ES2969819T3 - Método de secado de electrodos - Google Patents

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Joo-Yong Song
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Abstract

La presente invención se refiere a un método de secado de electrodos para secar una pluralidad de electrodos en un estado apilado, comprendiendo el método las etapas de: interponer una película higroscópica entre los electrodos; y secar los electrodos en un estado en el que la película higroscópica está interpuesta entre los electrodos, en el que, en la película higroscópica, al menos una de las superficies que miran a los electrodos tiene una superficie de una estructura no plana, o que comprende las etapas de: enrollar una lámina de electrodo junto con una película higroscópica; y secar la lámina de electrodo en un estado en el que la película higroscópica está interpuesta en una parte donde la lámina de electrodo enrollada se superpone, en donde, en la película higroscópica, al menos una de las superficies que miran a los electrodos tiene la superficie de una superficie no plana. estructura. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Método de secado de electrodos
[Sector de la técnica]
La presente invención se refiere a un método de secado de electrodos y, más particularmente, a un método de secado de electrodos para secar una pluralidad de electrodos en el estado en el que se interpone una película higroscópica entre los electrodos.
[Estado de la técnica]
A medida que los dispositivos móviles se han desarrollado cada vez más y la demanda de tales dispositivos móviles ha aumentado, la demanda de baterías secundarias como fuentes de energía para tales dispositivos móviles también ha aumentado considerablemente. Entre tales baterías secundarias se encuentra una batería secundaria de litio que tiene una alta densidad de energía, una alta tensión, una vida útil de ciclo larga y una baja tasa de autodescarga, que ahora se comercializa y se usa ampliamente.
Por lo general, se fabrica una batería secundaria colocando un conjunto de electrodos, configurados para tener una estructura en la que un electrodo positivo y un electrodo negativo se apilan en el estado en el que se interpone un separador entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, en una caja de batería e inyectar una solución electrolítica en la caja de batería de modo que el conjunto de electrodos se impregne con la solución electrolítica.
Cada uno del electrodo positivo y el electrodo negativo, es decir, cada electrodo, se fabrica aplicando una mezcla de un material activo de electrodo, un agente conductor y un aglutinante a un colector de corriente de electrodo y secar la mezcla. Según sea necesario, se puede añadir una carga a la mezcla.
Cuando se fabrica el electrodo, como se ha descrito anteriormente, una pluralidad de electrodos unitarios se seca al mismo tiempo en el estado en el que los electrodos unitarios están apilados, en lugar de secar los electrodos unitarios individualmente. Como alternativa, una lámina de electrodos se seca en el estado en el que la lámina de electrodos se enrolla en forma de rollo.
En este caso, sin embargo, cada uno de los electrodos que están ubicados en el medio de la pila de electrodos o la porción de la lámina de electrodos que está ubicada en el lado del núcleo de la lámina de electrodos enrollada en forma de rollo puede no secarse lo suficiente. Como resultado, el contenido de humedad de los electrodos que están ubicados en el medio de la pila de electrodos es diferente del contenido de humedad de los electrodos que están ubicados en el lado exterior de la pila de electrodos, o el contenido de humedad de la porción de la lámina de electrodos que es ubicado en el lado del núcleo de la lámina de electrodos enrollada es diferente del contenido de humedad de la porción de la lámina de electrodos que está ubicada en el lado externo de la lámina de electrodos enrollado. Si se produce una diferencia en el contenido de humedad de los electrodos o diferentes porciones de la lámina de electrodos cuando se seca cada uno de los electrodos o la lámina de electrodos, las baterías secundarias fabricadas usando los electrodos o la lámina de electrodos seca como se ha descrito anteriormente pueden funcionar de manera diferente. Particularmente, en el caso en el que cada uno de los electrodos que están ubicados en el medio de la pila de electrodos, que puede no estar completamente seca, o la porción de la lámina de electrodos que está ubicada en el lado del núcleo de la lámina de electrodos enrollada, que puede no estar completamente seca, se usa, el rendimiento de una celda de batería fabricada con la misma puede verse muy afectado.
Asimismo, para secar completamente cada uno de los electrodos que están ubicados en el medio de la pila de electrodos o la porción de la lámina de electrodos que está ubicada en el lado del núcleo de la lámina de electrodos enrollada, es necesario secar los electrodos o la lámina de electrodos en un horno de secado al vacío en condiciones de descompresión durante 10 horas o más. Como resultado, el tiempo de secado se alarga. En consecuencia, el tiempo total de fabricación de electrodos aumenta, por lo que se reduce la eficiencia de fabricación.
Como alternativa, la temperatura de secado puede aumentarse para secar los electrodos o la lámina de electrodos. Si la temperatura de secado es demasiado alta, sin embargo, los electrodos o la lámina de electrodos pueden agrietarse. De forma adicional, el material activo puede verse afectado.
Por lo tanto, existe una necesidad urgente de tecnología que sea capaz de secar fácilmente los electrodos que están ubicados en el medio de la pila de electrodos o la porción de la lámina de electrodos que está ubicada en el lado del núcleo de la lámina de electrodos enrollada en un corto tiempo para reducir una diferencia en el contenido de humedad de los electrodos o diferentes porciones de la lámina de electrodos. En la técnica anterior, el documento JP 2016 103402 divulga un método de fabricación de electrodos en el que un electrodo se enrolla con una película higroscópica y se seca a presión reducida.
[Objeto de la invención]
[Problema técnico]
La presente invención se ha realizado para solucionar los problemas anteriores.
Como resultado de una variedad de estudios y experimentos extensos e intensivos para resolver los problemas que se han descrito anteriormente, los inventores de la presente solicitud han descubierto que en el caso en el que se seca una pluralidad de electrodos apilados en el estado en el que se interpone una película higroscópica que tiene una estructura irregular entre los electrodos o en el caso en el que se seca una lámina de electrodos en el estado en el que la lámina de electrodos se enrolla con una película higroscópica que tiene una estructura irregular, es posible reducir el tiempo de secado y secar suficientemente los electrodos ubicados en el medio de los electrodos apilados o la porción de la lámina de electrodos ubicada en el núcleo de la lámina de electrodos enrollada, por lo que es posible lograr un efecto deseado. La presente invención se ha completado basándose en estos hallazgos.
[Solución técnica]
Un aspecto de la presente invención se refiere a la provisión de un método de secado de electrodos para secar una pluralidad de electrodos en el estado en el que los electrodos están apilados, como se describe en la reivindicación independiente 1 adjunta.
Como alternativa, otro aspecto de la presente invención se refiere a un método de secado de electrodos para secar una lámina de electrodos en el estado en el que se enrolla la lámina de electrodos, como se describe en la reivindicación independiente 2 adjunta.
Por lo general, un proceso de fabricación de electrodos incluye un proceso de aplicación de material activo, un proceso de prensado, un proceso de inspección y un proceso de secado. Específicamente, en el proceso de aplicación de material activo, la suspensión de electrodo se aplica a al menos una superficie de lámina metálica (como un colector de corriente de electrodo), y después la suspensión de electrodo se seca para eliminar un disolvente de la suspensión de electrodo, por lo que se forma una capa de material activo. En el proceso de prensado, la capa de material activo se presiona para mejorar la densidad de la capa de material activo. Posteriormente, se realiza el proceso de inspección. En el proceso de inspección, la superficie de un electrodo, particularmente, la capa de material activo, se inspecciona. Posteriormente, se realiza el proceso de secado. En el proceso de secado, el electrodo se coloca en un horno de secado al vacío y después se seca en una condición de descompresión. En el proceso de aplicación de material activo, el secado se realiza simplemente para eliminar el disolvente de la capa de material activo en la medida en que el proceso posterior, es decir, el proceso de prensado, se puede realizar y en la medida en que las partículas de material activo se depositan en la superficie del colector de corriente de electrodo por un aglutinante. En el proceso de secado, sin embargo, el disolvente se elimina completamente de la capa de material activo.
Por otra parte, en el proceso de secado, una pluralidad de electrodos no se seca individualmente, sino que una pluralidad de electrodos apilados se seca en un horno de secado al vacío en una condición de descompresión, o una lámina de electrodos enrollada en forma de rollo se seca en un horno de secado al vacío en una condición de descompresión. En este momento, es difícil evaporar la humedad de los electrodos que están ubicados en el medio de los electrodos apilados o de la porción de la lámina de electrodos que está ubicada en el lado del núcleo de la lámina de electrodos enrollada, ya que los electrodos están apilados o la lámina de electrodos enrollada tiene porciones superpuestas. Para evaporar completamente la humedad de los electrodos que están ubicados en el medio de los electrodos apilados o de la porción de la lámina de electrodos que está ubicada en el lado del núcleo de la lámina de electrodos enrollada, por lo tanto, se requiere un largo tiempo de secado. Si el tiempo de secado es corto, una diferencia entre el contenido de humedad de los electrodos que están ubicados en el medio de la pila de electrodos y el contenido de humedad de los electrodos que están ubicados en el lado exterior de la pila de electrodos, o una diferencia entre el contenido de humedad de la porción de la lámina de electrodos que es ubicado en el lado del núcleo de la lámina de electrodos enrollada y el contenido de humedad de la porción de la lámina de electrodos que está ubicada en el lado externo de la lámina de electrodos enrollado, se produce, por lo que puede reducirse el rendimiento de las células. En la presente invención, por lo tanto, los electrodos se secan en el estado en el que se interpone una película higroscópica entre los electrodos, o la lámina de electrodos se seca en el estado en el que se interpone una película higroscópica entre porciones superpuestas de la lámina de electrodos. De forma adicional, la película higroscópica está configurada de tal manera que la superficie de la película higroscópica tiene una estructura irregular, por lo que las trayectorias de flujo de aire se forman completamente sobre los electrodos o la lámina de electrodos para resolver los problemas anteriores.
Aquí, la estructura irregular define trayectorias de flujo de aire, a través de las que el aire puede fluir suavemente, entre los electrodos o entre las porciones superpuestas de la lámina de electrodos. Específicamente, la estructura irregular puede ser una estructura convexa o una estructura de combinación cóncava y convexa. La estructura irregular es cualquiera seleccionada del grupo que consiste en una estructura que tiene cúpulas curvadas en relieve, una estructura que tiene cúpulas poligonales en relieve, una estructura de baldosa redonda que tiene valles curvos y crestas curvas, y una estructura de baldosa poligonal que tiene valles poligonales y crestas poligonales. En este caso, la estructura irregular puede configurarse de tal manera que las estructuras unitarias que constituyen la estructura irregular, tales como cúpulas curvas, cúpulas poligonales, baldosas redondas o baldosas poligonales, se disponen regularmente repetidamente o se disponen aleatoriamente. Específicamente, las estructuras unitarias que constituyen la estructura irregular pueden disponerse regularmente para secar completamente uniformemente los electrodos o la lámina de electrodos.
De forma adicional, en el caso en el que se aplica un material activo a superficies opuestas de cada uno de los electrodos o a superficies opuestas de la lámina de electrodos, cada una de las superficies opuestas de la película higroscópica que están orientadas hacia los electrodos o que están opuestas a la lámina de electrodos pueden tener una estructura desigual de modo que las superficies opuestas de cada uno de los electrodos o las superficies opuestas de la lámina de electrodos se secan uniformemente a velocidades de secado similares, por una razón similar a la razón anterior.
Las estructuras irregulares formadas en las superficies opuestas de la película higroscópica pueden ser iguales entre sí o pueden ser diferentes entre sí. En consideración de la conveniencia en la fabricación, las estructuras irregulares formadas en las superficies opuestas de la película higroscópica pueden ser iguales entre sí. Específicamente, las estructuras irregulares formadas en las superficies opuestas de la película higroscópica pueden ser estructuras de combinación cóncavas y convexas complementarias o estructuras convexas correspondientes.
Aquí, las estructuras de combinación cóncavas y convexas complementarias están configuradas de tal manera que cuando se forman estructuras de combinación cóncavas y convexas en una superficie y en la otra superficie de la película higroscópica, una estructura convexa en una superficie de la película higroscópica y una estructura cóncava en la otra superficie de la película higroscópica están ubicadas para corresponder entre sí, por lo que la película higroscópica se forma generalmente en forma de ondas. Las estructuras convexas correspondientes están configuradas de tal manera que cuando se forman estructuras convexas en una superficie y la otra superficie de la película higroscópica, una estructura convexa en una superficie de la película higroscópica y una estructura convexa en la otra superficie de la película higroscópica están ubicadas para corresponder entre sí, por lo que la película higroscópica se forma en forma de relieve.
En el caso en el que la película higroscópica tenga una estructura irregular, como se ha descrito anteriormente, el aire fluye hacia los electrodos que están ubicados en el medio de la pila de electrodos o hacia la porción de la lámina de electrodos que está ubicada en el lado del núcleo de la lámina de electrodos enrollada a través de trayectorias de flujo de aire definidas por la estructura irregular de la película higroscópica más suavemente que en el caso en el que la película higroscópica tiene una estructura uniforme. Como resultado, una diferencia entre el área de contacto con el aire de los electrodos ubicados en el medio de la pila de electrodos o la porción de la lámina de electrodos ubicada en el lado del núcleo de la lámina de electrodos enrollada y el área de contacto con el aire de los electrodos ubicados en el lado exterior de la pila de electrodos o la porción de la lámina de electrodos ubicada en el lado exterior de la lámina de electrodos enrollada es pequeña, por lo que es posible secar más fácilmente los electrodos o la lámina de electrodos. En consecuencia, es posible reducir aún más la diferencia entre el contenido de humedad de los electrodos que están ubicados en el medio de la pila de electrodos y el contenido de humedad de los electrodos que están ubicados en el lado exterior de la pila de electrodos, o una diferencia entre el contenido de humedad de la porción de la lámina de electrodos que es ubicado en el lado del núcleo de la lámina de electrodos enrollada y el contenido de humedad de la porción de la lámina de electrodos que está ubicada en el lado externo de la lámina de electrodos enrollado, por lo que es posible acortar notablemente el tiempo de secado.
Por otra parte, la película higroscópica no está particularmente restringida, siempre que la película higroscópica esté hecha de un material de tipo película que muestre alta higroscopicidad y alta resistencia a la tensión de enrollado. Específicamente, la película higroscópica puede ser una película de fibra. Más específicamente, la película higroscópica puede ser una película hecha de fibra de éster, fibra de celulosa o fibra de alcohol. Aquí, la fibra de alcohol puede estar hecha de una resina de alcohol polivinílico (PVA).
La resina de alcohol polivinílico exhibe alta higroscopicidad. De forma adicional, en el caso en el que la resina de alcohol polivinílico se enrolla en forma de rollo para secar una lámina de electrodos, la resina de alcohol polivinílico exhibe suficiente capacidad de estiramiento para soportar la tensión que se produce cuando la resina de alcohol polivinílico se enrolla con la lámina de electrodos. En consecuencia, se usa más preferentemente la resina de alcohol polivinílico.
El espesor de la película higroscópica se puede establecer teniendo en cuenta la higroscopicidad de la película higroscópica o el tamaño de la pila de electrodos o la lámina de electrodos de tipo rollo. Específicamente, el espesor de la película higroscópica puede ser igual o menor que el espesor de cada uno de los electrodos o la lámina de electrodos.
Si el espesor de la película higroscópica es mayor que el espesor de cada uno de los electrodos o la lámina de electrodos, aunque es ventajoso con respecto al secado de los electrodos o la lámina de electrodos, el volumen de la película higroscópica aumenta. Como resultado, se reduce la cantidad de película higroscópica que se coloca en un horno de secado que tiene el mismo volumen, por lo que se aumenta el tiempo de secado total, lo que no es deseable. Específicamente, el espesor de la película higroscópica puede ser del 30 al 80 % del espesor de cada uno de los electrodos o la lámina de electrodos.
Si el espesor de la película higroscópica es inferior al 30 % del espesor de cada uno de los electrodos o la lámina de electrodos, la película higroscópica puede no absorber suficientemente la humedad contenida en la capa de material activo, lo que no es deseable.
Por otra parte, para permitir que la película higroscópica absorba más fácilmente la humedad de modo que los electrodos o la lámina de electrodos se puedan secar más rápidamente, un material adsorbente que es capaz de adsorber humedad (H<2>O) puede revestirse en al menos una superficie de la película higroscópica.
El material adsorbente puede ser un material higroscópico que tenga una estructura porosa que sea capaz de adsorber humedad. Se puede usar más preferentemente cualquier material que sea capaz de adsorber un disolvente orgánico así como humedad. Por ejemplo, el material adsorbente puede ser al menos uno seleccionado del grupo que consiste en gel de sílice, alúmina y zeolita.
El material adsorbente puede revestirse sobre la película higroscópica sumergiendo la película en una suspensión obtenida mezclando partículas ultrafinas, tal como gel de sílice, con un aglutinante en un disolvente orgánico (revestimiento por inmersión) y secando la película.
En el caso en el que el material adsorbente se reviste sobre la película higroscópica, la película higroscópica puede tener el espesor definido anteriormente, incluido el espesor del material adsorbente revestido sobre la película higroscópica.
El material adsorbente puede revestirse sobre superficies opuestas de la película higroscópica de modo que la película higroscópica muestre una mayor higroscopicidad y de modo que cada uno de los electrodos o la lámina de electrodos se seque uniformemente. Por ejemplo, el espesor del material adsorbente puede ser del 10 al 50 % del espesor de la película higroscópica.
Si el espesor del material adsorbente es inferior al 10 % del espesor de la película higroscópica, la mejora de la higroscopicidad basada en el revestimiento del material adsorbente es insignificante, lo que no es deseable. Si el espesor del material adsorbente es mayor que el 50 % del espesor de la película higroscópica, la capa de revestimiento del material adsorbente reduce más bien la higroscopicidad de la película higroscópica. Asimismo, la película higroscópica se engrosa, por lo que se aumenta el volumen total de la película higroscópica, lo que tampoco es deseable.
En el caso en el que cada uno de los electrodos o la lámina de electrodos se seque de acuerdo con la presente invención, es posible reducir notablemente el tiempo necesario para secar completamente los electrodos que están ubicados en el medio de la pila de electrodos o la porción de la lámina de electrodos que está ubicada en el lado del núcleo de la lámina de electrodos enrollada. En el método de secado de electrodos de acuerdo con la presente invención, la etapa de secado puede realizarse a una temperatura de 100 a 130 °C durante 60 a 300 minutos.
En la presente invención, es posible secar casi uniformemente los electrodos que están ubicados en el medio de la pila de electrodos y los electrodos que están ubicados en el lado exterior de la pila de electrodos o secar casi uniformemente la porción de la lámina de electrodos que está ubicada en el núcleo lateral de la lámina de electrodos enrollada y la porción de la lámina de electrodos que está ubicada en el lado exterior de la lámina de electrodos enrollada. Incluso cuando cada uno de los electrodos o la lámina de electrodos se seca como se ha descrito anteriormente, la diferencia en el contenido de humedad es insignificante.
De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un electrodo fabricado a través del método de secado de electrodos descrito anteriormente.
El electrodo se somete a un proceso de aplicación de material activo antes de un proceso de secado, como se ha descrito anteriormente.
En el caso en que el electrodo sea un electrodo positivo, el electrodo positivo puede fabricarse, por ejemplo, aplicando una mezcla de un material activo de electrodo positivo, un agente conductor y un aglutinante a un colector de corriente de electrodo positivo y se seca la mezcla. Se puede añadir adicionalmente una carga a la mezcla según sea necesario.
Por lo general, el colector de corriente de electrodo positivo se fabrica para tener un espesor de 3 a 500 pm. El colector de corriente de electrodo positivo no está particularmente restringido, siempre que el colector de corriente de electrodo positivo presente una alta conductividad mientras que el colector de corriente de electrodo positivo no induzca ningún cambio químico en una batería a la que se aplica el colector de corriente de electrodo positivo. Por ejemplo, el colector de corriente de electrodo positivo puede estar hecho de acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio o carbono plástico. Como alternativa, el colector de corriente de electrodo positivo puede estar hecho de aluminio o acero inoxidable, cuya superficie está tratada con carbono, níquel, titanio o plata. De forma adicional, el colector de corriente de electrodo positivo puede tener un patrón irregular a microescala formado en la superficie del mismo para aumentar la fuerza de adhesión del material activo de electrodo positivo. El colector de corriente de electrodo negativo puede configurarse de diversas formas, tal como una película, una hoja, una lámina, una red, un cuerpo poroso, un cuerpo de espuma y un cuerpo de tela no tejida.
El material activo de electrodo positivo puede ser, pero sin limitación, un compuesto estratificado, tal como un óxido de cobalto de litio (LiCoO<2>) o un óxido de litio y níquel (LiNiO<2>), o un compuesto sustituido con uno o más metales de transición; un óxido de litio y manganeso representado por la fórmula química Li<1+x>Mn<2-x>O<4>(donde x = 0 a 0,33) o un óxido de manganeso de litio, tal como LiMnO<3>, LiMn<2>O<3>, o LiMnO<2>; un óxido de litio y cobre (Li<2>CuO<2>); un óxido de vanadio, tal como LiV<3>O<8>, LiFe<3>O<4>, V<2>O<5>, o Cu<2>V<2>O<7>; un óxido de litio-níquel ubicado en Ni representado por la fórmula química LiNi<1-x>M<x>O<2>(donde M= Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, o Ga, y x = 0,01 a 0,3); un óxido compuesto de litio y manganeso representado por la fórmula química LiMn<2->M<x>O<2>(donde M= Co, Ni, Fe, Cr, Zn, o Ta, y x = 0,01 a 0,1) o la fórmula química Li<2>Mn<3>MO<8>(donde M= Fe, Co, Ni, Cu o Zn); LiMn<2>O<4>que tiene Li de una fórmula química parcialmente reemplazada por iones de metales alcalinotérreos; un compuesto de disulfuro; o Fe<2>(MoO<4>)<3>.
El agente conductor se añade generalmente de modo que el agente conductor tenga del 1 al 30 % en peso basándose en el peso total del compuesto que incluye el material activo de electrodo positivo. El agente conductor no está particularmente restringido siempre que el agente conductor muestre una alta conductividad sin inducir ningún cambio químico en una batería a la que se aplica el agente conductor. Por ejemplo, grafito, tal como grafito natural o grafito artificial; negro de carbón, como el negro de carbón, negro acetileno, negro Ketjen, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara o negro de verano; fibra conductora, tal como fibra de carbono o fibra metálica; polvo metálico, tal como polvo de fluoruro de carbono, polvo de aluminio o polvo de níquel; triquita conductora, tal como óxido de zinc o titanato de potasio; un óxido de metal conductor, tal como óxido de titanio; o materiales conductores, tales como derivados de polifenileno, pueden usarse como el agente conductor.
El aglutinante es un componente que ayuda en la unión entre el material activo y el agente conductor y en la unión con el colector de corriente. El aglutinante se añade generalmente en una cantidad del 1 al 30 % en peso basándose en el peso total del compuesto que incluye el material activo de electrodo positivo. Como ejemplos del aglutinante, puede usarse fluoruro de polivinilideno, alcohol de polivinilo, carboximetilcelulosa (CMC), almidón, hidroxipropilcelulosa, celulosa regenerada, polivinilpirrolidona, tetrafluoroetileno, polietileno, polipropileno, terpolímero de etileno-propileno-dieno (EPDM), EPDM sulfonado, caucho estireno butadieno, caucho fluorado y diversos copolímeros.
La carga es un componente opcional utilizado para inhibir la expansión del electrodo positivo. No existe un límite particular para la carga siempre que no provoque cambios químicos en una batería a la que se aplica la carga y esté hecha de un material fibroso. Como ejemplos de la carga, pueden usarse polímeros de olefina, tales como polietileno y polipropileno; y materiales fibrosos, tales como fibra de vidrio y fibra de carbono.
En el caso en que el electrodo sea un electrodo negativo, el electrodo negativo puede fabricarse aplicando un material de electrodo negativo a un colector de corriente de electrodo negativo y secándolo. Los componentes descritos anteriormente pueden añadirse selectivamente al material activo de electrodo negativo según sea necesario.
Por lo general, el colector de corriente de electrodo negativo se fabrica para tener un espesor de 3 a 500 pm. El colector de corriente de electrodo negativo no está particularmente restringido, siempre que el colector de corriente de electrodo negativo presente una alta conductividad y que el colector de corriente de electrodo negativo no induzca ningún cambio químico en una batería a la que se aplica el colector de corriente de electrodo negativo. Por ejemplo, el colector de corriente de electrodo negativo puede estar hecho de cobre, acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio o carbono plástico. Como alternativa, el colector de corriente de electrodo negativo puede estar hecho de cobre o acero inoxidable, cuya superficie está tratada con carbono, níquel, titanio, plata o una aleación de aluminio y cadmio. De forma adicional, el colector de corriente de electrodo negativo puede tener un patrón irregular a microescala formado en la superficie del mismo para aumentar la fuerza de adhesión del material activo de electrodo negativo, de la misma manera que el colector de corriente de electrodo positivo. El colector de corriente de electrodo negativo puede configurarse en cualquiera de diversas formas, tal como una película, una hoja, una lámina, una red, un cuerpo poroso, un cuerpo de espuma y un cuerpo de tela no tejida.
Como material activo del electrodo negativo, por ejemplo, puede usarse carbono, tal como un carbono no grafitante o un carbono a base de grafito; un óxido compuesto de metal, tal como Li<x>Fe<2>O<3>(0<x<1), Li<x>WO<2>(0<x<1), Sn<x>Me<1-x>Me'<y>O<z>(Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, elementos del grupo 1, 2 y 3 de la tabla periódica, halógeno; 0<x<1; 1<y<3; 1<z<8); litio metálico; aleación de litio; aleación a base de silicio; aleación a base de estaño; un óxido de metal, tal como SnO, SnO<2>, PbO, PbO<2>, Pb<2>O<3>, Pb<3>O<4>, Sb<2>O<3>, Sb<2>O<4>, Sb<2>O<5>, GeO, GeO<2>, Bi<2>O<3>, Bi<2>O<4>, or BbO<s>; un polímero conductor, tal como poliacetileno; o un material a base de Li-Co-Ni.
El electrodo se usa en un aparato de almacenamiento de energía, tal como una batería secundaria o un condensador eléctrico de doble capa. Un ejemplo de la batería secundaria es una batería secundaria electrolítica no acuosa, tal como una batería secundaria de litio.
El método de fabricación de la batería secundaria de litio es bien conocido en la técnica a la que pertenece la presente invención.
[Descripción de las figuras]
Lo anterior y otros objetos, características y otras ventajas de la presente invención se entenderán más claramente a partir de la siguiente descripción detallada tomada junto con los dibujos adjuntos, en los que:
la Figura 1 es una vista esquemática que muestra una lámina de electrodos enrollada en forma de rollo en un método de secado de electrodos de acuerdo con una realización de la presente invención;
la Figura 2 es una vista en perspectiva que muestra una estructura irregular de una película higroscópica de acuerdo con una realización de la presente invención, que está configurada para enrollarse con una lámina de electrodos;
la Figura 3 es una vista en perspectiva que muestra una estructura irregular de una película higroscópica de acuerdo con otra realización de la presente invención, que está configurada para enrollarse con una lámina de electrodos;
la Figura 4 es una vista en perspectiva que muestra una estructura irregular de una película higroscópica de acuerdo con otra realización de la presente invención, que está configurada para enrollarse con una lámina de electrodos;
la Figura 5 es una vista en perspectiva que muestra una estructura irregular de una película higroscópica de acuerdo con una realización adicional de la presente invención, que está configurada para enrollarse con una lámina de electrodos; y
la Figura 6 es una vista esquemática que muestra una pluralidad de electrodos apilados en un método de secado de electrodos de acuerdo con otra realización de la presente invención.
[Descripción detallada de la invención]
Ahora, se describirán con detalle las realizaciones de ejemplo de la presente invención en relación con los dibujos adjuntos. Debería tenerse en cuenta, sin embargo, que el alcance de la presente invención no está limitado por las realizaciones ilustradas.
La Figura 1 es una vista esquemática que muestra una estructura en la que una lámina de electrodos se ha enrollado con una película higroscópica en un método de secado de electrodos de acuerdo con una realización de la presente invención.
Con referencia a la Figura 1, una lámina de electrodos 100 se enrolla con una lámina higroscópica 200 en forma de rollo antes de que la lámina de electrodos 100 se seque en una cámara de secado. En consecuencia, la lámina higroscópica 200 se interpone entre las porciones superpuestas de la lámina de electrodos 100.
Por lo general, una lámina de electrodos se seca en el estado de estar enrollada en forma de rollo para lograr una mayor eficiencia de secado que en el caso en el que una pluralidad de electrodos se seca individualmente.
En el caso en el que la lámina de electrodos se seque en el estado de enrollamiento como se ha descrito anteriormente, sin embargo, el área superficial de la lámina de electrodos que entra en contacto con el aire disminuye gradualmente hacia el núcleo de la lámina de electrodos enrollada 100 en la cámara de secado, por lo que la lámina de electrodos no se seca lo suficiente. Como resultado, el contenido de humedad de la porción de la lámina de electrodos que está ubicada en el lado del núcleo de la lámina de electrodos enrollada 100 es diferente del contenido de humedad de la porción de la lámina de electrodos que está ubicada en el lado exterior de la lámina de electrodos enrollada 100. En el caso en el que se usa la lámina de electrodos 100 secada como se ha descrito anteriormente, las baterías pueden funcionar de manera diferente. Asimismo, en el caso en el que se usa una lámina de electrodos que tiene una gran cantidad de humedad contenida en la misma, el rendimiento de las baterías puede reducirse considerablemente.
En la presente invención, como se muestra en la Figura 1, la lámina de electrodos 100 se enrolla con la película higroscópica 200 en el estado en el que la película higroscópica 200 está dispuesta sobre la superficie superior o la superficie inferior de la lámina de electrodos 100, y después la lámina de electrodos 100 se seca en la cámara de secado. El espesor t de la película higroscópica 200 puede ser menor que el espesor T de la lámina de electrodos 100. Por ejemplo, el espesor t de la película higroscópica 200 puede ser aproximadamente el 70 % del espesor T de la lámina de electrodos 100.
En el caso en el que la lámina de electrodos 100 se enrolla con la película higroscópica 200 como se ha descrito anteriormente, la película higroscópica 200 está ubicada incluso en el lado del núcleo de la lámina de electrodos 100 enrollada en forma de rollo. En consecuencia, es posible secar más fácilmente la totalidad de la lámina de electrodos 200 dependiendo del componente higroscópico de la película higroscópica 200.
De forma adicional, aunque no se muestra en detalle en la Figura 1, al menos una de las superficies de la película higroscópica 200 que está opuesta a la lámina de electrodos 100 tiene una estructura irregular.
Aquí, la estructura irregular puede ser una estructura convexa o una estructura de combinación cóncava y convexa.
En particular, por lo tanto, se forman trayectorias de flujo de aire incluso en la porción de la lámina de electrodos 200 que está ubicada en el lado del núcleo de la lámina de electrodos enrollada 100 debido a la estructura desigual de la película higroscópica 200 interpuesta entre las porciones superpuestas de la lámina de electrodos 200. Como resultado, el aire fluye suavemente a través de las trayectorias de flujo de aire, por lo que es posible secar más fácilmente la porción de la lámina de electrodos 100 que está ubicada en el lado del núcleo de la lámina de electrodos enrollada 100. En consecuencia, es posible acortar el tiempo de secado y secar de manera eficiente y suficiente incluso la porción de la lámina de electrodos 100 que está ubicada en el lado del núcleo de la lámina de electrodos enrollada 100. Por último, es posible reducir una diferencia entre el contenido de humedad de la porción de la lámina de electrodos que está ubicada en el lado del núcleo de la lámina de electrodos enrollada 100 y el contenido de humedad de la porción de la lámina de electrodos que está ubicada en el lado exterior de la lámina de electrodos enrollada 100, por lo que es posible asegurar la consistencia en el rendimiento de las baterías fabricadas usando la lámina de electrodos anterior y evitar una reducción en el rendimiento de las baterías.
Diversos ejemplos de la estructura irregular de la película higroscópica 200 se muestran esquemáticamente en las Figuras 2 a 5.
Específicamente, la Figura 2 muestra un ejemplo de una película higroscópica 210 que tiene valles curvos 212 y crestas curvas 211 formadas alternativamente de una manera continua en superficies opuestas de los mismos. Con referencia a la Figura 2, la película higroscópica 210 tiene una estructura en la que los valles 212 y las crestas 211 se forman alternativamente de manera continua en superficies opuestas de la misma. Los valles 212 y las crestas 211 formados en las superficies opuestas de la película higroscópica 210 son complementarios entre sí, por lo que la película higroscópica 210 se forma generalmente en forma de ondas.
La Figura 3 muestra un ejemplo de una película higroscópica 220 que tiene valles poligonales 222 y crestas poligonales 221, específicamente valles triangulares 222 y crestas triangulares 221, formados alternativamente de manera continua en superficies opuestas de la misma. Con referencia a la Figura 3, la película higroscópica 210 tiene una estructura en la que los valles 222 y las crestas 221 se forman alternativamente de manera continua en superficies opuestas de la misma, de modo que los valles 222 y las crestas 221 son complementarios entre sí, de manera similar a lo que se muestra en la Figura 2.
La Figura 4 muestra otro ejemplo de la película higroscópica. Específicamente, la Figura 4 muestra un ejemplo de una estructura irregular de una película higroscópica 230, en el que se forma una pluralidad de cúpulas curvadas en relieve 231 en cada superficie de las mismas. Con referencia a la Figura 3, la película higroscópica 230 tiene una estructura convexa, que está formada por las cúpulas curvadas en relieve 231 formadas en superficies opuestas de la película higroscópica 230. Las cúpulas 231 formadas en las superficies opuestas de la película higroscópica 230 se corresponden entre sí, por lo que la película higroscópica 230 se forma en forma de relieve.
La Figura 5 muestra un ejemplo de una película higroscópica 240 que tiene una estructura irregular, en la que se forman cúpulas en relieve 241 sobre la película higroscópica, de manera similar a lo que se muestra en la Figura 4, pero la forma de cada una de las cúpulas en relieve 241 es poligonal. Con referencia a la Figura 5, las cúpulas poligonales en relieve 241 se forman en solo una superficie de la película higroscópica 240, a diferencia de lo que se muestra en la Figura 4.
Por otra parte, la Figura 6 es una vista esquemática que muestra una pluralidad de electrodos apilados en un método de secado de electrodos de acuerdo con otra realización de la presente invención. En esta realización, se apila una pluralidad de electrodos para secar los electrodos, en lugar de enrollar una lámina de electrodos en forma de rollo.
Con referencia a la Figura 6, se apila una pluralidad de electrodos 100', y las películas higroscópicas 200' se interponen respectivamente entre los electrodos 100'. En el caso en el que los electrodos 100' se secan en el estado en el que las películas higroscópicas 200' se interponen respectivamente entre los electrodos 100', también es posible secar suficientemente cada uno de los electrodos que están ubicados en el medio de la pila de electrodos.
Cada una de las películas higroscópicas 200' puede tener la estructura descrita anteriormente. Por ejemplo, cada una de las películas higroscópicas 200' puede tener cualquiera de las estructuras mostradas en las Figuras 2 a 5.
<Ejemplo 1>
Grafito artificial, como un material activo del electrodo negativo, negro Denka, como agente conductor, y caucho de estireno butadieno (SBR), como aglutinante acuoso, se mezclaron con agua mientras tenían una relación en peso de 96:2:2 para preparar la suspensión.
La suspensión se revistió sobre superficies opuestas de una lámina de cobre (Cu) que tenía un espesor de 6 pm para fabricar un electrodo temporal, y el electrodo temporal se enrolló con alcohol polivinílico (PVA) que tenía un espesor de 20 pm, como una película higroscópica, como se muestra en la Figura 1. En este momento, la película higroscópica tenía la estructura superficial mostrada en la Figura 2.
<Ejemplo 2>
Una solución de revestimiento obtenida dispersando gel de sílice en acetona se revistió sobre superficies opuestas de alcohol polivinílico (PVA) que tenía un espesor de 20 pm, como una película higroscópica (que tenía una estructura mostrada en la Figura 2), de modo que la solución de revestimiento tenía un espesor de 5 pm y se secó para fabricar una película higroscópica revestida con gel de sílice.
La película higroscópica se enrolló con el electrodo temporal fabricado en el Ejemplo 1, como se muestra en la Figura 1.
<Ejemplo Comparativo 1>
Solo se enrolló el electrodo temporal fabricado en el Ejemplo 1.
<Ejemplo Comparativo 2>
Se enrolló una película higroscópica (PVA) que tenía un espesor de 20 pm y una estructura superficial uniforme (es decir, una estructura lisa) con el electrodo temporal fabricado en el Ejemplo 1.
<Ejemplo Experimental 1>
Los electrodos fabricados en los ejemplos 1 y 2 y los ejemplos comparativos 1 y 2 se colocaron en una cámara de secado y se secaron a una temperatura de 100 °C durante cinco horas. La porción del electrodo ubicada en el lado más interno de cada uno de los electrodos enrollados se perforó para tener un área de 1,4875 cm2 (el área de una celda de moneda de electrodo positivo), y se midió el contenido de humedad de la porción perforada del electrodo. Los resultados se muestran en la Tabla 1 a continuación.
T l 11
Puede verse en la Tabla 1 que es posible secar fácilmente la porción interior de cada uno de los electrodos de acuerdo con la presente invención. Particularmente, en el caso de que se use una película higroscópica que tenga una estructura irregular, como en la presente invención, se puede ver definitivamente que es posible secar más fácilmente la porción del electrodo ubicada en el lado del núcleo del electrodo enrollado que en el caso en el que se usa una película higroscópica que tiene una estructura uniforme (como en el ejemplo comparativo 2).
Aunque las realizaciones de ejemplo de la presente invención se han divulgado con fines ilustrativos, los expertos en la materia apreciarán que el alcance de la invención se divulga en las reivindicaciones adjuntas.
[Aplicabilidad industrial]
Como se desprende de la descripción anterior, un método de secado de electrodos de acuerdo con la presente invención se realiza en el estado en el que una película higroscópica que tiene una estructura irregular se interpone entre electrodos apilados o en el estado en el que una lámina de electrodos se enrolla con una película higroscópica que tiene una estructura irregular. Como resultado, el aire en una cámara de secado se pone en contacto con cada uno de los electrodos que están ubicados en el medio de la pila de electrodos o la porción de la lámina de electrodos que está ubicada en el lado del núcleo de la lámina de electrodos enrollada, y cada uno de los electrodos que están ubicados en el medio de la pila de electrodos o la porción de la lámina de electrodos que está ubicada en el lado del núcleo de la lámina de electrodos enrollada puede secarse más fácilmente mediante la provisión de la película higroscópica. En consecuencia, es posible acortar el tiempo de secado. De forma adicional, dado que cada uno de los electrodos que están ubicados en el medio de la pila de electrodos o la porción de la lámina de electrodos que está ubicada en el lado del núcleo de la lámina de electrodos enrollada se seca suficientemente, una diferencia entre el contenido de humedad de los electrodos que están ubicados en el medio de la pila de electrodos y el contenido de humedad de los electrodos que están ubicados en el lado exterior de la pila de electrodos, o una diferencia entre el contenido de humedad de la porción de la lámina de electrodos que es ubicado en el lado del núcleo de la lámina de electrodos enrollada y el contenido de humedad de la porción de la lámina de electrodos que está ubicada en el lado externo de la lámina de electrodos enrollado, se reduce. En el caso en el que las baterías se fabriquen usando los electrodos o la lámina de electrodos seca como se ha descrito anteriormente, por lo tanto, es posible evitar una reducción en el rendimiento de las baterías debido a la humedad que queda en los electrodos o la lámina de electrodos.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Un método de secado de electrodos para secar una pluralidad de electrodos en un estado en el que los electrodos están apilados, comprendiendo el método de secado de electrodos:
interponer películas higroscópicas entre los electrodos; y
secar los electrodos en un estado en el que las películas higroscópicas se interponen entre los electrodos, en donde
al menos una de las superficies de las películas higroscópicas orientadas hacia los electrodos tiene una estructura irregular, en donde la estructura irregular es cualquiera seleccionada de un grupo que consiste en una estructura que tiene cúpulas curvadas en relieve, una estructura que tiene cúpulas poligonales en relieve, una estructura de baldosa redonda que tiene valles curvos y crestas curvas, y una estructura de baldosa poligonal que tiene valles poligonales y crestas poligonales.
2. Un método de secado de electrodos para secar una lámina de electrodos en un estado en el que la lámina de electrodos está enrollada, comprendiendo el método de secado de electrodos:
enrollar la lámina de electrodos con una película higroscópica; y
secar la lámina de electrodos en un estado en el que la película higroscópica se interpone entre porciones superpuestas de la lámina de electrodos, en donde
al menos una de superficies de la película higroscópica que está opuesta a la lámina de electrodos tiene una estructura irregular, en donde la estructura irregular es cualquiera seleccionada de un grupo que consiste en una estructura que tiene cúpulas curvadas en relieve, una estructura que tiene cúpulas poligonales en relieve, una estructura de baldosa redonda que tiene valles curvos y crestas curvas, y una estructura de baldosa poligonal que tiene valles poligonales y crestas poligonales.
3. El método de secado de electrodos de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde la estructura desigual está configurada de tal manera que las estructuras unitarias que constituyen la estructura desigual se disponen regularmente repetidamente o se disponen aleatoriamente.
4. El método de secado de electrodos de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde cada una de las superficies opuestas de la película higroscópica orientadas hacia los electrodos tiene una estructura irregular.
5. El método de secado de electrodos de acuerdo con la reivindicación 4, en donde las estructuras irregulares formadas en las superficies opuestas de la película higroscópica son estructuras de combinación cóncavas y convexas complementarias o estructuras convexas correspondientes.
6. El método de secado de electrodos de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde la película higroscópica es una película hecha de fibra de éster, fibra de celulosa o fibra de alcohol.
7. El método de secado de electrodos de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde un espesor de la película higroscópica es igual o menor que un espesor de cada uno de los electrodos o la lámina de electrodos.
8. El método de secado de electrodos de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el espesor de la película higroscópica es del 30 al 80 % del espesor de cada uno de los electrodos o la lámina de electrodos.
9. El método de secado de electrodos de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde un material adsorbente que es capaz de adsorber humedad (H<2>O) se reviste en al menos una superficie de la película higroscópica.
10. El método de secado de electrodos de acuerdo con la reivindicación 9, en donde el material adsorbente es al menos uno seleccionado de un grupo que consiste en gel de sílice, alúmina y zeolita.
11. El método de secado de electrodos de acuerdo con la reivindicación 9, en donde el espesor del material adsorbente es del 10 al 50 % del espesor de la película higroscópica.
12. El método de secado de electrodos de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde la etapa de secado se realiza a una temperatura de 100 a 130 °C durante 60 a 300 minutos.
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