ES2963611T3 - Batería secundaria, proceso de preparación de esta y aparato que comprende la batería secundaria - Google Patents

Batería secundaria, proceso de preparación de esta y aparato que comprende la batería secundaria Download PDF

Info

Publication number
ES2963611T3
ES2963611T3 ES20933096T ES20933096T ES2963611T3 ES 2963611 T3 ES2963611 T3 ES 2963611T3 ES 20933096 T ES20933096 T ES 20933096T ES 20933096 T ES20933096 T ES 20933096T ES 2963611 T3 ES2963611 T3 ES 2963611T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
negative electrode
active material
secondary battery
silicon
coating layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES20933096T
Other languages
English (en)
Inventor
Yuwen Wang
Baozhen Wu
Yonghuang Ye
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Original Assignee
Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Contemporary Amperex Technology Co Ltd filed Critical Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Application granted granted Critical
Publication of ES2963611T3 publication Critical patent/ES2963611T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1393—Processes of manufacture of electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1395—Processes of manufacture of electrodes based on metals, Si or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/386—Silicon or alloys based on silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028—Positive electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/364—Composites as mixtures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/483—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides for non-aqueous cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Se divulgan una batería secundaria y un método de fabricación para la misma, y un aparato que contiene la batería secundaria. La batería secundaria comprende una pieza de polo negativo, comprendiendo la pieza de polo negativo un colector de corriente negativo y un diafragma negativo. El diafragma negativo comprende una primera capa de diafragma negativo y una segunda capa de diafragma negativo, en donde la primera capa de diafragma negativo está dispuesta en al menos una superficie del colector de corriente negativo y comprende un primer material activo negativo, el primer material activo negativo comprende grafito, y el primer material activo negativo comprende o no un material a base de silicio. La segunda capa de diafragma negativo está dispuesta sobre la superficie de la primera capa de diafragma negativo y comprende un segundo material activo negativo, en donde el segundo material activo negativo comprende grafito artificial y un material a base de silicio; y la relación de masa del material a base de silicio en el primer material activo negativo se indica como W1, la relación de masa del material a base de silicio en el segundo material activo negativo se indica como W2, y la pieza polar negativa satisface: W2 >= W1. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Batería secundaria, proceso de preparación de esta y aparato que comprende la batería secundaria
CAMPO TÉCNICO
Esta solicitud pertenece al campo técnico de las baterías secundarias, y se relaciona específicamente con una batería secundaria, un proceso para preparar la misma y un aparato que comprende la batería secundaria.
ANTECEDENTES
Las baterías secundarias representadas por baterías de iones de litio tienen ventajas como alta energía específica, larga vida útil y bajo costo y, por lo tanto, se han utilizado ampliamente en la nueva industria energética. Por ejemplo, con las cuestiones ambientales y energéticas cada vez más importantes, existe una necesidad urgente de desarrollar vehículos eléctricos de nueva energía, lo que brinda oportunidades a la industria de baterías secundarias y también plantea requisitos más altos para las baterías secundarias.
El documento CN 109616614 A describe un ánodo y un aparato electroquímico y un aparato electrónico que utiliza el ánodo. El documento WO 2020/071814 A1 describe un ánodo multicapa que contiene un compuesto a base de silicio y una batería secundaria de litio que lo incluye. El documento US 2016/351892 A1 describe un electrodo negativo de batería secundaria de electrolito no acuoso. El documento WO 2019/035669 A2 describe un electrodo negativo para una batería secundaria de litio y una batería secundaria de litio que lo comprende.
Cómo permitir que las baterías secundarias tengan un rendimiento electroquímico y un rendimiento de seguridad relativamente buenos bajo la premisa de una densidad de energía relativamente alta es el desafío clave en el campo de las baterías secundarias.
RESUMEN
Para lograr el objetivo anterior, un primer aspecto de la presente solicitud proporciona una batería secundaria según la reivindicación 1.
Un segundo aspecto de la presente solicitud proporciona un proceso para preparar una batería secundaria según la reivindicación 13.
El tercer aspecto de la presente solicitud proporciona un aparato según la reivindicación 14.
En comparación con la técnica anterior, la presente solicitud incluye al menos los siguientes efectos beneficiosos: Se encuentra sorprendentemente que, en la batería secundaria de la presente solicitud, la placa de electrodo negativo incluye una estructura de doble revestimiento (es decir, una primera capa de revestimiento de electrodo negativo cerca de un colector de corriente de electrodo negativo y una segunda capa de revestimiento de electrodo negativo dispuesta en la primera capa de recubrimiento de electrodo negativo), y tanto la primera capa de recubrimiento de electrodo negativo como la segunda capa de recubrimiento de electrodo negativo incluyen un material activo de electrodo negativo específico, que permite que la batería secundaria tenga una capacidad de carga rápida relativamente buena y un rendimiento de ciclo bajo la premisa de densidad de energía relativamente alta. Más preferiblemente, la batería secundaria tiene además un rendimiento de seguridad relativamente alto. El aparato de la presente solicitud incluye la batería secundaria y, por tanto, tiene al menos las mismas ventajas que la batería secundaria.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para explicar más claramente las soluciones técnicas de las realizaciones de la presente solicitud, a continuación se presentarán brevemente los dibujos que deben usarse en las realizaciones de la presente solicitud. Aparentemente, los dibujos que se describen a continuación son sólo algunas realizaciones de la presente solicitud. Una persona con conocimientos habituales en la técnica puede obtener otros dibujos basados en los dibujos sin necesidad de trabajo creativo.
La Figura 1 es un diagrama esquemático de una realización de una batería secundaria según la presente solicitud. La Figura 2 es un diagrama esquemático de una realización de una placa de electrodo negativo en la batería secundaria según la presente solicitud.
La Figura 3 es un diagrama esquemático de otra realización de una placa de electrodo negativo en la batería secundaria según la presente solicitud.
La Figura 4 es un diagrama esquemático despiezado de una realización de la batería secundaria según la presente solicitud.
La Figura 5 es un diagrama esquemático de una realización de un módulo de batería según la presente solicitud.
La Figura 6 es un diagrama esquemático de una realización de un paquete de baterías según la presente solicitud.
La Figura 7 es una vista despiezada de la Figura 6.
La Figura 8 es un diagrama esquemático de una realización de un aparato que utiliza la batería secundaria de la presente solicitud como fuente de energía.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
Para aclarar los objetivos, las soluciones técnicas y los efectos técnicos beneficiosos de la presente solicitud, la presente solicitud se describirá con mayor detalle a continuación junto con realizaciones. Debe entenderse que las realizaciones descritas en esta especificación son solo para explicar la solicitud, sin pretender limitar la solicitud.
En aras de la brevedad, en el presente documento sólo se describen explícitamente ciertos intervalos numéricos. Sin embargo, cualquier límite inferior puede combinarse con cualquier límite superior para formar un intervalo que no se describe explícitamente; y cualquier límite inferior puede combinarse con otros límites inferiores para formar un intervalo no especificado, y cualquier límite superior puede combinarse con cualquier otro límite superior para formar un intervalo no especificado. Además, aunque no se especifica explícitamente, cada punto o valor único entre los puntos finales del intervalo se incluye en el intervalo. Por lo tanto, cada punto o valor único puede combinarse con cualquier otro punto o valor único como su propio límite inferior o límite superior o combinarse con otro límite inferior o límite superior para formar un intervalo que no se especifica explícitamente.
En la descripción del presente documento, cabe señalar que, a menos que se especifique lo contrario, un intervalo numérico descrito con el término "arriba" o "abajo" incluye el límite inferior o superior en sí, y "más" en "uno o más" significa dos o más.
El resumen anterior de la presente solicitud no pretende describir cada realización divulgada o cada implementación en esta solicitud. La siguiente descripción ilustra realizaciones ejemplares más específicamente. En muchos lugares de la solicitud, se proporciona orientación a través de una serie de ejemplos, que se pueden utilizar en varias combinaciones. En cada caso, la enumeración es sólo un grupo representativo y no debe interpretarse como exhaustiva.
Batería secundaria
Una realización en el primer aspecto de la presente solicitud proporciona una batería secundaria. La batería secundaria incluye una placa de electrodo positivo, una placa de electrodo negativo y un electrolito. Durante el proceso de carga y descarga de la batería, los iones activos se intercalan y desintercalan repetidamente entre la placa del electrodo positivo y la placa del electrodo negativo. El electrolito conduce iones entre la placa del electrodo positivo y la placa del electrodo negativo.
[Placa de electrodo negativo]
La placa de electrodo negativo incluye un colector de corriente de electrodo negativo y una película de electrodo negativo; la película de electrodo negativo incluye una primera capa de recubrimiento de electrodo negativo y una segunda capa de recubrimiento de electrodo negativo; la primera capa de recubrimiento de electrodo negativo está dispuesta sobre al menos una superficie del colector de corriente del electrodo negativo e incluye un primer material activo de electrodo negativo, el primer material activo de electrodo negativo incluye grafito, y el primer material activo de electrodo negativo incluye o no incluye un material a base de silicio; la segunda capa de recubrimiento de electrodo negativo está dispuesta sobre una superficie de la primera capa de recubrimiento de electrodo negativo e incluye un segundo material activo de electrodo negativo, y el segundo material activo de electrodo negativo incluye grafito artificial y un material a base de silicio; el material a base de silicio está presente en un porcentaje en masa denominado W1 en el primer material activo del electrodo negativo, el material a base de silicio está presente en un porcentaje en masa denominado W2 en el segundo material activo del electrodo negativo, y la placa del electrodo negativo satisface: W2 > W1.
Los inventores descubrieron a través de muchas investigaciones que, cuando la placa de electrodo negativo de la batería secundaria incluye una estructura de doble revestimiento, y tanto la primera capa de revestimiento de electrodo negativo como la segunda capa de revestimiento de electrodo negativo incluyen un material activo de electrodo negativo específico (el primer material activo del electrodo negativo incluye grafito e incluye o no incluye un material a base de silicio, el segundo material activo del electrodo negativo incluye grafito artificial y un material a base de silicio, y la placa del electrodo negativo satisface W2 > W1), la película del electrodo negativo puede tener una capacidad reversible relativamente alta, se reduce el espesor total de la película del electrodo negativo y se acorta la ruta de transmisión de los iones activos en la película del electrodo negativo; mientras tanto, el material a base de silicio puede proporcionar una buena acción para soportar los poros y canales durante el prensado en frío de la placa del electrodo o la expansión del ciclo de la batería, y el cambio de volumen del material a base de silicio durante la carga y descarga puede mejorar aún más la estructura de poros y canales en la capa exterior de la película del electrodo negativo, que permiten que la placa del electrodo negativo tenga y mantenga una buena estructura de poros y canales para la infiltración de electrolitos y el reflujo, mejorando así la capacidad de carga rápida de la batería secundaria y eficazmente mejorando el rendimiento del ciclo del mismo. Además, dado que tanto la primera capa de recubrimiento de electrodo negativo como la segunda capa de recubrimiento de electrodo negativo incluyen un material activo de electrodo negativo específico, el electrodo negativo puede recibir completamente iones activos del electrodo positivo durante la carga rápida de la batería para reducir el fenómeno de precipitación de reducción (como la precipitación de litio) de iones activos en la superficie del electrodo negativo, lo que es beneficioso para mejorar el rendimiento de carga rápida de la batería y permite que la batería tenga un rendimiento de ciclo y un rendimiento de seguridad relativamente altos.
Por lo tanto, mediante el diseño de optimización anterior en la placa del electrodo negativo, la batería secundaria que usa la misma puede tener una capacidad de carga rápida, un rendimiento de ciclo y un rendimiento de seguridad relativamente buenos bajo la premisa de una densidad de energía relativamente alta.
En algunas realizaciones preferidas, el material a base de silicio está presente en un porcentaje en masa W2 que satisface 0 % < W2 < 6 % en el segundo material activo del electrodo negativo, por ejemplo, 0 % < W2 < 5 %, 0 % < W2 < 4 %, 0 % < W2 < 3 %, 0 % < W2 < 2 %, etc. Específicamente, W2 puede ser 0,5 %, 1,0 %, 1,2 %, 1,4 %, 1,5 %, 1,6 %, 1,8 %, 2,0 %, 2,5 %, 3 %, 5 %, etc. La segunda capa de recubrimiento del electrodo negativo está hecha de grafito artificial con una cantidad adecuada de material a base de silicio, lo que puede mejorar el rendimiento de intercalación rápida de litio de la película del electrodo negativo al tiempo que reduce la expansión del volumen de la batería durante la carga y descarga cíclica y la reacción secundaria de una interfase de electrodo negativo, mejorando así aún más la densidad de energía y el rendimiento del ciclo de la batería y permitiendo que la batería secundaria tenga una mejor densidad de energía, capacidad de carga rápida y rendimiento del ciclo. Más preferentemente, 1 % < W2 < 3 %. Lo más preferiblemente, 1 % < W2 < 2 %.
En algunas realizaciones preferidas, el material a base de silicio está presente en un porcentaje en masa W1 que satisface 0 % < W1 < 5 % en el primer material activo del electrodo negativo. Por ejemplo, 0 % < W1 < 4 %, 0 % < W1 < 3 %, 0 % < W1 < 2 %, 0 % < W 1 < 1 %, etc. Específicamente, W1 puede ser 0 %, 0,5 %, 1 %, 1,5 %, 2 %, 2,5 %, 3 %, 4 %, etc. Los inventores descubrieron a través de la investigación que cuando la primera capa de recubrimiento del electrodo negativo está hecha de grafito con una cantidad adecuada de material a base de silicio, aunque la densidad de energía de la batería se puede mejorar aún más, la mejora en la capacidad de carga rápida no es obvia y el rendimiento del ciclo de la batería se ve afectado hasta cierto punto. Más preferentemente, 0 % < W1 < 3 %. De manera especialmente preferida, 0 % < W1 < 2 %. Lo más preferiblemente, W1 = 0 % (es decir, la primera capa de recubrimiento de electrodo negativo no incluye el material a base de silicio).
El porcentaje en masa W1 del material a base de silicio en el primer material activo del electrodo negativo y el porcentaje en masa W2 del material a base de silicio en el segundo material activo del electrodo negativo satisfacen W1 W2 < 6 %. Más preferentemente, W1 W2 < 3 %. De manera especialmente preferida, 1 % < W1 W2 < 3 %. El W1 W2 dentro del intervalo dado puede equilibrar aún más la densidad de energía, la capacidad de carga rápida y el rendimiento del ciclo de la batería secundaria.
Después de una investigación en profundidad, los inventores descubrieron que cuando la placa del electrodo negativo de la batería secundaria descrita en esta solicitud satisface el diseño anterior, si el material activo del electrodo negativo satisface además opcionalmente una o más de las siguientes condiciones de diseño, el rendimiento de la batería secundaria se puede mejorar aún más.
Los inventores descubrieron que el uso de materiales a base de silicio con diferentes tamaños de partículas puede mejorar aún más el rendimiento de la batería. Específicamente, el primer material activo del electrodo negativo incluye materiales a base de silicio con diferentes tamaños de partículas, y/o el segundo material activo del electrodo negativo incluye materiales a base de silicio con diferentes tamaños de partículas. En algunas realizaciones preferidas, los materiales a base de silicio con diferentes tamaños de partículas incluyen un primer material a base de silicio y un segundo material a base de silicio, y el primer material a base de silicio tiene un tamaño de partícula más pequeño que el del segundo material a base de silicio. El primer material a base de silicio con un tamaño de partícula relativamente pequeño y el segundo material a base de silicio con un tamaño de partícula relativamente grande cooperan entre sí para proporcionar más sitios activos para la intercalación de iones activos y acortar la ruta de difusión de iones activos en la partículas; Además, los materiales a base de silicio que cooperan entre sí producen menos interfases nuevas debido a los cambios de volumen, lo que reduce los problemas de películas de interfase de electrolito sólido (SEI) demasiado gruesas y/o el consumo de electrolito causado por la reacción del electrolito en nuevas interfases, mejorando así aún más la capacidad de carga rápida, el rendimiento del ciclo y el rendimiento de almacenamiento de la batería secundaria.
Preferiblemente, el primer material a base de silicio tiene un tamaño de partícula de 0,05 gm a 7 gm, y más preferiblemente de 0,1 gm a 5 gm. El tamaño de partícula del primer material a base de silicio dentro del intervalo dado puede mejorar aún más la capacidad de carga rápida de la batería secundaria.
Preferiblemente, el segundo material a base de silicio tiene un tamaño de partícula de 7 gm a 15 gm, y más preferiblemente de 8 gm a 12 gm. El tamaño de partícula del segundo material a base de silicio dentro del intervalo dado puede mejorar aún más el rendimiento del ciclo y el rendimiento de almacenamiento de la batería secundaria.
En algunas realizaciones, una relación en peso del primer material a base de silicio con respecto al segundo material a base de silicio puede ser de 5:95 a 30:70, y preferiblemente de 10:90 a 20:80.
En algunas realizaciones, el material a base de silicio puede incluir uno o más de un silicio elemental, un compuesto de silicio-oxígeno, un compuesto de silicio-carbono, un compuesto de silicio-nitrógeno y una aleación de silicio. Preferiblemente, el material a base de silicio incluye un compuesto de silicio-oxígeno. El compuesto de silicio y oxígeno puede satisfacer una fórmula química SiOx, donde 0,6 < x < 2. Más preferentemente, 0,9 < x < 1,2.
Cuando tanto el primer material activo del electrodo negativo como el segundo material activo del electrodo negativo incluyen un material a base de silicio, el material a base de silicio en el primer material activo del electrodo negativo y el material a base de silicio en el segundo material activo del electrodo negativo pueden ser iguales o diferentes. Cuando el material a base de silicio incluye el primer material a base de silicio y el segundo material a base de silicio, el primer material a base de silicio y el segundo material a base de silicio se seleccionan cada uno independientemente uno o más de un silicio elemental, un compuesto de silicio-oxígeno, un compuesto de silicio-carbono y una aleación de silicio. Preferiblemente, el primer material a base de silicio y el segundo material a base de silicio incluyen cada uno independientemente un compuesto de silicio-oxígeno (tal como el SiOx antes mencionado).
En algunas realizaciones preferidas, el grafito artificial está presente en un porcentaje en masa de > 90 %, más preferiblemente > 95 %, aún más preferiblemente > 97 %, y particularmente preferiblemente > 98 % en el segundo material activo del electrodo negativo. La relación de masas del grafito artificial en el material activo del segundo electrodo negativo dentro del intervalo dado permite que la batería tenga un rendimiento de ciclo relativamente alto.
En algunas realizaciones preferidas, el material activo del segundo electrodo negativo incluye partículas secundarias, y las partículas secundarias tienen un porcentaje de cantidad de > 50 % en el material activo del segundo electrodo negativo. Por ejemplo, el porcentaje de cantidad de las partículas secundarias en el material activo del segundo electrodo negativo puede ser del 50 % al 95 %, del 60 % al 90 %, del 70 % al 95 %, o del 80 % al 90 %, etc. Específicamente, el porcentaje de cantidad de las partículas secundarias en el material activo del segundo electrodo negativo puede ser 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, etc. Cuando el material activo del segundo electrodo negativo incluye un cierto contenido de partículas secundarias, se pueden aumentar los canales para iones activos desintercalados en la segunda capa de recubrimiento de electrodo negativo, y se reduce aún más el riesgo de reducción de la precipitación de iones activos, mejorando así aún más el rendimiento de carga rápida y el rendimiento del ciclo de la batería. Más preferiblemente, las partículas secundarias tienen un porcentaje de cantidad de > 70 % en el material activo del segundo electrodo negativo.
De manera particularmente preferida, en el segundo material activo del electrodo negativo, el grafito artificial incluye partículas secundarias, y el material a base de silicio incluye principalmente partículas primarias. Las partículas primarias tienen un porcentaje de cantidad del 80 % al 100 %, del 90 % al 100 %, del 95 % al 100 %, o del 98 % al 100 %, etc. en el material a base de silicio.
En algunas realizaciones, el grafito del primer material activo del electrodo negativo puede incluir uno o más de grafito artificial y grafito natural. Preferiblemente, el grafito del primer material activo del electrodo negativo incluye grafito artificial.
En algunas realizaciones preferidas, el grafito artificial está presente en un porcentaje en masa de > 50 %, más preferiblemente de 60 % a 100 % en el primer material activo del electrodo negativo. Cuando el segundo material activo del electrodo negativo incluye grafito artificial y un material a base de silicio, y el primer material activo del electrodo negativo de la primera capa de recubrimiento del electrodo negativo incluye más grafito artificial, la expansión de volumen de la placa del electrodo negativo durante el ciclo puede ser adicionalmente reducido, mejorando así aún más el rendimiento del ciclo de la batería; mientras tanto, el grafito artificial tiene una estabilidad térmica relativamente buena a altas temperaturas, lo que puede mejorar efectivamente el rendimiento de seguridad de la batería durante el uso. Específicamente, el porcentaje en masa del grafito artificial en el primer material activo del electrodo negativo puede ser 60 %, 65 %, 70 %, 75 %, 80 %, 85 %, 90 % o 100 %.
En algunas realizaciones preferidas, el primer material activo del electrodo negativo incluye partículas primarias, y las partículas primarias tienen un porcentaje de cantidad de > 60 % en el primer material activo del electrodo negativo. Por ejemplo, el porcentaje de cantidad de las partículas primarias en el primer material activo del electrodo negativo puede ser del 60 % al 100 %, del 70 % al 95 %, del 80 % al 100 %, del 90 % al 100 %, etc., el porcentaje de cantidad de las partículas primarias en el primer material activo del electrodo negativo puede ser 70 %, 75 %, 80 %, 85 %, 90 %, 95 % o 100 %. El primer material activo del electrodo negativo tiene preferiblemente una mayoría de partículas primarias, lo que da como resultado que la batería tenga una capacidad relativamente alta; mientras tanto, el aumento en el porcentaje de las partículas primarias puede mejorar la adhesión entre la primera capa de recubrimiento del electrodo negativo y el colector de corriente, mejorando así aún más el rendimiento del ciclo de la batería. Más preferiblemente, el porcentaje de cantidad de las partículas primarias en el material activo del primer electrodo negativoes del 80 % al 100 %.
El primer material activo del electrodo negativo tiene un tamaño de partícula promedio en volumen Dv50 mayor que el del segundo material activo del electrodo negativo. Los inventores descubrieron que, cuando el Dv50 del material activo del primer electrodo negativo es mayor que el del segundo material activo del electrodo negativo, es beneficioso optimizar la estructura de poros y canales en la primera capa de recubrimiento del electrodo negativo y la segunda capa de recubrimiento del electrodo negativo, mejorando así aún más el rendimiento de carga rápida de la batería; mientras tanto, la optimización de la estructura de poros y canales ayuda a reducir la polarización local del electrodo, mejorando así aún más el rendimiento del ciclo de la batería.
En algunas realizaciones preferidas, el Dv50 del material activo del primer electrodo negativo es de 12 gm a 18 gm, y más preferiblemente de 13 gm a 17 gm.
En algunas realizaciones preferidas, el Dv50 del material activo del segundo electrodo negativo es de 9 gm a 15 gm, y más preferiblemente de 10 gm a 13 gm.
En la batería secundaria de la presente solicitud, el primer material activo de electrodo negativo y/o el segundo material activo de electrodo negativo pueden incluir opcionalmente una cierta cantidad de otros materiales activos de electrodo negativo comúnmente usados, tales como uno o más de grafito natural, carbón blando, carbono duro, materiales a base de estaño y titanato de litio, además de los materiales activos de electrodo negativo antes mencionados de la presente solicitud. El material a base de estaño puede ser uno o más seleccionados entre un estaño elemental, un compuesto de estaño-oxígeno y una aleación de estaño.
Todos los materiales activos de electrodos negativos utilizados en la presente solicitud se pueden obtener a través de canales comerciales. Un experto en la técnica puede realizar una elección adecuada según el entorno de uso real.
En la batería secundaria de la presente solicitud, la película de electrodo negativo normalmente incluye un material activo de electrodo negativo, un aglutinante opcional, un agente conductor opcional y otros agentes auxiliares opcionales, y normalmente se forma recubriendo y secando una suspensión de electrodo negativo. La suspensión del electrodo negativo se forma habitualmente dispersando el material activo del electrodo negativo y el agente conductor y aglutinante opcionales y similares en un disolvente y agitando uniformemente. El disolvente puede ser N-metilpirrolidona (NMP) o agua desionizada.
Como ejemplo, el agente conductor puede incluir uno o más de carbono superconductor, negro de acetileno, negro de humo, negro de Ketjen, puntos de carbono, nanotubos de carbono, grafeno y nanofibras de carbono.
Como ejemplo, el aglutinante puede incluir uno o más de caucho de estireno-butadieno (SBR), resina insaturada soluble en agua SR-1B, resina acrílica a base de agua, alcohol polivinílico (PVA), alginato de sodio (SA) y carboximetilquitosano (CMCS).
Otros agentes auxiliares opcionales son, por ejemplo, un espesante (tal como carboximetilcelulosa sódica CMC-Na), un material de termistor PTC, etc.
Después de una investigación en profundidad, los inventores también descubrieron que cuando la placa de electrodo negativo de la batería secundaria descrita en esta solicitud satisface las condiciones de diseño anteriores, si la película de electrodo negativo satisface además opcionalmente una o más de las siguientes condiciones de diseño, el rendimiento de la batería secundaria se puede mejorar aún más.
En algunas realizaciones preferidas, la película de electrodo negativo tiene una densidad de área de 8 mg/cm2a 13 mg/cm2, y más preferentemente a partir de 9 mg/cm2a 12,5 mg/cm2. Cabe señalar que la densidad de área de la película de electrodo negativo se refiere a una densidad de área de toda la película de electrodo negativo (es decir, una suma de densidades de área de la primera capa de recubrimiento de electrodo negativo y la segunda capa de recubrimiento de electrodo negativo). En algunas realizaciones preferidas, una relación de densidad de área de la primera capa de recubrimiento de electrodo negativo a la segunda capa de recubrimiento de electrodo negativo es de 2:3 a 3:2, tal como de 4:5 a 5:4. Cuando la relación de densidad de área de la primera capa de recubrimiento de electrodo negativo a la segunda capa de recubrimiento de electrodo negativo está dentro del intervalo dado, la batería secundaria puede tener una mejor densidad de energía, capacidad de carga rápida y rendimiento de ciclo al mismo tiempo.
En algunas realizaciones preferidas, la película de electrodo negativo tiene una densidad de compactación de 1,4 g/cm3a 1,7 g/cm3; y más preferiblemente, la película de electrodo negativo tiene una densidad de compactación de 1,5 g/cm3a 1,65 g/cm3. Cabe señalar que la densidad de compactación de la película de electrodo negativo se refiere a una densidad de compactación de toda la película de electrodo negativo (es decir, una relación entre la densidad del área y el espesor de la película de electrodo negativo). La densidad de compactación de la película de electrodo negativo dentro del intervalo dado permite que la placa de electrodo negativo tenga una capacidad reversible relativamente alta y un buen rendimiento de expansión de ciclo bajo y rendimiento dinámico, mejorando así aún más la densidad de energía, la capacidad de carga rápida y el rendimiento de ciclo de la batería.
En algunas realizaciones preferidas, la segunda capa de recubrimiento de electrodo negativo tiene una porosidad mayor que la de la primera capa de recubrimiento de electrodo negativo. La segunda capa de recubrimiento de electrodo negativo con mayor porosidad coopera con la primera capa de recubrimiento de electrodo negativo con menor porosidad, lo que puede mejorar aún más el rendimiento de carga rápida y el rendimiento del ciclo de la batería.
En algunas realizaciones preferidas, la porosidad de la primera capa de recubrimiento de electrodo negativo es preferiblemente del 15 % al 35 %, y más preferiblemente del 20 % al 30 %.
En algunas realizaciones preferidas, la porosidad de la segunda capa de recubrimiento de electrodo negativo es preferiblemente del 20 % al 40 %, y más preferiblemente del 25 % al 35 %.
En algunas realizaciones preferidas, una relación de espesor de la primera capa de recubrimiento de electrodo negativo a la segunda capa de recubrimiento de electrodo negativo es de 4:6 a 7:3, y más preferiblemente de 5:5 a 5:3. La relación de espesor de la primera La capa de recubrimiento del electrodo negativo a la segunda capa de recubrimiento del electrodo negativo dentro del intervalo dado permite que la batería secundaria tenga una mejor densidad de energía, capacidad de carga rápida y rendimiento del ciclo al mismo tiempo.
En algunas realizaciones preferidas, la película de electrodo negativo puede tener un espesor de 60 gm a 90 gm, y más preferiblemente de 65 gm a 80 gm. El espesor de la película de electrodo negativo es una suma de los espesores de la primera capa de recubrimiento de electrodo negativo y la segunda capa de recubrimiento de electrodo negativo.
En la batería secundaria de la presente solicitud, el colector de corriente del electrodo negativo puede ser una lámina metálica o un colector de corriente compuesto (se puede disponer un material metálico sobre un sustrato polimérico para formar el colector de corriente compuesto). Como ejemplo, se puede utilizar una lámina de cobre como colector de corriente del electrodo negativo.
En la batería secundaria de la presente solicitud, la película de electrodo negativo puede disponerse en una superficie del colector de corriente del electrodo negativo, o en dos superficies del colector de corriente del electrodo negativo. Por ejemplo, el colector de corriente del electrodo negativo tiene dos superficies opuestas en su propia dirección de espesor, y la película del electrodo negativo está dispuesta en una o ambas de las dos superficies opuestas del colector de corriente del electrodo negativo.
La Figura 2 muestra un diagrama esquemático de una realización de una placa de electrodo negativo 10 según la presente solicitud. La placa de electrodo negativo 10 está compuesta por un colector de corriente de electrodo negativo 101, primeras capas de recubrimiento de electrodo negativo 103 dispuestas respectivamente en dos superficies del colector de corriente de electrodo negativo 101, y segundas capas de recubrimiento de electrodo negativo 102 dispuestas en las primeras capas de recubrimiento de electrodo negativo 103.
La Figura 3 muestra un diagrama esquemático de otra realización de una placa de electrodo negativo 10 según la presente solicitud. La placa de electrodo negativo 10 está compuesta por un colector de corriente de electrodo negativo 101, una primera capa de recubrimiento de electrodo negativo 103 dispuesta sobre una superficie del colector de corriente de electrodo negativo y una segunda capa de recubrimiento de electrodo negativo 102 dispuesta sobre la primera capa de recubrimiento de electrodo negativo 103.
Cabe señalar que los parámetros (tales como espesor de película, porosidad, densidad de compactación y densidad de área) de la película de electrodo negativo proporcionada en la presente solicitud se refieren todos a un intervalo de parámetros de una película de una sola cara. Cuando se disponen películas de electrodos negativos en dos superficies del colector de corriente del electrodo negativo y los parámetros de la película en cualquiera de las superficies satisfacen la presente solicitud, se considera que cae dentro del alcance de protección de la presente solicitud. Además, los intervalos de espesor de recubrimiento, porosidad, densidad de compactación, densidad de área, etc. mencionados en la presente solicitud se refieren todos a aquellos parámetros de recubrimiento después de la compactación en frío para ensamblar una batería.
Además, en la batería secundaria de la presente solicitud, la placa de electrodo negativo no excluye capas funcionales adicionales distintas de la película de electrodo negativo. Por ejemplo, en algunas realizaciones, la placa de electrodo negativo descrita en la presente solicitud incluye además una capa inferior conductora (por ejemplo, compuesta por un agente conductor y un aglutinante) intercalada entre el colector de corriente del electrodo negativo y la primera capa de recubrimiento de electrodo negativo y dispuesta en la superficie del colector de corriente del electrodo negativo. En algunas otras realizaciones, la placa de electrodo negativo descrita en la presente solicitud incluye además una capa de cubierta protectora que cubre la superficie de la segunda capa de recubrimiento de electrodo negativo.
En la presente solicitud, el porcentaje en masa del material a base de silicio en el material activo del electrodo negativo es un significado bien conocido en la técnica y puede probarse mediante un método conocido en la técnica. Por ejemplo, se observa una sección transversal de la película del electrodo negativo (por ejemplo, una sección transversal en la dirección del espesor de la película) con un microscopio electrónico de barrido (por ejemplo, ZEISS Sigma 300), y se realiza un mapeo cuantitativo mediante análisis por rayos X de dispersión de energía (por ejemplo, un espectrómetro de energía incluido en el ZEISS Sigma 300). De este modo, se mide el contenido de elementos de la película de electrodo negativo en la posición de exploración de la sección transversal y se obtiene una distribución de elementos. En una región dentro de la sección transversal, el contenido de Si en la región se puede obtener integrando la distribución del elemento Si. Para mejorar la precisión de la prueba, se pueden recopilar estadísticas sobre una pluralidad de (por ejemplo, 10) regiones y se toma un valor promedio como resultado de la prueba.
En la presente solicitud, el tamaño de partícula del material a base de silicio es un significado bien conocido en la técnica, y puede probarse mediante un método conocido en la técnica, por ejemplo, mediante un microscopio electrónico de barrido (tal como ZEISS Sigma 300). Se prepara una muestra de la siguiente manera: primero, la placa del electrodo negativo se corta en una muestra a analizar con un tamaño determinado (tal como 2 cm x 2 cm), y la placa del electrodo negativo se fija en una platina de muestra mediante parafina. Luego, la etapa de muestra se carga en un bastidor de muestras, se bloquea y se fija, se enciende un pulidor de sección transversal de iones de argón (como IB-19500CP), se realiza vacío (como 10-4Pa), se establecen el flujo de argón (como 0,15 MPa), el voltaje (como 8 KV) y el tiempo de pulido (como 2 horas), la etapa de muestra se ajusta a un modo de oscilación y comienza el pulido. La muestra se puede probar con referencia a JY/T010-1996. Para garantizar la precisión del resultado de la prueba, se pueden seleccionar aleatoriamente una pluralidad de (como 10) regiones diferentes de la muestra que se va a analizar para la prueba de escaneo, y los tamaños de partículas de todos los materiales a base de silicio dentro de la prueba de escala. Las regiones se leen bajo un cierto factor de amplificación (como 500 veces). Para mejorar aún más la precisión de la prueba, se pueden recopilar estadísticas sobre los resultados de la prueba de la pluralidad de regiones.
En la presente solicitud, las partículas primarias y las partículas secundarias tienen significados bien conocidos en la técnica. Las partículas primarias se refieren a partículas que no están aglomeradas. Las partículas secundarias se refieren a partículas que están aglomeradas por dos o más partículas primarias. Las partículas primarias y secundarias se pueden distinguir fácilmente tomando una imagen SEM con un microscopio electrónico de barrido.
El porcentaje de cantidad de las partículas primarias o de las partículas secundarias en el material activo del electrodo negativo se puede medir mediante instrumentos y métodos conocidos en la técnica, por ejemplo, mediante un microscopio electrónico de barrido. El porcentaje de cantidad de las partículas secundarias se puede probar de la siguiente manera: el material activo del electrodo negativo se coloca y se adhiere a un adhesivo conductor para obtener una muestra a probar con una longitud de 6 cm x un ancho de 1,1 cm; y la morfología de las partículas se prueba utilizando un microscopio electrónico de barrido (como ZEISS Sigma 300). La prueba puede referirse a JY/T010-1996. Para garantizar la precisión del resultado de la prueba, se pueden seleccionar aleatoriamente una pluralidad de (como 20) regiones diferentes de la muestra que se va a analizar para la prueba de escaneo, y bajo un cierto factor de amplificación (como 1000 veces), un porcentaje de una cantidad de partículas secundarias en una cantidad total de partículas en cada región se calcula como el porcentaje de cantidad de partículas secundarias en esta región. Como resultado de la prueba se toma un valor medio de los resultados obtenidos al probar la pluralidad de regiones de prueba. El porcentaje de cantidad de las partículas primarias en el material activo del primer electrodo negativo también se puede probar de manera similar.
En la presente solicitud, el Dv50 del material activo del electrodo negativo es un significado bien conocido en la técnica, y puede medirse mediante instrumentos y métodos conocidos en la técnica. Por ejemplo, el Dv50 se mide con referencia a los estándares GB/T 19077.1-2016 utilizando un analizador de tamaño de partículas láser (como Malvern Master Size 3000). El Dv50 es un tamaño de partícula correspondiente al 50 % de la distribución de volumen acumulada del material activo del electrodo negativo.
En la presente solicitud, el espesor de la película del electrodo negativo es un significado bien conocido en la técnica, y puede medirse mediante un método conocido en la técnica, tal como un micrómetro de alta precisión (tal como Mitutoyo 293-100, con una precisión de 0,1 gm).
En la presente solicitud, el espesor de cada una de la primera capa de recubrimiento de electrodo negativo y la segunda capa de recubrimiento de electrodo negativo se puede probar usando un microscopio electrónico de barrido (tal como ZEISS Sigma 300). Se prepara una muestra de la siguiente manera: primero, la placa del electrodo negativo se corta en una muestra a analizar con un tamaño determinado (tal como 2 cm x 2 cm), y la placa del electrodo negativo se fija en una platina de muestra mediante parafina. Luego, la etapa de muestra se carga en un bastidor de muestras, se bloquea y se fija, se enciende un pulidor de sección transversal de iones de argón (como IB-19500CP), se realiza vacío (como 10-4Pa), se establecen el flujo de argón (como 0,15 MPa), el voltaje (como 8 KV) y el tiempo de pulido (como 2 horas), la etapa de muestra se ajusta a un modo de oscilación y comienza el pulido. La muestra se puede probar con referencia a JY/T010-1996. Para garantizar la precisión del resultado de la prueba, se pueden seleccionar aleatoriamente una pluralidad de (tal como 10) regiones diferentes de la muestra que se va a analizar para la prueba de escaneo, el espesor de cada una de la primera capa de recubrimiento de electrodo negativo y la segunda capa de recubrimiento de electrodo negativo. La capa de recubrimiento del electrodo en cada región de prueba de escala se lee bajo un cierto factor de amplificación (tal como 500 veces), y se toma un valor promedio de la pluralidad de regiones de prueba como resultado de la prueba.
En la presente solicitud, la densidad de área de la película de electrodo negativo es un significado bien conocido en la técnica y puede probarse mediante un método conocido en la técnica. Por ejemplo, una placa de electrodo negativo recubierta por una cara y prensada en frío (si es una placa de electrodo negativo revestida por ambas caras, primero se puede limpiar una película de electrodo negativo en un lado) se perfora en una pequeña pieza redonda con un área de S1, y la pieza pequeña se pesa con el peso indicado como M1. Luego se limpia la película de electrodo negativo de la placa de electrodo negativo pesada, se pesa el colector de corriente del electrodo negativo con el peso indicado como M0, y la densidad de área de la película de electrodo negativo = (el peso M1 de la placa de electrodo negativo -el peso M0 del colector de corriente del electrodo negativo) / S1.
En la presente solicitud, la densidad de compactación de la película de electrodo negativo es un significado bien conocido en la técnica y puede probarse mediante un método conocido en la técnica. La densidad de compactación de la película del electrodo negativo = la densidad del área de la película del electrodo negativo/el espesor de la película del electrodo negativo.
Cabe señalar que los diversos parámetros del material activo del electrodo negativo como se describe anteriormente se pueden probar mediante muestreo antes del recubrimiento, y también se pueden probar mediante muestreo de la capa de recubrimiento del electrodo negativo prensada en frío.
Cuando la muestra de prueba anterior se toma de la película del electrodo negativo prensada en frío, como ejemplo, la muestra se puede tomar de la siguiente manera:
(1) En primer lugar, se selecciona arbitrariamente una película de electrodo negativo prensada en frío y se toma una muestra de un segundo material activo de electrodo negativo (raspando polvos con una cuchilla), en donde la profundidad de raspado no excede un límite entre una primera capa de recubrimiento de electrodo negativo y una segunda. capa de recubrimiento del electrodo negativo.
(2) En segundo lugar, se toma una muestra de un primer material activo del electrodo negativo. Durante el prensado en frío de la película de electrodo negativo, puede haber una capa de fusión mutua en el límite entre la primera capa de recubrimiento de electrodo negativo y la segunda capa de recubrimiento de electrodo negativo (es decir, el primer material activo de electrodo negativo y el segundo material activo de electrodo negativo). existen al mismo tiempo en la capa de fusión mutua). Por lo tanto, para la precisión de la prueba, cuando se toma una muestra del primer material activo del electrodo negativo, primero se puede raspar la capa de fusión mutua y luego se toma una muestra del primer material activo del electrodo negativo raspando el polvo.
(3) El primer material activo del electrodo negativo y el segundo material activo del electrodo negativo recogidos anteriormente se colocan respectivamente en agua desionizada, y el primer material activo del electrodo negativo y el segundo material activo del electrodo negativo se filtran, se secan y luego se sinterizan a una temperatura y tiempo determinados. (por ejemplo, 400 °C, 2 h) para eliminar un aglutinante y carbón conductor, obteniendo así muestras de prueba del primer material activo del electrodo negativo y del segundo material activo del electrodo negativo, respectivamente.
En el proceso de muestreo anterior, se puede usar un microscopio óptico o un microscopio electrónico de barrido para ayudar a determinar el límite entre la primera capa de recubrimiento de electrodo negativo y la segunda capa de recubrimiento de electrodo negativo.
[Placa de electrodo positivo]
En la batería secundaria de la presente solicitud, la placa de electrodo positivo incluye un colector de corriente de electrodo positivo y una película de electrodo positivo dispuesta en al menos una superficie del colector de corriente de electrodo positivo, y la película de electrodo positivo incluye un material activo de electrodo positivo. Por ejemplo, el colector de corriente del electrodo positivo tiene dos superficies opuestas en su propia dirección de espesor, y la película del electrodo positivo está dispuesta en una o ambas de las dos superficies opuestas del colector de corriente del electrodo positivo.
En la batería secundaria de la presente solicitud, el material activo del electrodo positivo puede ser un material activo del electrodo positivo para baterías secundarias conocidas en la técnica. Por ejemplo, el material activo del electrodo positivo puede incluir uno o más de un óxido de metal de transición de litio, un fosfato que contiene litio con una estructura de olivino y sus respectivos compuestos modificados. Los ejemplos del óxido de metal de transición de litio pueden incluir, entre otros, uno o más de óxido de litio y cobalto, óxido de litio y níquel, óxido de litio y manganeso, óxido de litio y níquel cobalto, óxido de litio y manganeso y cobalto, óxido de litio y manganeso, óxido de litio y níquel cobalto, óxido de manganeso, óxido de litio, níquel, cobalto y aluminio, y compuestos modificados de los mismos. Los ejemplos del fosfato que contiene litio con una estructura de olivino pueden incluir, pero no se limitan a, uno o más de fosfato de litio y hierro, fosfato de litio y manganeso, fosfato de litio y hierro y manganeso, un material compuesto de fosfato de litio y hierro y carbono, un material compuesto de fosfato de litio, manganeso y carbono, un material compuesto de fosfato de litio, hierro, manganeso y carbono, y compuestos modificados de los mismos. La presente solicitud no se limita a estos materiales, y también se pueden usar otros materiales convencionalmente conocidos que pueden usarse como materiales activos de electrodo positivo para baterías secundarias.
En algunas realizaciones preferidas, para aumentar aún más la densidad de energía de la batería, el material activo del electrodo positivo puede incluir uno o más de los óxidos de metales de transición de litio que se muestran en la fórmula 1 siguiente y compuestos modificados de los mismos.
LiaNibCocMdOeAfFórmula 1,
en el que, 0,8 < a < 1,2, 0,5 < b < 1,0 < c < 1,0 < d < 1, 1 < e < 2, 0 < f < 1, M es uno o más seleccionados entre Mn, A1, Zr, Zn, Cu, Cr, Mg, Fe, V, Ti y B, y A es uno o más seleccionados entre N, F, S y C1.
En la presente solicitud, los compuestos modificados de los materiales mencionados anteriormente se pueden obtener mediante modificación por dopado y/o modificación del revestimiento superficial de los materiales activos del electrodo positivo.
En la batería secundaria de la presente solicitud, la película de electrodo positivo normalmente incluye un material activo de electrodo positivo, un aglutinante opcional y un agente conductor opcional, y normalmente se forma recubriendo con una suspensión de electrodo positivo, secando y prensando en frío. La suspensión del electrodo positivo normalmente se forma dispersando el material activo del electrodo positivo y el agente conductor y aglutinante opcionales en un disolvente y agitando uniformemente. El disolvente puede ser N-metilpirrolidona (NMP).
Como ejemplo, el aglutinante para la película de electrodo positivo puede incluir uno o más de fluoruro de polivinilideno (PVDF) y politetrafluoroetileno<( P T f E ) .>
Como ejemplo, el agente conductor para la película de electrodo positivo puede incluir uno o más de grafito, carbono superconductor, negro de acetileno, negro de humo, negro de Ketjen, puntos de carbono, nanotubos de carbono, grafeno y nanofibras de carbono.
En la batería secundaria de la presente solicitud, el colector de corriente del electrodo positivo puede ser una lámina metálica o un colector de corriente compuesto (se puede disponer un material metálico sobre un sustrato polimérico para formar el colector de corriente compuesto). Como ejemplo, se puede utilizar una lámina de aluminio como colector de corriente del electrodo positivo.
[Electrolito]
La batería secundaria de la presente solicitud no tiene restricciones específicas sobre el tipo de electrolito, que puede seleccionarse según los requisitos. Por ejemplo, el electrolito se puede seleccionar de al menos uno de un electrolito sólido y un electrolito líquido (es decir, electrolito líquido).
En algunas realizaciones, se utiliza electrolito líquido como electrolito. El líquido electrolítico incluye una sal electrolítica y un disolvente.
En algunas realizaciones, la sal electrolítica puede ser una o más seleccionadas de LiPF6(hexafluorofosfato de litio), LiBF4(tetrafluoroborato de litio), LiClO4(perclorato de litio), LiAsF6(hexafluoroarsenato de litio), LiFSI (difluorosulfimida de litio), LiTFSI (bistrifluorometanosulfonimida de litio), LiTFS (trifluorometanosulfonato de litio), LiDFOB (difluorooxalato de litio), LiBOB (bisoxalato de litio), LiPO<2>F<2>(difluorofosfato de litio), LiDFOP (difluorobisoxalato fosfato de litio) y LiTFOP (tetrafluorooxalato fosfato de litio).
En algunas realizaciones, el disolvente puede ser uno o más seleccionados entre carbonato de etileno (EC), carbonato de propileno (PC), carbonato de etilmetilo (EMC), carbonato de dietilo (DEC), carbonato de dimetilo (DMC), carbonato de dipropilo (DPC), carbonato de metilpropilo (MFC), carbonato de etileno propilo (EPC), carbonato de butileno (BC), carbonato de fluoroetileno (FEC), formiato de metilo (MF), acetato de metilo (MA), acetato de etilo (EA), acetato de propilo (PA), propionato de metilo (MP), propionato de etilo (EP), propionato de propilo (PP), butirato de metilo (MB), butirato de etilo (EB), 1,4-butirolactona (GBL), sulfolano (SF), dimetilsulfona (MSM), metil etil sulfona (EMS) y dietil sulfona (ESE).
En algunas realizaciones, el electrolito puede incluir además opcionalmente aditivos. Por ejemplo, los aditivos pueden incluir aditivos formadores de película de electrodo negativo, aditivos formadores de película de electrodo positivo y aditivos que pueden mejorar algunos rendimientos de la batería, tales como aditivos que mejoran el rendimiento de sobrecarga de la batería, aditivos que mejoran el rendimiento a alta temperatura. de la batería y aditivos que mejoran el rendimiento de la batería a bajas temperaturas.
[Separador]
Las baterías secundarias que utilizan electrolitos y algunas baterías secundarias que utilizan electrolitos sólidos incluyen además separadores. El separador está dispuesto entre la placa del electrodo positivo y la placa del electrodo negativo para la separación. El tipo de separador no está especialmente limitado en la presente solicitud, y el separador puede ser cualquier separador poroso conocido con buena estabilidad química y mecánica. En algunas realizaciones, el material del separador puede ser uno o más seleccionados entre fibras de vidrio, una tela no tejida, polietileno, polipropileno y fluoruro de polivinilideno. El separador puede ser una película monocapa o una película compuesta de varias capas. Cuando el separador es una película compuesta multicapa, los materiales de las respectivas capas son iguales o diferentes.
En algunas realizaciones, la placa de electrodo positivo, la placa de electrodo negativo y el separador se pueden convertir en un conjunto de electrodo mediante un proceso de bobinado o un proceso de apilamiento.
En algunas realizaciones, la batería secundaria puede incluir un paquete exterior. El paquete exterior se puede utilizar para empaquetar el conjunto de electrodos y un electrolito.
En algunas realizaciones, el paquete exterior de la batería secundaria puede ser un estuche rígido, tal como un estuche de plástico duro, un estuche de aluminio, un estuche de acero, etc. El paquete exterior de la batería secundaria también puede ser una bolsa blanda, tal como una bolsa blanda tipo bolsillo. El material de la bolsa blanda puede ser plástico, tal como uno o más de polipropileno (PP), tereftalato de polibutileno (PBT), succinato de polibutileno (PBS), etc.
La presente solicitud no tiene restricciones específicas sobre la forma de la batería secundaria. La batería secundaria puede ser cilíndrica, cuadrada o tener otra forma arbitraria. La Figura 1 muestra una batería secundaria 5 con una estructura cuadrada como ejemplo.
En algunas realizaciones, con referencia a la Figura 4, el paquete exterior puede incluir una carcasa 51 y una placa de cubierta 53. La carcasa 51 puede incluir una placa inferior y placas laterales conectadas a la placa inferior, y la placa inferior y las placas laterales encierran una cavidad receptora. La carcasa 51 tiene una abertura comunicada con la cavidad receptora, y la placa de cubierta 53 se usa para cubrir la abertura para cerrar la cavidad receptora. La placa de electrodo positivo, la placa de electrodo negativo y el separador se pueden enrollar o laminar para formar un conjunto de electrodo 52. El conjunto de electrodo 52 está empaquetado en la cavidad receptora. El electrolito se infiltra en el conjunto de electrodos 52. La batería secundaria 5 incluye uno o más conjuntos de electrodos 52, que se pueden ajustar según los requisitos.
En algunas realizaciones, las baterías secundarias se pueden ensamblar en un módulo de batería, el módulo de batería puede incluir una pluralidad de baterías secundarias y el número específico se puede ajustar según la aplicación y la capacidad del módulo de batería.
La Figura 5 muestra un módulo de batería 4 como ejemplo. Con referencia a la Figura 5, en el módulo de batería 4, se puede disponer secuencialmente una pluralidad de baterías secundarias 5 en una dirección longitudinal del módulo de batería 4. Aparentemente, también se pueden disponer de cualquier otra manera. Además, la pluralidad de baterías secundarias 5 se puede fijar mediante sujetadores.
Opcionalmente, el módulo de batería 4 puede incluir además una carcasa que tenga un espacio de recepción, y la pluralidad de baterías secundarias 5 se reciben en el espacio de recepción.
En algunas realizaciones, los módulos de batería mencionados anteriormente también se pueden ensamblar en un paquete de batería, y el número de módulos de batería incluidos en el paquete de batería se puede ajustar según la aplicación y la capacidad del paquete de batería.
Las Figuras 6 y 7 muestran una batería 1 como ejemplo. Haciendo referencia a las Figuras 6 y 7, el paquete de batería 1 puede incluir una caja de batería y una pluralidad de módulos de batería 4 dispuestos en la caja de batería. La caja de batería incluye un cuerpo de caja superior 2 y un cuerpo de caja inferior 3. El cuerpo de caja superior 2 cubre el cuerpo de caja inferior 3 para formar un espacio cerrado para recibir los módulos de batería 4. La pluralidad de módulos de batería 4 se puede disponer en la caja de la batería de ninguna manera.
Proceso de preparación
Una realización en el segundo aspecto de la presente solicitud proporciona un proceso para preparar una batería secundaria, que incluye preparar una placa de electrodo negativo de la batería secundaria mediante los siguientes pasos de:
S10, formando una primera capa de recubrimiento de electrodo negativo que incluye un primer material activo de electrodo negativo en al menos una superficie de un colector de corriente de electrodo negativo, en donde el primer material activo de electrodo negativo incluye grafito, y el primer material activo de electrodo negativo incluye o no incluye un material a base de silicio;
S20, formando una segunda capa de recubrimiento de electrodo negativo que incluye un segundo material activo de electrodo negativo sobre una superficie de la primera capa de recubrimiento de electrodo negativo opuesta al colector de corriente del electrodo negativo, en donde el segundo material activo de electrodo negativo incluye grafito artificial y un material a base de silicio;
en el que el material a base de silicio está presente en un porcentaje en masa denominado W1 en el primer material activo del electrodo negativo, el material a base de silicio está presente en un porcentaje en masa denominado W2 en el segundo material activo del electrodo negativo, y la placa del electrodo negativo satisface: W2 > W1.
En el proceso para procesar la batería secundaria según la presente solicitud, se pueden recubrir una primera suspensión de material activo de electrodo negativo y una segunda suspensión de material activo de electrodo negativo al mismo tiempo o en dos etapas separadas.
Preferiblemente, la primera suspensión de material activo del electrodo negativo y la segunda suspensión de material activo del electrodo negativo se recubren al mismo tiempo. Recubriendo al mismo tiempo, se puede obtener una mejor adhesión entre la primera capa de recubrimiento de electrodo negativo y la segunda capa de recubrimiento de electrodo negativo, lo que conduce a mejorar aún más el rendimiento del ciclo de la batería.
Excepto el proceso para preparar la placa de electrodo negativo de la presente solicitud, son bien conocidos otras estructuras y procesos de preparación de la batería secundaria según la presente solicitud. Por ejemplo, la placa de electrodo positivo de la presente solicitud se puede preparar de la siguiente manera: se mezclan un material activo de electrodo positivo, un agente conductor opcional, un aglutinante opcional y similares y luego se dispersan en un disolvente (tal como NMP), seguido de agitación uniforme, recubrimiento sobre un colector de corriente de electrodo positivo, secado y prensado en frío, obteniendo así la placa de electrodo positivo.
En algunas realizaciones, la placa de electrodo negativo, la placa de electrodo positivo, el separador y el electrolito se pueden ensamblar para formar una batería secundaria. Como ejemplo, la placa de electrodo positivo, el separador y la placa de electrodo negativo pueden enrollarse o laminarse para formar un conjunto de electrodos; y el conjunto de electrodo se coloca en un paquete exterior, luego se inyecta el electrolito, seguido de procedimientos que incluyen envasado al vacío, reposo, formación, conformación y similares, obteniendo así una batería secundaria. Las características técnicas preferidas de la batería secundaria de la presente solicitud también son aplicables al proceso de preparación de la presente solicitud.
Aparato
Una realización en el tercer aspecto de la presente solicitud proporciona un aparato. El aparato incluye la batería secundaria según el primer aspecto de la presente solicitud y/o la batería secundaria preparada mediante el proceso según el segundo aspecto de la presente solicitud. La batería secundaria puede usarse como fuente de energía del aparato y también puede usarse como unidad de almacenamiento de energía del aparato. El aparato puede ser, entre otros, un dispositivo móvil (por ejemplo, un teléfono móvil, un ordenador portátil, etc.), un vehículo eléctrico (por ejemplo, un vehículo eléctrico puro, un vehículo eléctrico híbrido, un vehículo eléctrico híbrido enchufable, bicicleta eléctrica, patinete eléctrico, vehículo de golf eléctrico, camión eléctrico), tren eléctrico, barco, satélite, sistema de almacenamiento de energía, etc.
El aparato puede equiparse con la batería secundaria, el módulo de batería o el paquete de baterías según sus requisitos de uso.
La Figura 8 muestra un aparato a modo de ejemplo. El aparato es un vehículo eléctrico puro, un vehículo eléctrico híbrido o un vehículo eléctrico híbrido enchufable. Para cumplir los requisitos del aparato de alta potencia y alta densidad de energía, se puede utilizar un paquete de baterías o un módulo de batería.
Como otro ejemplo, el aparato puede ser un teléfono móvil, una tableta, un ordenador portátil, etc. Generalmente se requiere que el aparato sea delgado y liviano, y la batería secundaria se puede usar como fuente de energía.
Ejemplos
Los siguientes ejemplos describen más específicamente el contenido divulgado en la presente solicitud, y estos ejemplos solo se usan para una descripción explicativa, porque diversas modificaciones y cambios dentro del alcance de la presente divulgación son evidentes para los expertos en la técnica. A menos que se indique lo contrario, todas las partes, porcentajes y proporciones descritos en los siguientes ejemplos se basan en peso, todos los reactivos usados en los ejemplos están disponibles comercialmente o se sintetizan según métodos convencionales y se pueden usar directamente sin tratamiento adicional, y todos los instrumentos usados en los ejemplos están disponibles comercialmente.
Ejemplo 1
Preparación de una placa de electrodo negativo.
Se mezclaron completamente en una proporción de masa grafito artificial como primer material activo del electrodo negativo, negro de carbón (Super P) como agente conductor, caucho de estireno-butadieno (SBR) como aglutinante y carboximetilcelulosa de sodio (CMC-Na) como espesante de 96:1,5:1,5:1 en una cantidad apropiada de agua desionizada como disolvente para formar una suspensión uniforme del primer electrodo negativo; en donde el primer material activo del electrodo negativo tenía un tamaño de partícula promedio en volumen Dv50 de 15,7 gm, y las partículas primarias tenían un porcentaje de cantidad del 95 % en el material activo del primer electrodo negativo.
Como segundo material activo del electrodo negativo se utiliza grafito artificial y un material a base de silicio SiOx(x = 1,05) se mezclaron en una relación de masa de 97:3 para obtener una mezcla, y luego la mezcla se mezcló con un agente conductor (Super P), caucho de estireno-butadieno (SBR) como aglutinante y carboximetilcelulosa de sodio (CMC-Na) como espesante a fondo en una relación de masa de 96:1,5:1,5:1 en una cantidad apropiada de agua desionizada como disolvente para formar una suspensión uniforme del segundo electrodo negativo; en donde el segundo material activo del electrodo negativo tenía un tamaño de partícula promedio en volumen Dv50 de 11,5 gm, y las partículas secundarias tenían un porcentaje de cantidad del 90 % en el material activo del segundo electrodo negativo.
La primera suspensión de electrodo negativo y la segunda suspensión de electrodo negativo se extruyeron simultáneamente mediante un dispositivo de revestimiento de doble cavidad. La primera suspensión de electrodo negativo se aplicó sobre un colector de corriente para formar una primera capa de recubrimiento de electrodo negativo, la segunda suspensión de electrodo negativo se aplicó sobre la primera capa de recubrimiento de electrodo negativo para formar una segunda capa de recubrimiento de electrodo negativo y se obtuvo una placa de electrodo negativo después del secado y prensado en frío. La película del electrodo negativo tenía una densidad de área de 11 mg/cm2y una densidad de compactación de 1,65 g/cm3, y una relación de densidades de área de la primera capa de recubrimiento de electrodo negativo con respecto a la segunda capa de recubrimiento de electrodo negativo fue de 5:5.
Preparación de una placa de electrodo positivo.
LiNi0,8Co0,1Mn0,1O2(NCM811) como material activo de electrodo positivo, Super P como agente conductor y fluoruro de polivinilideno (PVDF) como aglutinante se mezclaron completamente en una relación en peso de 97:1,5:1,5 en una cantidad apropiada de N-metilpirrolidona (NMP) como disolvente para formar una suspensión uniforme de electrodo positivo, la suspensión de electrodo positivo se recubrió sobre una superficie de una lámina de aluminio como colector de corriente de electrodo positivo, y se obtuvo una placa de electrodo positivo después de secar y prensar en frío. La película del electrodo positivo tenía una densidad de área de 17,5 mg/cm2y una densidad de compactación de 3,4 g/cm3.
Preparación de un electrolito
Se mezclaron carbonato de etileno (EC), carbonato de etilmetilo (EMC) y carbonato de dietilo (DEC) en una proporción en volumen de 4:3:3 para obtener una solución, y luego LiPF6se disolvió uniformemente en la solución para obtener un electrolito, en el que LiPF6tenía una concentración de 1 mol/L.
Separador
Se utilizó un separador de PE.
Preparación de una batería secundaria
La placa del electrodo positivo, el separador y la placa del electrodo negativo se laminaron en orden y se enrollaron para obtener un conjunto de electrodos. El conjunto de electrodos fue empaquetado en un paquete exterior. Se añadió el electrolito mencionado anteriormente. Se obtuvo una batería secundaria tras etapas de envasado, reposo, formación, envejecimiento, etc.
Ejemplos 2-27 y ejemplos comparativos 1-6
Sus procesos de preparación fueron similares al del Ejemplo 1, excepto que: los parámetros relevantes en el proceso para preparar la placa del electrodo negativo se ajustaron para obtener las baterías secundarias correspondientes, como se muestra en la Tabla 1 para más detalles. Los Ejemplos 12-14 no forman parte de la presente invención.
Sección de prueba
1) Prueba de capacidad de carga rápida de baterías
A 25 °C, la batería en cada una de las realizaciones y ejemplos comparativos anteriores se cargó y descargó por primera vez a una corriente de 1 C (es decir, un valor de capacidad teórica de corriente completamente descargada en 1 h). Específicamente, la batería se cargó a una corriente constante de 1 C a un voltaje de 4,25 V, luego se cargó a un voltaje constante hasta que la corriente fue < 0,05 C, se mantuvo durante 5 minutos y luego se descargó a una corriente constante de 0,33 C a un voltaje de 2,8 V, y su capacidad real se registró como C0. Luego, la batería se cargó a corrientes constantes de 1,0 C0, 1,3 C0, 1,5 C0, 1,8 C0, 2,0 C0, 2,3 C0, 2,5 C0 y 3,0 C0 secuencialmente para un voltaje de corte de carga completa de la batería de 4,25 V o un potencial de corte del electrodo negativo de 0 V (lo que se alcance primero). La batería se descargó hasta un voltaje de corte de descarga total de 2,8 V con 1 C0 después de cada carga. Se registraron los potenciales negativos de los electrodos correspondientes al estado de carga al 10 %, 20 %, 30 %, ..., 80 % SOC (estado de carga) bajo diferentes velocidades de descarga. Se dibujaron y ajustaron linealmente curvas de potencial de electrodo negativo de tasa de carga en diferentes SOC para obtener tasas de carga correspondientes a las tasas de carga cuando los potenciales de electrodo negativo eran 0 V en diferentes SOC. Las tasas de carga obtenidas fueron ventanas de carga en los SOC y se denotaron respectivamente como C10 %SOC, C20 %SOC, C30 %SOC, C40 %SOC, C50 %SOC, C60 %SOC, C70 %SOC y C80 %SOC. El tiempo de carga T (bajo la premisa de que no haya precipitación de litio en la batería) en minutos para cargar la batería del 10 % de SOC al 80 % de SOC se calculó según una fórmula (60/C20 % SOC 60/C30 % SOC 60/C40 % SOC 60/C50 % SOC 60/C60 % SOC 60/C70 % SOC 60/C80 % SOC) x 10 %. Cuanto más corto fuera el tiempo, mejor sería el rendimiento de carga rápida de la batería.
2) Prueba sobre el rendimiento del ciclo de las baterías.
A 25°C, la batería secundaria preparada en cada uno de los ejemplos y ejemplos comparativos se cargó a una corriente constante de 1 C hasta un voltaje de corte de carga de 4,25 V, luego se cargó a un voltaje constante hasta que la corriente fue < 0,05 C, permaneció durante 5 min y luego se descargó a una corriente constante de 1 C a un voltaje de corte de descarga de 2,8 V, y permaneció durante 5 min. Este fue un ciclo de carga-descarga. Según este método, la batería se cargaba y descargaba circularmente hasta que su capacidad caía al 80 %. El número de ciclos en este momento fue el ciclo de vida de la batería a 25 °C.
Puede verse a partir de los resultados de la tabla que, en la batería secundaria según las realizaciones de la presente solicitud, la placa de electrodo negativo incluía una estructura de doble revestimiento, y tanto la capa de revestimiento de electrodo negativo superior como la inferior incluyen un material activo de electrodo negativo específico, de modo que la batería secundaria tenía una capacidad de carga rápida y un rendimiento de ciclo relativamente buenos bajo la premisa de una densidad de energía relativamente alta.
Los ejemplos comparativos 1 a 6 no cumplieron con W2 > W1, lo que resultó en una capacidad de carga rápida y un ciclo de vida deficientes de la batería secundaria.
Además, de los Ejemplos 6, 9-11, 8 y 12-14, este último no forma parte de la presente invención, se puede ver que cuando la primera capa de recubrimiento del electrodo negativo también incluía un material a base de silicio y satisfacía W2 > W1, aunque la densidad de energía de la batería aumentó hasta cierto punto, el rendimiento de carga rápida y el rendimiento del ciclo de la batería se vieron ligeramente afectados.
Lo que se describe anteriormente son simplemente realizaciones específicas de la presente solicitud, mientras que el alcance de protección de la presente solicitud estará sujeto al alcance de protección de las reivindicaciones.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Una batería secundaria (5), que comprende una placa de electrodo negativo (10), en donde la placa de electrodo negativo (10) comprende un colector de corriente de electrodo negativo (101) y una película de electrodo negativo; la película de electrodo negativo comprende una primera capa de recubrimiento de electrodo negativo (103) y una segunda capa de recubrimiento de electrodo negativo (102);
la primera capa de recubrimiento de electrodo negativo (103) está dispuesta sobre al menos una superficie del colector de corriente de electrodo negativo (101) y comprende un primer material activo de electrodo negativo, el primer material activo de electrodo negativo comprende grafito, y el primer material activo de electrodo negativo comprende o no comprende un material a base de silicio;
la segunda capa de recubrimiento de electrodo negativo (102) está dispuesta sobre una superficie de la primera capa de recubrimiento de electrodo negativo (103) y comprende un segundo material activo de electrodo negativo, y el segundo material activo de electrodo negativo comprende grafito artificial y un material a base de silicio;
el material a base de silicio está presente en un porcentaje en masa denominado W1 en el primer material activo del electrodo negativo, el material a base de silicio está presente en un porcentaje en masa denominado W2 en el segundo material activo del electrodo negativo, y la placa del electrodo negativo (10) satisface: W2 > W1, y caracterizado porque, W1 W2 < 6 %; y
el primer material activo del electrodo negativo tiene un tamaño de partícula promedio en volumen Dv50 mayor que el del segundo material activo del electrodo negativo, medido mediante el método definido en la descripción.
2. La batería secundaria (5) según la reivindicación 1, en la que 0 % < W2 < 6 %, y preferiblemente, 1 % < W2 < 3 %.
3. La batería secundaria (5) según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en la que 0 % < W1 < 5 %, preferentemente, 0 % < W1 < 3 %, y más preferentemente, W1 = 0 %.
4. La batería secundaria (5) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que W1 W2 < 3 %.
5. La batería secundaria (5) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que el material a base de silicio comprende un primer material a base de silicio y un segundo material a base de silicio, y el primer material a base de silicio tiene un tamaño de partícula menor que el del segundo material a base de silicio, medido mediante el método definido en la descripción.
6. La batería secundaria (5) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que,
el primer material a base de silicio tiene un tamaño de partícula de 0,05 gm a 7 gm, medido mediante el método definido en la descripción; y/o,
el segundo material a base de silicio tiene un tamaño de partícula de 7 gm a 15 gm, medido mediante el método definido en la descripción.
7. La batería secundaria (5) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que el primer material activo del electrodo negativo comprende uno o más de grafito artificial y grafito natural; y preferiblemente, el primer material activo del electrodo negativo comprende grafito artificial.
8. La batería secundaria (5) según la reivindicación 7, en la que el grafito artificial está presente en un porcentaje de masa > 50 % en el primer material activo del electrodo negativo; y preferiblemente, el grafito artificial está presente en un porcentaje en masa de 60 % a 100 % en el primer material activo del electrodo negativo.
9. La batería secundaria (5) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en la que el primer material activo del electrodo negativo comprende partículas primarias, y las partículas primarias tienen un porcentaje de cantidad de > 60 %, preferiblemente de 80 % a 100 % del primer material activo del electrodo negativo; y/o en el que el material activo del segundo electrodo negativo comprende partículas secundarias, y las partículas secundarias tienen un porcentaje de cantidad de > 50 %, preferiblemente > 70 % en el material activo del segundo electrodo negativo.
10. La batería secundaria (5) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en la que el primer material activo del electrodo negativo tiene un tamaño de partícula promedio en volumen Dv50 de 12 gm a 18 gm, y preferiblemente de 13 gm a 17 gm, medido mediante el método definido en la descripción; y/o, el material activo del segundo electrodo negativo tiene un tamaño de partícula promedio en volumen Dv50 de 9 gm a 15 gm, y preferiblemente de 10 gm a 13 gm, medido mediante el método definido en la descripción.
11. La batería secundaria (5) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en la que la película de electrodo negativo satisface además uno o más de los siguientes (1) a (5):
(1) la película del electrodo negativo tiene una densidad superficial de 8 mg/cm2a 13 mg/cm2, y preferiblemente a partir de 9 mg/cm2a 12,5 mg/cm2, medido mediante el método definido en la descripción;
(2) la película del electrodo negativo tiene una densidad de compactación a partir de 1,4 g/cm3a 1,7 g/cm3, y preferiblemente a partir de 1,5 g/cm3a 1,65 g/cm3, medido mediante el método definido en la descripción;
(3) la segunda capa de recubrimiento de electrodo negativo (102) tiene una porosidad mayor que la de la primera capa de recubrimiento de electrodo negativo (103);
(4) una relación de densidad de área de la primera capa de recubrimiento de electrodo negativo (103) a la segunda capa de recubrimiento de electrodo negativo (102) es de 2:3 a 3:2;
(5) una relación de espesor de la primera capa de recubrimiento de electrodo negativo (103) a la segunda capa de recubrimiento de electrodo negativo (102) es de 4:6 a 7:3.
12. La batería secundaria (5) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en la que la batería secundaria (5) comprende una placa de electrodo positivo, la placa de electrodo positivo comprende un colector de corriente de electrodo positivo y una capa de recubrimiento de electrodo positivo dispuesta en al menos una superficie del colector de corriente del electrodo positivo, y la capa de recubrimiento del electrodo positivo comprende un material activo del electrodo positivo, y el material activo del electrodo positivo comprende uno o más de un óxido de metal de transición de litio, un fosfato que contiene litio con una estructura de olivino y modificado compuestos de los mismos;
preferiblemente, el material activo del electrodo positivo comprende uno o más de los óxidos de metales de transición de litio mostrados en la fórmula 1 y sus compuestos modificados,
LiaNibCocMdOeAfFórmula 1,
en la fórmula 1, 0,8 < a < 1,2, 0,5 < b < 1, 0 < c < 1,0 < d < 1, 1 < e < 2, 0 < f < 1, M es uno o más seleccionados de Mn, A1, Zr, Zn, Cu, Cr, Mg, Fe, V, Ti y B, y A es uno o más seleccionados entre N, F, S y C1.
13. Un proceso para preparar la batería secundaria (5), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende preparar una placa de electrodo negativo (10) de la batería secundaria (5) mediante las siguientes etapas de:
formar una primera capa de recubrimiento de electrodo negativo (103) que comprende un primer material activo de electrodo negativo en al menos una superficie de un colector de corriente de electrodo negativo (101), en donde el primer material activo de electrodo negativo comprende grafito, y el primer material activo de electrodo negativo comprende o no comprende un material a base de silicio;
formar una segunda capa de recubrimiento de electrodo negativo (102) que comprende un segundo material activo de electrodo negativo sobre una superficie de la primera capa de recubrimiento de electrodo negativo (103), en donde el segundo material activo de electrodo negativo comprende grafito artificial y un material a base de silicio,
en el que el material a base de silicio está presente en un porcentaje en masa denominado W1 en el primer material activo del electrodo negativo, el material a base de silicio está presente en un porcentaje en masa denominado W2 en el segundo material activo del electrodo negativo, y la placa del electrodo negativo (10) satisface: W2 > W1, W1 W2 < 6 %; y
el primer material activo del electrodo negativo tiene un tamaño de partícula promedio en volumen Dv50 mayor que el del segundo material activo del electrodo negativo, medido mediante el método definido en la descripción.
14. Un aparato que comprende la batería secundaria (5) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 o la batería secundaria (5) preparada mediante el proceso según la reivindicación 13.
ES20933096T 2020-04-30 2020-04-30 Batería secundaria, proceso de preparación de esta y aparato que comprende la batería secundaria Active ES2963611T3 (es)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2020/088464 WO2021217639A1 (zh) 2020-04-30 2020-04-30 二次电池、其制备方法和含有该二次电池的装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2963611T3 true ES2963611T3 (es) 2024-04-01

Family

ID=78373139

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES20933096T Active ES2963611T3 (es) 2020-04-30 2020-04-30 Batería secundaria, proceso de preparación de esta y aparato que comprende la batería secundaria

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20220102708A1 (es)
EP (1) EP3968407B1 (es)
JP (1) JP2023505132A (es)
KR (1) KR20220093346A (es)
CN (1) CN113875049A (es)
ES (1) ES2963611T3 (es)
HU (1) HUE064506T2 (es)
PL (1) PL3968407T3 (es)
WO (1) WO2021217639A1 (es)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200038168A (ko) 2018-10-02 2020-04-10 주식회사 엘지화학 실리콘계 화합물을 포함하는 다층 구조 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
PL3751641T3 (pl) 2018-10-02 2022-03-28 Lg Chem, Ltd. Wielowarstwowa anoda zawierająca związek na bazie krzemu i zawierająca ją litowa bateria akumulatorowa
KR102651696B1 (ko) * 2020-10-19 2024-03-26 에스케이온 주식회사 리튬 이차 전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
KR20230106127A (ko) * 2021-12-27 2023-07-12 컨템포러리 엠퍼렉스 테크놀로지 씨오., 리미티드 이차 전지 및 이를 포함하는 전기 장치
CN116487585A (zh) * 2022-01-13 2023-07-25 宁德时代新能源科技股份有限公司 负极极片及其制备方法、二次电池、电池模块、电池包和用电装置
EP4261913A1 (en) * 2022-04-14 2023-10-18 Cellforce Group GmbH Multilayer electrode, a method for manufacturing an electrode and electrochemical storage device
WO2023240612A1 (zh) * 2022-06-17 2023-12-21 宁德时代新能源科技股份有限公司 负极极片、二次电池、电池模块、电池包和用电装置
CN114975860B (zh) * 2022-06-28 2024-05-07 重庆冠宇电池有限公司 一种负极片和电池
CN118104005A (zh) * 2022-07-28 2024-05-28 宁德时代新能源科技股份有限公司 二次电池及其制备方法、用电装置
WO2024020964A1 (zh) * 2022-07-28 2024-02-01 宁德时代新能源科技股份有限公司 二次电池、其制备方法及含有该二次电池的装置
CN115275105B (zh) * 2022-08-25 2024-02-13 江苏正力新能电池技术有限公司 一种硅基负极极片、二次电池和用电装置
WO2024055162A1 (zh) * 2022-09-13 2024-03-21 宁德时代新能源科技股份有限公司 负极极片、用于制备负极极片的方法、二次电池和用电装置
WO2024065402A1 (zh) * 2022-09-29 2024-04-04 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种二次电池及用电装置
CN115911259A (zh) * 2022-11-21 2023-04-04 江苏正力新能电池技术有限公司 一种电池极组及二次电池
CN116888751A (zh) * 2023-01-03 2023-10-13 宁德时代新能源科技股份有限公司 负极极片以及包含其的电极组件、电池单体、电池和用电装置
CN116364860B (zh) * 2023-06-01 2023-11-10 宁德时代新能源科技股份有限公司 二次电池及其制备方法和用电装置

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5143437B2 (ja) * 2007-01-30 2013-02-13 日本カーボン株式会社 リチウムイオン二次電池用負極活物質の製造方法、負極活物質及び負極
US20130045419A1 (en) * 2011-08-15 2013-02-21 Hee-Joon Chun Negative active material for rechargeable lithium battery, negative electrode including the same and method of preparing the same, and rechargeable lithium battery including the same
JP2014067587A (ja) * 2012-09-26 2014-04-17 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解質二次電池
GB2507535B (en) * 2012-11-02 2015-07-15 Nexeon Ltd Multilayer electrode
JP6055729B2 (ja) * 2013-07-10 2016-12-27 株式会社豊田自動織機 リチウムイオン二次電池用負極及びリチウムイオン二次電池
JP6302322B2 (ja) * 2013-09-26 2018-03-28 積水化学工業株式会社 リチウムイオン二次電池
JP6531652B2 (ja) * 2014-01-31 2019-06-19 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池用負極
US10263252B2 (en) * 2014-09-05 2019-04-16 Sanyo Electric Co., Ltd. Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery, and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2016181487A (ja) * 2015-03-25 2016-10-13 株式会社東芝 非水電解質電池用電極、非水電解質次電池および電池パック
JP6660581B2 (ja) * 2015-09-24 2020-03-11 株式会社Ｇｓユアサ 非水電解質二次電池用電極、及び非水電解質二次電池
KR20170109293A (ko) * 2016-03-21 2017-09-29 주식회사 엘지화학 음극 및 이를 포함하는 이차 전지
KR101986626B1 (ko) * 2016-08-26 2019-09-30 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
EP3654423B1 (en) * 2017-08-18 2021-11-24 LG Chem, Ltd. Negative electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising same
PL3751641T3 (pl) * 2018-10-02 2022-03-28 Lg Chem, Ltd. Wielowarstwowa anoda zawierająca związek na bazie krzemu i zawierająca ją litowa bateria akumulatorowa
KR20200038168A (ko) * 2018-10-02 2020-04-10 주식회사 엘지화학 실리콘계 화합물을 포함하는 다층 구조 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
CN109616614B (zh) * 2018-12-14 2020-12-11 宁德新能源科技有限公司 负极极片和使用其的电化学装置和电子装置
CN110148708B (zh) * 2019-05-30 2021-05-11 珠海冠宇电池股份有限公司 一种负极片及锂离子电池
CN111261834A (zh) * 2020-03-25 2020-06-09 宁德新能源科技有限公司 负极极片、电化学装置和电子装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP3968407A1 (en) 2022-03-16
KR20220093346A (ko) 2022-07-05
EP3968407B1 (en) 2023-10-25
WO2021217639A1 (zh) 2021-11-04
US20220102708A1 (en) 2022-03-31
PL3968407T3 (pl) 2024-02-26
HUE064506T2 (hu) 2024-03-28
EP3968407A4 (en) 2022-11-23
JP2023505132A (ja) 2023-02-08
CN113875049A (zh) 2021-12-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2963611T3 (es) Batería secundaria, proceso de preparación de esta y aparato que comprende la batería secundaria
ES2926653T3 (es) Batería secundaria y aparato que incluye la batería secundaria
ES2945476T3 (es) Batería secundaria y su método de fabricación, y aparato que comprende la batería secundaria
ES2968738T3 (es) Batería secundaria, proceso de preparación de la misma y aparato que contiene la batería secundaria
ES2963927T3 (es) Batería secundaria y aparato que contiene la batería secundaria
CN116666733B (zh) 电池单体、电池和用电装置
CN116741938A (zh) 二次电池、其制备方法及含有该二次电池的装置
KR102622786B1 (ko) 2차 전지, 그의 제조방법 및 그와 관련된 배터리 모듈, 배터리 팩 및 디바이스
US20220102700A1 (en) Secondary battery and battery module, battery pack and apparatus containing the same
WO2024020964A1 (zh) 二次电池、其制备方法及含有该二次电池的装置
US20220102788A1 (en) Secondary battery and apparatus containing the same
US11322739B2 (en) Secondary battery, method for manufacturing the same, and apparatus containing the same
KR102514891B1 (ko) 이차 전지 및 이를 포함하는 장치
ES2953953T3 (es) Batería secundaria, proceso de preparación de la misma y aparato que contiene la batería secundaria
JP7496872B2 (ja) 二次電池及びその調製方法、当該二次電池を含む装置
US20220102710A1 (en) Secondary battery, process for preparing the same and apparatus containing the secondary battery
EP4113685A1 (en) Battery group, battery pack, electric apparatus, and manufacturing method and manufacturing device for battery group
JP2024503177A (ja) スピネル型のニッケルマンガンリチウム含有複合酸化物、その製造方法及びそれを含有する二次電池と電力消費装置