesta. Luego se observó una morfología superficial utilizando un instrumento de microscopio CCD. Hágase referencia a la FIG. 8 para un diagrama de observación de la morfología superficial. En la FIG.
8 se puede ver una grieta obvia. Este tipo de grieta es exclusivo de la superficie de la capa conductora del colector de corriente compuesto, y no se observa en la superficie del colector de corriente metálico tradicional. Cuando la capa conductora del colector de corriente compuesto es delgada, es probable que se produzcan grietas bajo presión en el proceso de prensado en frío del procesamiento de la placa de electrodo.
La capa de material activo de electrodo en esta solicitud incluía dos tipos de materiales activos con diferentes tamaños de partículas, de modo que el daño a la capa conductora podría reducirse en el proceso de laminado, mejorando así la conductividad del colector de corriente compuesto y el rendimiento tal como resistencia interna y polarización de la batería, y luego obtenerse una placa de electrodo positivo con pequeña resistencia interna y polarización y buen rendimiento electroquímico.
Además, bajo la condición de que hubiera una capa de imprimación conductora, la capa de imprimación conductora no solo podría reducir aún más el daño a la capa conductora, sino que también podría, reparando y construyendo de manera efectiva una red conductora entre el colector de corriente y el material activo, mejorar la eficiencia de transferencia de electrones y reducir la resistencia entre el colector de corriente y la capa de material activo de electrodo, reduciendo así de manera efectiva la resistencia de corriente continua interna en el conjunto de electrodos, mejorando el rendimiento de potencia del conjunto de electrodos, y asegurando que el conjunto de electrodos no era propenso a fenómenos de polarización y precipitación de litio relativamente grandes durante el funcionamiento cíclico a largo plazo, es decir, mejorando efectivamente la fiabilidad a largo plazo del conjunto de electrodos. Específicamente, el crecimiento de RCC se redujo significativamente, mejorando así el rendimiento de la batería.
El resultado de la observación anterior proporciona una posible explicación teórica sobre un mecanismo funcional de la capa de imprimación conductora, pero debe entenderse que esta solicitud no se limita a esta explicación teórica específica.
Un experto en la técnica puede entender que lo anterior muestra un ejemplo de solicitud de una placa de electrodo en esta solicitud únicamente utilizando como ejemplo una batería de litio. Sin embargo, la placa de electrodos en esta solicitud también se puede aplicar a otro tipo de aparato electroquímico, y todavía se puede lograr un buen efecto técnico de esta solicitud.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Una placa de electrodo positivo, que comprende un colector de corriente y una capa de material activo de electrodo dispuesta sobre al menos una superficie del colector de corriente, en donde
el colector de corriente comprende una capa de soporte y una capa conductora dispuesta sobre al menos una superficie de la capa de soporte, un grosor D2 de un solo lado de la capa conductora cumple 30 nm < D2 < 3 μm, un grosor D1 de la capa de soporte cumple 1 μm < D1 < 30 μm, y la capa de soporte está hecha de un material polímero o de un material compuesto polímero; y
la capa de material activo de electrodo comprende materiales activos de electrodo, un aglutinante y un agente conductor, y los materiales activos de electrodo comprenden materiales activos de pequeñas partículas con un tamaño promedio D50 de partículas de 1,0 μm a 7,0 μm y materiales activos de grandes partículas con un tamaño promedio D50 de partículas de 7,1 μm a 20,0 μm, en donde D50 se mide como se describe en la descripción;
en donde una capa de imprimación conductora está dispuesta además entre el colector de corriente y la capa de material activo de electrodo, la capa de imprimación conductora comprende un material conductor y un aglutinante, en donde el material conductor en la capa de imprimación conductora comprende un material de carbono conductor bidimensional.
2. La placa de electrodo positivo según la reivindicación 1, en donde una relación de masa de los materiales activos de pequeñas partículas a los materiales activos de grandes partículas es de 1:9 a 9:1, y/o los materiales activos de pequeñas partículas y los materiales activos de grandes partículas son materiales activos diferentes.
3. La placa de electrodo positivo según la reivindicación 1 o 2, en donde el contenido de aglutinante de la capa de material activo de electrodo no es inferior al 1 % en peso, preferiblemente no es inferior al 1,5 % en peso y más preferiblemente no es inferior al 2 % en peso.
4. La placa de electrodo positivo según la reivindicación 1 o 2, en donde una capa de protección está dispuesta además sobre una superficie de la capa conductora del colector de corriente, la capa de protección está dispuesta sobre solamente una superficie de la capa conductora del colector de corriente o dispuesta sobre dos superficies de la capa conductora del colector de corriente; y preferiblemente, un grosor D3 de la capa de protección cumple D3 < D2/10 y 1 nm < D3 < 200 nm, y preferiblemente 10 nm < D3 < 50 nm.
5. La placa de electrodo positivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la capa conductora es una capa conductora metálica, y la capa conductora metálica está hecha preferiblemente de al menos una aleación de aluminio, níquel, titanio, plata y aluminio-zirconio; y/o
un material de la capa de soporte se selecciona a partir de al menos uno de un material polímero aislante, un material compuesto polímero aislante, un material polímero conductor y un material compuesto polímero conductor; en donde
preferiblemente, el material polímero aislante se selecciona a partir de al menos uno de poliamida, politereftalato, poliimida, polietileno, polipropileno, poliestireno, poli(cloruro de vinilo), aramida, polidiformilfenilendiamina, copolímero de acrilonitrilo-butadieno-estireno, tereftalato de polibutileno, poli(p-fenileno tereftalamida), caucho de etileno propileno, polioximetileno, resina epoxi, resina fenólica, politetrafluoroetileno, sulfuro de polifenilo, fluoruro de polivinilideno, caucho de silicona, policarbonato, celulosa y sus derivados, almidón y sus derivados, proteína y sus derivados, alcohol polivinílico y sus productos reticulados, y polietilenglicol y sus productos reticulados;
preferiblemente, el material compuesto polímero aislante se selecciona a partir de un material compuesto formado por un material polímero aislante y un material inorgánico, en donde el material inorgánico es preferiblemente al menos uno de un material cerámico, un material de vidrio y un material compuesto cerámico;
preferiblemente, el material polímero conductor se selecciona a partir de un material polímero de nitruro de polisulfuro o un material polímero conjugado dopado, y más preferiblemente, el material polímero conductor se selecciona a partir de al menos uno de polipirrol, poliacetileno, polianilina, politiofeno y similares;
preferiblemente, el material compuesto polímero conductor se selecciona a partir de un material compuesto formado por un material polímero aislante y un material conductor, en donde, más preferiblemente, el material conductor se selecciona a partir de al menos uno de un material de carbono conductor, un material metálico y un material conductor compuesto; el material de carbono conductor se selecciona a partir de al menos uno de negro de humo, nanotubos de carbono, grafito, negro de acetileno y grafeno; el material metálico se selecciona a partir de al menos uno de níquel, hierro, cobre, aluminio y aleación de los metales anteriores; y el material conductor compuesto se selecciona a partir de al menos uno de polvo de grafito revestido de níquel y fibra de carbono revestida de níquel; y
el material de la capa de soporte es preferiblemente un material polímero aislante o un material compuesto polímero aislante.
6. La placa de electrodo positivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el grosor D1 de la capa de soporte cumple 1 μm < D1 < 15 μm; y/o
un módulo de Young a temperatura ambiente de la capa de soporte cumple 20 GPa > E > 4 GPa; y/o
hay grietas en la capa conductora; y/o
el grosor D2 de un solo lado de la capa conductora cumple 300 nm < D2 < 2 μm, y preferiblemente, 500 nm < D2 < 1,5 μm; en donde el módulo de Young a temperatura ambiente se mide según el método descrito en la descripción.
7. La placa de electrodo positivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, el agente conductor está hecho de al menos uno de un material de carbono conductor y un material metálico, en donde el material de carbono conductor se selecciona a partir de al menos uno de los siguientes: carbono conductor de dimensión cero, preferiblemente, negro de acetileno o negro de humo conductor; carbono conductor unidimensional, preferiblemente un nanotubo de carbono; carbono conductor bidimensional, preferiblemente grafito o grafeno conductor; y carbono conductor tridimensional, preferiblemente, óxido de grafeno reducido; y el material metálico se selecciona a partir de al menos uno de polvo de aluminio, polvo de hierro y polvo de plata; y/o el aglutinante se selecciona a partir de al menos uno de caucho de estireno butadieno, fluoruro de polivinilideno oleaginoso (PVDF), copolímero de fluoruro de polivinilideno (por ejemplo, copolímero de PVDF-HFP o copolímero de PVDF-TFE), carboximetilcelulosa de sodio, poliestireno, ácido poliacrílico, politetrafluoroetileno, poliacrilonitrilo, poliimida, PVDF acuoso, poliuretano, alcohol polivinílico, poliacrilato, copolímero de ácido poliacrílico-poliacrilonitrilo y copolímero de poliacrilato-poliacrilonitrilo.
8. La placa de electrodo positivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde la capa de imprimación conductora comprende además un material activo de electrodo y, preferiblemente, el grosor H de un solo lado de la capa de imprimación conductora es de 0,1 μm a 5 μm, y más preferiblemente, una relación de H a D2 es de 0,5:1 a 5:1.
9. La placa de electrodo positivo según la reivindicación 8, en donde
el aglutinante en la capa de imprimación conductora es igual o diferente del aglutinante en la capa de material activo, y el aglutinante en la capa de imprimación conductora se selecciona a partir de al menos uno de caucho de estireno butadieno, fluoruro de polivinilideno oleaginoso (PVDF), copolímero de fluoruro de polivinilideno (por ejemplo, copolímero de PVDF-HFP o copolímero de PVDF-TFE), carboximetilcelulosa sódica, poliestireno, ácido poliacrílico, politetrafluoroetileno, poliacrilonitrilo, poliimida, PVDF acuoso, poliuretano, alcohol polivinílico, poliacrilato, copolímero de ácido poliacrílico-poliacrilonitrilo y copolímero de poliacrilato-poliacrilonitrilo; y
el material conductor en la capa de imprimación conductora es igual o diferente del agente conductor en la capa de material activo, y el material conductor en la capa de imprimación conductora es al menos uno de un material de carbono conductor y un material metálico, en donde el material de carbono conductor se selecciona a partir de al menos uno de los siguientes: carbono conductor de dimensión cero, preferiblemente, negro de acetileno o negro de humo conductor; carbono conductor unidimensional, preferiblemente un nanotubo de carbono; carbono conductor bidimensional, preferiblemente grafito o grafeno conductor; y carbono conductor tridimensional, preferiblemente, óxido de grafeno reducido; el material metálico se selecciona a partir de al menos uno de polvo de aluminio, polvo de hierro y polvo de plata; y el material conductor en la capa de imprimación conductora comprende un material de carbono conductor unidimensional.
10. La placa de electrodo positivo según la reivindicación 8, en donde el aglutinante en la capa de imprimación conductora es un aglutinante acuoso, y más preferiblemente, al menos uno de PVDF acuoso, ácido poliacrílico, poliuretano, alcohol polivinílico, poliacrilato, copolímero de ácido poliacrílico-poliacrilonitrilo y copolímero de poliacrilato-poliacrilonitrilo.
11. Un aparato electroquímico que comprende una placa de electrodo positivo, una placa de electrodo negativo, un separador y un electrolito, en donde la placa de electrodo positivo es la placa de electrodo positivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.
12. Un aparato, que comprende el aparato electroquímico según la reivindicación 11.
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