ES2972164T3

ES2972164T3 - Celda no acuosa que tiene una mezcla de materiales de cátodo de carbono fluorado

Info

Publication number: ES2972164T3
Application number: ES10835021T
Authority: ES
Inventors: Dong Zhang; Mario Destephen; Viet Vu; Jeremy Chi-Han Chang; Hyun Joo Bang
Original assignee: EaglePicher Technologies LLC
Current assignee: EaglePicher Technologies LLC
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2024-06-11
Anticipated expiration: 2030-12-01
Also published as: EP2507857A4; EP2507857A1; JP2013513207A; CN102754249A; CN102754249B; JP5575916B2; EP2507857B1; WO2011068825A1

Description

DESCRIPCIÓN

Celda no acuosa que tiene una mezcla de materiales de cátodo de carbono fluorado

Referencia cruzada a solicitud relacionada

La presente solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional estadounidense n.° 61/266,628, presentada el 4 de diciembre de 2009.

Campo de la divulgación

La presente divulgación se refiere generalmente a un material de cátodo adecuado para su uso en una celda electroquímica no acuosa que comprende una mezcla de materiales de carbono fluorado, y más particularmente a una celda de este tipo que comprende una mezcla de tres materiales de carbono fluorado que tienen cada uno perfiles de descarga distintos (entre sí) (por ejemplo, tensiones y capacidades distintas). La presente divulgación se refiere adicionalmente a una celda electroquímica no acuosa que comprende tal material de cátodo y, en particular, a una celda electroquímica no acuosa de este tipo que es a base de litio (es decir, una celda electroquímica no acuosa de litio, o de iones de litio).

Antecedentes de la divulgación

Las celdas electroquímicas de litio, que se denominan más habitualmente baterías, se usan ampliamente en una variedad de productos militares y de consumo. Muchos de estos productos utilizan baterías de alta energía y alta potencia. Debido en parte a la miniaturización de los dispositivos electrónicos portátiles, es deseable desarrollar baterías de litio incluso más pequeñas con una capacidad de potencia y vida útil aumentadas. Una manera de desarrollar baterías más pequeñas con capacidad de potencia aumentada es desarrollar materiales de cátodo de más alta energía.

Un ejemplo de un material de cátodo de alta energía es el carbono fluorado (es decir, CF). Hasta la fecha, se han usado celdas de ánodo de Li/cátodo de CF en dispositivos de potencia baja o intermedia incluyendo, por ejemplo, los campos militar, aeroespacial, electrónico y médico (abarcando la tasa de descarga habitualmente, por ejemplo, desde aproximadamente 0,1 W/cc (es decir, aproximadamente C/10) hasta aproximadamente 2*10-5 W/cc (es decir, aproximadamente C/50.000)). En el campo médico, se usan actualmente celdas de ánodo de Li/cátodo de CF para alimentar dispositivos médicos implantables con requisitos de potencia bajos o intermedios. Sin embargo, a pesar de su alta densidad de energía y excelente estabilidad, las celdas de Li/cátodo de CF no se han usado en aplicaciones de alta tasa, tales como desfibriladores cardiacos implantables (o ICD), debido a la baja tensión de funcionamiento y capacidades de potencia limitadas dando como resultado una alta resistividad eléctrica de la matriz de cátodo. El documento WO 2008/113023 A1 da a conocer una celda electroquímica no acuosa que comprende un cátodo que comprende un primer material de carbono fluorado y un segundo material de carbono fluorado en el que el primer material de carbono fluorado puede ser, por ejemplo, CF1, y el segundo material de carbono fluorado puede ser CF0,744. La cantidad del primer material de carbono fluorado es del 5-95 % en peso basado en el peso total del primer y segundo material de carbono fluorado. El material de cátodo se mezcla con negro de acetileno-grafito y un aglutinante de PVDF. El electrolito puede ser LiBF4. El documento JP 2006236888 A da a conocer una celda electroquímica no acuosa que comprende un cátodo que comprende: un primer material de carbono fluorado que tiene la composición CFX, donde 0,95<x<0,05 y un segundo material de carbono fluorado que tiene la composición CFy, donde 0,45<x<0,90. La cantidad de segundo material de carbono fluorado es del 10-60 % en peso basado en el peso total de material de carbono fluorado. El material de cátodo se mezcla con negro de acetileno y un aglutinante de PTFE y el electrolito puede ser, por ejemplo, LiBF4 y el ánodo litio metálico. ;Por consiguiente, continúa existiendo la necesidad de materiales de cátodo adecuados para aplicaciones de alta tensión, incluyendo aplicaciones de descarga de impulsos de alta tasa, y más particularmente tales materiales de cátodo que se caracterizan adicionalmente por una alta densidad de energía. ;Sumario de la divulgación;En resumen, por tanto, la presente divulgación se refiere a una celda electroquímica no acuosa que comprende: (i) un ánodo; (ii) un cátodo híbrido que comprende un primer material de cátodo de carbono fluorado, un segundo material de cátodo de carbono fluorado y un tercer material de cátodo de carbono fluorado, en la que (a) el primer o tercer material de cátodo de carbono fluorado tiene un grado promedio de fluoración que es distinto del segundo material de cátodo de carbono fluorado, y (b) el primer material de cátodo de carbono fluorado se deriva de coque de petróleo, mientras que el tercer material de cátodo de carbono fluorado se deriva de brea de petróleo; (iii) un separador dispuesto entre el ánodo y el cátodo; y, (iv) un electrolito no acuoso que está en comunicación de fluido con el ánodo, el cátodo y el separador. Opcionalmente, el segundo material de cátodo de carbono fluorado se deriva también de coque de petróleo, y/o el primer y tercer materiales de cátodo de carbono fluorado tienen aproximadamente el mismo grado promedio de fluoración. ;La presente divulgación se refiere adicional o alternativamente a una celda electroquímica no acuosa que comprende: (i) un ánodo; (ii) un cátodo híbrido que comprende un primer material de cátodo de carbono fluorado, un segundo material de cátodo de carbono fluorado y un tercer material de cátodo de carbono fluorado, en la que (a) el primer, segundo y tercer materiales de cátodo de carbono fluorado presentan cada uno una tensión de descarga a o por encima de aproximadamente 2,5 voltios que es distinta de las otras dos, y (b) tras descargarse a aproximadamente 1,5 voltios, el primer material de cátodo de carbono fluorado tiene una capacidad de descarga de desde aproximadamente 800 mAh/g hasta aproximadamente 870 mAh/g, el segundo material de cátodo de carbono fluorado tiene una capacidad de descarga de desde aproximadamente 680 mAh/g hasta aproximadamente 800 mAh/g, y el tercer material de cátodo de carbono fluorado tiene una capacidad de descarga de desde aproximadamente 825 mAh/g hasta aproximadamente 875 mAh/g; (iii) un separador dispuesto entre el ánodo y el cátodo; y, (iv) un electrolito no acuoso que está en comunicación de fluido con el ánodo, el cátodo y el separador. Opcionalmente, el primer y segundo materiales de cátodo de carbono fluorado se derivan de coque de petróleo, y/o el tercer material de cátodo de carbono fluorado se deriva de brea de petróleo. ;La presente divulgación se refiere adicionalmente todavía a diversos dispositivos electrónicos que comprenden una celda electroquímica no acuosa de este tipo. ;Cabe señalar que uno o más de las características adicionales detalladas a continuación pueden incorporarse en una o más de las realizaciones indicadas anteriormente, sin apartarse del alcance de la presente divulgación.Breve descripción de las figuras;La figura 1 es una foto de carbón activado en forma de perlas derivado de brea de petróleo antes de la fluoración. ;La figura 2 es una microfotografía de una partícula de carbono fluorado útil como material de cátodo. ;La figura 3 es una ilustración gráfica de los patrones de difracción de rayos X de un carbono fluorado derivado de coque de petróleo (CF<1>) y un carbono fluorado derivado de brea de petróleo en forma de perlas. ;La figura 4 es una ilustración gráfica de los espectros de fotoelectrones de rayos X (F1s) de las superficies de las partículas de carbono fluorado derivado de coque de petróleo (CF<1>). ;La figura 5 es una ilustración gráfica de los espectros de fotoelectrones de rayos X (C1s) de las superficies de las partículas de carbono fluorado derivado de coque de petróleo (CF<1>). ;La figura 6 es una ilustración gráfica de los espectros de fotoelectrones de rayos X (F1s) de las superficies de las partículas de carbono fluorado derivado de brea de petróleo en forma de perlas. ;La figura 7 es una ilustración gráfica de los espectros de fotoelectrones de rayos X (C1s) de las superficies de las partículas de carbono fluorado derivado de brea de petróleo en forma de perlas. ;La figura 8 es una ilustración gráfica del perfil de descarga de un carbono fluorado derivado de coque de petróleo (CF<1>) que usa una tasa de descarga de 20 mA/g a temperatura ambiente. ;La figura 9 es una ilustración gráfica del perfil de descarga de un carbono fluorado derivado de coque de petróleo (CF<0>,<6>) que usa una tasa de descarga de 20 mA/g a temperatura ambiente. ;La figura 10 es una ilustración gráfica del perfil de descarga de un carbono fluorado derivado de brea de petróleo en forma de perlas que usa una tasa de descarga de 20 mA/g a temperatura ambiente. ;La figura 11 es una ilustración gráfica del perfil de descarga de un cátodo híbrido de una realización de la presente divulgación que contiene los carbonos fluorados usados para generar los datos de las figuras 8-10 que usan una tasa de descarga de 20 mA/g a temperatura ambiente. ;La figura 12 es una ilustración gráfica de los perfiles de descarga de una celda electroquímica de Li/CF de la técnica anterior y una celda electroquímica no acuosa de Li/CF de la presente divulgación que contiene un cátodo híbrido de una realización de la presente divulgación que usa un impulso de 50 J. ;La figura 13 es una ilustración gráfica de los perfiles de descarga de una celda electroquímica que contiene carbono fluorado derivado de brea de petróleo en forma de perlas y un cátodo híbrido de una realización de la presente divulgación que usa un impulso de 50 J. ;La figura 14 es una ilustración gráfica de los perfiles de descarga de una celda electroquímica que contiene carbono fluorado derivado de brea de petróleo en forma de perlas y un cátodo híbrido de una realización de la presente divulgación que usa un impulso de 80 J. ;La figura 15 es una ilustración gráfica del calor generado durante la descarga de una celda electroquímica que contiene carbono fluorado derivado de brea de petróleo en forma de perlas y una celda que contiene carbono fluorado derivado de coque de petróleo (CF<1>). ;Descripción detallada de la divulgación;La presente divulgación se refiere a un cátodo híbrido que contiene varios materiales de cátodo distintos y, más particularmente, tres materiales de cátodo de carbono fluorado (CF) claramente diferentes. Los materiales de cátodo de carbono fluorado son distintos en que cada uno presenta un perfil de descarga distinto (es decir, una tensión de descarga distinta a o por encima de aproximadamente 2,5 voltios, y una capacidad de descarga distinta cuando se descarga a aproximadamente 1,5 voltios), y/o que uno o más se deriva de diferentes fuentes de carbono (por ejemplo, coque de petróleo o brea de petróleo). Más particularmente, los tres materiales de cátodo de carbono fluorado distintos pueden caracterizarse, en una realización, porque (a) el primer o tercer material de cátodo de carbono fluorado tiene un grado promedio de fluoración que es distinto del segundo material de cátodo de carbono fluorado, y (b) el primer material de cátodo de carbono fluorado, y opcionalmente el segundo material de cátodo de carbono fluorado, se derivan de coque de petróleo, mientras que el tercer material de cátodo de carbono fluorado se deriva de brea de petróleo. Adicionalmente, el primer y tercer materiales de cátodo de carbono fluorado pueden tener un grado promedio de fluoración que es aproximadamente igual. ;En esta o una realización alternativa, los tres materiales de cátodo de carbono fluorado distintos pueden caracterizarse porque (a) el primer, segundo y tercer materiales de cátodo de carbono fluorado presentan cada uno una tensión de descarga a o por encima de aproximadamente 2,5 voltios que es distinta de las otras dos, y (b) tras descargarse a aproximadamente 1,5 voltios, teniendo el primer material de cátodo de carbono fluorado una capacidad de descarga de desde aproximadamente 800 mAh/g hasta aproximadamente 870 mAh/g, teniendo el segundo material de cátodo de carbono fluorado una capacidad de descarga de desde aproximadamente 680 mAh/g hasta aproximadamente 800 mAh/g, y teniendo el tercer material de cátodo de carbono fluorado una capacidad de descarga de desde aproximadamente 825 mAh/g hasta aproximadamente 875 mAh/g. ;La presente divulgación se refiere además a una celda electroquímica no acuosa que incluye tales materiales de cátodo, particularmente una celda que es a base de litio (es decir, una celda electroquímica no acuosa de litio, o de iones de litio). Los cada uno de los tres materiales de cátodo distintos de la presente divulgación contribuyen ventajosamente a, y actúan para potenciar o mejorar, las propiedades de rendimiento de la celda electroquímica no acuosa de la cual forma parte. Por ejemplo, en una realización particular, los tres materiales de cátodo actúan para mejorar o potenciar la tensión de funcionamiento y/o la densidad de energía globales de la celda electroquímica no acuosa de la cual forman parte, permitiendo que se logren una alta tensión de funcionamiento (una tensión de, por ejemplo, por encima de aproximadamente 2,5 voltios) y/o una alta densidad de energía. Con respecto a esto, cabe señalar que, tal como se usa en el presente documento, “no acuosa” se refiere a una celda electroquímica que comprende o utiliza un electrolito que no contiene agua añadida; es decir, no se añadió agua al electrolito como componente independiente o distinto del mismo, pero, sin embargo, puede estar presente como traza o componente subyacente o contaminante del/de los disolvente(s) orgánico(s) usado(s) para prepararlo. Por ejemplo, en una o más realizaciones no limitativas de la presente divulgación, el electrolito puede tener normalmente un contenido de agua de menos de aproximadamente 1000 ppm, menos de aproximadamente 750 ppm, menos de aproximadamente 500 ppm, menos de aproximadamente 250 ppm, menos de aproximadamente 100 ppm, menos de aproximadamente 50 ppm, menos de aproximadamente 25 ppm, o incluso menos. ;Con respecto a esto, cabe señalar que una “celda electroquímica” puede denominarse de otra manera en el presente documento como batería, condensador, celda, dispositivo electroquímico, o similares. Debe entenderse que estas referencias no son limitativas, y se contempla que cualquier celda que implica la transferencia de electrones entre un electrodo y un electrolito esté dentro del alcance de la presente divulgación. ;Con respecto a esto, cabe señalar adicionalmente todavía que propiedades de rendimiento “potenciadas” o “mejoradas” generalmente se refieren a una mejora o potenciación en la energía específica, la densidad de energía, la tensión de funcionamiento y/o la capacidad de tasa de la celda electroquímica no acuosa de la presente divulgación, en comparación con, por ejemplo, una celda electroquímica no acuosa que se prepara o diseña de manera similar, pero no contiene dos o más materiales de cátodo de carbono fluorado distintos tal como se detalla en el presente documento. ;1. Composición de material de cátodo y componentes de celda ;Según la presente divulgación, y tal como se detalla adicionalmente a continuación en el presente documento, se ha descubierto que una o más propiedades de rendimiento de una celda electroquímica no acuosa pueden mejorarse o potenciarse mediante el uso de un cátodo que contiene tres materiales de carbono fluorado distintos (es decir, se usa un “cátodo híbrido”). Con respecto a esto, cabe señalar que se ha hallado que la combinación de los tres materiales de carbono fluorado distintos da como resultado una celda electroquímica no acuosa con una alta tensión de funcionamiento y alta densidad de energía. ;;Según la presente divulgación, el primer material de cátodo de carbono fluorado puede representarse generalmente mediante la fórmula CFx, en la que x tiene un valor promedio de más de aproximadamente 0,9 a aproximadamente 1,2, o desde aproximadamente 0,95 hasta aproximadamente 1,15, y en una realización particular es de aproximadamente 1. El segundo material de cátodo de carbono fluorado puede representarse generalmente mediante la fórmula CFy, en la que y tiene un valor promedio de desde aproximadamente 0,4 hasta menos de aproximadamente 0,9, o desde aproximadamente 0,5 hasta aproximadamente 0,7, y en una realización particular es de aproximadamente 0,6. El tercer material de cátodo de carbono fluorado puede representarse generalmente mediante la fórmula CFz, en la que z tiene un valor promedio de desde aproximadamente 0,8 hasta aproximadamente 1,2, o desde aproximadamente 0,9 hasta aproximadamente 1,1, y en una realización particular es de aproximadamente 1. Con respecto a esto, cabe señalar que, en una o más realizaciones particulares, x, y y z tienen cada uno un valor promedio dentro del intervalo citado que es diferente del otro. Sin embargo, en una o más realizaciones alternativas, x y z pueden tener un valor promedio dentro de los intervalos citados que es aproximadamente igual, pero que es diferente de y. ;;Con respecto a esto, cabe señalar que, en diversas realizaciones, el primero, segundo y/o tercer componente de los materiales de cátodo de carbono fluorado pueden derivarse de la misma fuente de carbono (por ejemplo, coque o brea de petróleo) o diferentes fuentes, tal como se explica más completamente a continuación. En una realización particular, sin embargo, el primer material de cátodo de carbono fluorado, y opcionalmente el segundo material de cátodo de carbono fluorado, se derivan de coque de petróleo, mientras que el tercer material de cátodo de carbono fluorado se deriva de brea de petróleo. ;;La cantidad total de materiales de cátodo de carbono fluorado de fórmula CFx, donde x tiene un valor promedio de desde mayor de aproximadamente 0,9 hasta aproximadamente 1,2, puede ser de desde aproximadamente el 20 % en peso hasta aproximadamente el 70 % en peso, y más normalmente puede ser de desde aproximadamente el 25 % en peso hasta aproximadamente el 65 % en peso o desde aproximadamente el 30 % en peso hasta aproximadamente el 60 % en peso (donde “% en peso” se refiere al peso del primer material de cátodo de carbono fluorado en relación con el peso total de los materiales de carbono fluorado presentes en el cátodo, y opcionalmente en peso de la cantidad total de materiales activos de cátodo cuando no están presentes materiales distintos del carbono fluorado en el cátodo). Adicional, o alternativamente, la cantidad de materiales de cátodo de carbono fluorado de fórmula CFy, donde y tiene un valor promedio de desde aproximadamente 0,4 hasta menos de aproximadamente 0,9, puede ser de desde aproximadamente el 2 % en peso hasta aproximadamente el 35 % en peso, y más normalmente puede ser de desde aproximadamente el 4 % en peso hasta aproximadamente el 30 % en peso o desde aproximadamente el 5 % en peso hasta aproximadamente el 25 % en peso. Adicional, o alternativamente, la cantidad de materiales de cátodo de carbono fluorado de fórmula CFz, donde z tiene un valor promedio de desde aproximadamente 0,8 hasta aproximadamente 1,2, puede ser de desde aproximadamente el 10 % en peso hasta aproximadamente el 90 % en peso, y más normalmente puede ser de desde aproximadamente el 15 % en peso hasta aproximadamente el 85 % en peso o desde aproximadamente el 20 % en peso hasta aproximadamente el 80 % en peso. Con respecto a esto, debe entenderse que, sin embargo, la concentración de cada uno de estos materiales de carbono fluorado presentes en el cátodo puede optimizarse para una aplicación o uso dados, mediante medios generalmente conocidos en la técnica; como resultado, la concentración del el primer, segundo y tercer materiales de carbono fluorado descritos anteriormente pueden estar presentes en una cantidad distinta de la descrita en el presente documento, sin apartarse del alcance de la presente divulgación. ;;El material de carbono fluorado de la presente divulgación puede prepararse generalmente usando métodos o técnicas generalmente conocidos por un experto habitual en la técnica. Por ejemplo, tal material puede prepararse generalmente poniendo en contacto una fuente de carbono con un gas que contiene flúor. Sin embargo, se ha hallado que la fuente de carbono puede afectar a las propiedades de descarga de la celda electroquímica no acuosa, incluso cuando los materiales un grado igual o similar de fluoración. Por ejemplo, un carbono fluorado con una razón molar de carbono con respecto a flúor de aproximadamente 1:1 derivado de coque de petróleo (figura 8) tiene un perfil de descarga diferente que un carbono fluorado con una razón molar similar, pero que se deriva de una brea de petróleo en forma de perlas (figura 10). Según las realizaciones de la presente divulgación, el material de carbono puede derivarse de coque de petróleo, brea de petróleo en forma de perlas (que puede activarse o no) (figuras 1 y 2), otros carbonos activados (por ejemplo, carbón vegetal), y material grafítico, tal como grafito natural y sintético y todos sus derivados incluyendo grafeno, nanoplaquetas de grafito, grafito expandido, nanofibras de carbono y nanotubos de carbono. Se ha hallado que el coque de petróleo es particularmente adecuado para su uso como material de cátodo. La brea de petróleo en forma de perlas también es adecuada para su uso como resultado de su pequeño tamaño de partícula y distribuido de manera estrecha, fluidez, alta pureza y alta resistencia mecánica y resistencia al desgaste. ;Los cátodos de la presente divulgación pueden contener dos o más materiales de cátodo de carbono fluorado que difieren en la fuente de carbono de la cual se deriva el material de cátodo. En una realización a modo de ejemplo, el cátodo contiene tanto material de carbono fluorado derivado de coque de petróleo como material de carbono fluorado derivado de brea de petróleo activada y en forma de perlas. Con respecto a esto, la cantidad total de materiales de cátodo de carbono fluorado derivados de coque de petróleo puede ser de desde aproximadamente el 20 % hasta aproximadamente el 80 % (por ejemplo al menos aproximadamente el 30 %, al menos aproximadamente el 40 %, al menos aproximadamente el 50 %, al menos aproximadamente el 60 %, al menos aproximadamente el 70 % y menos de aproximadamente el 30 %, menos de aproximadamente el 40 %, menos de aproximadamente el 50 %, menos de aproximadamente el 60 % o menos de aproximadamente el 70 %) en peso de la cantidad total de materiales de carbono fluorado presentes en el cátodo. Además, la cantidad de materiales de cátodo de carbono fluorado derivados de brea de petróleo en forma de perlas puede ser de desde aproximadamente el 30 % hasta aproximadamente el 80 % (por ejemplo al menos aproximadamente el 40 %, al menos aproximadamente el 50 %, al menos aproximadamente el 60 %, al menos aproximadamente el 70 % y menos de aproximadamente el 40 %, menos de aproximadamente el 50 %, menos de aproximadamente el 60 % o menos de aproximadamente el 70 %) en peso de la cantidad total de materiales de carbono fluorado presentes en el cátodo. ;;En diversas realizaciones, el carbono fluorado derivado de coque de petróleo puede tener un área superficial BET promedio de desde, por ejemplo, aproximadamente 120 cm2/g hasta aproximadamente 450 cm2/g, o desde aproximadamente 180 cm2/g hasta aproximadamente 250 cm2/g. El carbono fluorado derivado de brea de petróleo normalmente tiene un área superficial BET ligeramente mayor de, por ejemplo, desde aproximadamente 250 cm2/g hasta aproximadamente 750 cm2/g, o desde aproximadamente 350 cm2/g hasta aproximadamente 650 cm2/g. Con respecto a esto, cabe señalar que, sin embargo, el área superficial del material de cátodo de carbono fluorado puede estar dentro de cualquiera de los intervalos mencionados, o alternativamente puede estar fuera de los intervalos mencionados, independientemente de la fuente de la cual se derivan, sin apartarse del alcance de la presente divulgación. ;;El primer material de cátodo de carbono fluorado descrito anteriormente (por ejemplo, CF<1>, derivado, por ejemplo, de una fuente de coque) puede obtenerse comercialmente como, por ejemplo, PC-10 CF<1>de Lodestar (New Jersey). El segundo material de cátodo de carbono fluorado descrito anteriormente (por ejemplo, CF<0,6>, también derivado, por ejemplo, de una fuente de coque) puede obtenerse comercialmente como, por ejemplo, PC-51 de Lodestar. El tercer material de cátodo de carbono fluorado descrito anteriormente (por ejemplo, CF0,9-1,1, derivado, por ejemplo, de brea) puede obtenerse comercialmente como, por ejemplo, P5000 de Advanced Research Chemical (Tulsa, Oklahoma). Con respecto a esto, cabe señalar que, sin embargo, pueden usarse otros materiales sin apartarse del alcance de la presente divulgación. ;;Debe entenderse que el cátodo puede contenerse uno o más de otros materiales de cátodo, tales como óxidos mixtos de cobre-manganeso tal como se describe en, por ejemplo, la solicitud de patente estadounidense n.° 12/614.667, publicada como la publicación estadounidense n.° 2010/0221616 (presentada el 9 de noviembre de 2009). Por ejemplo, en diversas realizaciones el cátodo puede incluir alguna cantidad de un material de cátodo de óxido de cobre-manganeso representado por la fórmula CuaMnbOc o CuaMnbOc^nH<2>O (donde “nH<2>O” representa el agua estructural y/o superficial presente en el material de cátodo). En este material de cátodo, el cobre puede tener un estado de oxidación entre aproximadamente 1 y aproximadamente 3, y el manganeso puede tener un estado de oxidación entre aproximadamente 2 y aproximadamente 7. Adicionalmente, a, b y c tienen cada uno independientemente un valor de más de 0, y además (i) la suma de a b puede estar en el intervalo de desde aproximadamente 1 hasta aproximadamente 3, mientras que (ii) c tiene un valor que puede determinarse experimentalmente y que es consistente con los valores de a, b y los estados de oxidación del cobre y el manganeso, y en una o más realizaciones es un valor tal que el cobre tiene un estado de oxidación de aproximadamente 2 o mayor. El material de óxido de cobre-manganeso puede ser amorfo, o alternativamente en forma semicristalina. ;;Con respecto a esto, cabe señalar que, en una realización particular, la suma del primer, segundo y tercer materiales de carbono fluorado representa aproximadamente el 10 %, el 20 %, el 30 %, el 40 %, el 50 %, el 60 %, el 70 %, el 80 %, el 90 %, el 95 %, el 99 %, o incluso aproximadamente el 100 %, del material de cátodo presente en el cátodo de la celda electroquímica no acuosa (basado en el peso total del material de cátodo presente en la misma). En diversas realizaciones alternativas, en las que la concentración del material de carbono fluorado es menor de aproximadamente el 100 %, la concentración de uno o más materiales de cátodo adicionales (por ejemplo, óxido de cobre-manganeso) presentes en el cátodo puede optimizarse para una aplicación o un uso dados, mediante medios generalmente conocidos en la técnica. En una realización particular, sin embargo, la mezcla de cátodo de la presente divulgación puede incluir desde aproximadamente el 60 % hasta aproximadamente el 95 % en peso de carbono fluorado, y en algunos casos puede incluir entre aproximadamente el 65 % y aproximadamente el 90 %, o desde aproximadamente el 70 % hasta aproximadamente el 85 % en peso de carbono fluorado (es decir, la concentración total de los tres materiales de carbono fluorado diferentes). Adicionalmente, la mezcla de cátodo puede incluir de entre aproximadamente el 5 % y aproximadamente el 40 % en peso de óxido de cobre-manganeso, y en algunos casos puede incluir desde aproximadamente el 10%hasta aproximadamente el 35%o desde aproximadamente el 15%hasta aproximadamente el 30 % en peso de óxido de cobre-manganeso. Sin embargo, con respecto a esto, cabe señalar que, tales concentraciones no deben verse en un sentido limitativo. Por ejemplo, en realizaciones alternativas, el óxido de cobre-manganeso puede ser el componente principal del material de cátodo (en lugar de, por ejemplo, el carbono fluorado). ;;Además de los materiales de carbono fluorado descritos en el presente documento, los otros componentes de la celda electroquímica no acuosa pueden seleccionarse de aquellos generalmente conocidos en la técnica. Por ejemplo, según diversas realizaciones de la presente divulgación, el cátodo también puede incluir un aglutinante, por ejemplo, un aglutinante polimérico sintético o natural tal como poli(fluoruro de vinilideno) (PVDF), politetrafluoroetileno (PTFE), polietileno de peso molecular ultra-alto (UHMWPE), caucho de estireno-butadieno, celulosa, caucho de poliacrilato y copolímeros de ácido acrílico o ésteres de acrilato. El cátodo puede contener (en peso de materiales activos de cátodo, aglutinantes y cargas conductoras (descritas a continuación)), hasta aproximadamente el 15 % de aglutinantes (por ejemplo, desde aproximadamente el 1 % hasta aproximadamente el 15 %) y más normalmente hasta aproximadamente el 9 % de aglutinantes (por ejemplo, desde aproximadamente el 1 % hasta aproximadamente el 9 %). ;;Además del aglutinante, los materiales de carbono fluorado pueden mezclarse con un aditivo o una carga eléctricamente conductores. Los aditivos adecuados incluyen negro de carbono (por ejemplo, Super P, de Timcal), grafito natural y sintético, así como sus diversos derivados (incluyendo grafeno, nanoplaquetas de grafito, grafito expandido, tal como KS4, de Timcal), nanofibras de carbonos y nanotubos y formas no grafíticas de carbono, tal como coque, carbón vegetal o carbón activado. También pueden usarse diversos metales, particularmente aquellos en forma de polvo, como cargas conductoras en el cátodo y en algunas realizaciones se usan metales que no se oxidan a potenciales por encima de 3,0 V frente a litio. Los ejemplos de tales metales incluyen plata, oro, aluminio, titanio y mezclas de los mismos. ;;El cátodo puede contener (en peso de materiales activos de cátodo, aglutinantes y cargas conductoras) hasta aproximadamente el 15 % en peso de aditivos eléctricamente conductores (por ejemplo, desde aproximadamente el 1 % en peso hasta aproximadamente el 15 % en peso). Más normalmente, sin embargo, el cátodo puede contener hasta aproximadamente el 10 % en peso de aditivos eléctricamente conductores (por ejemplo, desde aproximadamente el 1 % en peso hasta aproximadamente el 10 % en peso). Con respecto a esto, cabe señalar que, una menor resistividad o alta conductividad significa que el cátodo es capaz de proporcionar mayor potencia al comienzo de la vida útil, antes de que el carbono fluorado (CF) se vuelva conductor como resultado de la descarga. ;;En algunas realizaciones, el cátodo incluye un material polimérico que actúa tanto como aglutinante como carga conductora. Tales materiales pueden ser polímeros conjugados (es decir, un polímero conjugado de n-sistemas), tal como, por ejemplo, polipirrol, politiofeno, polianilina y mezclas de los mismos. En tales realizaciones, el polímero conductor se mezcla normalmente con el material activo de carbono fluorado (CF) o se aplica al mismo, para proporcionar la mínima resistividad de cátodo posible. ;;Cabe señalar que entre las diversas realizaciones de la presente divulgación se incluyen realizaciones en las que el material de cátodo no está litiado. Dicho de otro modo, el material de cátodo se prepara de modo que, al menos inicialmente (es decir, antes de su uso), el material de cátodo está esencialmente libre de litio o iones de litio en el mismo (es decir, se añaden de manera intencionada litio o iones de litio como componente del material de cátodo durante la preparación). En una realización particular, el cátodo consiste esencialmente en carbono fluorado y, opcionalmente, un material aglutinante y/o un diluyente conductor (ambos tal como se detalla adicionalmente en otra parte en el presente documento). Sin embargo, tales materiales de cátodo pueden utilizarse en una celda electroquímica no acuosa con un ánodo de litio (Li), para baterías primarias (no recargables) o secundarías (recargables). Como resultado, en el uso, puede estar presente litio o iones de litio en un material de cátodo de este tipo. La presencia de tal litio o iones de litio en el uso, por tanto, no debe verse en un sentido limitativo. ;;La celda electroquímica no acuosa de la presente divulgación tiene adicionalmente un ánodo, que puede incluir cualquier material de ánodo adecuado para su uso en celdas electroquímicas no acuosas. Normalmente, sin embargo, el ánodo comprende un metal seleccionado del grupo IA o el grupo IIA de la tabla periódica de los elementos, incluyendo, por ejemplo, litio, magnesio, sodio, potasio, etc., y sus aleaciones y compuestos intermetálicos, incluyendo, por ejemplo, compuestos intermetálicos y aleaciones de Li-Mg, Li-Al, Li-Al-Mg, Li-Si, Li-B y Li-Si-B. La forma del ánodo puede variar, pero normalmente se fabrica como una lámina delgada del metal del ánodo, y un colector de corriente que tiene una lengüeta o cable extendidos fijados a la lámina del ánodo. La capacidad del ánodo puede ser desde aproximadamente igual a la capacidad del cátodo hasta aproximadamente un 35 % mayor que la del cátodo. ;;Tal como se indicó previamente, la celda electroquímica no acuosa de la presente divulgación incluye además un electrolito iónicamente conductor no acuoso, que sirve como trayecto para la migración de iones entre los electrodos del ánodo y el cátodo durante las reacciones electroquímicas de la celda. El electrolito puede estar o bien es estado líquido o bien en estado sólido, o ambos. La reacción electroquímica a los electrodos implica conversiones de iones en formas atómicas o moleculares que migran desde el ánodo hasta el cátodo. Por tanto, los electrolitos no acuosos adecuados para la presente divulgación son sustancialmente químicamente inertes a los materiales de ánodo y cátodo. Además, un electrolito adecuado en estado líquido presenta esas propiedades físicas que son beneficiosas para el transporte iónico (por ejemplo, baja viscosidad, baja tensión superficial y/o buena humectabilidad). ;;Los diversos componentes del electrolito pueden seleccionarse de entre aquellos generalmente conocidos en la técnica, que son adecuados para su uso en combinación con los materiales de cátodo detallados en otra parte en el presente documento. Preferiblemente, sin embargo, un electrolito adecuado para su uso según la presente divulgación tiene una sal iónicamente conductora inorgánica disuelta en un disolvente no acuoso (o sistema de disolventes, cuando se usa una mezcla de disolventes). Más preferiblemente, el electrolito incluye una sal de metal alcalino ionizable disuelta en un disolvente orgánico aprótico o una mezcla de disolventes que comprende un disolvente de baja viscosidad y un disolvente de alta permitividad. Sin querer limitarse a ninguna teoría particular, la sal iónicamente conductora inorgánica se cree que sirve como vehículo para la migración de los iones del ánodo para hacerlos reaccionar con el material activo de cátodo. Por consiguiente, la sal de metal alcalino formadora de iones puede ser similar al metal alcalino que comprende el ánodo. ;;En una realización particular de la presente divulgación, la sal iónicamente conductora tiene la fórmula general MM'F6 o MM'F4, donde M es un metal alcalino que es el mismo que al menos uno de los metales en el ánodo y M' es un elemento seleccionado del grupo que consiste en fósforo, arsénico, antimonio y boro. Las sales adecuadas para obtener la fórmula M'F6 incluyen, por ejemplo, hexafluorofosfato (PF6), hexafluoroarseniato (AsF6) y hexafluoroantimoniato (SbF6), mientras que las sales adecuadas para obtener la fórmula M'F4 incluyen, por ejemplo, tetrafluoroborato (BF<4>). Alternativamente, pueden usarse las sales de sodio o potasio correspondientes. Por tanto, para un ánodo de litio, la sal de metal alcalino del electrolito puede seleccionarse opcionalmente de, por ejemplo, LiPF6, LiAsF6, LiSbF6 y LiBF4, así como mezclas de las mismas. Otras sales que son útiles con un ánodo de litio incluyen, por ejemplo, LiClO4, LiAlCU, LiGaCU, LiC(SO2CF3)3, LiB(C6H4O2)2, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2C2F5)2, LiB(C2O4)2 y Li(CF3SO3), así como mezclas de las mismas. ;;Los disolventes de baja viscosidad que pueden ser adecuados para su uso según la presente divulgación en la celda electroquímica no acuosa incluyen, por ejemplo, diversas lactonas, ésteres, carbonatos, sulfonatos, sulfitos, nitrilos y éteres. Más particularmente, sin embargo, el disolvente puede seleccionarse de, por ejemplo, carbonato de dimetilo (DMC), carbonato de dietilo, 1,2-dimetoxietano (DME), tetrahidrofurano (THF), acetato de metilo (MA), diglima, triglima, tetraglima, carbonato de etilmetilo, carbonato de vinileno, dioxolano, dioxano, dimetoxietano y disolventes de alta permitividad, incluyendo, por ejemplo, carbonatos cíclicos, ésteres cíclicos y amidas cíclicas (tal como carbonato de propileno (PC), carbonato de etileno (EC), acetonitrilo, dimetilsulfóxido, dimetilformamida, dimetilacetamida, gamma-butirolactona (GBL) y N-metil-pirrolidinona (NMP)), así como diversas mezclas o combinaciones de los mismos. ;;El tipo y la composición del disolvente usado en el electrolito, y/o el tipo y la concentración de una sal presente en el mismo, puede seleccionarse para optimizar una o más propiedades físicas y/o de rendimiento de la celda electroquímica no acuosa de la presente divulgación. Por ejemplo, en una o más realizaciones de la presente divulgación, la concentración de la sal en el electrolito puede estar en el intervalo de desde aproximadamente 0,3 M hasta aproximadamente 2,5 M, o desde aproximadamente 0,4 M hasta aproximadamente 2 M, o desde aproximadamente 0,5 M hasta aproximadamente 1,6 M. En estas u otras realizaciones de la presente divulgación, en las que se emplea un sistema de disolventes mixto, la razón (volumétrica) puede oscilar, por ejemplo, entre aproximadamente 1:9 y aproximadamente 9:1 de un primer disolvente (por ejemplo, un disolvente de carbonato, tal como carbonato de propileno) y un segundo disolvente (por ejemplo, un disolvente de alcano sustituido, tal como 1,2-dimetoxiletano); es decir, el sistema de disolventes puede comprender desde aproximadamente el 10 % en volumen hasta aproximadamente el 90 % en volumen, o desde aproximadamente el 20 % en volumen hasta aproximadamente el 80 % en volumen, o desde aproximadamente el 30 % en volumen hasta aproximadamente el 70 % en volumen, de un primer disolvente, siento todo o sustancialmente todo el resto del sistema de disolventes el segundo disolvente. En una realización, sin embargo, el ánodo es metal de litio y el electrolito preferido es de aproximadamente 1 M a aproximadamente 1,8 M, o de aproximadamente 1,2 M a aproximadamente 1,6 M, siendo LiBF4 en un sistema de disolventes mixto de PC/DME (la concentración del sistema de disolventes desde aproximadamente el 10 % en volumen de PC/90 % en volumen de DME y aproximadamente el 70 % en volumen de PC/30 % en volumen de DME). La cantidad en peso de electrolito incluido en la celda puede ser de desde aproximadamente el 40 % hasta aproximadamente el 120 %, o incluso desde el 50 % hasta aproximadamente el 100 %, de la cantidad de materiales activos de cátodo (por ejemplo, materiales de carbono fluorado) añadidos a la celda. ;;La celda electroquímica no acuosa de la presente divulgación incluye adicionalmente un material de separador adecuado, que se selecciona para separar el cátodo/material de cátodo del ánodo/material de ánodo del grupo IA o IIA, para impedir las condiciones de cortocircuito interno. El separador se selecciona normalmente de materiales conocidos en la técnica por ser eléctricamente aislantes (y algunas veces iónicamente conductores), químicamente no reactivos con los materiales activos de ánodo y cátodo, y tanto químicamente no reactivos con como insolubles en el electrolito. Además, el material de separador se selecciona de modo que tenga un grado de porosidad suficiente para permitir que el electrolito fluya a través del mismo durante la reacción electroquímica de la celda. La celda puede fabricarse de modo que el separador se enrolle entre el ánodo y el cátodo o se someta a termosellado alrededor de uno o ambos del ánodo y el cátodo. El material de separador puede seleccionarse para que tenga un grosor que oscila, por ejemplo, entre aproximadamente 15 |im y aproximadamente 75 |im, o entre aproximadamente 10 |im y aproximadamente 50 |im. En algunas realizaciones, el separador es un material laminado de uno dos o más capas oscilando el grosor total del separador entre las cantidades enumeradas anteriormente. ;;Por consiguiente, los materiales de separador adecuados incluyen normalmente, o pueden seleccionarse de, membranas poliméricas porosas y no porosas, tales como por ejemplo: polipropileno, polietileno, poliamida (por ejemplo, nailon), polisulfona, poli(cloruro de vinilo) (PVC), y materiales similares, y combinaciones de los mismos (por ejemplo, una membrana tricapa, tal como una membrana tricapa de polipropileno/polietileno/polipropileno), así como materiales textiles tejidos de fibras fluoropoliméricas, incluyendo, por ejemplo, poli(fluoruro de vinilideno) (PVDF), poli(fluoruro de vinilideno)-cohidrofluoropropileno (PVDF-HFP), copolímero de tetrafluoroetileno-etileno (PETFE), copolímero de clorotrifluoroetileno-etileno, y combinaciones de los mismos. Los materiales textiles tejidos de estas fibras fluoropoliméricas pueden usarse o bien solas o bien laminadas en una película microporosa (por ejemplo, una película microporosa fluoropolimérica). ;;La forma o configuración de la celda electroquímica no acuosa de la presente divulgación puede seleccionarse generalmente de las conocidas en la técnica. La celda puede conformarse en diversas configuraciones incluyendo, por ejemplo, un ánodo enrollado en espiral, plegado en Z con un cátodo de placas paralelas, o una configuración de múltiples placas paralelas (tanto para el ánodo como para el cátodo). El cátodo puede suponerse con el ánodo con una o dos capas de separador interpuestas entre los mismos. La capacidad del ánodo está normalmente dentro de un intervalo de desde aproximadamente igual a la capacidad del cátodo, hasta aproximadamente el 15 %, aproximadamente el 25 %, o incluso aproximadamente el 35 % mayor que la capacidad del cátodo. ;;En una realización particular, sin embargo, la forma o configuración de la celda electroquímica no acuosa es un diseño negativo de contenedor, en el que los componentes de cátodo/ ánodo/ separador/ electrolito se encierran en una carcasa de metal conductor de modo que la carcasa está conectada al colector de corriente de ánodo en una configuración negativa de contenedor, aunque también es adecuado el diseño neutro de contenedor. Los materiales preferidos para la carcasa incluyen titanio, acero inoxidable, níquel y aluminio. El cabezal de carcasa incluye una tapa metálica que tiene un número suficiente de aberturas para alojar la junta vidriometal/alimentación de pasador terminal de paso para el electrodo de cátodo. El electrodo de ánodo está conectado preferiblemente al contenedor. Se proporciona una abertura adicional para el llenado del electrolito. El cabezal de carcasa comprende elementos que tienen compatibilidad con los otros componentes de la celda electroquímica no acuosa y pueden ser resistentes a la corrosión. Después de esto se llena la celda con la disolución de electrolito descrito anteriormente en el presente documento, siendo el peso del electrolito normalmente de aproximadamente el 40 % a aproximadamente el 120 %, o de aproximadamente el 60 % a aproximadamente el 110 %, del peso del carbono fluorado, y luego se sella herméticamente, tal como soldando un tapón de acero inoxidable sobre el orificio de llenado. Con respecto a esto, cabe señalar que, sin embargo, la celda de la presente divulgación puede construirse alternativamente en un diseño positivo de contenedor. Por consiguiente, la descripción proporcionada en el presente documento no debe verse en un sentido limitativo. La forma de la carcasa no es crítica y puede ser de tipo botón, cilíndrica o rectangular o de otra manera. ;;Con respecto a esto, cabe señalar que otros componentes de la celda electroquímica no acuosa (por ejemplo, colectores de corriente, etc.) pueden seleccionarse de los componentes generalmente conocidos en la técnica, sin apartarse del alcance de la presente divulgación. El colector de corriente puede ser una construcción de aluminio, titanio, acero inoxidable o acero al carbono y puede configurarse como una lámina, pantalla sometida a grabado químico, metal expandido, pantalla troquelada o lámina perforada. El colector de corriente puede recubrirse con carbono, metales nobles o un recubrimiento de tipo carburo. El recubrimiento proporciona una resistencia mecánica estable en la superficie de contacto electroquímica del colector de corriente con los materiales activos de carbono fluorado. El carbono fluorado seco también puede extruirse o recubrirse sobre un sustrato no de unión para formar una lámina independiente que posteriormente se troquela para dimensionarla y se aplica al colector de corriente mediante compresión. Alternativamente, la mezcla de cátodo puede estar en forma de una suspensión o pasta y aplicarse a una lámina o lámina perforada, y luego se seca. Independientemente del método de preparación, el cátodo puede comprimirse o someterse a calandrado hasta un grosor mínimo sin afectar negativamente la capacidad de potencia de la celda. La cantidad total de material de cátodo aplicado al colector de corriente puede ser de desde aproximadamente 7 mg/cm2 hasta aproximadamente 150 mg/cm2 o desde aproximadamente 7 mg/cm2 hasta aproximadamente 80 mg/cm2. ;;Una vez que se ha preparado el material de cátodo mezclando los componentes de cátodo activo (por ejemplo, carbono fluorado), aglutinante y aditivos eléctricamente conductores, el material de cátodo puede depositarse sobre el colector de corriente de cátodo en forma de una única mezcla sustancialmente homogénea (por ejemplo, en la que se mezclan los materiales de cátodo de carbono fluorado individuales, es decir, se mezclan de modo que los materiales se distribuyen de manera uniforme completamente los unos en los otros y luego esta mezcla se deposita en forma de una única capa sobre el colector de corriente de cátodo). Alternativamente, sin embargo, los materiales de carbono fluorado individuales pueden depositarse en forma de capas sobre: (i) el mismo lado del colector de corriente (por ejemplo, carbono fluorado derivado de coque que tiene la fórmula CFx, siendo x entre mayor de aproximadamente 0,9 y aproximadamente 1,2, se deposita sobre la superficie del colector de corriente como primera capa, teniendo entonces el carbono fluorado derivado de brea de petróleo la fórmula CFz, siendo z entre aproximadamente 0,8 y aproximadamente 1,2, se deposita sobre la primera capa como segunda capa, y carbono fluorado derivado de coque que tiene la fórmula CFy, siendo y entre aproximadamente 0,4 y menos de aproximadamente 0,9 se deposita sobre la segunda capa como tercera capa, o cualquier combinación de estos); o (ii) lados opuestos del colector de corriente (por ejemplo, como en sistemas terciarios en la que se depositan dos capas sobre un lado y una única capa sobre la otra o cuando se mezclan dos componentes y los materiales mezclados se depositan como una única capa sobre un lado y el tercer material se deposita sore el otro lado del colector de corriente). En estas y diversas otras realizaciones, la carga de material de cátodo sobre una superficie del colector de corriente es normalmente de desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 35 mg/cm2 (por lado), o desde aproximadamente 6 hasta aproximadamente 30 mg/cm2 y adecuadamente puede ser de desde aproximadamente 7 hasta aproximadamente 21 mg/cm2. ;En una realización a modo de ejemplo, el cátodo se prepara poniendo en contacto una mezcla seca de desde aproximadamente el 82 hasta aproximadamente el 94 por ciento en peso del material activo de carbono fluorado, hasta aproximadamente el 15 por ciento en peso de un diluyente conductor, y de aproximadamente el 2 a aproximadamente el 9 por ciento en peso de un aglutinante polimérico, sobre un colector de corriente. El colector de corriente está fabricado de aluminio, titanio, acero inoxidable o carbono y está en forma de lámina, pantalla sometida a grabado químico, metal expandido, pantalla troquelada o lámina perforada. El colector de corriente se recubre preferiblemente con carbono, un metal noble o un recubrimiento de tipo carburo. Esto proporciona una resistencia mecánica estable a la superficie de contacto electroquímica del colector de corriente con el carbono fluorado (CF). La mezcla de CF seca también puede extruirse o recubrirse sobre un sustrato no de unión para formar una lámina independiente que posteriormente se troquela para dimensionarla y se aplica al colector de corriente mediante compresión. Alternativamente, la mezcla de cátodo en forma de suspensión o pasta se aplica a una lámina o lámina perforada, y luego se seca el cátodo. Independientemente del método de preparación, el cátodo se comprime o se somete a calandrado hasta un grosor mínimo sin afectar negativamente la capacidad de potencia de la celda. La cantidad de material de cátodo es normalmente de desde aproximadamente 7 mg/cm2 hasta aproximadamente 150 mg/cm2 ;;Cabe señalar que, a menos que se indique de otra manera, las diversas concentraciones, intervalos de concentración, inclusiones en porcentaje, razones y similares citados en el presente documento, se proporcionan únicamente con fines de ilustración y, por tanto, no deben verse en un sentido limitativo. Cabe señalar adicionalmente que todas las diversas combinaciones y permutaciones de las composiciones, concentraciones, inclusiones en porcentaje, razones, componentes y similares están destinados a estar dentro del alcance de y soportados por la presente divulgación. ;;2. Preparación de material de cátodo ;;Los materiales de carbono fluorado pueden prepararse mediante métodos generalmente conocidos por los expertos en la técnica, tal como poniendo en contacto de manera continua la fuente de carbono (por ejemplo, coque, tal como coque de petróleo, brea de petróleo activada en forma de perlas, carbón activado en forma de perlas (BAC), carbón activado, carbón vegetal y materiales grafíticos) con un gas que contiene flúor (por ejemplo, gas de flúor diluido en un gas portador inerte, tal como nitrógeno o argón o mezclas de los mismos) en un recipiente de reacción. El gas que contiene flúor agotado puede retirarse de manera continua del recipiente de reacción. Generalmente, la reacción de fluoración puede producirse a temperaturas que oscilan entre aproximadamente temperatura ambiente y aproximadamente 550 °C, pero normalmente se produce a una temperatura en el intervalo de desde aproximadamente 300 °C hasta aproximadamente 450 °C. Adicionalmente, la reacción puede producirse a presión atmosférica, o alternativamente puede producirse a presiones elevadas (es decir, presión por encima de la presión atmosférica). Las partículas de carbono pueden ponerse en contacto con gas que contiene flúor hasta que se logre el grado deseado de fluoración (tal como se determina mediante medios conocidos en la técnica); sin embargo, los tiempos de reacción adecuados pueden ser, por ejemplo, desde aproximadamente 1 hora hasta aproximadamente 40 horas, o desde aproximadamente 4 hasta aproximadamente 35 horas, o desde aproximadamente 6 hasta aproximadamente 30 horas, dependiendo de las variables del sistema de reacción (tal como, por ejemplo, los componentes de reacción, la concentración y velocidad de flujo del gas que contiene flúor, el grado deseado de fluoración, las temperaturas de funcionamiento, presiones y similares). Aunque la cantidad de flúor usada en el procedimiento, y/o la concentración en el gas, puede variar, cabe señalar que la cantidad de flúor se controla preferiblemente para limitar el flúor en exceso, puesto que el flúor en exceso puede dar como resultado la formación de productos gaseosos y la destrucción correspondiente del sólido de carbono. ;;Haciendo referencia ahora a la figura 1, en una realización particular, se usa carbón activado en forma de perlas (BAC) para preparar el material de cátodo de carbono fluorado. BAC es un carbón activado muy esférico con brea de petróleo como materia prima. Además de tener de manera intrínseca el rendimiento de absorción del carbón activado, el BAC tiene diversas características, incluyendo, por ejemplo: pequeño tamaño de partícula, alta capacidad de llenado, alta fluidez, alta pureza, bajo contenido de polvo fino, alta resistencia mecánica, alta resistencia al desgaste y distribución de tamaño de partícula estrecha. Adicionalmente, el BAC suministra un producto de calidad estable a través de una producción integrada a partir de la materia prima brea. Además, el BAC tiene características superiores derivadas del uso de brea de alta calidad, formación de perlas que no usan un aglutinante, e infusibilización y activación uniformes mientras fluye. Un procedimiento de producción de BAC general implica las etapas de: ;;Aceite —> Síntesis de brea -^Formación de perlas ;en bruto ;i ;;Infusibilización Activación ;;i ;;Tamizado (opcional)- *Producto

Tal como se comentó anteriormente, los materiales de carbono pueden fluorarse hasta que se logre el grado promedio de fluoración deseado para los tres tipos o formas distintas de carbono fluorado (es decir, hasta que x, y y/o z en las fórmulas proporcionadas anteriormente alcancen el valor promedio deseado). En términos generales, sin embargo, la fluoración puede llevarse a cabo hasta que se obtenga un material de carbono fluorado adecuado. Tal material puede caracterizarse generalmente por una razón molar de carbono con respecto a flúor de aproximadamente 1:0,1 a aproximadamente 1:1,9, o de aproximadamente 1:0,4 a aproximadamente 1:1,2; indicado de manera diferente, los carbonos fluorados adecuados pueden caracterizarse generalmente por las fórmulas CFq, donde q es de desde aproximadamente 0,1 hasta aproximadamente 1,9, o desde aproximadamente 0,4 hasta aproximadamente 1,2 (abarcando así de manera amplia la fórmula CFq los tres materiales de carbono fluorado representados por las fórmulas CFx, CFy y CFz).

Los tamaños de partícula del carbono fluorado utilizado en el cátodo pueden variar sin apartarse del alcance de la presente divulgación. Por ejemplo, el tamaño de partícula promedio (por ejemplo, el diámetro nominal) del carbono fluorado (por ejemplo, CFz) derivado de brea de petróleo (por ejemplo, brea de petróleo en forma de perlas) puede ser de desde aproximadamente 100 |im hasta aproximadamente 1200 |im, o desde aproximadamente 150 |im hasta aproximadamente 1000 |im. En determinadas realizaciones preferidas, sin embargo, el tamaño promedio de tal carbono fluorado es de desde aproximadamente 500 |im hasta aproximadamente 700 |im. En cambio, el tamaño de partícula promedio (por ejemplo, el diámetro nominal) del carbono fluorado (por ejemplo, CFx) derivado de coque de petróleo puede ser de desde aproximadamente 0,1 |im hasta aproximadamente 300 |im, y es normalmente de desde aproximadamente 0,5 |im hasta aproximadamente 100 |im.

Con respecto a esto, cabe señalar que los tamaños de partícula citados anteriormente pueden lograrse directamente, o mediante una reducción de tamaño de partícula (usando medios generalmente conocidos en la técnica). Por ejemplo, una vez preparado, el material de carbono fluorado resultante puede reducirse opcionalmente en tamaño mediante molienda o trituración. Por tanto, puede obtenerse opcionalmente (o bien directamente o bien mediante reducción de tamaño de partícula) un material adecuado con un tamaño de partícula de desde aproximadamente 0,1 hasta aproximadamente 300 |im (por ejemplo, desde aproximadamente 0,1 |im hasta aproximadamente 200 |im o desde aproximadamente 0,5 |im hasta aproximadamente 50 |im) para su uso en el cátodo.

Se ha hallado que los tamaños de partícula dentro de los intervalos citados conducen a una dispersión mejor de los materiales particulados y a una salida de mayor capacidad debido al área superficial aumentada. La reducción de tamaño de partícula puede lograrse de manera adecuada mediante molienda (tal como molienda de bolas o molienda de chorro) una suspensión líquida (es decir, suspensión) de las partículas. La suspensión puede contener de manera adecuada de desde aproximadamente el 30 % hasta aproximadamente el 80 % en peso de sólidos (por ejemplo, de aproximadamente el 40 % a aproximadamente el 70 % o desde aproximadamente el 45 % hasta aproximadamente el 60 %). La viscosidad de la suspensión puede ser de desde aproximadamente 400 cP hasta aproximadamente 2500 cP y normalmente desde aproximadamente 600 cP hasta aproximadamente 1600 cP.

3. Usos y propiedades de rendimiento de la celda electroquímica

Sin querer limitarse a ninguna teoría particular, cabe señalar que la combinación de tres (o más) materiales de cátodo de carbono fluorado distintos o diferentes se cree que es particularmente ventajosa, al menos en parte porque la combinación de estos materiales produce un material que tiene una capacidad de potencia y/o tasa sorprendentemente mayores que las esperadas, basándose en las capacidades de potencia y tasa individuales de los cátodos que contienen sólo uno de los materiales de carbono fluorado distintos. Dicho de otro modo, tal como se ilustra adicionalmente a continuación, la potencia de una celda electroquímica no acuosa que comprende un cátodo híbrido (o material de cátodo) tal como se detalla en el presente documento se ha observado que es mayor que la suma de las capacidades de potencia individuales de celdas preparadas de manera similar que comprenden sólo uno de los materiales de cátodo de carbono fluorado individuales solos.

Los carbonos fluorados individuales incluidos en los cátodos de la presente divulgación pueden caracterizarse adicional o alternativamente por su perfil de descarga, cada uno de los cuales contribuye al perfil de descarga global de la celda híbrida. En términos generales, por tanto, la presente divulgación se refiere adicional o alternativamente a una celda electroquímica no acuosa que comprende, en una parte relevante, un primer material de cátodo de carbono fluorado, un segundo material de cátodo de carbono fluorado y un tercer material de cátodo de carbono fluorado, presentando cada uno del primer, segundo y tercer materiales de cátodo de carbono fluorado una tensión de descarga a o por encima 2,5 voltios que es distinta de las otras dos.

En una realización particular de la presente divulgación, el primer carbono fluorado puede tener una tensión de descarga inicial de desde aproximadamente 2,3 V hasta aproximadamente 2,7 V, y más particularmente desde aproximadamente 2,4 V hasta aproximadamente 2,6 V, y una capacidad de descarga de desde aproximadamente 800 mAh/g hasta aproximadamente 870 mAh/g cuando el primer material de cátodo de carbono fluorado se descarga a aproximadamente 1,5 V (véase, por ejemplo, la figura 8). El segundo material de cátodo de carbono fluorado puede tener una tensión de descarga inicial de desde aproximadamente 2,7 V hasta aproximadamente 3,1 V, y más particularmente desde aproximadamente 2,8 V hasta aproximadamente 3,0 V, y una capacidad de descarga de desde aproximadamente 680 mAh/g hasta aproximadamente 800 mAh/g cuando el segundo material de cátodo de carbono fluorado se descarga a aproximadamente 1,5 V (véase, por ejemplo, la figura 9). El segundo material de cátodo de carbono fluorado puede caracterizarse también u opcionalmente mediante una tensión de descarga en bajada de al menos aproximadamente 0,1 V por 100 mAh/g desde aproximadamente 2,9 V hasta aproximadamente 2,6 V, o al menos aproximadamente 0,2 V por 100 mAh/g desde aproximadamente 2,9 V hasta aproximadamente 2,6 V. El tercer material de cátodo de carbono fluorado puede tener una tensión de descarga inicial de desde aproximadamente 2,6 V hasta aproximadamente 3,0 V, y más particularmente de aproximadamente 2,7 V a aproximadamente 2,9 V, y una capacidad de descarga de desde aproximadamente 825 mAh/g hasta aproximadamente 875 mAh/g cuando el tercer material de cátodo de carbono fluorado se descarga a aproximadamente 1,5 V (véase, por ejemplo, la figura 10). El tercer material de cátodo de carbono fluorado también u opcionalmente puede tener una tensión de descarga en bajada de al menos aproximadamente 0,03 V por 100 mAh/g desde aproximadamente 2,8 V hasta aproximadamente 2,6 V, o de al menos aproximadamente 0,05 V por 100 mAh/g desde aproximadamente 2,8 V hasta aproximadamente 2.6 V.

Con respecto a esto, cabe señalar que los perfiles de descarga, o la forma o la pendiente de la curva de descarga, para uno o más de los materiales de cátodo de carbono fluorado puede cambiarse o alterarse en función de, por ejemplo, la tasa de descarga y, por tanto, no debe verse en un sentido limitativo.

De manera adecuada el primer, segundo y tercer materiales de cátodo de carbono fluorado pueden combinarse para producir un cátodo híbrido con capacidad de potencia y tasa mejoradas. Cada material de cátodo individual contribuye al perfil de tensión de descarga del cátodo híbrido (tal como se ilustra en la figura 11). En realizaciones adecuadas, el cátodo híbrido tiene una tensión de descarga inicial de desde aproximadamente 2.6 V hasta aproximadamente 3,0 V, y más particularmente desde aproximadamente 2,7 V hasta aproximadamente 2,9 V, y una capacidad de descarga de desde aproximadamente 825 mAh/g hasta aproximadamente 875 mAh/g cuando el cátodo se descarga a aproximadamente 1,5 V (véase, por ejemplo, la figura 11). Haciendo referencia a las figuras 8-11 y, la figura 10 en particular, puede observarse que el componente de carbono fluorado derivado de brea (o el tercer componente de carbono fluorado, CFz), que puede ser, por ejemplo, P5000, en primer lugar, se descarga hasta aproximadamente 2,5 V. Después de esto, los componentes derivados de coque (o el primer y segundo componentes de carbono fluorado, CFx y CFy, respectivamente) son los principales contribuidores al perfil de descarga. Finalmente, acercándose a aproximadamente 1,5 V, los tres materiales contribuyen al perfil de descarga.

Cabe señalar que la composición precisa de los materiales de cátodo de carbono fluorado puede seleccionarse para optimizarla para una propiedad de rendimiento deseada, y/o la aplicación de uso final deseada de la celda electroquímica no acuosa que la contiene. El material de cátodo de la presente divulgación es generalmente adecuado para su uso en esencialmente cualquier celda electroquímica no acuosa conocida en la técnica, particularmente las diseñadas para suministrar corrientes de impulsos altas (donde las corrientes de impulsos “altas” son normalmente 0,5C o mayor, donde C es la capacidad asignada en amperios-hora).

Con respecto a esto, cabe señalar que, tal como se usa en el presente documento, el término “impulso” se refiere a una ráfaga corta de corriente eléctrica de amplitud significativamente mayor que la de una corriente previa al impulso inmediatamente antes del impulso. Un “tren de impulsos” incluye al menos un impulso de corriente eléctrica. Si el tren de impulsos incluye más de un impulso, se suministran en una sucesión relativamente corta con reposo de circuito abierto entre los impulsos. Un tren de impulsos a modo de ejemplo puede incluir cuatro impulsos de 10 segundos con 15 segundos de reposo entre cada impulso. Normalmente, un impulso de 10 segundos es adecuado para aplicaciones implantables médicas. Sin embargo, podría ser significativamente más corto o más largo dependiendo de la química y el diseño de la celda específicos.

Adicionalmente, una celda electroquímica no acuosa de este tipo de la presente divulgación, que contiene el material catódico mencionado, es generalmente adecuada para varias aplicaciones o dispositivos conocidos, incluyendo, por ejemplo: dispositivos médicos (tales como marcapasos, desfibriladores, monitores cardiacos, sistemas de administración de fármacos, sistemas de alivio del dolor, etc.), dispositivos electrónicos militares portátiles (tales como radios, transpondedores, miras para armas, etc.), dispositivos marinos (como boyas acústicas, torpedos, etc.), dispositivos aeroespaciales (tales como sondas para el espacio profundo, sistemas de comando de destrucción, sistemas de energía de respaldo, etc.), sensores militares y comerciales, sistemas de recolección remota de datos, entre otras aplicaciones y dispositivos conocidos. Un material de cátodo de este tipo puede ser particularmente ventajoso para su uso en celdas electroquímicas de tasa media y/o alta, que a su vez pueden usarse en dispositivos tales como neuroestimuladores, marcapasos, cardiodesfibriladores implantables y dispositivos para insuficiencia cardiaca congestiva (es decir, dispositivos que usan fuentes de alimentación que proporcionan impulsos eléctricos a nivel de miliamperios, en el caso de dispositivos de tasa media, e impulsos eléctricos a nivel de amperios, en el caso de dispositivos de alta tasa, para controlar o tratar el dolor, el movimiento muscular, los trastornos neurológicos, la bradicardia, la taquicardia y la terapia de resincronización cardiaca).

En una realización particular, la celda electroquímica no acuosa de la presente divulgación puede estar configurada como una batería o celda de reserva, mediante lo cual el electrolito no acuoso se mantiene de manera independiente de los electrodos, aumentando el periodo de almacenamiento útil de la batería por encima de un intervalo amplio de temperatura. Cuando es necesario, el electrolito no acuoso y los electrodos pueden poner en contacto de manera automática, permitiendo que la batería funcione de una manera normal.

Los materiales de cátodo de la presente divulgación, y las celdas electroquímicas no acuosas que comprenden los mismos, pueden poseer adicionalmente una o más de otras propiedades de rendimiento que son similares a, si no mejoradas o potenciadas en comparación con, otros materiales y celdas generalmente conocidos en la técnica. Por ejemplo, en diversas realizaciones se ha observado que las celdas electroquímicas no acuosas o baterías que incluyen un cátodo que comprende materiales de cátodo de CF mixto presentan una potencia y/o una tasa que es sustancialmente similar a, si no mayor que, las de otros cátodos de alta energía actualmente en uso, tal como los que contienen una única fuente de CF. En otras diversas realizaciones, sin embargo, una celda electroquímica no acuosa que comprende el material de cátodo de la presente divulgación puede presentar una energía específica, densidad de energía o capacidad mejoradas o potenciadas en comparación con, por ejemplo, celdas electroquímicas no acuosas convencionales que usan materiales de cátodo que no incluyen tres o más materiales de cátodo de carbono fluorado (CF). Adicional, o alternativamente, las celdas electroquímicas no acuosas de la presente divulgación pueden generar ventajosamente aproximadamente el 5 %, aproximadamente el 10 %, o incluso aproximadamente el 15 % menos de calor cuando están en uso, en comparación con, por ejemplo, celdas electroquímicas no acuosas configuradas o preparadas de manera similar que comprenden un material de cátodo de carbono fluorado convencional (tal como de detalla adicionalmente en, por ejemplo, el ejemplo 5 en el presente documento).

Los siguientes ejemplos no limitativos se proporcionan para ilustrar adicionalmente los diversos detalles y realizaciones de la presente divulgación.

Ejemplos

Ejemplo 1: Caracterización física y química de carbono fluorado derivado de coque (CF<1>) y carbono fluorado derivado de brea (CF<1>)

Se determinaron los patrones de difracción de rayos X del carbono fluorado derivado de coque (es decir, CFx, que se comercializó comercialmente como CF<1>, pero se determinó analíticamente que estaba más cerca de CFü,9, tal como se proporciona en la tabla 2, a continuación), y carbono fluorado derivado de brea (es decir, CFz, que en este caso era de CF<1>, tal como se proporciona en la tabla 2, a continuación) para caracterizar el rendimiento y la estructura física de los materiales de CF (figura 3). La figura 3 ilustra que existe poca diferencia en la firma de XRD entre estos dos materiales de CF.

El tamaño de cristal de los materiales se calculó mediante la siguiente ecuación:

Lc= (K A)/ (L Cos 0),

en la que Lc es el tamaño de cristal, K es una constante del instrumento (normalmente 1), A es la longitud de onda de los rayos X (1,54 A), L es la anchura máxima a media altura (FWHM) y 9 es el ángulo de difracción. El tamaño de cristal (Lc) del material de carbono fluorado derivado de coque fue de 2,99 nm, mientras que el carbono derivado de brea tenía un tamaño de cristal ligeramente mayor de 4,5 nm.

Se estudio la naturaleza química de la superficie de los materiales usando espectroscopía de fotones por rayos X (XPS). El barrido de reconocimiento de XPS (figuras 4-7) muestra los elementos carbono y flúor sobre la superficie de los materiales. En las figuras 4-7 se muestran barridos detallados adicionales de carbono y flúor y sus picos.

El pico de flúor tenía sólo un pico principal que apareció a 688,3 eV en ambos materiales. Esto indica que todo el flúor en los materiales está unido covalentemente al carbono y forma un enlace C-F. El análisis detallado del carbono se muestra en la tabla 1, a continuación, con los porcentajes de cada tipo de enlace para el material mostrado entre paréntesis. El material derivado de brea de petróleo tenía dos picos a 288,7 eV y 290,6 eV que representan los enlaces C-F y C-F<2>, respectivamente. Se cree que el enlace C-F<2>se produce probablemente en los bordes de los materiales de CF.

En el caso del material de carbono fluorado derivado de coque, el análisis detallado del carbono mostró varios picos a 289 eV (C-F), 290,3 eV (C-F<2>), 288,6 eV (-C<10>Fs-)n y 287,3 eV (-C4F-)n. Los dos picos adicionales a 288,6 eV y 287,3 eV representan niveles menores de fluoración. Los datos indican que el carbono fluorado derivado de brea es principalmente CF<1>, mientras que el carbono fluorado derivado de coque tiene un pequeño porcentaje de carbono fluorado menor mezclado con CF<1>. Por consiguiente, se piensa que el material derivado de brea tiene una estructura más deseable hecha principalmente de monofluoruro de carbono que puede dar como resultado la mayor tensión de descarga inicial de 300 mV.

Tabla 1

Tabla 1: Datos de espectroscopía de fotones por rayos X que detallan los picos de carbono y flúor del carbono fluorado derivado de brea y el carbono fluorado derivado de coque.

Las características físicas del carbono fluorado derivado de brea (CF<1>) y el carbono fluorado derivado de coque (CF<1>) se muestran en la tabla 2. Tal como se muestra en la tabla 2, la concentración de flúor en el material derivado de brea es ligeramente mayor que la del material derivado de coque. El material derivado de brea también tenía un tamaño de partícula aproximadamente 40 veces mayor que el material derivado de coque (antes de la reducción de tamaño de partícula) y tenía un área superficial aproximadamente un 50 % mayor. La mayor área superficial puede explicarse por el tamaño de cristal más pequeño del material de cátodo de carbono fluorado derivado de brea que da como resultado más poros interior. Una imagen de microscopio electrónico de barrido del material derivado de brea (figura 2) demuestra que la superficie de las partículas es rugosa lo que conduciría a una mayor área superficial.

Tabla 2

Tabla 2: Propiedades físicas del carbono fluorado derivado de brea y el carbono fluorado derivado de coque. Ejemplo 2: Determinación del perfil de descarga (impulso de 50 J) de una celda de la técnica anterior y una celda que contiene un cátodo híbrido de la presente divulgación

Se construyeron dos celdas Li/CF de 2,5 Ah en una bolsa de aluminio sellada. Una celda incluía un cátodo híbrido que contenía una mezcla de tres materiales de CF: el 40 % en peso de carbono fluorado derivado de coque de fórmula CF<1>, el 10 % en peso de carbono fluorado derivado de coque de fórmula CF<0>,<6>, y el 50 % en peso de carbono fluorado derivado de brea de fórmula CF<1>. La segunda celda era una celda de Li/CF de la técnica anterior. El cátodo híbrido también incluía carbono (grafito KS-4, el 6 % en peso del cátodo, y negro de carbono Super P, el 4 % en peso del cátodo, ambos de TIMCAL) como carga eléctricamente conductora y poli(fluoruro de vinilideno) (PVDF) como aglutinante. Se mezclaron los materiales y se esparcieron sobre un colector de corriente de aluminio recubierto con carbono. Aproximadamente se apilaron cinco pares de separador de cátodo y ánodo y conformaron la celda de tipo bolas.

El protocolo de prueba consistía en impulsos de 50 J; es decir, se aplicaron impulsos de 50 J a ambas celdas (figura 12). El tren de impulsos aplicado a las celdas incluía cuatro impulsos (50 J) de corriente eléctrica. Los impulsos se suministraron en sucesiones cortas con un reposo de circuito abierto de 15 segundos entre impulsos. Hubo un reposo de circuito abierto de 4 horas entre dos trenes sucesivos.

Tal como se observa en la figura 12, la celda que contenía el cátodo híbrido tenía una mayor tensión mínima de impulso que la celda de la técnica anterior, posiblemente debido a la inclusión del carbono fluorado derivado de brea (véase el ejemplo 3 a continuación). Más específicamente, tal como se ilustra en la figura 12, al comienzo de la vida útil, el cátodo híbrido que contiene P5000 tiene una mayor tensión mínima de impulso de 500 mV que el material de cátodo de la técnica anterior. Esto permite al cátodo híbrido suministrar más energía eléctrica bajo protocolos de descarga de alta potencia.

Cabe señalar que el eje x de las figuras 12-14 descrito como “DOD” es la profundidad de descarga de la celda, que es la razón de capacidad suministrada con respecto a la capacidad teórica (multiplicado por 100).

Ejemplo 3: Determinación del perfil de descarga (impulso de 50 J) de una celda que contiene un cátodo de carbono fluorado derivado de brea

Con fines de comparación con el ejemplo 2, se fabricó una celda con un cátodo fluorado derivado de brea (CF, o P5000) según el procedimiento del ejemplo 2. Se sometió la celda al mismo protocolo de impulsos de 50 J como en el ejemplo 2 (figura 13). Tal como puede observarse a partir de la figura 13, la tensión mínima de impulso de comienzo de vida útil era tal como de aproximadamente 2,5 V. La figura 13 también muestra el perfil de la celda que contiene la celda híbrida del ejemplo 2 que tiene una tensión mínima tan alta como 2,4 V.

Ejemplo 4: Determinación del perfil de descarga (impulso de 80 J) de una celda que contiene un cátodo híbrido de la presente divulgación y una celda que contiene un cátodo de carbono fluorado derivado de brea

Se sometieron una celda que contenía un cátodo híbrido con la misma composición de componentes de carbono fluorado que el cátodo híbrido del ejemplo 2 y una celda que tenía un cátodo de carbono fluorado derivado de brea (CF<1>o P5000) a un protocolo de descarga de 80 J, similar al del ejemplo 2 (figura 14). La tensión mínima de impulso de comienzo de vida útil de la celda que contenía el cátodo híbrido era tan alta como aproximadamente 2,3 V, similar a la de la celda que contenía un carbono fluorado derivado de brea (2,4 V).

Ejemplo 5: Comparación del calor generado por una celda que contiene un cátodo de carbono fluorado derivado de coque y una celda que contiene un cátodo de carbono fluorado derivado de brea

Se determinó el calor generado durante la descarga en estado estacionario a 20 °C de una celda de tamaño D que contenía un cátodo de carbono fluorado derivado de coque (CF<1>) y una celda de tamaño D que tenía un cátodo de carbono fluorado derivado de brea (P5000) (figura 15). Se midió la generación de calor en un milicalorímetro (Calarus Corp., Tempe, AZ). Las pruebas demuestran que el material derivado de coque generó aproximadamente un 10 % menos de calor que el material derivado de brea.

Cuando se introducen elementos de la presente divulgación o la(s) realización/realizaciones preferidas(s) de la misma, los artículos “un/uno”, “una”, “el/la” y “dicho/dicha” se entiende que significa que hay uno o más de los elementos. Los términos “que comprende”, “que incluye” y “que tiene” pretenden ser inclusivos y se entiende que significan que puede haber elementos adicionales distintos de los elementos enumerados.

Como podrían realizarse diversos cambios en las realizaciones descritas anteriormente (por ejemplo, composiciones de material de cátodo, componentes y configuraciones de celda electroquímica no acuosa, etc.) sin apartarse del alcance de la divulgación, se entiende que toda la materia contenida en la descripción anterior y mostrada en las figuras adjuntas debe interpretarse como ilustrativa y no en un sentido limitativo.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Celda electroquímica no acuosa que comprende:

un ánodo;

un cátodo híbrido que comprende un primer material de cátodo de carbono fluorado,

un segundo material de cátodo de carbono fluorado, y un tercer material de cátodo de carbono fluorado, en la que (a) el primer o tercer material de cátodo de carbono fluorado tiene un grado promedio de fluoración que es distinto del segundo material de cátodo de carbono fluorado, y (b) el primer material de cátodo de carbono fluorado se deriva de coque de petróleo, mientras que el tercer material de cátodo de carbono fluorado se deriva de brea de petróleo;

un separador dispuesto entre el ánodo y el cátodo; y,

un electrolito no acuoso que está en comunicación de fluido con el ánodo, el cátodo y el separador.

2. Celda electroquímica no acuosa según la reivindicación 1, en la que el primer material de cátodo de carbono fluorado tiene la fórmula CFx, el segundo material de cátodo de carbono fluorado tiene la fórmula CFy, y el tercer material de cátodo de carbono fluorado tiene la fórmula CFz, en la que x tiene un valor promedio entre 0,9 y 1,2, y tiene un valor promedio entre 0,4 y 0,9, y z tiene un valor promedio entre 0,8 y 1,2, siendo los valores promedio de x, y y z preferiblemente diferentes.

3. Celda electroquímica no acuosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, en la que el tercer material de cátodo de carbono fluorado se deriva de brea de petróleo en forma de perlas.

4. Celda electroquímica no acuosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que el primer material de cátodo de carbono fluorado es CF<1>, el segundo material de cátodo de carbono fluorado es CF<0>,<6>, y el tercer material de cátodo de carbono fluorado es CF<1>.

5. Celda electroquímica no acuosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que el cátodo híbrido contiene, en peso de la cantidad total de materiales de carbono fluorado:

desde el 30 % hasta el 60 % del primer material de cátodo de carbono fluorado; y/o

desde el 5 % hasta el 25 % del segundo material de cátodo de carbono fluorado; y/o

desde el 20 % hasta el 80 % del tercer material de cátodo de carbono fluorado.

6. Celda electroquímica no acuosa según la reivindicación 1, en la que:

el primer material de cátodo de carbono fluorado tiene una tensión de descarga inicial de desde 2,3 V hasta 2,7 V, y una capacidad de descarga de desde 800 mAh/g hasta 870 mAh/g cuando el primer material de cátodo de carbono fluorado se descarga a 1,5 V; y/o

el segundo material de cátodo de carbono fluorado tiene una tensión de descarga inicial de desde 2,7 V hasta 3,1 V, y una capacidad de descarga de desde 680 mAh/g hasta 800 mAh/g cuando el segundo material de cátodo de carbono fluorado se descarga a 1,5 V; y/o

el tercer material de cátodo de carbono fluorado tiene una tensión de descarga inicial de desde 2,6 V hasta 3,0 V, y una capacidad de descarga de desde 825 mAh/g hasta 875 mAh/g cuando el tercer material de cátodo de carbono fluorado se descarga a 1,5 V.

7. Celda electroquímica no acuosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que el electrolito no acuoso comprende una sal que tiene una fórmula MM'F6 o MM'F4, en la que M es un metal alcalino que es el mismo que al menos uno de los metales en el ánodo y M' es un elemento seleccionado del grupo que consiste en fósforo, arsénico, antimonio y boro, y la sal está preferiblemente en un disolvente orgánico a una concentración de desde 0,5 M hasta 1,6 M.

8. Celda electroquímica no acuosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la que el electrolito no acuoso comprende 1,2-dimetoxietano, carbonato de propileno y una sal de LiBF4.

9. Celda electroquímica no acuosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en la que el ánodo comprende:

un metal seleccionado del grupo IA o el grupo IIA de la tabla periódica de los elementos,

preferiblemente un metal seleccionado del grupo que consiste en litio, magnesio, sodio y potasio; o

una aleación o compuestos intermetálicos seleccionados del grupo que consiste en Li-Mg, Li-Al, Li-Al-Mg, Li-Si, Li-B y Li-Si-B.

10. Celda electroquímica no acuosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en la que el cátodo contiene un aditivo eléctricamente conductor; seleccionándose el aditivo eléctricamente conductor preferiblemente del grupo que consiste en negro de carbono, grafito natural o sintético, fibras de carbono, nanotubos de carbono, coque, carbón vegetal, carbón activado, plata, oro, aluminio, titanio y mezclas de los mismos.

11. Celda electroquímica no acuosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en la que el cátodo contiene un aglutinante seleccionado de poli(fluoruro de vinilideno) (PVDF), politetrafluoroetileno (PTFE), polietileno de peso molecular ultra-alto (UHMWPE), caucho de estireno-butadieno, celulosa, caucho de poliacrilato, copolímeros de ácido acrílico o ésteres de acrilato.

12. Celda electroquímica no acuosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en la que el primer y segundo materiales de cátodo de carbono fluorado tienen un área superficial BET promedio de desde 120 cm2/g hasta 450 cm2/g, preferiblemente desde 180 cm2/g hasta 250 cm2/g.

13. Celda electroquímica no acuosa según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 12, en la que el tercer material de cátodo de carbono fluorado tiene un área superficial BET promedio de desde 250 cm2/g hasta 750 cm2/g, preferiblemente desde 350 cm2/g hasta 560 cm2/g.

14. Celda electroquímica no acuosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en la que el tamaño de partícula promedio del primer y segundo materiales de cátodo de carbono fluorado es de desde 0,1 |im hasta 800 |im; preferiblemente desde 1 |im hasta 200 |im.

15. Celda electroquímica no acuosa según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 14, en la que el tamaño de partícula promedio del tercer material de cátodo fluorado es de desde 100 |im hasta 1200 |im, preferiblemente desde 150 |im hasta 1000 |im.