ES2968253T3 - Separadores nanoporosos para baterías y métodos de fabricación relacionados - Google Patents

Separadores nanoporosos para baterías y métodos de fabricación relacionados Download PDF

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Abstract

Se proporciona una batería de litio, en donde la batería comprende un ánodo, un cátodo, en donde el cátodo comprende uno o más metales de transición, un electrolito y un separador poroso interpuesto entre el cátodo y el ánodo, en donde el separador comprende un compuesto aniónico. También se proporcionan métodos para fabricar dichas baterías. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Separadores nanoporosos para baterías y métodos de fabricación relacionados
Solicitudes relacionadas
Esta solicitud reivindica el beneficio y la prioridad de la solicitud de patente provisional de Estados Unidos N.° 62/231.539, presentada el 9 de julio de 2015. Esta solicitud es también una continuación en parte y reivindica la prioridad a la solicitud de patente de Estados Unidos N.° 15/130.660, presentada el 15 de abril de 2016.
Declaración de derechos gubernamentales
Esta invención fue realizada con el apoyo del gobierno bajo el número de concesión DE-EE00054333 otorgado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos. El gobierno tiene ciertos derechos en la invención.
Campo de la invención
La presente invención se refiere en general al campo de las baterías y otras celdas productoras de corriente eléctrica, como condensadores y condensadores de iones de litio. Más particularmente, la presente invención se refiere a separadores para baterías de litio y métodos de fabricación relacionados.
Antecedentes de la invención
A lo largo de esta solicitud, se hace referencia a varias patentes mediante una cita de identificación. Las divulgaciones de las patentes a las que se hace referencia en esta solicitud describen más completamente el estado de la técnica al que pertenece esta invención.
Las baterías de litio se utilizan ampliamente en la electrónica portátil, como teléfonos inteligentes y ordenadores portátiles. Entre las nuevas aplicaciones de las baterías de litio se encuentran las baterías de alta potencia para híbridos, híbridos enchufables y vehículos eléctricos. Sin embargo, la amplia aceptación de los vehículos eléctricos requiere baterías que puedan construirse a un coste menor y que incluyan características de seguridad mejoradas.
Los procesos existentes para fabricar baterías de litio, incluyendo baterías de litio recargables y no recargables y otros tipos de baterías, son relativamente lentos, complejos y costosos. Por ejemplo, las baterías recargables de iones de litio se construyen típicamente intercalando tiras de las diversas capas de la batería para formar una pila. Estas capas pueden incluir un separador de plástico, un sustrato de metal conductor con una capa de cátodo revestida en ambos lados, otro separador de plástico y otro sustrato de metal conductor con una capa de ánodo revestida en ambos lados. Esta intercalación se realiza normalmente en equipos de fabricación que son ineficientes y costosos de construir y operar. De este modo, existe la necesidad de técnicas de fabricación que no requieran intercalar capas de batería discretas.
Como se ha indicado anteriormente, las baterías de litio actuales se fabrican utilizando sustratos metálicos. Durante la fabricación, estos sustratos metálicos se cortan típicamente en pilas de baterías discretas. Se sabe que esto da como resultado que se incrusten fragmentos de metal en el separador u otra parte de la batería terminada, lo que puede provocar un cortocircuito u otra condición peligrosa. De este modo, existe la necesidad de técnicas de fabricación mejoradas que eliminen estos problemas de seguridad.
De forma adicional, uno de los desafíos conocidos para reducir el coste de las baterías de iones de litio es la composición del cátodo. En este sentido, el material del cátodo a menudo comprende un treinta por ciento, o más, del coste total de la batería. De este modo, ha habido un mayor interés en utilizar manganeso y sus óxidos como material de cátodo porque el manganeso es considerablemente menos costoso que otros materiales de cátodo y se encuentra en abundancia en la naturaleza. Sin embargo, cuando se usa como cátodo en baterías de iones de litio, el manganeso se disuelve fácilmente, particularmente a temperaturas más altas. Durante el funcionamiento, los iones de manganeso disueltos se depositan en el separador y el ánodo, lo que reduce la vida útil del ciclo de la batería. Además, este problema de migración no se limita al manganeso. En este sentido, también ha habido un cambio en la industria de las baterías a cátodos que comprenden óxido de níquel-manganeso-cobalto (NMC) y, en particular, NMC rico en níquel. Sin embargo, iones de níquel y cobalto, como los iones de manganeso, se difunde a través del separador y sobre el ánodo, reduciendo la vida útil del ciclo de la batería. De este modo, sería ventajoso si la migración de estos metales (p. ej., manganeso, níquel y cobalto) podrían controlarse y eliminarse.
Dos separadores relacionados de divulgación de la técnica anterior relevantes son el documento US7066971 y el artículo de revista: ZHANG YAPING ET AL: "Sulfonated polyimide/A100H composite membranes with decreased vanadium permeability and increased stability for vanadium redox flow battery", JOURNAL OF SOLID STATE ELECTROCHEMISTRY, SPRINGER, BERLIN, DE, vol. 18, n.° 12, 18 de julio de 2014 (2014-07-18), páginas 3479 3490.
Sumario de la invención
Un objeto de la presente invención es proporcionar una pila de baterías o batería que podría fabricarse en estructuras menos complejas, un equipo de procesamiento automatizado menos costoso y de mayor velocidad que, por ejemplo, el equipo utilizado para baterías de ordenador portátil. Otro objeto es proporcionar una batería que sea menos costosa de fabricar que las baterías existentes, y que podría utilizar metales de transición, como el manganeso, níquel y cobalto, sino controlar la migración de estos metales, sin reducir la vida útil del ciclo de la batería.
La presente invención cumple los objetos anteriores a través de las pilas de baterías y las baterías descritas en el presente documento. Las pilas de baterías y las baterías descritas en el presente documento incluyen diversos revestimientos y materiales, que se describen a continuación. Los ejemplos de baterías a las que se aplica la presente invención incluyen una única celda de producción de corriente eléctrica y múltiples celdas de producción de corriente eléctrica combinadas en una carcasa o paquete. Un tipo de batería de este tipo es una batería de litio, incluyendo, por ejemplo, baterías de iones de litio recargables o secundarias, baterías de metal de litio no recargables o primarias, baterías de metal de litio recargables y otros tipos de baterías tales como baterías de aleación de metal de litio recargables.
Las pilas de baterías descritas en el presente documento incluyen un separador, un electrodo y un colector de corriente. Una pila de baterías que comprende un electrodo positivo en combinación con una pila de baterías que comprende un electrodo negativo, conjuntamente, forma una batería. Las pilas de baterías y las baterías descritas en el presente documento incluyen un separador para mantener los dos electrodos separados con el fin de evitar cortocircuitos eléctricos al tiempo que también permiten el transporte de iones de litio y cualquier otro ion durante el paso de corriente en una celda electroquímica. Ejemplos de separadores que pueden utilizarse en baterías de litio incluyen separadores cerámicos y separadores de poliolefina. Los separadores cerámicos incluyen separadores que comprenden óxidos inorgánicos y otros materiales inorgánicos.
Las pilas de baterías y las baterías descritas en el presente documento incluyen un electrodo que comprende material electroactivo. La capa de electrodo puede configurarse para funcionar como el ánodo (electrodo negativo) o el cátodo (electrodo positivo). En una batería de iones de litio, por ejemplo, se genera corriente eléctrica cuando los iones de litio se difunden desde el ánodo al cátodo a través del electrolito. Ejemplos de materiales electroactivos que pueden utilizarse en baterías de litio incluyen, por ejemplo, óxido de litio y cobalto, óxido de litio y manganeso, fosfato de hierro y litio, óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto (NMC) y azufre como materiales electroactivos en las capas catódicas y titanato de litio, litio metálico, silicio, grafito intercalado con litio y carbono intercalado con litio como materiales electroactivos en las capas anódicas.
Estas pilas de baterías y baterías descritas en el presente documento también incluyen un colector de corriente, que pueden ser una o más capas de recogida de corriente que son adyacentes a una capa de electrodo. Una función del colector de corriente es proporcionar una trayectoria eléctricamente conductora para el flujo de corriente hacia y desde el electrodo y una conexión eléctrica eficiente al circuito externo a la celda. Un colector de corriente puede incluir, por ejemplo, una única capa o revestimiento de metal conductor, como la capa de partículas de metal sinterizado analizada en el presente documento. Como se analiza más adelante, una capa de metal conductora ilustrativa que podría funcionar como un colector de corriente es una capa de partículas de metal sinterizado que comprende níquel, que se puede usar tanto para la capa de ánodo como de cátodo. En realizaciones de la invención, la capa de metal conductor puede comprender aluminio, como papel de aluminio, que puede usarse como colector de corriente y sustrato para el electrodo positivo o capa de cátodo. En otras realizaciones, la capa de metal conductor puede comprender cobre, como una lámina de cobre, que puede usarse como colector de corriente y sustrato para el electrodo negativo o capa de ánodo.
Las baterías descritas en el presente documento también incluyen un electrolito, como las que son útiles en las baterías de litio. Los electrolitos adecuados incluyen, por ejemplo, electrolitos líquidos, electrolitos de polímero de gel y electrolitos de polímero sólido. Los electrolitos líquidos adecuados incluyen, por ejemplo, soluciones de LiPF6 en una mezcla de disolventes orgánicos, como una mezcla de carbonato de etileno, carbonato de propileno y carbonato de etilo y metilo.
La invención se define en las reivindicaciones independientes 1 y 6, las realizaciones preferidas en las reivindicaciones dependientes 2-5 y 7 a 15. En una realización, el ánodo comprende litio metálico. En una realización, el cátodo comprende uno o más metales de transición seleccionados del grupo que consiste en manganeso, níquel y cobalto. En una realización, el separador poroso comprende uno o más óxidos o nitruros inorgánicos. En una realización, el separador comprende boehmita. En una realización, el compuesto aniónico comprende dos o más grupos aniónicos. En una realización, los grupos aniónicos se seleccionan del grupo que consiste en sulfonato y carboxilato. En una realización, el catión de los grupos aniónicos comprende un ion de litio. En una realización, el compuesto aniónico comprende más de aproximadamente el 0,1 por ciento en peso del peso del separador poroso. En una realización, el compuesto aniónico es una antraquinona. En una realización, el compuesto aniónico es un fotosensibilizador. En una realización, el fotosensibilizador es un depurador de oxígeno. En una realización, el separador comprende polímero formado por la absorción de fotones por el fotosensibilizador. En una realización, el compuesto aniónico es un oxidante de litio metálico. En una realización, el separador poroso tiene un diámetro de poro promedio de menos de aproximadamente 100 nm. En una realización, el separador poroso es un recogedor de HF en el electrolito. En una realización, el separador poroso inhibe la migración de cationes de metales de transición a través del separador. En una realización, el cátodo y el ánodo comprenden capas de electrodo y una o más capas de electrodo están recubiertas sobre el separador.
En una realización, la presente invención incluye un separador para una celda de producción de corriente eléctrica que comprende: uno o más óxidos o nitruros inorgánicos, un aglutinante y un compuesto aniónico. En una realización, el compuesto aniónico se selecciona del grupo que consiste en sulfonato y carboxilato. En una realización, el compuesto aniónico es un oxidante de dendritas de metal litio. En una realización, el compuesto aniónico es un fotosensibilizador.
En una realización, la presente invención incluye una pila de baterías que comprende: un separador poroso, una capa de electrodo adyacente al separador poroso, una capa colectora de corriente revestida sobre la capa de electrodo y un área de refuerzo a lo largo de uno o más bordes de la pila de baterías, en donde el área de refuerzo comprende un polímero. En una realización, el área de refuerzo comprende un polímero impregnado en los poros del separador poroso. En una realización, el área de refuerzo comprende una capa de polímero que recubre el separador poroso. En una realización, el separador poroso comprende, además, un fotosensibilizador.
Breve descripción de los dibujos
Las características y ventajas de la presente divulgación se entenderán más completamente con referencia a la siguiente descripción detallada cuando se toma junto con las figuras adjuntas, en donde:
La figura 1 es una vista en sección transversal de una pila de baterías 1 parcialmente ensamblada que muestra un separador poroso 20 revestido sobre un sustrato 10 y un revestimiento de liberación 30.
La figura 2 es una vista en sección transversal de la pila de baterías de la figura 1, con la adición de carriles de electrodos 40a, 40b recubiertos sobre la capa separadora porosa 20.
La figura 3 es una vista en planta de la pila de baterías mostrada en la figura 2.
La figura 4 es una vista en sección transversal de la pila de baterías de las figuras 2 y 3, con la adición de una capa colectora de corriente 50 revestida sobre los carriles de electrodo y porciones de refuerzo 52 revestidas sobre la capa separadora 20.
La figura 5 es una vista en planta de la pila de baterías de la figura 4, con la adición de parches de lengüeta conductores 60 en las porciones de refuerzo 52, e indicando además la ubicación de las líneas de hendidura S<1>, S<2>y S<3>.
La figura 6 es una vista en planta del conjunto de pila de baterías mostrado en la figura 5 después de que se haya realizado una etapa de corte.
Descripción detallada
Esta invención se refiere a pilas de baterías para su uso en baterías, como baterías de iones de litio y baterías de metal de litio, así como métodos para fabricar dichas baterías y separadores nanoporosos relacionados. Entre otros beneficios, las pilas de baterías recubiertas y las baterías de la presente invención tienen un coste menor y proporcionan una seguridad mejorada.
La presente invención incluye, pero sin limitación, los siguientes diseños para baterías de litio y pilas y métodos para fabricar dichas baterías. En los siguientes ejemplos, la pila revestida puede ser una pila de ánodos o una pila de cátodos, dependiendo del material de electrodo seleccionado.
Un aspecto de la presente invención se describirá con referencia a un proceso para fabricar una batería de litio. Un proceso adecuado se describe en la solicitud de patente de Estados Unidos en tramitación junto con la presente N.° 15/130.660. El proceso puede utilizar un sustrato reutilizable 10, sobre el que se recubren las diversas capas de la pila de baterías. Una vez que se ensambla la pila de baterías, las capas de batería (p. ej., electrodo, separador, colector de corriente) se deslaminan del sustrato 10 y el sustrato se puede reutilizar para crear otra pila de baterías de acuerdo con el mismo proceso. El uso de un sustrato reutilizable proporciona beneficios de ahorro de costes y reduce los residuos. Sin embargo, se observa que este mismo proceso puede llevarse a cabo usando un sustrato desechable o no reutilizable.
La primera etapa del proceso incluye recubrir un sustrato 10 con un recubrimiento de liberación 30. El sustrato 10 y el revestimiento de liberación 30 se denominarán en el presente documento, colectivamente, capa de liberación. El sustrato 10 puede comprender cualquier película fuerte resistente al calor, como tereftalato de polietileno ("PET"), naftalato de polietileno ("PEN") u otra película de poliéster. En una realización preferida, el sustrato 10 puede comprender una película de PET de 75-125 pm de espesor. El PET proporciona un sustrato robusto para el proceso divulgado, ya que tiene una alta resistencia a la tracción y es químicamente, térmicamente y dimensionalmente estable. Ventajosamente, como resultado del espesor, la resistencia al desgarro y la resistencia a la distorsión de la película de PET, unos rollos anchos, como los que tienen un ancho de 1,5-2,0 metros, puede procesarse de forma rápida y fiable. Por ejemplo, las pilas de baterías recubiertas se pueden procesar a velocidades de 125 m/min.
Una capa separadora porosa 20 estable al calor y resistente a la compresión se recubre a continuación sobre la capa de liberación. La capa separadora revestida 20 puede hacerse más delgada que los separadores independientes conocidos. La capa separadora revestida 20 también es altamente compatible con un proceso de revestimiento de rollo a rollo, como la descrita anteriormente.
En una realización, la capa separadora se recubre con un espesor de 5-8 pm a lo largo de todo el ancho de la película de liberación. La figura 1 muestra un ejemplo de una vista en sección transversal del conjunto 1 después del recubrimiento del separador 20 sobre el sustrato 10 y el recubrimiento de liberación 30.
Los ejemplos de una capa separadora 20 adecuada para la presente invención incluyen, pero sin limitación, los revestimientos separadores porosos descritos en la patente de Estados Unidos N.° 6.153.337 y 6.306.545 de Carlsonet al.,la patente de Estados Unidos N.° 6.488.721 y 6.497.780 de Carlson y la patente de Estados Unidos N.° 6.277.514 de Yinget al.Algunas de estas referencias divulgan capas separadoras de cerámica de boehmita, que son adecuadas para su uso con la presente invención. Véanse, p. ej., la patente estadounidense N.° 6.153.337, col. 4, l. 16-33, col. 8, l. 8-33, col. 9, l. 62 - col. 10, l. 22 y col. 18, l. 59 - col. 19, l. 13; la patente estadounidense N.° 6.306.545, col. 4, l. 31 -col. 5, l. 17 y col. 10, l. 30-55; y la patente estadounidense N.° 6.488.721, col. 37, l. 44-63. La patente estadounidense N.° 6.497.780 divulga unas capas separadoras cerámicas de boehmita, así como otras capas separadoras cerámicas que incluyen las de estructura de xerogel o sol-gel, todas ellas adecuadas para su uso con la presente invención. Véase, p. ej., la patente estadounidense N.° 6.497.780, col. 8, l. 66 - col. 10, l. 23 y col. 11, l. 33 - col. 12, l. 3. La patente estadounidense N.° 6,277,514 enseña el recubrimiento de una o más capas de recubrimiento protectoras en una capa separadora cerámica de boehmita. Estas capas de revestimiento protectoras incluyen capas inorgánicas diseñadas para proteger la superficie del ánodo metálico, como en un ánodo de metal de litio. Véase, p. ej., la patente estadounidense N.° 6.277.514, col. 5, l. 56 - col. 6, l.42, col. 9, l. 14-30, col. 10, l. 3-43, col. 15, l. 27-56 y col. 16, l. 32 42.
Las capas separadoras preferidas adecuadas para su uso con la presente invención también se describen en la publicación de solicitud de patente de Estados Unidos N.° 2013/0171500 de Xuet al.Un separador de este tipo comprende una capa microporosa que comprende (a) al menos un 50 % en peso de una boehmita de aluminio y (b) un polímero orgánico, en donde la boehmita de aluminio se modifica superficialmente mediante tratamiento con un ácido orgánico para formar una boehmita de aluminio modificada. Véanse, p. ej., los párr. 28 y 34-36. El ácido orgánico puede ser un ácido sulfónico, preferentemente un ácido arilsulfónico o ácido toluenosulfónico, o un ácido carboxílico. La boehmita modificada puede tener un contenido de AbO3 en el intervalo del 50 al 85 % en peso, o más preferentemente en el intervalo del 65 al 80 % en peso. El separador puede comprender del 60 al 90 % en peso del óxido de aluminio modificado, o más preferentemente del 70 al 85 % en peso de la boehmita modificada. En realizaciones de la invención, la capa microporosa puede ser una capa de xerogel. El polímero orgánico puede comprender un polímero de fluoruro de polivinilideno. La capa separadora 20 puede comprender, además, un copolímero de un primer monómero orgánico fluorado y un segundo monómero orgánico.
Otras capas separadoras preferidas adecuadas para su uso en realizaciones de la presente invención se describen en la solicitud internacional N.° WO2014/179355 de Avisonet al.Las capas separadoras descritas en esa solicitud incluyen boehmita, una variedad de otros pigmentos y mezclas de los mismos. Véase, p. ej., el documento WO2014/179355, párr. 4-6, 8, 21, 26, y 27. En una realización preferida, la capa separadora 20 es un separador cerámico inorgánico nanoporoso. Más específicamente, el separador de batería nanoporoso incluye partículas cerámicas y un aglutinante polimérico, en donde el separador poroso tiene una porosidad entre 35-50 % y un tamaño de poro promedio entre 10-90 nm, o más preferentemente entre 10-50 nm. Las partículas cerámicas pueden ser partículas de óxido inorgánico o partículas de nitruro inorgánico. Preferentemente, el separador cerámico poroso muestra menos del 1 % de contracción cuando se expone a una temperatura de 200 °C durante al menos una hora. Las partículas cerámicas pueden incluir al menos uno de AbO3 o alúmina, AlO(OH) o boehmita, A1N, BN, SiN, ZnO, ZrO<2>, SiO<2>, o combinaciones de los mismos. En una realización preferida, las partículas cerámicas incluyen entre 65 100 % de boehmita y un resto, si lo hubiera, de BN. Como alternativa, las partículas cerámicas pueden incluir entre 65-100 % de boehmita y un resto, si lo hubiera, de A1N. El aglutinante polimérico puede incluir un polímero, como difluoruro de polivinilideno (PVdF) y copolímeros del mismo, éteres de polivinilo, uretanos, acrílicos, celulósicos, copolímeros de estireno butadieno, cauchos naturales, quitosano, cauchos de nitrilo, elastómeros de silicona, PEO o copolímeros de PEO, polifosfacenos y combinaciones de los mismos.
En una realización, la capa separadora comprende un óxido inorgánico que se modifica en la superficie mediante el tratamiento con un ácido sulfónico orgánico para formar un óxido inorgánico modificado y también comprende un óxido inorgánico que no se modifica en la superficie mediante el tratamiento con un ácido sulfónico orgánico. En una realización, el ácido sulfónico orgánico es un ácido arilsulfónico y, más preferentemente, un ácido toluenosulfónico. En una realización, el óxido inorgánico comprende una boehmita. En una realización, la boehmita se modifica superficialmente mediante tratamiento con un ácido sulfónico orgánico para formar un óxido de aluminio hidratado modificado. En una realización, la mezcla de los óxidos inorgánicos tratados y no tratados está en una relación de aproximadamente 1:3 a 3:1 en peso, preferentemente en el intervalo de aproximadamente 2:3 a 3:2. En una realización, un material de reticulación, como un isocianato, se añade para proporcionar resistencia mecánica adicional a los separadores. Se prefieren los isocianatos multifuncionales. El porcentaje en peso del isocianato está típicamente en el intervalo del 1 al 10 % del peso del polímero en el separador, siendo aproximadamente el 6 % en peso un nivel preferido.
En una realización, se realiza una extracción de agua en el separador para eliminar cualquier material soluble en agua del separador, como un ácido sulfónico orgánico. Esta extracción de agua se hace, preferentemente, antes de que el separador se use en la construcción de una pila de baterías. Un método para realizar dicha extracción de agua es utilizar una inmersión en baño de agua a aproximadamente 80 °C, que es altamente compatible con el proceso de fabricación de alta velocidad analizado anteriormente. Asimismo, en el momento de la inmersión, se puede aplicar un tratamiento aniónico (analizado más adelante) al separador.
Entre otros beneficios, la extracción de agua aumenta el porcentaje de porosidad del separador, lo que proporciona una mejor conductividad iónica del electrolito y una mayor resistencia mecánica al separador, para un porcentaje de porosidad dado. Por ejemplo, parte del ácido sulfónico orgánico que no está unido covalentemente, o de otra manera fuertemente unido al óxido inorgánico se puede eliminar mediante extracción con agua. Por ejemplo, un separador que comprende un óxido inorgánico tratado con un ácido sulfónico orgánico puede presentar una pérdida de peso de aproximadamente el 1 % tras la extracción con agua. Esta reducción de peso es suficiente para aumentar el porcentaje de porosidad del separador en un 2 a 3 % y aumentar la resistencia mecánica del separador en un 10 % o más.
En una realización de esta invención, el separador se seca a una temperatura de al menos 130 °C hasta una temperatura de hasta 240 °C, preferentemente en condiciones de vacío. En una realización, este secado a altas temperaturas se realiza durante más de 1 hora, y preferentemente más de 3 horas. En una realización, se realiza un secado al vacío en una celda seca que comprende electrodos y separador antes de llenar la celda con electrolito. Este secado a alta temperatura de los separadores, especialmente en condiciones de vacío, es útil para aumentar la resistencia mecánica de los separadores, típicamente en al menos un 10 %, y para reducir cualquier contenido de agua residual que pueda degradar la batería, como en la formación de cualquier HF y otros productos de descomposición de la sal electrolítica por reacción con agua. Esta reducción en el contenido de agua a su vez provoca una menor disolución del níquel, manganeso y otros metales de transición en los cátodos para evitar su difusión indeseable a través del separador hacia el ánodo. Esta reducción en el contenido de agua por secado a alta temperatura, gracias a la muy alta estabilidad térmica de los separadores cerámicos, también contribuye a un ciclo de formación más eficiente de la batería para formar las capas de estabilización de ánodo y cátodo, comúnmente denominadas capas de interfaz de electrolito sólido (SEI) (analizadas más adelante), lo que proporciona una vida útil de ciclo más larga y una mejor capacidad de velocidad.
A medida que la industria de las baterías de iones de litio avanza hacia el uso de cátodos de metales de transición, como NMC y otros con mayor contenido de níquel y manganeso, es deseable inhibir la difusión y migración de iones metálicos disueltos (p. ej., iones de níquel y manganeso) hacia y a través del separador y hacia el ánodo. En un ejemplo, se construyó una batería de iones de litio con un separador poroso que comprende pigmentos de boehmita con un tamaño de partícula primaria promedio de aproximadamente 35 nm y cátodos que comprenden óxido de níquelmanganeso-cobalto (NMC). El tamaño de poro pequeño proporciona una difusión eficiente de los iones de litio pequeños (con su complejo asociado de carbonatos orgánicos u otras moléculas de disolvente electrolítico) con poca o ninguna pérdida de conductividad iónica. Se descubrió que se impedía que la difusión de iones de manganeso y níquel de los cátodos que comprenden cátodos de óxido de níquel-manganeso-cobalto (NMC) pasaran al separador y a las áreas del ánodo donde podría producirse una degradación no deseada de la química de la batería. La inhibición de la difusión de los iones metálicos pesados y más grandes, como manganeso y níquel, se podía ver, por ejemplo, por la ausencia de cualquier coloración de estos iones metálicos en los separadores blancos de la presente invención. En comparación, no se encontró dicha inhibición con separadores de poliolefina y poliolefina revestidos de cerámica donde el revestimiento cerámico tenía poros de hasta 500 nm o más de diámetro.
Si se desea una mayor inhibición de la difusión, el separador poroso puede tratarse con materiales aniónicos, dianiónicos y otros. Dichos tratamientos reducen aún más el tamaño de los poros y proporcionan especies cargadas en las paredes de los poros, lo que puede mejorar la naturaleza catiónica del aluminio u otro elemento inorgánico del óxido inorgánico o nitruro inorgánico del separador. Dichos separadores tratados funcionan para depurar y eliminar el HF y otros productos de degradación, como POF<3>, de la sal de litio del electrolito, y aumentar la vida útil del ciclo, en comparación con los separadores conocidos. Normalmente, el compuesto aniónico se aplica al separador a partir de una solución que comprende al menos el 2 %, y preferentemente el 10 % o más, del compuesto aniónico. El compuesto aniónico puede comprender el 0,1 por ciento en peso o más del peso del separador.
En una realización, el tratamiento del separador puede comprender un compuesto con solo un grupo aniónico, que forma complejos (o se une) al aluminio u otro grupo catiónico del separador y, en consecuencia, no tiene ningún grupo aniónico que quede libre para formar complejos con los cationes de metales de transición que se difunden desde el cátodo. Por ejemplo, el compuesto con un solo grupo aniónico podría ser un compuesto de antraquinona, como antraquinona-2-sulfonato (AQS). El AQS podría ser una sal de sodio o, preferentemente, es una sal de litio. Aunque el separador (después del tratamiento con AQS u otro compuesto monoaniónico) no tiene un grupo aniónico restante libre para formar complejos con cationes de metales de transición, puede evitar la difusión de cationes de metales de transición hacia y a través del separador mediante la reducción del tamaño de poro, particularmente cuando el tamaño de poro promedio es menor de aproximadamente 50 nm de diámetro y/o cuando el compuesto aniónico es relativamente grande y tiene una forma plana, como es el caso con AQS y antraquinona-2,6-disulfonato (AQdiS). Los separadores tratados con compuestos monoaniónicos, como AQS, seguirán funcionando como un fotosensibilizador, oxidante de litio metálico y recogedor de oxígeno después de su reducción, como se describe a continuación para separadores tratados con AQdiS y otros compuestos dianiónicos.
Como alternativa, el tratamiento del separador utiliza un compuesto con dos o más grupos aniónicos. En dichos compuestos, uno de los grupos aniónicos forma complejos con el aluminio u otro grupo catiónico inorgánico del separador, mientras que los otros grupos aniónicos permanecen libres y disponibles para formar complejos con cualquier níquel, manganeso u otros iones de metales de transición del cátodo que pueden difundirse en el separador.
Los grupos aniónicos de los compuestos con dos o más grupos aniónicos comprenden aniones seleccionados del grupo que consiste en sulfonatos y carbonatos, y combinaciones de los mismos. El compuesto con dos o más grupos dianiónicos puede incluir un compuesto de antraquinona, tal como, por ejemplo, sal de sodio o sal de litio de AQdiS. Una solución acuosa de AQdiS, particularmente cuando se calienta a más de 80 °C para proporcionar una mayor concentración de AQdiS, se compleja fácilmente a un separador cerámico, tales como separadores que comprenden boehmita. Este complejo no se disuelve por los electrolitos utilizados en las baterías de litio y, de este modo, permanece en los poros del separador para actuar como un inhibidor de la difusión. Cuando los poros del separador cerámico son nanoporosos, como con un tamaño de poro promedio de menos de aproximadamente 100 nm, algunos de los grupos sulfonato de compuestos dianiónicos, como ASdiS, son estéricamente incapaces de formar complejos con la porción catiónica del separador. Esto es beneficioso porque estos grupos de compuestos permanecen libres para formar complejos con el níquel, manganeso y otros iones de metales de transición y reducen su difusión indeseable en el ánodo.
En la invención reivindicada, el separador comprende una boehmita y un compuesto aniónico que comprende grupos sulfonato, en donde el compuesto aniónico es una antraquinona. Los compuestos de antraquinona con dos o más grupos dianiónicos tienen características útiles además de reducir la difusión de cationes de metales de transición en el ánodo. Estas características útiles adicionales incluyen, por ejemplo, funcionar como un fotoiniciador, y para reaccionar con y oxidar cualquier litio metálico que entre en contacto con el separador. AQdiS tiene un pico de absorción moderadamente fuerte alrededor de 320 nm con una absorción de hasta aproximadamente 400 nm y es un fotosensibilizador eficaz del curado por UV para fotopolimerizar monómeros y oligómeros. Este atributo es útil en relación con el procedimiento de refuerzo de borde descrito en el presente documento, así como para mejorar la resistencia mecánica general del separador. Usando una solución de agua caliente de AQdiS para tratar el separador cerámico, como una que comprende boehmita, puede proporcionar un fotosensibilizador AQdiS fuertemente absorbente con una densidad óptica que es 0,3 o más alta que la del separador antes del tratamiento.
En general, se entiende que la seguridad de las baterías de litio se puede mejorar reduciendo o eliminando el oxígeno presente en el electrolito, ya que un menor contenido de oxígeno reduce la inflamabilidad. En este sentido, la fotosensibilización por AQdiS implica la reducción fotoinducida del AQdiS y, típicamente, la abstracción de un átomo de hidrógeno del compuesto fotosensibilizado. El transitorio, fotorreducido, AQdiS se reoxida en presencia de oxígeno de vuelta al AQdiS original. Este tipo de reacción reversible del fotosensibilizador es útil para eliminar el oxígeno de un sistema, como en un electrolito de batería. Ciertos compuestos de antraquinona, como AQdiS, se reducen por contacto con el metal de litio y pueden funcionar para oxidar cualquier dendrita de metal de litio que entre en contacto con ellos. Dado que los compuestos de antraquinona reducidos, en presencia de cualquier oxígeno, se pueden oxidar de nuevo al compuesto de antraquinona original, un solo compuesto de antraquinona puede reducir numerosos átomos de metal de litio durante la vida útil de la batería, siempre que haya oxígeno disponible para oxidar el compuesto de antraquinona reducido.
Los separadores también se pueden calandrar para reducir aún más sus tamaños de poro para mejorar su inhibición de manganeso y otras grandes difusiones de iones de metales pesados, así como para aumentar su resistencia mecánica. Por ejemplo, se descubrió que un calandrado que reduce el espesor del separador en aproximadamente un 8 % aumenta la resistencia a la tracción del separador de boehmita en aproximadamente un 15 %.
En una realización, el separador está recubierto con una capa de metal de litio para "prelitiar" la batería, tal como, por ejemplo, una batería que comprende silicio en el ánodo. En este sentido, cuando una celda de iones de litio se carga por primera vez, los iones de litio se difunden desde el cátodo y se introducen en el ánodo donde se reducen a metal de litio. Como resultado, un producto de descomposición del litio metálico y el electrolito, conocido como interfaz de electrolito sólido (SEI), se forma fácilmente en las superficies del ánodo, en donde la capa delgada de SEI comprende componentes de reacción de litio y electrolitos. A medida que se forma la capa de SEI, una porción del litio introducido en las celdas a través del cátodo se une irreversiblemente y, por lo tanto, se elimina de la operación cíclica, es decir, de la capacidad disponible para el usuario. Este proceso puede consumir aproximadamente del 10 % al 20 % de la capacidad de una celda de iones de litio y tanto como el 50 % dependiendo de la cantidad de silicio en el ánodo. Por lo tanto, es beneficioso "prelitiar" el ánodo (es decir, hacer más litio disponible como material activo del ánodo) para minimizar el consumo de litio del primer ciclo de carga-descarga y, por lo tanto, la pérdida de capacidad irreversible.
El embalamiento térmico y otros problemas de seguridad relacionados con el calor con las baterías de iones de litio y otras baterías basadas en litio son bien conocidos. Por lo tanto, se puede aplicar opcionalmente una fina capa de apagado de seguridad (no mostrada) al lado del separador 20 de la pila revestida. La capa de apagado de seguridad apaga rápidamente el funcionamiento de la batería cuando la temperatura de la celda alcanza una temperatura en el intervalo de 100 °C a 150 °C, preferentemente en el intervalo de 105 °C a 110 °C. En una realización preferida, esta capa de apagado de seguridad tiene un espesor de 0,5 a 5 micrómetros. El revestimiento de la capa de apagado de seguridad puede comprender agua o disolventes alcohólicos para que pueda aplicarse convenientemente durante la delaminación, corte longitudinal u otras etapas de conversión sin requerir el uso de una máquina de recubrimiento y que impliquen tensiones mecánicas indebidas en las pilas recubiertas sin tener un sustrato de liberación unido. La capa de apagado de seguridad puede comprender partículas seleccionadas del grupo que consiste en partículas de polímero (p. ej., partículas de polímero acrílico de estireno, partículas de polietileno y polímeros y copolímeros fluorados) y partículas de cera, solos o en mezclas entre sí.
Las capas de apagado de seguridad adecuadas se describen en la patente de Estados Unidos N.° 6.194.098 de Yinget al.Específicamente, Ying enseña un revestimiento protector para separadores de batería (p. ej., separadores cerámicos de boehmita) que comprenden perlas de polietileno. Véase, p. ej., Ying, col. 10, l. 66-col. 14, l. 19. Cuando se alcanza una temperatura umbral, las perlas de polietileno se funden y apagan la celda. Otras capas de apagado de seguridad adecuadas, particularmente aquellas adecuadas para su uso con separadores cerámicos y otros separadores (p. ej., separadores de plástico), se describen en la patente de Estados Unidos N.° 9.070.954 de Carlsonet al.Carlson describe un revestimiento de apagado de polímero microporoso, véase, p. ej., col. 2, l. 15-col. 3, l. 28, que se pueden incorporar en la pila recubierta y el proceso divulgados.
Como se muestra en las figuras 2 y 3, uno o más electrodos 40a, 40b se recubren a continuación sobre la capa separadora 20. Los materiales y métodos adecuados para recubrir electrodos directamente en separadores nanoporosos se describen, por ejemplo, en la patente estadounidense N.° 8.962.182 (véase, p. ej., col. 2, l. 24 - col.
3, l. 39, col. 4, l. 49-56, col. 5, l. 9-65 y col. 6, l. 2 - Col. 8, l. 7), en la patente estadounidense N.° 9.065.120 (véase, p. ej., col. 3, l. 12-65, col. 4, l. 18-61, col. 8, l. 2 - col. 9, l. 31, col. 9, l. 42-67 y col. 14, l. 6-23), en la patente estadounidense N.° 9.118.047 (véase, p. ej., col. 2, l. 24 - col. 3, l. 33, col. 4, l. 36-51 y col. 5, l. 3 - col. 6, l. 21) y en la patente estadounidense N.° 9.209.446 (véase, p. ej., col. 2, l. 20-42, col. 3, l. 1-56, col. 5, l. 16-31 y col. 7, l. 1 - col. 8, l. 65).
Dependiendo de los requisitos del uso final, la capa de revestimiento de electrodo 40a, 40b puede revestirse sobre toda la superficie de la capa separadora 20, en carriles o tiras en la capa separadora 20, o en parches o formas rectangulares en la capa separadora 20. Las capas de recubrimiento de cátodo pueden recubrirse a partir de una dispersión de pigmento que comprende agua o un disolvente orgánico, como N-metilpirrolidona (NMP), y contienen el material electroactivo o activo catódico en forma de pigmento, un pigmento de carbono conductor y un polímero orgánico. Las capas de recubrimiento de ánodo pueden recubrirse a partir de una dispersión de pigmento que comprende un disolvente orgánico o agua, y contener el material electroactivo o activo de ánodo en forma de pigmento, un pigmento de carbono conductor y un polímero orgánico. Estos pigmentos de electrodo son partículas con diámetros típicamente en el intervalo de 0,5 a 5 micrómetros. Preferentemente, no hay penetración de los pigmentos conductores y de otro tipo de los electrodos 40a, 40b en o a través de la capa separadora 20.
En la realización mostrada en las figuras 2 y 3, los electrodos están recubiertos en los carriles 40a, 40b. Los carriles de electrodos 40a, 40b pueden depositarse usando un recubridor de troquel de ranura u otros métodos conocidos en la técnica. La figura 2 muestra un ejemplo de una vista en sección transversal de una porción del conjunto 1 después del recubrimiento de los electrodos 40a, 40b. La figura 3 muestra una vista en planta del mismo conjunto 1. Dos carriles, 40a y 40b, se muestran en las figuras 2 y 3 para facilitar la ilustración. Sin embargo, debe entenderse que pueden recubrirse más o menos carriles, por ejemplo, 1-15 carriles (o incluso más), a lo largo de todo el ancho del conjunto para maximizar el rendimiento o la salida de volumen del número de pilas de baterías individuales que se pueden cortar del conjunto.
En este sentido, la capa de electrodo está recubierta en los carriles 40a, 40b en un ancho deseado para el diseño final de la pila recubierta y el uso final de la batería. En una realización, los carriles 40a, 40b tienen preferentemente un ancho, W<1>, de 12 a 25 cm y están separados entre sí por una distancia, W<2>, de 2 a 4 cm.
En una realización, mostrada en la figura 4, una capa de recogida de corriente 50 se recubre sobre el lado del electrodo del conjunto, que, en este punto del proceso, comprende el sustrato 10, el revestimiento de liberación 30, el separador 20 y los electrodos 40a, 40b. Los métodos de recubrimiento de capas de recogida de corriente y materiales para formar tales capas se divulgan en la solicitud de patente de Estados Unidos copendiente N.° 15/130.660.
Por ejemplo, la capa colectora de corriente 50 puede comprender níquel metálico. Se prefiere una capa de recogida de corriente de níquel porque puede usarse como una capa de recogida de corriente en una pila de ánodos o en una pila de cátodos. De forma adicional, el níquel es generalmente menos propenso a oxidarse y es más estable electroquímicamente que el cobre, aluminio u otros metales utilizados en las capas colectoras de corriente. Sin embargo, como se expone más adelante, también se puede utilizar cobre, aluminio y otros materiales.
Para mejorar la integridad mecánica de la pila revestida, se pueden añadir áreas de refuerzo 52 (mostradas en la figura 4) a la pila revestida. Las áreas de refuerzo 52, preferentemente, cubren toda la superficie del separador 20 entre las pistas de electrodo 40a, 40b. Más adelante en el proceso, las áreas de refuerzo 52 se convertirán en el borde o cerca del borde de las pilas recubiertas cuando las pilas se corten a su ancho final. El revestimiento que comprende las áreas de refuerzo 52 proporciona una resistencia mecánica mucho mayor a las pilas revestidas, especialmente para la resistencia al desgarro y la resistencia a la tracción. Esto es importante después de que las pilas recubiertas se hayan deslaminado del sustrato de liberación fuerte y flexible y se hayan vuelto independientes. Cuando son independientes, las pilas recubiertas, especialmente las capas de electrodo, podrían (en ausencia de un área de refuerzo) volverse quebradizas e incluso podrían agrietarse o rasgarse durante el procesamiento. La presencia de un área de refuerzo de borde mecánicamente fuerte y flexible 52 minimiza (e incluso puede eliminar) el problema de desgarro durante los procesos de deslaminación, hendidura, troquelado, tabulación y apilamiento en la celda final. Este enfoque de refuerzo de borde también es útil para separadores independientes, como los separadores cerámicos.
En una realización, las áreas de refuerzo 52 están reforzadas con polímero. El polímero puede impregnarse en los poros del separador 20 y/o recubrir el separador 20. Como alternativa, este refuerzo podría proporcionarse calentando una capa suprayacente, como una capa de apagado de seguridad de polímero poroso (analizada anteriormente) para fundir el polímero en las áreas de borde del separador en los poros o en una capa delgada que recubre el separador. Este enfoque incluye una construcción de "sándwich" donde la capa de polímero poroso, como una capa de apagado, está entre dos capas del separador inorgánico. Al calentar las áreas de borde, esta construcción de tres capas está laminada y reforzada en las áreas de borde. Como alternativa, el refuerzo de los bordes del separador podría proporcionarse utilizando las propiedades fotosensibilizadoras del fotosensibilizador que forma complejo con el separador (analizadas anteriormente). Por ejemplo, durante el proceso de conversión, un líquido que comprende compuestos fotocurables, como 1,6-hexanodioldiacrilato (HDDA), podría recubrirse en las áreas de refuerzo de borde y luego curarse por absorción UV por el fotosensibilizador en el separador. Se puede añadir fotosensibilizador adicional al líquido que comprende los compuestos curables por radiación para una eficacia de curado adicional y en los casos en los que el refuerzo de borde está por encima de la capa separadora, así como en los poros del separador.
Después del recubrimiento para proporcionar la capa colectora de corriente 50, una segunda capa de electrodo (no mostrada) puede recubrirse sobre la capa colectora de corriente 50. En una realización preferida, esta segunda capa de electrodo está recubierta en un carril de sustancialmente el mismo ancho que el carril de la primera capa de electrodo 40a, 40b y directamente sobre la posición de la primera capa de electrodo. Esto proporciona pilas de ánodo y cátodo con un revestimiento de electrodo en ambos lados del colector de corriente, que son la configuración de conjunto de celdas más típica para los electrodos, es decir, revestimientos de electrodos de doble cara en la capa colectora de corriente. Después del segundo recubrimiento de electrodo, la pila revestida sobre el sustrato de liberación se calandra preferentemente para densificar el segundo electrodo.
A continuación, el conjunto está preparado para el tabulado, es decir, la interconexión eléctrica. En la realización mostrada en la figura 5, los parches 60 de un material conductor se han revestido en la ubicación de lengüeta deseada para obtener una alta conductividad eléctrica en estas áreas. Los parches 60 están en contacto eléctrico con el colector de corriente 50. Debería entenderse que la colocación y el número de parches conductores 60 variarán basándose en el diseño de batería particular. Como se expondrá más adelante, la realización mostrada en la figura 5 representa una configuración de parche 60 para un diseño cilíndrico o "jellyroll".
En una realización, la siguiente etapa es deslaminar las pilas de baterías recubiertas del sustrato de liberación 10 para que las pilas recubiertas puedan convertirse en celdas terminadas. Como se ha analizado anteriormente, para ahorrar costes, el sustrato 10 puede reutilizarse para hacer otra pila revestida. Preferentemente, el sustrato de liberación 10 se limpia e inspecciona antes de cada reutilización.
La siguiente etapa es cortar el conjunto de pila revestido 1 al ancho deseado. En la realización mostrada en la figura 5, el corte se realiza a través de las áreas de la capa separadora 20, en concreto, S<1>, S<2>y S<3>, que no contienen capas colectoras de corriente o electrodos. Dado que la capa separadora 20 y las áreas de refuerzo 52 son las únicas capas hendidas, no hay posibilidad de generar fragmentos o residuos conductores, p. ej., de las capas de electrodo o colector de corriente. En comparación, en los métodos de la técnica anterior, el corte se realiza típicamente a través de una capa metálica o de lámina metálica conductora. Sin embargo, cortar estas capas de metal genera residuos conductores (p. ej., fragmentos o virutas de metal) que pueden hacer que la celda falle durante la fabricación o en el campo debido a un cortocircuito, lo que puede provocar un incendio o la explosión de la batería. De este modo, el potencial de dichas condiciones peligrosas se evita con la presente invención.
La realización mostrada en la figura 6 proporciona una pila recubierta 70 para su uso en una configuración de rollo de gelatina. En este sentido, la pila revestida 70 se enrollaría con una pila revestida de la polaridad opuesta en un rollo de gelatina y se empaquetaría en una caja cilíndrica. Las pilas revestidas discretas 70 se pueden tabular y soldar usando métodos convencionales.
Ahora que se han mostrado y descrito en detalle las realizaciones preferidas de la presente invención, diversas modificaciones y mejoras en la misma serán fácilmente evidentes para los expertos en la materia. Las presentes realizaciones, por lo tanto, deben considerarse en todos los aspectos como ilustrativas y no restrictivas, estando definido el alcance de la invención por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Una batería de litio que comprende:
un ánodo,
un cátodo, en donde el cátodo comprende uno o más metales de transición, un electrolito y
un separador interpuesto entre el cátodo y el ánodo,
en donde el separador comprende una boehmita y un compuesto aniónico que comprende grupos sulfonato y en donde el compuesto aniónico es una antraquinona.
2. La batería según la reivindicación 1, en donde el ánodo comprende litio metálico.
3. La batería según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde el cátodo comprende uno o más metales de transición seleccionados del grupo que consiste en manganeso, níquel y cobalto.
4. La batería según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el catión del compuesto aniónico comprende un ion de litio.
5. La batería según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el cátodo y el ánodo comprenden capas de electrodo y una o más capas de electrodo están recubiertas sobre el separador.
6. Un separador para una celda de producción de corriente eléctrica que comprende:
una boehmita,
un aglutinante polimérico y
un compuesto aniónico que comprende grupos sulfonato, en donde el compuesto aniónico es una antraquinona.
7. La batería según una cualquiera de las reivindicaciones 1-5 o el separador según la reivindicación 6, en donde el separador comprende un área de refuerzo a lo largo de un borde del separador y en donde el área de refuerzo comprende un polímero.
8. La batería o el separador según la reivindicación 7, en donde el área de refuerzo comprende un polímero impregnado en los poros del separador o una capa de polímero que recubre el separador.
9. La batería o el separador según la reivindicación 7 u 8, en donde el separador comprende, además, un fotosensibilizador.
10. La batería según una cualquiera de las reivindicaciones 1-5 o 7-9 o el separador según una cualquiera de las reivindicaciones 6-9, en donde el compuesto aniónico:
(a) comprende dos o más grupos sulfonato y
(b) es un fotosensibilizador.
11. La batería o el separador según la reivindicación 10, opción (b), en donde:
(i) el fotosensibilizador es un recogedor de oxígeno; y/o
(ii) el separador comprende polímero formado por la absorción de fotones por el fotosensibilizador.
12. La batería según una cualquiera de las reivindicaciones 1-5 o 7-11 o el separador según una cualquiera de las reivindicaciones 6-11, en donde el compuesto aniónico es un oxidante de litio metálico o dendritas de litio metálico.
13. La batería según una cualquiera de las reivindicaciones 1-5 o 7-12 o el separador según una cualquiera de las reivindicaciones 6-12, en donde el separador:
(a) comprende el compuesto aniónico en más del 0,1 por ciento en peso del peso del separador; y/o
(b) tiene un diámetro de poro promedio de menos de 100 nm.
14. La batería según una cualquiera de las reivindicaciones 1-5 o 7-13 o el separador según una cualquiera de las reivindicaciones 6-13, en donde el separador:
(a) es un recogedor de HF en el electrolito; y/o
(b) inhibe la difusión de cationes de metales de transición a través del separador.
15. La batería según una cualquiera de las reivindicaciones 1-5 o 7-14 o el separador según una cualquiera de las reivindicaciones 6-14, en donde los grupos sulfonato se complejan con la boehmita.
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Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8883354B2 (en) 2006-02-15 2014-11-11 Optodot Corporation Separators for electrochemical cells
KR20140018171A (ko) 2010-07-19 2014-02-12 옵토도트 코포레이션 전기화학 전지용 세퍼레이터
CN105247703B (zh) 2013-04-29 2019-09-03 奥普图多特公司 具有增加的热导率的纳米多孔复合分隔物
US10381623B2 (en) 2015-07-09 2019-08-13 Optodot Corporation Nanoporous separators for batteries and related manufacturing methods
US20170098857A1 (en) * 2015-04-15 2017-04-06 Optodot Corporation Coated stacks for batteries and related manufacturing methods
KR101905560B1 (ko) * 2016-03-08 2018-11-21 현대자동차 주식회사 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치 및 방법
US10254043B2 (en) * 2016-09-22 2019-04-09 Grst International Limited Method of drying electrode assemblies
WO2019074925A1 (en) * 2017-10-09 2019-04-18 Optodot Corporation SEPARATOR FOR ELECTROCHEMICAL CELLS AND METHOD OF MANUFACTURING SAME
DE102018203937A1 (de) 2018-03-15 2019-09-19 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Herstellen einer Elektrodenfolie für eine Batterie
CN110867585B (zh) * 2018-08-28 2021-10-01 宁德新能源科技有限公司 极片和电化学装置
US11539053B2 (en) * 2018-11-12 2022-12-27 Utility Global, Inc. Method of making copper electrode
US11611097B2 (en) 2018-11-06 2023-03-21 Utility Global, Inc. Method of making an electrochemical reactor via sintering inorganic dry particles
US11761100B2 (en) 2018-11-06 2023-09-19 Utility Global, Inc. Electrochemical device and method of making
US20200176803A1 (en) 2018-11-06 2020-06-04 Utility Global, Inc. Method of Making Fuel Cells and a Fuel Cell Stack
US11603324B2 (en) * 2018-11-06 2023-03-14 Utility Global, Inc. Channeled electrodes and method of making
US11453618B2 (en) * 2018-11-06 2022-09-27 Utility Global, Inc. Ceramic sintering
US20200156104A1 (en) * 2018-11-06 2020-05-21 Utility Global, Inc. Manufacturing Method with Particle Size Control
WO2020102140A1 (en) * 2018-11-12 2020-05-22 Utility Global, Inc. Manufacturing method with particle size control
EP3881384A4 (en) * 2018-11-12 2023-01-11 Utility Global, Inc. PARTICLE SIZE CONTROL MANUFACTURING PROCESS
WO2020107027A1 (en) * 2018-11-22 2020-05-28 Utility Global, Inc. Dual porosity electrodes and method of making
CN112018304B (zh) * 2019-05-29 2022-12-27 河北金力新能源科技股份有限公司 一种锂硫电池用涂层隔膜、制备方法及锂硫电池
CN110364663A (zh) * 2019-06-03 2019-10-22 江西力能新能源科技有限公司 一种含勃姆石的陶瓷涂层的锂电池结构
JP7238734B2 (ja) * 2019-11-13 2023-03-14 トヨタ自動車株式会社 全固体電池の製造方法および全固体電池
CN111477833B (zh) * 2020-04-10 2023-04-18 孚能科技(赣州)股份有限公司 一种锂离子电池极片及其激光裁切制片方法
US20220093958A1 (en) * 2020-09-24 2022-03-24 International Business Machines Corporation Ion-conducting membrane for batteries
CN112582749B (zh) * 2020-12-11 2022-09-13 重庆金美新材料科技有限公司 一种安全锂离子电池隔膜、制备方法及锂离子电池

Family Cites Families (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH087895A (ja) * 1994-06-24 1996-01-12 Japan Energy Corp リチウム二次電池電極用炭素材料及びその製造方法
US7217754B2 (en) * 1997-02-26 2007-05-15 Integument Technologies, Inc. Polymer composites and methods for making and using same
US6153337A (en) 1997-12-19 2000-11-28 Moltech Corporation Separators for electrochemical cells
US6753114B2 (en) * 1998-04-20 2004-06-22 Electrovaya Inc. Composite electrolyte for a rechargeable lithium battery
US6277514B1 (en) 1998-12-17 2001-08-21 Moltech Corporation Protective coating for separators for electrochemical cells
US6194098B1 (en) 1998-12-17 2001-02-27 Moltech Corporation Protective coating for separators for electrochemical cells
US6148503A (en) * 1999-03-31 2000-11-21 Imra America, Inc. Process of manufacturing porous separator for electrochemical power supply
WO2000076014A2 (en) 1999-06-09 2000-12-14 Moltech Corporation Methods of preparing electrochemical cells
JP3068092B1 (ja) * 1999-06-11 2000-07-24 花王株式会社 非水系二次電池用正極の製造方法
US7066971B1 (en) * 1999-11-23 2006-06-27 Sion Power Corporation Methods of preparing electrochemical cells
US6488721B1 (en) 2000-06-09 2002-12-03 Moltech Corporation Methods of preparing electrochemical cells
WO2003078476A2 (de) * 2002-02-28 2003-09-25 Universität Stuttgart Sulfinatgruppen enthaltende oligomere und polymere und verfahren zu ihrer herstellung
NL1020965C2 (nl) * 2002-06-28 2004-01-13 Tno Biobrandstofcel.
KR100450208B1 (ko) * 2002-09-23 2004-09-24 삼성에스디아이 주식회사 리튬 전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 전지
DE10255121B4 (de) * 2002-11-26 2017-09-14 Evonik Degussa Gmbh Separator mit asymmetrischem Porengefüge für eine elektrochemische Zelle
JP4072427B2 (ja) * 2002-12-13 2008-04-09 シャープ株式会社 ポリマー電池及びその製造方法
JP4769412B2 (ja) * 2003-09-02 2011-09-07 積水メディカル株式会社 電子メディエーター、電子メディエーター固定化電極およびこれを用いた生物燃料電池
JP2005093123A (ja) * 2003-09-12 2005-04-07 Japan Gore Tex Inc プロトン伝導型ポリマー二次電池用セパレータおよびプロトン伝導型ポリマー二次電池
CN100555472C (zh) * 2004-01-21 2009-10-28 大日本油墨化学工业株式会社 离子导体以及使用其的电化学型显示元件
US8405957B2 (en) * 2005-12-08 2013-03-26 Hitachi Maxell, Ltd. Separator for electrochemical device and method for producing the same, and electrochemical device and method for producing the same
JP2007220452A (ja) * 2006-02-16 2007-08-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解液二次電池用セパレータおよび非水電解液二次電池
WO2007120763A2 (en) 2006-04-12 2007-10-25 Steven Allen Carlson Safety shutdown separators
KR20090038309A (ko) * 2007-10-15 2009-04-20 삼성전자주식회사 이차전지용 전극, 그 제조방법 및 이를 채용한 이차전지
JP5102056B2 (ja) * 2008-01-31 2012-12-19 株式会社オハラ 固体電池およびその電極の製造方法
CN101946344B (zh) * 2008-02-20 2014-12-17 卡尔·弗罗伊登伯格公司 具有交联材料的非织造材料
CA2763959C (en) 2009-05-26 2016-03-22 Steven Allen Carlson Batteries utilizing electrode coatings directly on nanoporous separators
KR20140018171A (ko) * 2010-07-19 2014-02-12 옵토도트 코포레이션 전기화학 전지용 세퍼레이터
KR101845117B1 (ko) * 2010-12-14 2018-04-03 교리쯔 가가꾸 산교 가부시키가이샤 전지 전극 또는 세퍼레이터 표면 보호제 조성물, 이것으로 보호된 전지 전극 또는 세퍼레이터, 및 이 전지 전극 또는 세퍼레이터를 갖는 전지
US20130037487A1 (en) * 2011-02-25 2013-02-14 Tongji University Poly (sulfoaminoanthraquinone) materials and methods for their preparation and use
TWI563707B (en) * 2011-06-29 2016-12-21 Nitto Denko Corp Positive electrode sheet for non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2014035836A (ja) * 2012-08-07 2014-02-24 Nitto Denko Corp 非水電解液二次電池およびその製造方法
CA2886154A1 (en) * 2012-09-27 2014-04-03 Zpower, Llc Cathode
CN104396048B (zh) * 2012-11-02 2018-08-14 阿科玛股份有限公司 用于锂离子电池的整合式电极隔膜组件
JP6153124B2 (ja) * 2012-12-13 2017-06-28 日東電工株式会社 非水電解液二次電池およびその製造方法
KR20150113089A (ko) * 2013-02-01 2015-10-07 가부시키가이샤 닛폰 쇼쿠바이 음이온 전도성 재료 및 전지
CN105247703B (zh) 2013-04-29 2019-09-03 奥普图多特公司 具有增加的热导率的纳米多孔复合分隔物
FR3007207B1 (fr) * 2013-06-12 2016-09-02 Commissariat Energie Atomique Batterie secondaire plane
JP2015018635A (ja) * 2013-07-09 2015-01-29 日東電工株式会社 蓄電デバイス用電極およびその製法、並びにそれを用いた蓄電デバイス
JP2015090842A (ja) * 2013-11-07 2015-05-11 日東電工株式会社 非水電解液二次電池およびその製造方法
WO2015082670A1 (en) * 2013-12-05 2015-06-11 Basf Se Separator, method for its fabrication and lithium sulfur battery comprising it
US20170098857A1 (en) * 2015-04-15 2017-04-06 Optodot Corporation Coated stacks for batteries and related manufacturing methods

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Publication number Publication date
EP3320572B1 (en) 2023-11-01
EP4283700A2 (en) 2023-11-29
CN108028339B (zh) 2021-09-03
CN108028339A (zh) 2018-05-11
CN113659287B (zh) 2023-08-04
EP4283699A3 (en) 2024-05-15
KR20180042844A (ko) 2018-04-26
CN113659287A (zh) 2021-11-16
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EP3320572A1 (en) 2018-05-16
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