ES2961842T3 - Cátodo para batería secundaria de litio y batería secundaria de litio que incluye el mismo - Google Patents

Cátodo para batería secundaria de litio y batería secundaria de litio que incluye el mismo Download PDF

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Abstract

La presente invención se refiere a un cátodo para una batería secundaria y a una batería secundaria de litio que incluye el cátodo para una batería secundaria, comprendiendo el cátodo una capa de material catódico activo formada sobre la superficie de un colector de corriente catódico, en donde: la capa de material catódico activo tiene una estructura multicapa que incluye una primera capa de material catódico activo formada sobre el colector de corriente catódico, y una segunda capa de material catódico activo formada sobre la primera capa de material catódico activo; la primera capa de material catódico activo comprende un material catódico activo, un primer aglutinante, que es un compuesto a base de melamina, y un segundo aglutinante, que es diferente del compuesto a base de melamina; y la segunda capa de material activo catódico comprende un segundo material activo catódico y un primer aglutinante, que es un compuesto a base de melamina. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Cátodo para batería secundaria de litio y batería secundaria de litio que incluye el mismo
Campo técnico
La presente invención se refiere a un electrodo positivo para una batería secundaria de litio y a una batería secundaria de litio que incluye el material activo de electrodo positivo.
Antecedentes de la técnica
La demanda de baterías secundarias como fuente de energía ha aumentado significativamente a medida que ha aumentado el desarrollo tecnológico y la demanda con respecto a los dispositivos móviles. Entre estas baterías secundarias, se han comercializado y usado ampliamente baterías secundarias de litio que tienen alta densidad de energía, alta tensión, duración de la vida útil por ciclo prolongada y baja tasa de autodescarga.
Recientemente, dado que las baterías secundarias de litio se usan como fuentes de energía para dispositivos de tamaño mediano y grande, tales como vehículos eléctricos, se requieren más baterías secundarias de litio de alta capacidad, alta densidad de energía, alto rendimiento y bajo coste.
Uno de los principales temas de investigación de las baterías secundarias de litio es implementar un material activo de electrodo que tenga alta capacidad y alto rendimiento, así como mejorar la estabilidad de la batería usando el material activo de electrodo.
Actualmente, las baterías secundarias de litio están diseñadas para usarse en un intervalo de tensión específico (generalmente, 4,4 V o menos) para garantizar la durabilidad y estabilidad. Sin embargo, el potencial de la celda puede aumentar inadvertidamente por encima del intervalo, y tal aumento repentino en el potencial de la celda desintercala el litio en el material del electrodo positivo para producir más iones tetravalentes de Co, Ni, etc., y eso provoca reacciones secundarias tales como la generación de gas o la oxidación de una disolución de electrolito, lo que da como resultado un deterioro del rendimiento de la celda.
Además, cuando el estado de sobrecarga continúa más allá de la corriente o tensión permitida, la temperatura en el interior de la celda aumenta y, por tanto, se contrae un separador para provocar un cortocircuito interno. Debido a la sobrecorriente instantánea generada en estas condiciones, la temperatura de la celda aumenta rápidamente y eso genera un problema de explosión de la celda con gas combustible en el interior de la celda.
En el caso de una batería secundaria convencional, se usa un retardante de la llama en la celda o se usa un método para eliminar el aire en la celda para impedir la ignición de la celda provocada por una sobrecarga.
De estos, cuando se incluye adicionalmente un retardante de la llama, particularmente un retardante de la llama a base de melamina que tiene excelentes propiedades retardantes de la llama, cuando se sobrecarga, se deteriora la adhesión de un electrodo y, por tanto, una capa de material activo de electrodo y una capa de colector de corriente se separan cuando se prepara el electrodo.
Por consiguiente, existe una demanda de desarrollar una batería que tenga una estabilidad mejorada alcanzando rápidamente la tensión de terminación de sobrecarga en caso de sobrecarga, además de evitar un aumento de temperatura en el interior de la batería.
El documento US 2016/020467 A1 da conocer un electrodo positivo para baterías secundarias con electrolitos no acuosos. El electrodo positivo tiene una capa de mezcla de electrodo positivo que comprende una primera capa de mezcla de un material activo de electrodo positivo y un inhibidor de reacción que inhibe una reacción térmica entre el material activo de electrodo positivo y un electrolito no acuoso, y una segunda capa de mezcla de un material activo de electrodo positivo. El electrodo positivo se obtiene laminando secuencialmente el colector de corriente de electrodo positivo, la primera y la segunda capa de mezcla en este orden; y la concentración del inhibidor de reacción contenido en la capa de mezcla de electrodo positivo es alta en las inmediaciones del colector de corriente de electrodo positivo en comparación con la de la porción de capa superficial de la capa de mezcla de electrodo positivo.
Divulgación de la invención
Problema técnico
Un aspecto de la presente invención proporciona un electrodo positivo que tiene una estabilidad de sobrecarga mejorada bloqueando rápidamente la corriente de carga, así como impedir un aumenta en la temperatura en el interior de la batería en el caso de sobrecarga.
Otro aspecto de la presente invención proporciona una batería secundaria de litio que incluye el electrodo positivo para una batería secundaria.
Solución técnica
Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un electrodo positivo para una batería secundaria de litio que incluye una capa de material activo de electrodo positivo formado sobre una superficie de un colector de electrodo positivo, en el que la capa de material activo de electrodo positivo tiene una estructura multicapa que incluye una primera capa de material activo de electrodo positivo formada sobre el colector de electrodo positivo y una segunda capa de material activo de electrodo positivo formada sobre la primera capa de material activo de electrodo positivo, la primera capa de material activo de electrodo positivo incluye un material activo de electrodo positivo, un primer aglutinante que es un compuesto a base de melamina, y un segundo aglutinante que es diferente del compuesto a base de melamina, y la segunda capa de material activo de electrodo positivo incluye un segundo material activo de electrodo positivo y el primer aglutinante que es un compuesto a base de melamina.
Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona una batería secundaria de litio que incluye el electrodo positivo para una batería secundaria.
Efectos ventajosos
Un electrodo positivo según la presente invención puede incluir un compuesto a base de melamina en una cantidad específica como aglutinante para impedir un aumento en la temperatura en el interior de una batería a través del compuesto a base de melamina en el caso de sobrecarga.
Además, cuando el compuesto a base de melamina se quema debido a un aumento en la temperatura interna, se generan oligómeros, y cuando se generan los oligómeros, se produce el cambio de fase, y la consiguiente reacción endotérmica puede absorber calor de combustión provocado a partir de la sobrecarga. Además, la cantidad de gas generado por un material activo de electrodo positivo se reduce debido a los oligómeros generados sobre la superficie del material activo de electrodo positivo y, por consiguiente, puede reducirse el gas combustible que puede quemarse durante la sobrecarga para mejorar adicionalmente la estabilidad en el interior de una celda.
Además, el electrodo positivo según la presente invención incluye una capa de material activo de electrodo positivo que tiene una estructura bicapa, la primera capa de material activo de electrodo positivo aumenta relativamente el contenido de un segundo aglutinante, y la segunda capa de material activo de electrodo positivo incluye sólo un compuesto a base de melamina como aglutinante para maximizar los efectos de mejora de la adhesión entre un colector de corriente y una capa de material activo y mejorar la estabilidad en el caso de sobrecarga.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una vista esquemática que ilustra un electrodo positivo según la presente invención.
Modo para llevar a cabo la invención
A continuación en el presente documento, se describirá con más detalle la presente invención.
Se entenderá que las expresiones o los términos usados en la memoria descriptiva y las reivindicaciones no deben interpretarse como que tienen el significado definido en los diccionarios usados habitualmente, y se entenderá además que las expresiones o los términos deben interpretarse como que tienen un significado que es consistente con su significado en el contexto de la técnica relevante y la idea técnica de la invención, basándose en el principio de que un inventor puede definir de manera adecuada el significado de las expresiones o los términos para explicar mejor la invención.
Electrodo positivo
Un electrodo positivo para una batería secundaria según una realización de la presente invención es un electrodo positivo que incluye una capa de material activo de electrodo positivo formada sobre una superficie de un colector de electrodo positivo, en el que la capa de material activo de electrodo positivo tiene una estructura multicapa que incluye una primera capa de material activo de electrodo positivo formada sobre el colector de electrodo positivo y una segunda capa de material activo de electrodo positivo formada sobre la primera capa de material activo de electrodo positivo, la primera capa de material activo de electrodo positivo incluye un material activo de electrodo positivo, un primer aglutinante que es un compuesto a base de melamina, y un segundo aglutinante que es diferente del compuesto a base de melamina, y la segunda capa de material activo de electrodo positivo incluye un segundo material activo de electrodo positivo y el primer aglutinante que es un compuesto a base de melamina.
A continuación en el presente documento, se describirá con más detalle un electrodo positivo para una batería secundaria según la presente invención.
En primer lugar, el electrodo positivo incluye una capa de material activo de electrodo positivo que tiene una estructura multicapa formada sobre un colector de electrodo positivo.
El colector de electrodo positivo no está particularmente limitado siempre que tenga conductividad sin provocar cambios químicos en una batería, y, por ejemplo, puede usarse acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio, carbón cocido, o aluminio o acero inoxidable que se trata superficialmente con carbono, níquel, titanio, plata, etc. Además, el colector de electrodo positivo puede tener normalmente un grosor de 3 |im a 500 |im, y pueden formarse irregularidades microscópicas sobre la superficie del colector para mejorar la adhesión del material activo de electrodo positivo. El colector de electrodo positivo, por ejemplo, puede usarse en diversas formas tales como una película, una lámina, una hoja, una red, un cuerpo poroso, un cuerpo de espuma y un cuerpo de material textil no tejido.
Tal como se muestra en la figura 1, la capa de material activo de electrodo positivo según la presente invención tiene una estructura multicapa, que incluye una primera capa 20 de material activo de electrodo positivo formada sobre un colector 10 de electrodo positivo y una segunda capa 30 de material activo de electrodo positivo formada sobre la primera capa 30 de material activo de electrodo positivo. La estructura multicapa se refiere a una estructura en la que la primera capa de material activo de electrodo positivo y la segunda capa de material activo de electrodo positivo se apilan de manera alterna sobre el colector de electrodo positivo.
Por ejemplo, la presente invención mezcla y usa un primer aglutinante que es un compuesto a base de melamina, y un segundo aglutinante que es diferente del compuesto a base de melamina como aglutinante no sólo para mejorar la adhesión entre el colector de electrodo positivo y la capa de material activo de electrodo positivo, sino también para impedir un aumento en la temperatura en el interior de una batería en el caso de sobrecarga. Existía la limitación de que la adhesión entre el colector de electrodo positivo y la capa de material activo de electrodo positivo disminuye a medida que se aumenta la razón del compuesto a base de melamina para mejorar la estabilidad de sobrecarga. Por el contrario, cuando se aumenta la razón del segundo aglutinante para mejorar la adhesión, existía la limitación de que el efecto de mejora en la estabilidad de sobrecarga es insignificante. Además, cuando se aumenta el contenido total del aglutinante, existía la limitación de que aumenta la resistencia interna de la celda o disminuye la densidad de energía.
Por tanto, según los presentes inventores, mientras que la primera capa de material activo de electrodo positivo tiene una estructura multicapa, por ejemplo, una estructura bicapa, la primera capa de material activo de electrodo positivo incluye un primer material activo de electrodo positivo, un primer aglutinante que es un compuesto a base de melamina capaz de mejorar la estabilidad cuando se sobrecarga, y un segundo aglutinante que tiene excelentes propiedades adhesivas, y la segunda capa de material activo de electrodo positivo incluye un segundo material activo de electrodo positivo y sólo el primer aglutinante que es un compuesto a base de melamina, para mejorar no sólo la adhesión entre el colector de electrodo positivo y la capa de material activo de electrodo positivo sin una disminución en la densidad de energía y un aumento en la resistencia interna, sino también para mejorar la estabilidad estructural impidiendo un aumento en la temperatura en la batería en el caso de sobrecarga. Además, pueden mejorarse adicionalmente las propiedades de resistencia con respecto a una estructura monocapa impidiendo la migración del aglutinante.
En concreto, la primera capa de material activo de electrodo positivo según la presente invención puede incluir un primer material activo de electrodo positivo, un primer aglutinante que es un compuesto a base de melamina, y un segundo aglutinante que es diferente del compuesto a base de melamina.
El primer material activo de electrodo positivo preferiblemente incluye al menos cualquier metal de transición de litio, níquel, cobalto o manganeso. Por ejemplo, puede ser óxido de litio-cobalto (LiCoO2); óxido de litio-níquel (LiNiO2); un compuesto dispuesto en capas o un compuesto sustituido con uno o más metales de transición tales como Li [NiaCobMncM1d]O2 (en la que M1 es uno cualquiera seleccionado del grupo que consiste en Al, Ga e In o dos o más elementos de los mismos, y 0,3<a<1,0, 0<b<0,5, 0<c <0,5 , 0<d<0,1, a+b+c+d=l); Li (LieM2f.e.fM3f)O2-gAg (en la que 0 <e<0,2, 0,6<f<1, 0<f<0,2, 0<g<0,2, M2 incluye Mn y al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Ni, Co, Fe, Cr, V, Cu, Zn y Ti, M3 es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Al, Mg y B, A es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en P, F, S y N); óxidos de litio-manganeso tales como Lii+hMn2-hO4 (en la que 0<h<0,33), LiMnO3, LiMn2O3 y LiMn02; óxido de litio-níquel de tipo sitio de Ni representado por la fórmula LiNii-iM4iO2 (en la que M4 = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B o Ga, 0,01<i<0,3); óxidos compuestos de litio-manganeso representados por la fórmula LiMn2-jM5jO2 (en la que M5 = Co, Ni, Fe, Cr, Zn o Ta, 0,01 <j<0,1) o Li2Mn3M6O8 (en la que M6 = Fe, Co, Ni, Cu o Zn); o LiMn2O4 en el que una parte del Li en las fórmula se sustituye con un ion de metal alcalinotérreo. Preferiblemente, el primer material activo de electrodo positivo puede ser un óxido compuesto de litio-níquel-cobaltomanganeso que incluye níquel, cobalto y manganeso como metal de transición.
El primer aglutinante, que es un compuesto a base de melamina, puede incluir al menos uno cualquiera de melamina o derivados de melamina, y puede incluir preferiblemente sales de ácido de melamina.
El compuesto a base de melamina puede impedir un aumento en la temperatura en el interior de una batería secundaria cuando se sobrecarga. Por ejemplo, cuando se sobrecarga la batería secundaria, la temperatura del compuesto a base de melamina también aumenta gradualmente a medida que aumenta la temperatura de la batería, y en este caso, se produce la combustión del compuesto a base de melamina. El compuesto a base de melamina puede formar un oligómero mientras se quema, incluso cuando la temperatura de la batería aumenta debido a una sobrecarga, la reacción endotérmica producida durante la generación del oligómero formado sobre la superficie del material activo de electrodo positivo reduce el calor transferido al material activo de electrodo positivo, reduciendo de ese modo los combustibles para mejorar la estabilidad.
Además, cuando se quema el compuesto a base de melamina, la superficie del material activo de electrodo positivo puede formarse como superficie no porosa. La superficie no porosa puede bloquear el calor y/o el oxígeno generado sobre la superficie del material activo de electrodo positivo y se transfiere al material activo de electrodo positivo mediante una corriente de cortocircuito en el interior de la batería y, por tanto, pueden mejorarse adicionalmente las propiedades de retardante de la llama.
Además, el segundo aglutinante que es diferente del compuesto a base de melamina sirve para mejorar la adhesión entre las partículas de material activo de electrodo positivo y la adhesión entre el material activo de electrodo positivo y el colector de corriente, por ejemplo, el segundo aglutinante puede ser al menos uno seleccionado del grupo que consiste en poliamida-imida (PAI) y poli(fluoruro de vinilideno) (PVDF). Preferiblemente, cuando se usa la poliamida-imida que tiene excelentes propiedades de adhesión como segundo aglutinante, la adhesión entre el colector de electrodo positivo y la segunda capa de material activo de electrodo positivo puede mejorarse adicionalmente debido a las altas propiedades adhesivas.
La primera capa de material activo de electrodo positivo puede incluir de 1 a 30 partes en peso, preferiblemente de 1,5 a 10 partes en peso, de un primer aglutinante que es un compuesto a base de melamina y un segundo aglutinante que es diferente del compuesto a base de melamina, con respecto a 100 partes en peso del primer material activo de electrodo positivo.
Cuando la primera capa de material activo de electrodo positivo incluye el primer aglutinante y el segundo aglutinante en el intervalo anterior con respecto a 100 partes en peso del primer material activo de electrodo positivo, la densidad de energía es excelente, y puede mejorarse la adhesión entre el colector de electrodo positivo y la segunda capa de material activo de electrodo positivo. Por ejemplo, cuando el contenido del primer aglutinante y el segundo aglutinante es menor que el intervalo anterior, la adhesión entre el colector de electrodo positivo y la capa de material activo de electrodo positivo es baja, de modo que cuando se fabrica una batería usando los mismos, el colector de electrodo positivo y la capa de material activo de electrodo positivo pueden separarse debido a la carga y descarga de la batería.
La primera capa de material activo de electrodo positivo puede incluir un primer aglutinante que es un compuesto a base de melamina y un segundo aglutinante en una razón en peso de 0,5:1 a 10:1, más preferiblemente de 0,5:1 a 5:1, lo más preferiblemente de 0,5:1 a 2,5:1. Por ejemplo, Cuando la primera capa de material activo de electrodo positivo incluye el primer aglutinante y el segundo aglutinante en el intervalo anterior, mientras que mejora la adhesión entre el colector de electrodo positivo y la capa de material activo de electrodo positivo, pueden realizarse las propiedades de impedir un aumento en la temperatura en el interior de una celda debido a la inclusión del compuesto a base de melamina.
Por ejemplo, cuando la primera capa de material activo de electrodo positivo incluye el segundo aglutinante en una cantidad fuera del intervalo, de modo que la cantidad del segundo aglutinante está por debajo del intervalo, puede reducirse la adhesión, y cuando la cantidad del segundo aglutinante está por encima del intervalo, puede deteriorarse la reacción endotérmica de la melamina.
Mientras tanto, la segunda capa de material activo de electrodo positivo puede estar dispuesta sobre la primera capa de material activo de electrodo positivo, y puede incluir un segundo material activo de electrodo positivo y un primer aglutinante que es un compuesto a base de melamina.
El segundo material activo de electrodo positivo incluye preferiblemente al menos cualquier metal de transición de litio, níquel, cobalto o manganeso. Por ejemplo, puede ser óxido de litio-cobalto (LiCoO2); óxido de litio-níquel (LiNiO2); un compuesto dispuesto en capas o un compuesto sustituido con uno o más metales de transición tales como Li[NiaCobMncM1d]O2 (en la que M1 es uno cualquiera seleccionado del grupo que consiste en Al, Ga e In o dos o más elementos de los mismos, y 0,3<a<1,0, 0<b<0,5, 0<c <0,5 , 0<d<0,1, a+b+c+d=1); Li(LieM2f.e.fM3f) O2-gAg (en la que 0 <e<0,2, 0,6<f<1, 0<f<0,2, 0<g<0,2, M2 incluye Mn y al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Ni, Co, Fe, Cr, V, Cu, Zn y Ti, M3 es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Al, Mg y B, A es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en P, F, S y N); óxidos de litio-manganeso tales como Li1+hMn2-hO4 (en la que 0<h<0,33), LiMnO3, LiMn2O3 y LiMn02; óxido de litio-níquel de tipo sitio de Ni representado por la fórmula LiNi-i. iM4O2 (en la que M4 = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B o Ga, 0,01<i<0,3); óxidos compuestos de litio-manganeso representados por la fórmula LiMn2-jM5jO2 (en la que M5 = Co, Ni, Fe, Cr, Zn o Ta, 0,01 <j<0,1) o Li2Mn3M6O8 (en la que M6 = Fe, Co, Ni, Cu o Zn); o LiMn2O4 en el que una parte del Li en la fórmula se sustituye con un ion de metal alcalinotérreo. Preferiblemente, el primer material activo de electrodo positivo puede ser un óxido compuesto de litioníquel-cobalto-manganeso que incluye níquel, cobalto y manganeso como metal de transición.
En este caso, el primer material activo de electrodo positivo incluido en la primera capa de material activo de electrodo positivo y el segundo material activo de electrodo positivo incluido en la segunda capa de material activo de electrodo positivo pueden ser iguales o diferentes, y pueden usarse de manera adecuada según sea necesario. La segunda capa de material activo de electrodo positivo puede incluir de 1 a 30 partes en peso, preferiblemente de 1,5 a 10 partes en peso del primer aglutinante, que es un compuesto a base de melamina, con respecto a 100 partes en peso del segundo material activo de electrodo positivo. La segunda capa de material activo de electrodo positivo puede incluir sólo un compuesto a base de melamina como aglutinante para incluir un mayor peso del compuesto a base de melamina que cuando se usa una única capa de material activo.
La primera capa de material activo de electrodo positivo y la segunda capa de material activo de electrodo positivo pueden tener una razón de grosor de 5:95 a 50:50, preferiblemente de 20:80 a 50:50, y lo más preferiblemente de 40:60 a 50:50. Cuando la primera capa de material activo de electrodo positivo y la segunda capa de material activo de electrodo positivo se forman en los intervalos anteriores, la primera capa de material activo de electrodo positivo se forma en un grosor mínimo parar tener una adhesión suficientemente fuerte para producir un electrodo, y luego la segunda capa de material activo de electrodo positivo se forma para lograr tanto adhesión como estabilidad mejoradas en el caso de sobrecarga.
Es decir, según la presente invención, mientras se incluye un compuesto a base de melamina para mejorar la estabilidad de una batería secundaria cuando se sobrecarga, la capa de material activo de electrodo positivo se forma para tener una estructura bicapa para superar la limitación convencional en el deterioro de la adhesión debido a un aumento de cantidad del compuesto a base de melamina, proporcionando de ese modo un electrodo positivo para una batería secundaria capaz de mejorar tanto la adhesión como la estabilidad.
La primera capa de material activo de electrodo positivo y/o la segunda capa de material activo de electrodo positivo pueden incluir además opcionalmente un agente conductor según sea necesario. El agente conductor se usa para proporcionar conductividad a un electrodo, en el que puede usarse cualquier agente conductor sin ninguna limitación particular siempre que tenga una conductividad electrónica adecuada sin provocar cambios químicos en una batería. Ejemplos específicos del agente conductor pueden ser grafito tal como grafito natural o grafito artificial; materiales a base de carbono tales como negro de carbono, negro de acetileno, negro de Ketjen, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara, negro térmico y fibras de carbono; polvo o fibras de metal tal como cobre, níquel, aluminio y plata; fibras cortas monocristalinas conductoras tales como óxido de zinc y titanato de potasio; óxidos metálicos conductores tales como óxido de titanio; o polímeros conductores tales como derivados de polifenileno, y puede usarse uno cualquiera de los mismos o una mezcla de dos o más de los mismos. El agente conductor puede incluirse en una cantidad de 0,1 a 10 partes en peso con respecto a las 100 partes en peso totales del material activo de electrodo positivo.
El electrodo positivo puede fabricarse según un método convencional para fabricar un electrodo positivo. Específicamente, un material activo de electrodo positivo, un primer aglutinante que es un compuesto a base de melamina y un segundo aglutinante que es diferente del compuesto a base de melamina se disuelven o dispersan en un disolvente para preparar una primera composición formadora de capa de material activo de electrodo positivo, luego se aplica la composición sobre un colector de electrodo positivo, se seca y se lamina para formar una primera capa de material activo de electrodo positivo, después de eso, un material activo de electrodo positivo y un compuesto a base de melamina se disuelve o dispersan en un disolvente para preparar una segunda composición formadora de capa de material activo de electrodo positivo, luego se aplica la composición sobre la primera capa de material activo de electrodo positivo, se seca y se lamina para producir un electrodo positivo que incluye la capa de material activo de electrodo positivo que tiene una estructura bicapa formada sobre el colector de electrodo positivo. El disolvente puede ser un disolvente generalmente usado en la técnica y puede incluir dimetilsulfóxido (DMSO), alcohol isopropílico, N-metilpirrolidona (NMP), acetona o agua, y puede usarse uno cualquiera de los mismos o una mezcla de dos o más de los mismos. Una cantidad del disolvente usado puede ser suficiente si el disolvente puede disolver o dispersar el material activo de electrodo positivo, el agente conductor y el aglutinante teniendo en cuenta el grosor de recubrimiento de una suspensión y el rendimiento de fabricación, y pude permitir tener una viscosidad que puede proporcionar una excelente uniformidad de grosor durante el recubrimiento posterior para la preparación del electrodo positivo.
Además, como otro método, el electrodo positivo puede prepararse sometiendo a colada la composición para formar una capa de material activo de electrodo positivo sobre un soporte independiente y luego laminando una película independiente del soporte sobre el colector de electrodo positivo.
Batería secundaria de litio
Además, puede prepararse un dispositivo electroquímico que incluye el electrodo positivo en la presente invención. El dispositivo electroquímico puede ser específicamente una batería o un condensador, y, más específicamente, puede ser una batería secundaria de litio.
La batería secundaria de litio incluye específicamente un electrodo positivo, un electrodo negativo dispuesto orientado hacia el electrodo positivo, un separador dispuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, y un electrolito, en la que, puesto que el electrodo positivo es el mismo tal como se describió anteriormente, se omitirán descripciones detalladas del mismo, y las configuraciones restantes se describirán únicamente con detalle a continuación.
Además, la batería secundaria de litio puede incluir adicionalmente de manera selectiva un receptáculo de batería que alberga un conjunto de electrodos del electrodo positivo, el electrodo negativo y el separador, y un elemento de sellado que sella el receptáculo de batería.
En la batería secundaria de litio, el electrodo negativo incluye un colector de electrodo negativo y una capa de material activo de electrodo negativo dispuesta sobre el colector de electrodo negativo.
El colector de electrodo negativo no está particularmente limitado siempre que tenga una alta conductividad sin provocar cambios químicos en una batería, y, por ejemplo, puede usarse cobre, acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio, carbón cocido, cobre o acero inoxidable que se trata superficialmente con carbono, níquel, titanio, plata, etc., y una aleación de aluminio-cadmio. Además, el colector de electrodo negativo puede tener normalmente un grosor de 3 ^m a 500 |im, y, de manera similar al colector de electrodo positivo, pueden formarse irregularidades microscópicas sobre la superficie del colector para mejorar la adhesión de un material activo de electrodo negativo. Por ejemplo, el colector de electrodo negativo puede usarse en diversas formas tales como una película, una lámina, una hoja, una red, un cuerpo poroso, un cuerpo de espuma y un cuerpo de material textil no tejido.
La capa de material activo de electrodo negativo incluye de manera selectiva un aglutinante y un agente conductor además del material activo de electrodo negativo.
Un compuesto capaz de intercalar y desintercalar litio de manera reversible puede usarse como material activo de electrodo negativo. Ejemplos específicos del material activo de electrodo negativo pueden ser un material carbonoso tal como grafito artificial, grafito natural, fibras de carbono grafitizadas y carbono amorfo; un compuesto metálico que puede alearse con litio tal como silicio (Si), aluminio (Al), estaño (Sn), plomo (Pb), zinc (Zn), bismuto (Bi), indio (In), magnesio (Mg), galio (Ga), cadmio (Cd), una aleación de Si, una aleación de Sn o una aleación de Al; un óxido metálico que puede estar dopado o no dopado con litio tal como SiO<p>(0<p<2), SnO<2>, óxido de vanadio y óxido de litio-vanadio; o un material compuesto que incluye el compuesto metálico y el material carbonoso tal como un material compuesto de Si-C o un material compuesto de Sn-C, y puede usarse uno cualquier de los mismos o una mezcla de dos o más de los mismos. Además, puede usarse una película delgada de litio metálico como material activo de electrodo negativo. Además, puede usarse tanto carbono poco cristalino como carbono altamente cristalino como material de carbono. Ejemplos típicos del carbono poco cristalino pueden ser carbono blando y carbono duro, y los ejemplos típicos del carbono altamente cristalino pueden ser grafito natural o grafito artificial irregular, plano, en escamas, esférico o fibroso, grafito Kish, carbono pirolítico, fibras de carbono a base de brea mesofásica, microperlas de mesocarbono, breas mesofásicas y carbono sinterizado a alta temperatura tal como coques derivados de brea de petróleo o de alquitrán de hulla.
El material activo de electrodo negativo puede incluirse en una cantidad de 80 a 99 partes en peso con respecto al peso total de la capa de material activo de electrodo negativo.
El aglutinante es un componente que ayuda en la unión entre el agente conductor, el material activo y el colector de corriente, en el que el aglutinante se añade normalmente en una cantidad de 0,1 a 10 partes en peso con respecto al peso total de la capa de material activo de electrodo negativo. Ejemplos del aglutinante pueden ser poli(fluoruro de vinilideno) (PVDF), poli(alcohol vinílico), carboximetilcelulosa (CMC), almidón, hidroxipropilcelulosa, celulosa regenerada, polivinilpirrolidona, tetrafluoroetileno, polietileno, polipropileno, un polímero de etileno-propileno-dieno (EPDM), un EPDM sulfonado, un caucho de estireno-butadieno, un caucho de nitrilobutadieno, un caucho fluorado, diversos copolímeros de los mismos, etc.
El agente conductor es un componente para mejorar adicionalmente la conductividad del material activo de electrodo negativo, en el que el agente conductor puede añadirse en una cantidad de 10 partes en peso o menos, por ejemplo, 5 partes en peso o menos con respecto al peso total de la capa de material activo de electrodo negativo. El agente conductor no está particularmente limitado siempre que tenga conductividad sin provocar cambios químicos en una batería, y, por ejemplo, puede usarse grafito tal como grafito natural o grafito artificial; negro de carbono tal como negro de acetileno, negro de Ketjen, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara, o negro térmico; fibras conductoras tales como fibras de carbono o fibras de metal; polvo de metal tal como polvo de fluorocarbono, polvo de aluminio o polvo de níquel; fibras cortas monocristalinas conductoras tales como óxido de zinc o titanato de potasio; óxido metálico conductor tal como óxido de titanio; o derivados de polifenileno.
Por ejemplo, la capa de material activo de electrodo negativo puede prepararse recubriendo una composición para formar un electrodo negativo, que se prepara disolviendo o dispersando de manera selectiva el aglutinante y el agente conductor, así como el material activo de electrodo negativo en un disolvente, sobre el colector de electrodo negativo y secando el colector de electrodo negativo recubierto, o puede prepararse sometiendo a colada la composición para formar un electrodo negativo sobre un soporte independiente y luego laminando una película independiente del soporte sobre el colector de electrodo negativo.
Mientras tanto, en la batería secundaria de litio, el separador separa el electrodo negativo y el electrodo positivo y proporciona una trayectoria de movimiento de los iones de litio, en el que puede usarse cualquier separador como separador sin ninguna limitación particular siempre que se use normalmente en una batería secundaria de litio y, particularmente, puede usarse un separador que tenga una alta capacidad de retención de humedad para un electrolito, así como baja resistencia a la transferencia de los iones de electrolito. Específicamente, puede usarse una película polimérica porosa, por ejemplo, una película polimérica porosa preparada a partir de un polímero a base de poliolefina, tal como un homopolímero de etileno, un homopolímero de propileno, un copolímero de etileno/buteno, un copolímero de etileno/hexeno y un copolímero de etileno/metacrilato, o una estructura laminada que tenga dos o más capas de los mismos. Además, un material textil no tejido poroso típico, por ejemplo, puede usarse un material textil no tejido formado de fibras de vidrio o fibras de poli(tereftalato de etileno) de alto punto de fusión. Además, un separador recubierto que incluye un componente cerámico o un material polimérico puede usarse para asegurar la resistencia al calor o la resistencia mecánica, y puede usarse de manera selectiva el separador que tiene una estructura de una sola capa o multicapa.
Además, el electrolito usado en la presente invención puede incluir un electrolito líquido orgánico, un electrolito líquido inorgánico, un electrolito polimérico sólido, un electrolito polimérico de tipo gel, un electrolito inorgánico sólido o un electrolito inorgánico de tipo fundido que puede usarse en la preparación de la batería secundaria de litio, pero la presente invención no se limita a los mismo.
Específicamente, el electrolito puede incluir un disolvente orgánico y una sal de litio.
Puede usarse cualquier disolvente orgánico como disolvente orgánico sin ninguna limitación particular siempre que pueda funcionar como medio a través del cual pueden moverse los iones implicados en una reacción electroquímica de la batería. Específicamente, puede usarse un disolvente a base de éster tal como acetato de metilo, acetato de etilo, y-butirolactona y g-caprolactona; un disolvente a base de éter tal como dibutil éter o tetrahidrofurano; un disolvente a base de cetona tal como ciclohexanona; un disolvente a base de hidrocarburo aromático tal como benceno y fluorobenceno; o un disolvente a base de carbonato tal como carbonato de dimetilo (DMC), carbonato de dietilo (DEC), carbonato de metiletilo (MEC), carbonato de etilmetilo (EMC), carbonato de etileno (EC) y carbonato de propileno (PC); un disolvente a base de alcohol tal como alcohol etílico y alcohol isopropílico; nitrilos tales como R-CN (donde R es un grupo hidrocarburo lineal, ramificado o cíclico C2-C20 y puede incluir un anillo aromático con dobles enlaces o un enlace éter); amidas tales como dimetilformamida; dioxolanos tales como 1,3-dioxolano; o sulfolanos como disolvente orgánico. Entre estos disolventes, puede usarse el disolvente a base de carbonato, y, por ejemplo, puede usarse una mezcla de un carbonato cíclico (por ejemplo, carbonato de etileno o carbonato de propileno) que tiene alta conductividad iónica y alta constante dieléctrica, que puede aumentar el rendimiento de carga/descarga de la batería, y un compuesto a base carbonato lineal de baja viscosidad (por ejemplo, carbonato de etilmetilo, carbonato de dimetilo o carbonato de dietilo). En este caso, el rendimiento de la disolución de electrolito puede ser excelente cuando el carbonato cíclico y el carbonato de cadena se mezclan en una razón volumétrica de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 1:9.
La sal de litio puede usarse sin ninguna limitación particular siempre que sea un compuesto capaz de proporcionar iones de litio usados en la batería secundaria de litio. Específicamente, puede usarse LiPF<6>, LiClO<4>, LiAsF<a>, LiBF<4>, LiSbF<a>, LiAlO<4>, LiAlCL<,>, UCF<3>SO<3>, UC<4>F<9>SO<3>, LiN (C<2>F<a>SO<3>)<2>, LiN (C<2>F<a>SO<2>)<2>, LiN (CF<3>SO<2>)<2>, LiCl, Lil o LiB(C<2>O<4>)<2>como sal de litio. La sal de litio puede usarse en un intervalo de concentración de 0,1 M a 2,0 M. En un caso en el que la concentración de la sal de litio se incluye dentro del intervalo anterior, puesto que el electrolito puede tener una conductividad y viscosidad adecuadas, puede obtenerse un rendimiento excelente del electrolito y pueden moverse de manera eficaz los iones de litio.
Para mejorar las características de vida útil de la batería, suprimir la reducción de la capacidad de la batería y mejorar la capacidad de descarga de la batería, al menos un aditivo, por ejemplo, un compuesto a base de carbonato de halo-alquileno tal como carbonato de difluoroetileno, piridina, fosfito de trietilo, trietanolamina, éter cíclico, etilendiamina, n-glima, hexafosforictriamida, un derivado de nitrobenceno, azufre, un tinte de quinona-imina, oxazolidinona N-sustituida, imidazolidina N,N-sustituida, dialquil éter de etilenglicol, una sal de amonio, pirrol, 2-metoxietanol o tricloruro de aluminio, puede añadirse adicionalmente al electrolito además de los componentes de electrolito. En este caso, el aditivo puede incluirse en una cantidad de 0,1 a 5 partes en peso con respecto al peso total del electrolito.
Tal como se describió anteriormente, puesto que la batería secundaria de litio que incluye el material activo de electrodo positivo según la presente invención presenta de manera estable una capacidad de descarga, características de salida y características de vida útil, la batería secundaria de litio es adecuada para dispositivos portátiles, tales como teléfonos móviles, ordenadores portátiles y cámaras digitales, y automóviles eléctricos tales como vehículos eléctricos híbridos (HEV).
Por tanto, según otra realización de la presente invención, se proporcionan un módulo de batería que incluye la batería secundaria de litio como celda unitaria y un bloque de baterías que incluye el módulo de batería.
El módulo de batería o el bloque de baterías puede usarse como fuente de alimentación de al menos un dispositivo de tamaño mediano y grande de una herramienta eléctrica; automóviles eléctricos incluyendo un vehículo eléctrico (EV), un vehículo eléctrico híbrido y un vehículo eléctrico híbrido enchufable (PHEV); o un sistema de almacenamiento de energía.
La forma de la batería secundaria de litio de la presente invención no está particularmente limitada, pero puede usarse un tipo cilíndrico de tipo lata, un tipo prismático, un tipo bolsas o un tipo de botón.
La batería secundaria de litio según la presente invención puede no usarse sólo en una celda de batería que se usa como fuente de alimentación de un dispositivo pequeño, sino también puede usarse como celda unitaria en un módulo de batería de tamaño mediano y grande que incluye una pluralidad de celdas de batería.
A continuación en el presente documento, se describirá con detalle la presente invención, según ejemplos específicos.
Ejemplos
Ejemplo 1
Se mezclaron LiNi0,6Co0,2Mn0,2O2 como material activo de electrodo positivo, negro de carbono (super-C65) como agente conductor, poliamida-imida (PAI) como aglutinante y cianurato de melamina (MC) como aglutinante en un disolvente de N-metilpirrolidona (NMP) para tener una razón en peso de 90:5:2,5:2,5 para preparar una primera suspensión de material activo de electrodo positivo.
Independientemente, se mezclaron LiNi0,6Co0,2Mn0,2O2 como material activo de electrodo positivo, negro de carbono (super-C65) como agente conductor y cianurato de melamina (MC) en un disolvente de NMP para tener una razón en peso de 90:5:5 para preparar una segunda suspensión de material activo de electrodo positivo.
Se aplicó la primera suspensión de material activo de electrodo positivo sobre una lámina de aluminio que tenía un grosor de 15 |im, se trató térmicamente a 130 °C durante 1 hora, y se laminó para formar una primera capa de material activo de electrodo positivo que tenía un grosor de 60 |im. Posteriormente, se aplicó la segunda suspensión de material activo de electrodo positivo sobre la primera capa de material activo de electrodo positivo, se trató térmicamente a 130 °C durante 1 hora, y se laminó para formar una segunda capa de material activo de electrodo positivo que tenía un grosor de 60 |im, que se usó como electrodo positivo para una batería secundaria.
Ejemplo 2
Se mezclaron LiNi0,6Co0,2Mn0,2O2 como material activo de electrodo positivo, super-C65 como agente conductor, PAI como aglutinante y cianurato de melamina (MC) como aglutinante en un disolvente de NMP para tener una razón en peso de 90:5:1,5:3,5 para preparar una primera suspensión de material activo de electrodo positivo.
Independientemente, se mezclaron LiNi0,6Co0,2Mn0,2O2 como material activo de electrodo positivo, super-C65 como agente conductor y cianurato de melamina (MC) en un disolvente de NMP para tener una razón en peso de 90:5:5 para preparar una segunda suspensión de material activo de electrodo positivo.
Se fabricó un electrodo positivo que incluía una capa de material activo de electrodo positivo bicapa de la misma manera que en el ejemplo 1, excepto que se usaron la primera suspensión de material activo de electrodo positivo y la segunda suspensión de material activo de electrodo positivo preparadas anteriormente.
Ejemplo comparativo 1
Se aplicó la primera suspensión de material activo de electrodo positivo preparada en el ejemplo 1 sobre una lámina de Al, se trató térmicamente a 130 °C durante 1 hora, y se laminó para formar una capa de material activo de electrodo positivo que tenía un grosor de 120 |im, que se usó como electrodo positivo para una batería secundaria. Ejemplo comparativo 2
Se aplicó la segunda suspensión de material activo de electrodo positivo en el ejemplo 1 sobre una lámina de Al, se trató térmicamente a 130 °C durante 1 hora, y se laminó para formar una capa de material activo de electrodo positivo que tenía un grosor de 120 |im, que se usó como electrodo positivo para una batería secundaria.
Ejemplo experimental 1: experimento de sobrecarga
Se fabricó una batería secundaria usando los electrodos positivos preparados en los ejemplos 1 y 2 y los ejemplos comparativos 1 y 2.
Se mezclaron grafito artificial como material activo de electrodo negativo, negro de carbono (super-C65) como agente conductor y un caucho de estireno-butadieno (SBR) como aglutinante en agua destilada como disolvente en una razón en peso de 90:5:5 para preparar una suspensión de electrodo negativo. Se aplicó la suspensión de electrodo negativo sobre una lámina de cobre que tiene un grosor de 10 |im a un grosor de 150 |im, se secó, y luego se laminó para preparar un electrodo negativo.
Se apilaron los electrodos positivos preparados en los ejemplos 1 y 2 y los ejemplos comparativos 1 y 2, y el electrodo negativo preparado anteriormente junto con un separador de polietileno (Celgard) que tenía un grosor de 20 |im para preparar un conjunto de electrodos, el conjunto de electrodos se colocó en una carcasa de batería, y luego un electrolito en el que se disolvió LiPF6 1 M en un disolvente orgánico, donde se mezclaron carbonato de etileno, carbonato de dimetilo y carbonato de dietilo a una razón volumétrica de 1:2:1, se inyectó para preparar una batería secundaria de litio.
Se realizó el experimento de sobrecarga usando las baterías secundarias de los ejemplos 1 y 2 y los ejemplos comparativos 1 y 2. Específicamente, se realizó la carga con un punto de corte de 0,05 C a plena tensión (4,2 V) a 0,3 C, y luego se proporcionó un periodo de descanso de 1 hora para estabilizar la tensión. Después de estabilizar la tensión de la celda, se realizó la sobrecarga a 1 C y 8 V, se realizaron los experimentos de sobrecarga de las baterías secundarias de los ejemplos 1 y 2 y los ejemplos comparativos 1 y 2 cinco veces en total, y los resultados se muestran en la tabla 1 a continuación.
[Tabla 1]
Tal como se muestra en la tabla 1, en cuanto a la batería secundaria que incluye los materiales activos de electrodo positivo preparados en los ejemplos 1 y 2, se confirmó que la tasa de inflamación fue inferior a la mitad de cinco muestras.
Mientras tanto, en cuanto a la batería secundaria que incluye el material activo de electrodo positivo preparado en el ejemplo comparativo 1, se confirmó que se produjo la inflamación cuando se sobrecargó ya que la cantidad del compuesto a base de melamina que sirve como retardante de la llama en el electrodo se incluye por debajo del intervalo de la presente invención.
Además, en cuanto a la batería secundaria que incluye el material activo de electrodo positivo preparado en el ejemplo comparativo 2, puesto que sólo se incluyó el compuesto a base de melamina como aglutinante, resultó difícil de fabricar una batería secundaria debido al deterioro de la adhesión entre la capa de electrodo y la capa de colector de corriente.

Claims (9)

  1. REIVINDICACIONES
    i.Electrodo positivo para una batería secundaria, comprendiendo el electrodo positivo una capa de material activo de electrodo positivo formada sobre una superficie de un colector de electrodo positivo,
    en el que la capa de material activo de electrodo positivo tiene una estructura multicapa que incluye una primera capa de material activo de electrodo positivo formada sobre el colector de electrodo positivo y una segunda capa de material activo de electrodo positivo formada sobre la primera capa de material activo de electrodo positivo,
    la primera capa de material activo de electrodo positivo comprende un primer material activo de electrodo positivo, un primer aglutinante que es un compuesto a base de melamina, y un segundo aglutinante que es diferente del compuesto a base de melamina, y
    la segunda capa de material activo de electrodo positivo comprende un segundo material activo de electrodo positivo y el primer aglutinante que es un compuesto a base de melamina.
  2. 2. Electrodo positivo para una batería secundaria según la reivindicación 1, en el que el compuesto a base de melamina es una sal de ácido de melamina.
  3. 3. Electrodo positivo para una batería secundaria según la reivindicación 2, en el que la sal de ácido de melamina comprende cianurato de melamina.
  4. 4. Electrodo positivo para una batería secundaria según la reivindicación 1, en el que la primera capa de material activo de electrodo positivo comprende de 1 a 30 partes en peso del primer aglutinante que es un compuesto a base de melamina y el segundo aglutinante que es diferente del compuesto a base de melamina, con respecto a 100 partes en peso del primer material activo de electrodo positivo.
  5. 5. Electrodo positivo para una batería secundaria según la reivindicación 1, en el que la primera capa de material activo de electrodo positivo comprende el primer aglutinante que es un compuesto a base de melamina y el segundo aglutinante que es diferente del compuesto a base de melamina en una razón en peso de 0,5:1 a 10:1.
  6. 6. Electrodo positivo para una batería secundaria según la reivindicación 1, en el que el segundo aglutinante comprende al menos uno cualquiera seleccionado del grupo que consiste en poliamida-imida y poli(fluoruro de vinilideno).
  7. 7. Electrodo positivo para una batería secundaria según la reivindicación 1, en el que la segunda capa de material activo de electrodo positivo comprende de 1 a 30 partes en peso del primer aglutinante con respecto a 100 partes en peso del segundo material activo de electrodo positivo.
  8. 8. Electrodo positivo para una batería secundaria según la reivindicación 1, en el que la primera capa de material activo de electrodo positivo y la segunda capa de material activo de electrodo positivo tienen una razón de grosor de 5:95 a 50:50.
  9. 9. Batería secundaria de litio que comprende el electrodo positivo según la reivindicación 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP7480430B2 (ja) 2021-03-12 2024-05-09 エルジー エナジー ソリューション リミテッド 電極及びその製造方法
KR20220157180A (ko) * 2021-05-20 2022-11-29 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
CN118140317A (zh) 2021-12-01 2024-06-04 宁德时代新能源科技股份有限公司 正极极片及包括其的二次电池、电池模块、电池包和用电装置

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003257433A (ja) * 2002-02-28 2003-09-12 Mitsubishi Materials Corp 非水電解液二次電池及び結着剤
CA2535064A1 (fr) * 2006-02-01 2007-08-01 Hydro Quebec Materiau multi-couches, procede de fabrication et utilisation comme electrode
JP5261961B2 (ja) * 2007-04-06 2013-08-14 トヨタ自動車株式会社 二次電池用正極、二次電池用負極、二次電池、及び車両
TWI411149B (zh) * 2008-12-31 2013-10-01 Ind Tech Res Inst 鋰電池及其製造方法
US9136559B2 (en) * 2010-12-29 2015-09-15 Industrial Technology Research Institute Non-aqueous electrolyte and lithium secondary battery including the same
TWI501444B (zh) * 2012-12-20 2015-09-21 Ind Tech Res Inst 鋰離子二次電池用的電解液添加劑
CN104584290B (zh) * 2013-01-31 2018-09-28 三洋电机株式会社 非水电解质二次电池用正极和非水电解质二次电池
CN105027330A (zh) * 2013-03-11 2015-11-04 三洋电机株式会社 非水电解质二次电池用正极和非水电解质二次电池
JP6249399B2 (ja) * 2013-12-19 2017-12-20 株式会社村田製作所 リチウムイオン二次電池用電極、リチウムイオン二次電池、電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具および電子機器
JP6777388B2 (ja) * 2015-02-27 2020-10-28 パナソニック株式会社 非水電解質二次電池
KR102049438B1 (ko) * 2015-05-12 2019-11-28 주식회사 엘지화학 이중층 구조의 전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
TWI575802B (zh) * 2015-12-22 2017-03-21 財團法人工業技術研究院 鋰正極材料與鋰電池
KR101930130B1 (ko) * 2016-06-10 2018-12-17 한양대학교 산학협력단 질소가 도핑된 탄소를 함유하는 양극 활물질층 및 보호막을 구비하는 금속-황 전지용 양극, 이의 제조방법
JP6874404B2 (ja) 2017-02-06 2021-05-19 株式会社村田製作所 非水電解液電池用の正極、非水電解液電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システム
JP7115463B2 (ja) * 2017-02-24 2022-08-09 日本ゼオン株式会社 非水系二次電池用バインダー組成物、非水系二次電池機能層用スラリー組成物、非水系二次電池用機能層、および非水系二次電池
JP6428873B2 (ja) * 2017-08-04 2018-11-28 株式会社村田製作所 二次電池用電極、二次電池、電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具および電子機器

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