ES2974968T3 - Suspensión de electrodo negativo para batería secundaria de litio y método de preparación de la misma - Google Patents
Suspensión de electrodo negativo para batería secundaria de litio y método de preparación de la misma Download PDFInfo
- Publication number
- ES2974968T3 ES2974968T3 ES19814256T ES19814256T ES2974968T3 ES 2974968 T3 ES2974968 T3 ES 2974968T3 ES 19814256 T ES19814256 T ES 19814256T ES 19814256 T ES19814256 T ES 19814256T ES 2974968 T3 ES2974968 T3 ES 2974968T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- negative electrode
- lithium
- weight
- titanium oxide
- suspension
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000725 suspension Substances 0.000 title claims abstract description 133
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 title claims description 27
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 26
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title description 6
- FDLZQPXZHIFURF-UHFFFAOYSA-N [O-2].[Ti+4].[Li+] Chemical compound [O-2].[Ti+4].[Li+] FDLZQPXZHIFURF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 67
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims abstract description 58
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 34
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 47
- -1 poly(acrylic acid) Polymers 0.000 claims description 35
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 31
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 9
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 9
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 8
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 claims description 6
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 6
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N Propanedioic acid Natural products OC(=O)CC(O)=O OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000007561 laser diffraction method Methods 0.000 claims description 3
- VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N maleic acid Chemical compound OC(=O)\C=C/C(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011976 maleic acid Substances 0.000 claims description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 3
- VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N trans-butenedioic acid Natural products OC(=O)C=CC(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 claims 9
- 238000013019 agitation Methods 0.000 claims 1
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 abstract description 36
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 description 28
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 11
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 239000011163 secondary particle Substances 0.000 description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 8
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 7
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 6
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 6
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 5
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 5
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 4
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 4
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 4
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 4
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 4
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 3
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910015645 LiMn Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 150000005676 cyclic carbonates Chemical class 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 3
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 3
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 3
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 3
- DHKHKXVYLBGOIT-UHFFFAOYSA-N 1,1-Diethoxyethane Chemical compound CCOC(C)OCC DHKHKXVYLBGOIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002943 EPDM rubber Polymers 0.000 description 2
- 229920002153 Hydroxypropyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- 229910014689 LiMnO Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 241000156302 Porcine hemagglutinating encephalomyelitis virus Species 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 2
- 238000010296 bead milling Methods 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 2
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 2
- 239000006231 channel black Substances 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical group 0.000 description 2
- 238000009831 deintercalation Methods 0.000 description 2
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NJLLQSBAHIKGKF-UHFFFAOYSA-N dipotassium dioxido(oxo)titanium Chemical compound [K+].[K+].[O-][Ti]([O-])=O NJLLQSBAHIKGKF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 239000006232 furnace black Substances 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 2
- 239000001863 hydroxypropyl cellulose Substances 0.000 description 2
- 235000010977 hydroxypropyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 2
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 2
- QQVIHTHCMHWDBS-UHFFFAOYSA-N isophthalic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC(C(O)=O)=C1 QQVIHTHCMHWDBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 description 2
- 239000006233 lamp black Substances 0.000 description 2
- 229910000625 lithium cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido(oxo)cobalt Chemical compound [Li+].[O-][Co]=O BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004627 regenerated cellulose Substances 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 2
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006234 thermal black Substances 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 2
- VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxol-2-one Chemical compound O=C1OC=CO1 VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SJHAYVFVKRXMKG-UHFFFAOYSA-N 4-methyl-1,3,2-dioxathiolane 2-oxide Chemical compound CC1COS(=O)O1 SJHAYVFVKRXMKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000925 Cd alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N Dimethoxyethane Chemical compound COCCOC XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002986 Li4Ti5O12 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012465 LiTi Inorganic materials 0.000 description 1
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002274 Nalgene Polymers 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- QDDVNKWVBSLTMB-UHFFFAOYSA-N [Cu]=O.[Li] Chemical compound [Cu]=O.[Li] QDDVNKWVBSLTMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KLARSDUHONHPRF-UHFFFAOYSA-N [Li].[Mn] Chemical compound [Li].[Mn] KLARSDUHONHPRF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 229910001420 alkaline earth metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 1
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- IAQRGUVFOMOMEM-UHFFFAOYSA-N butene Natural products CC=CC IAQRGUVFOMOMEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 229920005994 diacetyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- VUPKGFBOKBGHFZ-UHFFFAOYSA-N dipropyl carbonate Chemical compound CCCOC(=O)OCCC VUPKGFBOKBGHFZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 150000002019 disulfides Chemical class 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000011883 electrode binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 238000007429 general method Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229920001519 homopolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910002102 lithium manganese oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- QEXMICRJPVUPSN-UHFFFAOYSA-N lithium manganese(2+) oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Mn+2].[Li+] QEXMICRJPVUPSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VROAXDSNYPAOBJ-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido(oxo)nickel Chemical compound [Li+].[O-][Ni]=O VROAXDSNYPAOBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- URIIGZKXFBNRAU-UHFFFAOYSA-N lithium;oxonickel Chemical class [Li].[Ni]=O URIIGZKXFBNRAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KKQAVHGECIBFRQ-UHFFFAOYSA-N methyl propyl carbonate Chemical compound CCCOC(=O)OC KKQAVHGECIBFRQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N olefin Natural products CCCCCCCC=C JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 229920005569 poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) Polymers 0.000 description 1
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 235000019422 polyvinyl alcohol Nutrition 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 1
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 1
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 1
- 229920001384 propylene homopolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical group 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 1
- HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N sulfolane Chemical compound O=S1(=O)CCCC1 HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920005608 sulfonated EPDM Polymers 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical group 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/139—Processes of manufacture
- H01M4/1391—Processes of manufacture of electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/485—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/621—Binders
- H01M4/622—Binders being polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/027—Negative electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
La presente invención se refiere a una suspensión anódica y a un método para prepararla, comprendiendo la suspensión anódica: un óxido de litio y titanio (LTO); un dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico; una carpeta; y un disolvente acuoso, en el que el dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico tiene un peso molecular promedio en peso (Mw) de 2.500 a 500.000 g/mol, y está incluido en una cantidad de 1,5 a 20 partes en peso con respecto a 100 partes en peso. del óxido de litio y titanio. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Suspensión de electrodo negativo para batería secundaria de litio y método de preparación de la mismaCampo técnico
Referencia cruzada a solicitudes relacionadas
Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud de patente coreana n.° 10-2018-0066079, presentada el 8 de junio de 2018 ante la Oficina de Propiedad Intelectual de Corea.
Campo técnico
La presente invención se refiere a una suspensión de electrodo negativo para una batería secundaria de litio y a un método de preparación de la misma, y más particularmente a una suspensión acuosa de electrodo negativo que tiene un alto contenido de sólidos que aborda un problema de viscosidad aumentada de una suspensión acuosa de electrodo negativo que incluye óxido de litio-titanio (LTO), y a un método de preparación de la misma.
Antecedentes de la técnica
En consonancia con el aumento del desarrollo tecnológico y la demanda de dispositivos móviles, la demanda de baterías secundarias como fuentes de energía está aumentando rápidamente, y entre estas baterías secundarias, las baterías secundarias de litio que tienen una alta densidad de energía, una alta tensión de funcionamiento, una duración de la vida útil por ciclo prolongada y una baja tasa de autodescarga están disponibles comercialmente y se usan ampliamente.
Además, a medida que ha aumentado recientemente el interés por los problemas medioambientales, se ha realizado activamente investigación sobre vehículos eléctricos (EV), vehículos eléctricos híbridos (HEV) y similares que pueden sustituir a los vehículos que usan combustibles fósiles, tales como los vehículos de gasolina y los vehículos de diésel, que son una de las principales causas de la contaminación del aire.
Como fuentes de energía de estos EV, HEV y similares, se usan baterías secundarias de níquel-hidruro metálico (Ni-MH) o baterías secundarias de litio que tienen alta densidad de energía, alta tensión de descarga y alta estabilidad de salida. En el caso de que se use una batería secundaria de litio en los EV, se requiere un uso prolongado durante 10 años o más en condiciones rigurosas, además de una alta densidad de energía y un alto rendimiento en poco tiempo y, por tanto, se requieren necesariamente una mayor seguridad y características de vida útil a largo plazo superiores a las de las pequeñas baterías secundarias de litio existentes. Además, las baterías secundarias usadas en los EV, HEV y similares requieren excelentes características de tasa y excelentes características de potencia según las condiciones de funcionamiento de los vehículos.
Como materiales activos de las baterías secundarias de litio, recientemente han llamado la atención los óxidos de litio-titanio que tienen un alto potencial de intercalación/desintercalación de Li. Estos óxidos de litio-titanio son ventajosos en cuanto a una excelente carga rápida o un excelente rendimiento a baja temperatura, ya que el metal de Li no se deposita a un potencial de intercalación/desintercalación de Li. Sin embargo, los propios óxidos de litiotitanio tienen una baja conductividad eléctrica y una velocidad de difusión de iones de Li lenta en comparación con materiales de carbono tales como el grafito y, por tanto, existe la necesidad de disminuir el tamaño de partícula de los mismos para obtener sustancialmente un rendimiento alto, pero en este caso, existe el problema de una viscosidad aumentada de una suspensión de electrodo negativo que incluye el óxido de litio-titanio. Además, para abordar el problema de viscosidad de la suspensión de electrodo negativo, es necesario reducir el contenido de sólidos de la suspensión de electrodo negativo, lo que da como resultado una capacidad reducida de la batería. Un problema de viscosidad de este tipo de la suspensión de electrodo negativo empeora en suspensiones de electrodo negativo que incluyen disolventes acuosos, en comparación con suspensiones de electrodo negativo que incluyen disolventes no acuosos, pero teniendo en cuenta la necesidad de proteger el medioambiente y reducir los costes de fabricación, se necesitan esfuerzos continuos para aplicar un disolvente acuoso a una suspensión de electrodo negativo.
Por tanto, existe la necesidad de desarrollar una suspensión de electrodo negativo que tenga un alto contenido de sólidos y tenga una viscosidad apropiada para formar de manera apropiada una capa de material activo de electrodo negativo sobre un colector de corriente de electrodo negativo, en la que la suspensión de electrodo negativo sea una suspensión acuosa de electrodo negativo que incluya óxido de litio-titanio.
Divulgación
Problema técnico
Un objeto de la presente invención es proporcionar una suspensión de electrodo negativo que tenga un alto contenido de sólidos y que presente una viscosidad apropiada.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un método de preparación de la suspensión de electrodo negativo descrita anteriormente.
Todavía otro objeto de la presente invención es proporcionar un electrodo negativo para una batería secundaria de litio que incluya la suspensión de electrodo negativo descrita anteriormente y una batería secundaria de litio que incluya el electrodo negativo.
Solución técnica
Según un aspecto de la presente invención, se proporciona una suspensión de electrodo negativo según la reivindicación 1.
Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona un método (tal como se especifica en la reivindicación 7) de preparación de la suspensión de electrodo negativo según la reivindicación 1.
Según todavía otro aspecto de la presente invención, se proporcionan un electrodo negativo para una batería secundaria de litio que incluye la suspensión de electrodo negativo y una batería secundaria de litio que incluye el electrodo negativo.
Efectos ventajosos
Una suspensión de electrodo negativo según la presente invención puede lograr una gran cantidad de carga de electrodo negativo debido a un alto contenido de sólidos de la misma y también presenta una viscosidad apropiada y, por tanto, puede abordar problemas en los procedimientos de fabricación de electrodos negativos debido a la alta viscosidad de las suspensiones acuosas de electrodo negativo que incluyen óxido de litio-titanio (LTO).
Mejor modo de llevar a cabo la invención
A continuación en el presente documento, la presente invención se describirá con más detalle para ayudar a comprender la presente invención.
Suspensión de electrodo negativo
Una suspensión de electrodo negativo según la presente invención, que es una suspensión acuosa de electrodo negativo para una batería secundaria de litio, incluye óxido de litio-titanio (LTO), un dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico, un aglutinante y un disolvente acuoso, según la reivindicación 1.
El óxido de litio-titanio (LTO) incluido en la suspensión de electrodo negativo según una realización de la presente invención puede estar en forma de una partícula secundaria formada por aglomeración de partículas primarias que incluyen el óxido de litio-titanio.
Las partículas primarias pueden ser partículas de tamaño nanométrico, y tales partículas de tamaño nanométrico aumentan la viscosidad de la suspensión de electrodo negativo más allá de un nivel apropiado cuando se incluyen en la suspensión de electrodo negativo, y también son susceptibles a la humedad, de modo que, cuando se exponen al aire, las partículas de tamaño nanométrico adsorben una gran cantidad de humedad sobre las superficies de las partículas y, por tanto, pueden deteriorar la procesabilidad de fabricación de electrodos y las características de la batería. Por tanto, la suspensión de electrodo negativo según una realización de la presente invención puede incluir el óxido de litio-titanio, que está en forma de una partícula secundaria formada por la aglomeración de partículas primarias.
El óxido de litio-titanio tiene una estructura cristalina estable, un pequeño cambio de volumen según la carga y descarga, excelentes características de ciclo y un alto potencial redox que da como resultado una cantidad absoluta reducida de formación de película de interfase sólido-electrolito (SEI) y la consiguiente disminución en la resistencia interna y, por tanto, pueden mejorarse la capacidad de tasa y las características a alta corriente. Además, el propio LTO es capaz de participar en la reacción como un sitio redox y, por tanto, puede minimizar una disminución en la capacidad de la batería.
Las partículas secundarias pueden tener un diámetro de partícula medio (D50) de 0,01 pm a 1 pm, particularmente de 0,1 pm a 0,95 pm, más particularmente de 0,3 pm a 0,9 pm.
Cuando el diámetro de partícula medio (D<50>) de las partículas secundarias del óxido de litio-titanio está dentro del intervalo anterior, el área de superficie específica aumenta relativamente según el pequeño tamaño de partícula, y la distancia de movimiento de los iones de litio puede acortarse para aumentar de ese modo la velocidad de difusión de los mismos y, por tanto, una batería secundaria de litio que incluye el óxido de litio-titanio puede presentar un alto rendimiento. Cuando el diámetro de partícula medio (D<50>) de las partículas secundarias del óxido de litio-titanio es menor del intervalo anterior, se aumenta la viscosidad de la suspensión de electrodo negativo por encima de un nivel apropiado, se requiere un disolvente adicional de modo que la suspensión de electrodo negativo pueda tener un contenido de sólidos reducido. Cuando el diámetro de partícula medio (D<50>) de las partículas secundarias del óxido de litio-titanio es mayor del intervalo anterior, puede resultar imposible para las partículas de óxido de litio-titanio garantizar un nivel apropiado de área de superficie específica y puede aumentar la distancia de movimiento de los iones de litio, dando como resultado un rendimiento reducido de una batería secundaria de litio que incluye el óxido de litio-titanio.
El término “partículas primarias” tal como se usa en la presente memoria descriptiva se refiere a partículas originales cuando un tipo diferente de partículas se forman a partir de determinadas partículas, y una pluralidad de partículas primarias pueden aglomerarse, unirse o ensamblarse para formar de ese modo una partícula secundaria.
El término “partícula secundaria” tal como se usa en la presente invención se refiere a una partícula físicamente distinguible con un gran tamaño, que se forma por aglomeración, unión o ensamblado de partículas primarias individuales.
El óxido de litio-titanio puede tener un área de superficie específica de 0,1 m<2>/g a 50 m<2>/g, particularmente de 0,5 m<2>/g a 20 m<2>/g, más particularmente de 1 m<2>/g a 10 m<2>/g, en el que el área de superficie específica se mide usando un método de Brunauer-Emmett-Teller (BET). Cuando el área de superficie específica del óxido de litiotitanio está dentro del intervalo anterior, puede compensarse la baja conductividad eléctrica del óxido de litio-titanio y pueden compensarse los problemas de bajo rendimiento de una batería secundaria de litio debido a una lenta velocidad de difusión de los iones de litio.
En la presente invención, el diámetro de partícula medio (D<50>) puede definirse como el diámetro de partícula al 50 % de la distribución de tamaño de partícula. El diámetro de partícula medio puede medirse usando, por ejemplo, un método de difracción láser o una imagen de microscopio electrónico de barrido (SEM) sin limitarse a los mismos. Cuando se usa el método de difracción láser, es posible medir generalmente un tamaño de partícula desde submicrómetros hasta aproximadamente varios milímetros, y pueden obtenerse alta reproducibilidad y alta resolución.
Por ejemplo, el óxido de litio-titanio puede estar representado por la fórmula 1 a continuación.
[Fórmula 1]
Li<x>Ti<y>O<4>
en la que, en la fórmula 1, 0,5<x<3 y 1<y<2,5, particularmente 0,8<x<2,8 y 1,3<y<2,3. Específicamente, el óxido de litio-titanio puede ser, por ejemplo, uno cualquiera seleccionado del grupo que consiste en LÍ<0,b>TÍ<2,2>O<4>, Ü<2,67>Ti-<i ,33>O<4>, LiTi<2>O<4>, Ü<1,33>Ti-<i ,67>O<4>y Li<1.14>Ti<1.71>O<4>o una mezcla de dos o más de estos materiales, pero la presente invención no se limita a los mismos.
El dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico incluye una estructura de ácido carboxílico en la estructura molecular del mismo, y la estructura de ácido carboxílico permite al óxido de litio-titanio dispersarse de manera apropiada en el disolvente acuoso y, por tanto, pueden abordarse los problemas de viscosidad aumentada de las suspensiones acuosas de electrodo negativo que incluyen óxido de litio-titanio (LTO) como material activo de electrodo negativo. Además, puesto que puede disminuirse la viscosidad de la suspensión de electrodo negativo, la suspensión de electrodo negativo puede tener un contenido de sólidos aumentado.
Para este fin, la suspensión de electrodo negativo según la presente invención incluye un dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico que satisface un determinado intervalo de peso molecular promedio en peso (Mw) en una determinada cantidad con respecto a la cantidad del óxido de litio-titanio.
El dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico puede tener un peso molecular promedio en peso (Mw) de 2.500 g/mol a 500.000 g/mol, particularmente de 3.000 g/mol a 500.000 g/mol y según la invención de 3.000 g/mol a 250.000 g/mol. Cuando el peso molecular promedio en peso (Mw) del dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico satisface el intervalo anterior, puede suprimirse la viscosidad de la suspensión de electrodo negativo y puede suprimirse un aumento en el tamaño (engrosamiento) de las partículas de suspensión incluidas en la suspensión de electrodo negativo.
Además, la suspensión de electrodo negativo puede incluir el dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico en una cantidad de 1,5 partes en peso a 20 partes en peso, particularmente de 2 partes en peso a 15 partes en peso y según la invención de 2 partes en peso a 10 partes en peso, con respecto a 100 partes en peso del óxido de litiotitanio. La cantidad del dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico incluido en la suspensión de electrodo negativo puede determinarse en proporción a la cantidad del óxido de litio-titanio. Cuando se satisface el intervalo de cantidad anterior, puede suprimirse la viscosidad de la suspensión de electrodo negativo y puede suprimirse un aumento en el tamaño de las partículas de suspensión incluidas en la suspensión de electrodo negativo. Cuando el dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico se incluye en una cantidad que supera una determinada cantidad, es difícil anticipar un efecto de mejora de la dispersibilidad adicional, y el dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico representa la fracción de sólidos en una cantidad mayor de la necesaria y, por tanto, puede resultar difícil garantizar la capacidad de la batería.
La suspensión de electrodo negativo según una realización de la presente invención satisface tanto los intervalos del peso molecular promedio en peso como de la cantidad del dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico y, por tanto, puede suprimirse un aumento en el tamaño de las partículas de suspensión incluidas en la suspensión de electrodo negativo y puede reducirse el tamaño de las partículas de suspensión incluidas en la suspensión de electrodo negativo. Particularmente, en la suspensión de electrodo negativo según una realización de la presente invención, el óxido de litio-titanio incluido en la suspensión de electrodo negativo se dispersa de manera uniforme sin aglomeración y, por tanto, puede reducirse el diámetro de partícula del óxido de litio-titanio incluido en la suspensión de electrodo negativo.
El dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico no está particularmente limitado siempre que contenga ácido carboxílico en la cadena polimérica y satisfaga el intervalo de peso molecular anterior, y es un dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico que contiene, en la cadena polimérica, unidades de repetición derivadas de cualquiera de ácido acrílico y ácido maleico, particularmente uno o más seleccionados del grupo que consiste en poli(ácido acrílico), un copolímero de poli(ácido acrílico-ácido maleico), un copolímero de poli(ácido maleico-estireno) y un copolímero de poli(ácido maleico-vinil éter), y más particularmente uno o más seleccionados del grupo que consiste en poli(ácido acrílico) y un copolímero de poli(ácido acrílico-ácido maleico).
Cuando la suspensión de electrodo negativo según una realización de la presente invención incluye el dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico descrito anteriormente, puede presentarse un efecto de mejora de la dispersibilidad adicional, pero cuando el dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico contiene el ácido carboxílico en forma de sal, resulta difícil anticipar un efecto de mejora de la dispersibilidad adicional.
El aglutinante no está particularmente limitado siempre que sea un aglutinante usado habitualmente en la preparación de una suspensión de electrodo negativo, y pueden ser, por ejemplo, diversas clases de polímeros aglutinantes tales como un copolímero de poli(fluoruro de vinilideno)-hexafluoropropileno (PVDF-co-HFP), poli(fluoruro de vinilideno), poliacrilonitrilo, poli(metacrilato de metilo), carboximetilcelulosa (CMC), poli(alcohol vinílico), almidón, hidroxipropilcelulosa, diacetilcelulosa, poli(cloruro de vinilo), celulosa regenerada, polivinilpirrolidona, tetrafluoroetileno, polietileno, polipropileno, poli(ácido acrílico), monómeros de etileno-propilenodieno (EPDM), EPDM sulfonados, caucho de estireno-butadieno (SBR), caucho fluorado y diversos copolímeros. La cantidad del aglutinante puede ser del 20 % en peso o menos, particularmente en el intervalo del 0,1 % en peso al 10 % en peso, más particularmente en el intervalo del 0,1 % en peso al 4 % en peso, con respecto al peso total de sólidos de la suspensión de electrodo negativo.
El disolvente acuoso puede incluir, particularmente, agua, y puede incluirse en una cantidad que es suficiente para dispersar el óxido de litio-titanio, el dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico, otros aditivos que pueden usarse adicionalmente, y similares, y permite que una composición de suspensión de electrodo negativo tenga una viscosidad apropiada teniendo en cuenta la capacidad de recubrimiento y similares de la suspensión de electrodo negativo.
Tal como se describió anteriormente, la suspensión de electrodo negativo según una realización de la presente invención tiene una viscosidad relativamente baja debido al aumento suprimido de la viscosidad y, por tanto, puede tener un alto contenido de sólidos.
Por consiguiente, la suspensión de electrodo negativo según una realización de la presente invención puede tener un contenido de sólidos del 45 % en peso o más, particularmente del 50 % en peso o más, más particularmente del 52 % en peso o más. Mientras tanto, el límite superior del contenido de sólidos puede ser del 90 % en peso, particularmente del 87 % en peso, más particularmente del 85 % en peso. Puesto que la suspensión de electrodo negativo según una realización de la presente invención tiene un alto contenido de sólidos con el intervalo anterior, aumenta relativamente la capacidad de la batería. Además, cuando se fabrica un electrodo negativo usando la suspensión de electrodo negativo, la velocidad de laminación puede reducirse para disminuir de ese modo la diferencia de grosor antes/después de secar y laminar la suspensión de electrodo negativo y, por consiguiente, puede reducirse el daño a los componentes en el interior de la suspensión de electrodo negativo, incluyendo un material activo de electrodo negativo, dando como resultado un rendimiento de la batería relativamente mejorado.
La suspensión de electrodo negativo según la presente invención puede tener una viscosidad de 4,4 Pas o menos, particularmente en el intervalo de 0,05 Pas a 4 Pas, más particularmente en el intervalo de 0,1 Pas a 4 Pas, a 25 °C.
La suspensión de electrodo negativo según una realización de la presente invención puede presentar una viscosidad relativamente baja a pesar de un alto contenido de sólidos. Por ejemplo, la suspensión de electrodo negativo puede tener una viscosidad de 4,4 Pas o menos a 25 °C cuando se incluye el 45 % en peso o más del óxido de litio-titanio. Particularmente, la suspensión de electrodo negativo puede tener una viscosidad de 4,4 Pas o menos a 25 °C cuando se incluye el 50 % en peso o más del óxido de litio-titanio, y más particularmente, la suspensión de electrodo negativo puede tener una viscosidad de 4,4 Pas o menos a 25 °C cuando se incluye el 52 % en peso o más del óxido de litio-titanio.
La suspensión de electrodo negativo según la presente invención puede satisfacer el intervalo de contenido de sólidos descrito anteriormente y el intervalo de viscosidad descrito anteriormente. El hecho de que la suspensión de electrodo negativo según la presente invención tenga baja viscosidad tal como se describió anteriormente en el intervalo de contenido de sólidos descrito anteriormente sugiere la posibilidad de aumentar adicionalmente el contenido de sólidos incluidos en la suspensión de electrodo negativo.
Es decir, puesto que puede suprimirse el aumento de la viscosidad de la suspensión de electrodo negativo según la presente invención, la suspensión de electrodo negativo puede aumentar relativamente el porcentaje de sólidos, en comparación con las suspensiones de electrodo negativo generales que incluyen óxido de litio-titanio. Es decir, puesto que la suspensión de electrodo negativo según una realización de la presente invención incluye el dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico que tiene un peso molecular promedio en peso (Mw) dentro de un intervalo específico en una determinada cantidad en proporción a la cantidad del óxido de litio-titanio, puede suprimirse el aumento de la viscosidad de la suspensión de electrodo negativo y, por tanto, la suspensión de electrodo negativo puede tener una viscosidad más baja que la predicha según el contenido de sólidos incluidos en la suspensión de electrodo negativo y, por consiguiente, puede aumentarse el contenido de sólidos usando un método de incluir el óxido de litio-titanio en una cantidad adicional, aumentando de ese modo la cantidad de carga de electrodo negativo.
La suspensión de electrodo negativo según una realización de la presente invención puede tener un contenido de sólidos del límite inferior o más y, por tanto, puede presentarse el efecto de una cantidad de carga de electrodo negativo aumentada debido al alto contenido de sólidos. Cuando el contenido de sólidos supera el límite superior, puede producirse el engrosamiento de las partículas de la suspensión de electrodo negativo, y particularmente se aumenta la viscosidad de la suspensión de electrodo negativo más allá de un nivel apropiado y, por tanto, puede deteriorarse la procesabilidad durante la fabricación del electrodo negativo.
Además, puesto que la suspensión de electrodo negativo según una realización de la presente invención satisface la viscosidad dentro del intervalo descrito anteriormente, puede aumentarse adicionalmente de manera apropiada el contenido de sólidos según sea necesario.
Mientras tanto, el diámetro de partícula medio (D<50>) de las partículas incluidas en la suspensión de electrodo negativo según una realización de la presente invención, es decir, el diámetro de partícula medio (D<50>) del óxido de litio-titanio incluido en la suspensión de electrodo negativo, puede oscilar desde 0,2 pm hasta 1,5 pm. Particularmente, el diámetro de partícula medio (D<50>) del óxido de litio-titanio incluido en la suspensión de electrodo negativo puede oscilar desde 0,3 pm hasta 1,2 pm, más particularmente desde 0,5 pm hasta 1,1 pm.
Un aumento en el diámetro de partícula medio (D<50>) del óxido de litio-titanio incluido en la suspensión de electrodo negativo significa que el óxido de litio-titanio no se dispersa, sino que se aglomera, en la suspensión de electrodo negativo. Como tal, cuando se aglomera el óxido de litio-titanio, que es un material activo de electrodo negativo, se reduce la difusión de los iones en una capa de material activo de electrodo negativo, dando como resultado un rendimiento deteriorado de la batería secundaria de litio y, por tanto, es importante disminuir el diámetro de partícula medio (D<50>) del óxido de litio-titanio incluido en la suspensión de electrodo negativo. La suspensión de electrodo negativo según una realización de la presente invención incluye el óxido de litio-titanio que tiene un diámetro de partícula medio (D<50>) dentro del intervalo descrito anteriormente y, por tanto, una batería secundaria de litio que incluye la suspensión de electrodo negativo puede presentar además excelentes características de carga/descarga.
Además, la suspensión de electrodo negativo puede incluir además un material conductor según sea necesario. El material conductor no está particularmente limitado siempre que no provoque cambios químicos en la batería fabricada y tenga conductividad, y los ejemplos no limitativos del material conductor incluyen grafito tal como grafito natural o artificial; negro de carbono tal como negro de acetileno, negro de Ketjen, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara y negro térmico; fibras conductoras tales como fibras de carbono, nanotubos de carbono y fibras metálicas; polvos metálicos tales como polvo de fluoruro de carbono, polvo de aluminio y polvo de níquel; fibras cortas monocristalinas conductoras tales como óxido de zinc y titanato de potasio; óxidos metálicos conductores tales como óxido de titanio; y materiales conductores tales como derivados de grafeno y derivados de polifenileno. El material conductor puede usarse en una cantidad del 0,1 % en peso al 15 % en peso, particularmente del 1 % en peso al 9 % en peso, con respecto al peso total de sólidos de la suspensión de electrodo negativo.
La suspensión de electrodo negativo puede incluir además un espesante según sea necesario.
La suspensión de electrodo negativo puede incluir el espesante en una cantidad del 0,1 % en peso al 3 % en peso, particularmente del 0,2 % en peso al 2 % en peso, más particularmente del 0,5 % en peso al 1,5 % en peso, con respecto al peso total de sólidos de la suspensión de electrodo negativo.
Cuando la suspensión de electrodo negativo incluye el espesante en una cantidad dentro del intervalo anterior, la suspensión de electrodo negativo puede garantizar la estabilidad de almacenamiento debido a un efecto de espesamiento apropiado de la misma, y el espesante se incluye en la suspensión de electrodo negativo en una cantidad determinada y, por tanto, no deteriora el rendimiento de la batería.
El espesante puede ser uno o más seleccionados del grupo que consiste en carboximetilcelulosa (CMC), hidroxipropilcelulosa y celulosa regenerada, particularmente carboximetilcelulosa (CMC).
Método de preparación de la suspensión de electrodo negativo
A continuación en el presente documento, se describirá un método de preparación de una suspensión de electrodo negativo según la presente invención.
La suspensión de electrodo negativo según una realización de la presente invención puede prepararse usando un método que incluye: (1) preparar una suspensión premezclada mezclando un aglutinante, óxido de litio-titanio (LTO), un dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico y un disolvente acuoso; y (2) dispersar mediante agitación la suspensión premezclada a la que se añade el dispersante.
Tal como se describió anteriormente, el dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico es según la reivindicación 1.
En el procedimiento (1), se mezclan un aglutinante, óxido de litio-titanio (LTO), un dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico y un disolvente acuoso para preparar una suspensión premezclada.
La suspensión premezclada puede prepararse mezclando simultáneamente un aglutinante, óxido de litio-titanio (LTO), un dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico que tiene un peso molecular promedio en peso (Mw) de 3.000 g/mol a 250.000 g/mol y un disolvente acuoso, o también puede prepararse mezclando en primer lugar algunos de los componentes y luego mezclando los demás componentes.
En el método de preparación de una suspensión de electrodo negativo según una realización de la presente invención, la suspensión premezclada obtenida en el procedimiento (1) puede prepararse, por ejemplo, (1-1) mezclando un aglutinante, óxido de litio-titanio (LTO) y un disolvente; y (1-2) preparando una suspensión premezclada añadiendo un dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico a la mezcla obtenida en el procedimiento (1-1).
Mientras tanto, la suspensión premezclada preparada mediante el procedimiento (1) también puede prepararse mezclando en primer lugar cada uno del aglutinante, el óxido de litio-titanio (LTO) y el dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico con un disolvente acuoso y luego mezclando todas las mezclas resultantes.
El mezclado puede realizarse mediante un método de mezclado general, por ejemplo, molienda tal como molienda con bolas, molienda con perlas, molienda en cesta o molienda planetaria, o un método que usa una mezcladora tal como una mezcladora homodispersora, un homogeneizador, un molino de perlas, un molino de bolas, un molino de cesta, un molino de frotamiento, un agitador universal, una mezcladora transparente, un impulsor tipo sierra o una mezcladora TK.
El mezclado puede realizarse a través de mezclado a de 1.000 rpm a 10.000 rpm, particularmente de 3,000 rpm a 7.000 rpm, durante de 10 minutos a 1 hora, particularmente de 20 minutos a 40 minutos.
En el procedimiento (2), la suspensión premezclada a la que se añade el dispersante se dispersa mediante agitación.
Antes de la agitación del procedimiento (2), puede añadirse adicionalmente un disolvente acuoso a la suspensión premezclada según sea necesario. A través de la adición adicional de un disolvente acuoso adicional, puede ajustarse la concentración de la suspensión premezclada, ajustando de ese modo el contenido de sólidos de la suspensión de electrodo negativo preparada. A través de la dispersión del procedimiento (2), puede completarse la preparación de una suspensión de electrodo negativo.
La dispersión puede realizarse mediante un método de mezclado general, por ejemplo, molienda tal como molienda con bolas, molienda con perlas, molienda en cesta o molienda planetaria, o un método que usa una mezcladora tal como una mezcladora homodispersora, un homogeneizador, un molino de perlas, un molino de bolas, un molino de cesta, un molino de frotamiento, un agitador universal, una mezcladora transparente, un impulsor tipo sierra o una mezcladora TK, o puede realizarse mediante mezclado usando un agitador.
En el método de preparación de una suspensión de electrodo negativo según una realización de la presente invención, la dispersión mediante agitación puede realizarse usando, por ejemplo, un agitador, y el mezclado (agitación) usando un agitador puede realizarse usando un método de añadir perlas a la suspensión premezclada que va a mezclarse, a la que se añade el dispersante, y agitando la suspensión resultante a de 100 rpm a 1.000 rpm, particularmente de 200 rpm a 500 rpm, durante de 5 horas a 24 horas, particularmente de 12 horas a 18 horas.
El tamaño de las perlas puede determinarse de manera apropiada según los tipos y las cantidades de material activo de electrodo negativo y aglutinante y el tipo de dispersante, y las perlas pueden tener particularmente un diámetro de 0,5 mm a 5 mm.
La presente invención proporciona un electrodo negativo para una batería secundaria de litio que incluye la suspensión de electrodo negativo, y la presente invención también proporciona una batería secundaria de litio que incluye el electrodo negativo.
La batería secundaria de litio puede incluir un electrodo positivo, un electrodo negativo y un separador dispuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo.
El electrodo negativo puede fabricarse usando un método general de fabricación de un electrodo negativo, que se conoce en la técnica, usando una suspensión de electrodo negativo preparada mediante el método de preparación de una suspensión de electrodo negativo descrito anteriormente.
Un colector de corriente de electrodo negativo usado en el electrodo negativo según una realización de la presente invención puede tener un grosor de 3 pm a 500 pm. El colector de corriente de electrodo negativo no está particularmente limitado siempre que no provoque ningún cambio químico en la batería fabricada y tenga conductividad, y puede fabricarse de, por ejemplo, cobre, oro, acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio o carbono calcinado; cobre o acero inoxidable que se trata superficialmente con carbono, níquel, titanio o plata; una aleación de aluminio-cadmio; o similares. Además, el colector de corriente de electrodo negativo puede tener irregularidades finas en la superficie del mismo para aumentar la adhesión entre el colector de corriente y el material activo de electrodo negativo, y puede estar en cualquiera de diversas formas incluyendo una película, una lámina, una hoja, una red, una estructura porosa, una espuma, un material textil no tejido y similares.
La suspensión de electrodo negativo puede incluir una carga según sea necesario.
La carga es un componente auxiliar que suprime la expansión de un electrodo y puede usarse opcionalmente, y no está particularmente limitada siempre que sea un material fibroso que no provoque ningún cambio químico en la batería fabricada. Por ejemplo, la carga puede ser un polímero a base de olefina tal como polietileno o polipropileno; o un material fibroso tal como fibra de vidrio o fibra de carbono.
El electrodo positivo puede fabricarse usando un método conocido habitualmente en la técnica. Por ejemplo, el electrodo positivo puede fabricarse preparando una suspensión mezclando un material activo de electrodo positivo con un disolvente, un aglutinante, un material conductor y un dispersante y agitando la mezcla resultante y, luego aplicando (por ejemplo, recubriendo con) la suspensión sobre un colector de corriente fabricado de un material metálico y luego comprimiendo y secando el colector de corriente resultante.
El colector de corriente fabricado de un material metálico se fabrica de un metal altamente conductor que permite que una suspensión de material activo de electrodo positivo se adhiera fácilmente al mismo, y no está particularmente limitado siempre que no provoque cambios químicos en la batería fabricada y tenga alta conductividad, y los ejemplos del material metálico incluyen acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio y carbono calcinado; aluminio o acero inoxidable que se trata superficialmente con carbono, níquel, titanio, plata o similares; y similares. Además, el colector de corriente puede tener irregularidades finas en la superficie del mismo para aumentar la adhesión entre el colector de corriente y un material activo de electrodo positivo. El colector de corriente puede estar en cualquiera de diversas formas incluyendo una película, una lámina, una hoja, una red, una estructura porosa, una espuma, un material textil no tejido y similares, y puede tener un grosor de 3 pm a 500 pm.
El material activo de electrodo positivo puede ser, por ejemplo, óxido de litio-cobalto (LiCoO2); óxido de litio-níquel (LiNiO2); Li[NiaCobMncM1d]O2 donde M1 es uno o más elementos seleccionados del grupo que consiste en Al, Ga e In, 0,3<a<1,0, 0<b<0,5, 0<c<0,5, 0<d<0,1 y a+b+c+d=1; un compuesto dispuesto en capas o un compuesto sustituido con uno o más metales de transición, tal como Li(LieM2f.e.fM3f)O2-gAg donde 0<e<0,2, 0,6<f<1, 0<f'<0,2, 0<g<0,2, M2 incluye Mn y uno o más seleccionados del grupo que consiste en Ni, Co, Fe, Cr, V, Cu, Zn y Ti, M3 es uno o más seleccionados del grupo que consiste en Al, Mg y B, y A es uno o más seleccionados del grupo que consiste en P, F, S y N; óxidos de litio-manganeso tales como Li<i+ h>Mn<2-h>O<4>donde 0<h<0,33, LiMnO<3>, LiMn<3>O<3>, LiMnO<2>y similares; óxido de litio-cobre (Li<2>CuO<2>); óxidos de vanadio tales como LiV<3>O<8>, V<2>O<5>, Cu<2>V<2>O<7>y similares; óxidos de litio-níquel de tipo sitio de Ni representados por la fórmula LiNh<- i>M<4i>O<2>donde M<4>es Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B o Ga y 0,01 <i<0,3; óxidos compuestos de litio-manganeso representados por la fórmula LiMn<2-j>M<5j>O<2>donde M<5>es Co, Ni, Fe, Cr, Zn o Ta y 0,01<j<0,1 o la fórmula Li<2>Mn<3>M<6>O<8>donde M<6>es Fe, Co, Ni, Cu o Zn; LiMn<2>O<4>donde una parte de Li en la fórmula se sustituye por iones de metales alcalinotérreos; compuestos de disulfuro; LiFe<3>O<4>; o Fe<2>(MoO<4>)<3>, pero la presente invención no se limita a los mismos.
El material activo de electrodo positivo puede incluirse en una cantidad del 50 % en peso al 99 % en peso, particularmente del 70 % en peso al 98 % en peso, con respecto al peso total de sólidos de la suspensión de electrodo positivo.
Como disolvente para fabricar el electrodo positivo, puede usarse un disolvente orgánico tal como N-metilpirrolidona (NMP), dimetilformamida (DMF), acetona o dimetilacetamida, agua, o similares, y estos disolventes pueden usarse solos o puede usarse una mezcla de dos o más de estos materiales. El disolvente puede usarse en una cantidad suficiente para disolver y dispersar el material activo de electrodo positivo, el aglutinante y el material conductor teniendo en cuenta el grosor de la suspensión recubierta y el rendimiento de fabricación.
El material conductor no está particularmente limitado siempre que no provoque cambios químicos en la batería fabricada y tenga conductividad, y los ejemplos no limitativos de materiales conductores incluyen grafito tal como grafito natural o artificial; negro de carbono tal como negro de acetileno, negro de Ketjen, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara y negro térmico; fibras conductoras tales como fibras de carbono y fibras metálicas; tubos conductores tales como nanotubos de carbono; polvos metálicos tales como polvo de fluoruro de carbono, polvo de aluminio y polvo de níquel; fibras cortas monocristalinas conductoras tales como óxido de zinc y titanato de potasio; óxidos metálicos conductores tales como óxido de titanio; y materiales conductores tales como derivados de grafeno y derivados de polifenileno. El material conductor puede usarse en una cantidad del 1 % en peso al 20 % en peso con respecto al peso total de sólidos de la suspensión de electrodo positivo.
Como dispersante, puede usarse un dispersante acuoso o un dispersante orgánico tal como N-metil-2-pirrolidona. El dispersante puede usarse en una cantidad del 0,01 % en peso al 10 % en peso con respecto al peso total de sólidos de la suspensión de material activo de electrodo positivo.
Mientras tanto, como separador, puede usarse cualquier película polimérica porosa usada habitualmente como separador en la técnica, por ejemplo, una película polimérica porosa formada por un polímero a base de poliolefina, tal como un homopolímero de etileno, un homopolímero de propileno, un copolímero de etileno/buteno, un copolímero de etileno/hexeno o un copolímero de etileno/metacrilato, o una estructura apilada que tiene películas poliméricas porosas formadas por estos materiales, o puede usarse un material textil no tejido poroso general, por ejemplo, un material textil no tejido fabricado de fibra de vidrio, fibra de poli(tereftalato de etileno) o similar de alto punto de fusión , pero la presente invención no se limita a las mismas.
Una sal de litio que puede incluirse como electrolito usado en la presente invención puede ser, sin limitación, cualquier sal de litio usada habitualmente en un electrolito para una batería secundaria de litio, y los aniones de la sal de litio pueden ser, por ejemplo, uno cualquiera seleccionado del grupo que consiste en F-, Ch, B<r>, I-, NO<3'>, N(CN)<2->, BF<4->, ClO<4->, PF<6 ->, (CF<3>)<2>PF<4->, (CF<3>)<3>PF<3 ->, (CF<3>)<4>PF<2->, (CF<3>)<5>PF-, (CF<3>)<6>P<->, CF<3>SO<3 ->, CF<3>CF<2>SO<3 ->, (CF<3>SO<2>)<2>N<->, (FSO<2>)<2>N<->, CF<3>CF<2>(CF<3>)<2>CO<->, (CF<3>SO<2>)<2>CH<->, (SF<5>)<3>C<->, (CF<3>SO<2>)<3>C<->, CF<3>(CF<2>)<7>SO<3 ->, CF<3>CO<2->, CH<3>CO<2->, SCN<->y (CF<3>CF<2>SO<2>)<2>N<->.
En una disolución de electrolito usada en la presente invención, un disolvente orgánico incluido en la disolución de electrolito puede ser, sin limitación, cualquier disolvente orgánico usado habitualmente en una disolución de electrolito para una batería secundaria, y de manera representativa puede usarse uno cualquiera seleccionado del grupo que consiste en carbonato de propileno (PC), carbonato de etileno (EC), carbonato de dietilo (DEC), carbonato de dimetilo (DMC), carbonato de etilmetilo (EMC), carbonato de metilpropilo, carbonato de dipropilo, dimetilsulfóxido, acetonitrilo, dimetoxietano, dietoxietano, carbonato de vinileno, sulfolano, y-butirolactona, sulfito de propileno y tetrahidrofurano, una mezcla de dos o más de estos materiales, o similares. En particular, entre los disolventes orgánicos a base de carbonato, el carbonato de etileno y el carbonato de propileno, que son carbonatos cíclicos, se usan preferiblemente debido a una alta permitividad como disolvente orgánico de alta viscosidad, disociando así de manera satisfactoria una sal de litio en un electrolito. Cuando se usa un carbonato cíclico de este tipo en combinación con un carbonato lineal de baja viscosidad y baja permitividad, tal como carbonato de dimetilo y carbonato de dietilo, en una razón apropiada, puede prepararse una disolución de electrolito que tiene alta conductividad eléctrica y, por tanto, tales carbonatos cíclicos se usan más preferiblemente.
Opcionalmente, una disolución de electrolito según la presente invención puede incluir adicionalmente un aditivo tal como un agente antisobrecarga incluido en una disolución de electrolito general.
La forma externa de la batería secundaria de litio según la presente invención no está particularmente limitada, pero puede ser una de tipo lata cilíndrica o rectangular, una de tipo bolsa, una de tipo botón, o similares.
La batería secundaria de litio según la presente invención no sólo puede usarse en una celda de batería usada como fuente de alimentación para dispositivos pequeños, sino que también puede usarse como batería unitaria en módulos de batería de escala mediana o grande que incluyen una pluralidad de celdas de batería.
Modo para llevar a cabo la invención
Ejemplos
A continuación en el presente documento, la presente invención se describirá con mayor detalle con referencia a los ejemplos y al ejemplo experimental siguientes con propósitos ilustrativos únicamente, pero no se pretende que estos ejemplos y este ejemplo experimental limiten la presente invención. Los ejemplos según la presente invención pueden modificarse de muchas formas diferentes, y no debe interpretarse que el alcance de la presente invención está limitado a los ejemplos descritos a continuación. Los ejemplos de la presente invención se proporcionan para explicar más completamente la presente invención a los expertos habituales en la técnica.
Ejemplo 1
<Preparación de la suspensión premezclada>
Se añadieron 296,44 g de Li4Ti5O12 que tenía un diámetro de partícula medio (D50) de 0,75 pm y un área de superficie específica de 6,3 m2/g a una disolución preparada disolviendo 3,56 g de carboximetilcelulosa (CMC, Daicel 1205, fabricada por Daicel) en 200 g de agua, y se mezcló la disolución resultante usando un impulsor de tipo sierra que tenía un diámetro de 80 mm (fabricado por VMA-GETZMANN GMBH, DISPERMAT CN20) a 5.000 rpm durante 30 minutos, preparando de ese modo una suspensión premezclada de LTO.
<Adición de dispersante>
Se colocaron 44,7 g de la suspensión premezclada de LTO en un tubo Nalgene de 125 ml y se añadieron a la misma poli(ácido acrílico) (fabricado por Wako Pure Chemical) que tenía un peso molecular promedio en peso (Mw) de 5.000 g/mol como dispersante y agua para ajustar el peso a 50 g.
<Dispersión de la suspensión>
Se añadieron 100 g de perlas de zircona que tenían un diámetro de partícula de 3 mm a la suspensión premezclada a la que se aplicó el dispersante, seguido de agitación usando un agitador a 300 rpm durante 2 horas y dispersión, completando de ese modo la preparación de una suspensión de electrodo negativo.
Ejemplos 2 a 7 y ejemplos comparativos 1 a 8
Se prepararon suspensiones de electrodo negativo usando el mismo método que el usado en el ejemplo 1, excepto porque se usaron los mismos tipos de dispersante que los mostrados en la tabla 1 a continuación en las cantidades mostradas a continuación, en lugar del poli(ácido acrílico) que tenía un peso molecular promedio en peso (Mw) de 5.000 g/mol usado como dispersante en el ejemplo 1.
[Tabla 1]
Ejemplo experimental
Se diluyó 1.000 veces cada una de las suspensiones de electrodo negativo preparadas según los ejemplos 1 a 7 y los ejemplos comparativos 1 a 8 y luego se usó un difractómetro láser (fabricado por Malvern, Mastersizer 3000) para medir el diámetro de partícula medio (D<50>) de las partículas incluidas en cada suspensión de electrodo negativo, y los resultados de las mismas se muestran en la tabla 2 a continuación.
Además, se midió la viscosidad de cada una de las suspensiones de electrodo negativo de los ejemplos 1 a 7 y los ejemplos comparativos 1 a 8 usando un viscosímetro (fabricado por TOKI, viscosímetro TV-22) a 1 rpm y 25 °C, y los resultados de las mismas se muestran en la tabla 2 a continuación.
[Tabla 2]
En la tabla 2, la cantidad indica partes en peso del dispersante con respecto a 100 partes en peso del óxido de litiotitanio (LTO). Haciendo referencia a la tabla 2, puede confirmarse que el diámetro de partícula medio de las partículas de óxido de litio-titanio incluidas en cada una de las suspensiones de electrodo negativo de los ejemplos 1 a 7 es pequeño y cada suspensión tiene baja viscosidad.
A través de la comparación entre los ejemplos 1 a 6 y los ejemplos comparativos 2 y 6, se confirmó que el peso molecular promedio en peso del dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico usado afectó a la dispersibilidad y a la conductividad. En particular, haciendo referencia a los resultados del ejemplo comparativo 2, cuando el peso molecular promedio en peso del dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico es demasiado pequeño, se suprimió un aumento en el tamaño de las partículas de óxido de litio-titanio presentes en la suspensión de electrodo negativo, pero se aumentó la viscosidad de la suspensión de electrodo negativo más allá de un nivel apropiado. Haciendo referencia a los resultados del ejemplo comparativo 6, cuando el peso molecular promedio en peso del dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico es demasiado grande, se aumentó la viscosidad en un grado tal que la dispersión era imposible.
Además, a través de la comparación entre los ejemplos 1, 2, 5 y 6 y los ejemplos comparativos 3 y 4, puede confirmarse que también existe la necesidad de controlar la cantidad de dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico usado en un intervalo determinado. En particular, los ejemplos 1, 2, 5 y 6 son ejemplos en los que se usaron los dispersantes poliméricos que contienen ácido carboxílico en cantidades de 2, 2, 5 y 10 partes en peso, respectivamente, con respecto a 100 partes en peso del óxido de litio-titanio, a partir de los cuales se confirmó que el diámetro de partícula medio de las partículas de óxido de litio-titanio presentes en todas las suspensiones de electrodo negativo era pequeño y la viscosidad de todas las suspensiones era baja. Sin embargo, en el caso de los ejemplos comparativos 3 y 4 en los que la cantidad de dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico usado era demasiado pequeña, se confirmó que aumentó la viscosidad de cada suspensión de electrodo negativo.
El ejemplo comparativo 1 es un ejemplo en el que se usó como dispersante ácido isoftálico que contiene ácido carboxílico en la molécula, pero no es un polímero y tiene un peso molecular de 166 g/mol, y en este caso, el diámetro de partícula medio de las partículas de óxido de litio-titanio presentes en la suspensión de electrodo negativo era grande y la suspensión presentaba alta viscosidad.
El ejemplo comparativo 5 es un ejemplo en el que se usó como dispersante una sal de amonio de poli(ácido metacrílico), y en este caso, aunque el peso molecular y la cantidad satisfacían las condiciones de una composición de suspensión acuosa de la presente invención, el dispersante no contenía ácido carboxílico en la estructura del mismo y, por tanto, el diámetro de partícula medio de las partículas de óxido de litio-titanio presentes en la suspensión de electrodo negativo era grande y la suspensión presentaba alta viscosidad.
Claims (10)
- REIVINDICACIONESi.Suspensión de electrodo negativo que comprende óxido de litio-titanio (LTO), un dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico, un aglutinante y un disolvente acuoso,en la que el dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico tiene un peso molecular promedio en peso (Mw) de 3.000 g/mol a 250.000 g/mol y se incluye en una cantidad de 2 partes en peso a 10 partes en peso con respecto a 100 partes en peso del óxido de litio-titanio, yen la que el dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico comprende, en una cadena polimérica, unidades de repetición derivadas de uno cualquiera seleccionado de ácido acrílico y ácido maleico.
- 2. Suspensión de electrodo negativo según la reivindicación 1, en la que el óxido de litio-titanio tiene un área de superficie específica de 0,1 m<2>/g a 50 m<2>/g, midiéndose el área de superficie específica usando un método de Brunauer-Emmett-Teller (BET).
- 3. Suspensión de electrodo negativo según la reivindicación 1, en la que el óxido de litio-titanio está representado por la fórmula 1 a continuación:[Fórmula 1]Li<x>Ti<y>O<4>en la que, en la fórmula 1, 0,5<x<3 y 1<y<2,5.
- 4. Suspensión de electrodo negativo según la reivindicación 1, en la que el dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico comprende uno o más seleccionados del grupo que consiste en poli(ácido acrílico), un copolímero de poli(ácido acrílico-ácido maleico), un copolímero de poli(ácido maleico-estireno) y un copolímero de poli(ácido maleico-vinil éter).
- 5. Suspensión de electrodo negativo según la reivindicación 1, en la que la suspensión de electrodo negativo tiene un contenido de sólidos del 50 % en peso al 80 % en peso.
- 6. Suspensión de electrodo negativo según la reivindicación 1, en la que el óxido de litio-titanio incluido en la suspensión de electrodo negativo tiene un diámetro de partícula medio (D<50>) de 0,2 pm a 1,5 pm cuando se mide usando un método de difracción láser o un microscopio electrónico de barrido.
- 7. Método de preparación de la suspensión de electrodo negativo según la reivindicación 1, comprendiendo el método:preparar una suspensión premezclada mezclando óxido de litio-titanio (LTO), un dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico, un aglutinante y un disolvente acuoso; ydispersar mediante agitación la suspensión premezclada a la que se añade el dispersante,en el que el dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico tiene un peso molecular promedio en peso (Mw) de 3.000 g/mol a 250.000 g/mol y se incluye en una cantidad de 2 partes en peso a 10 partes en peso con respecto a 100 partes en peso del óxido de litio-titanio, yen el que el dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico comprende, en una cadena polimérica, unidades de repetición derivadas de uno cualquiera seleccionado de ácido acrílico y ácido maleico.
- 8. Método según la reivindicación 7, en el que el procedimiento (1) comprende: (1-1) mezclar un aglutinante, óxido de litio-titanio (LTO) y un disolvente acuoso; y (1-2) preparar una suspensión premezclada añadiendo un dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico a la mezcla obtenida en el procedimiento (1-1).
- 9. Electrodo negativo para una batería secundaria de litio, fabricándose el electrodo negativo usando la suspensión de electrodo negativo según la reivindicación 1 y comprendiendo óxido de litio-titanio (LTO) y un dispersante polimérico que contiene ácido carboxílico.
- 10. Batería secundaria de litio que comprende el electrodo negativo según la reivindicación 9.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180066079A KR102227810B1 (ko) | 2018-06-08 | 2018-06-08 | 리튬 이차전지용 음극 슬러리, 및 이의 제조방법 |
| PCT/KR2019/006902 WO2019235890A1 (ko) | 2018-06-08 | 2019-06-07 | 리튬 이차전지용 음극 슬러리, 및 이의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2974968T3 true ES2974968T3 (es) | 2024-07-02 |
Family
ID=68770915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES19814256T Active ES2974968T3 (es) | 2018-06-08 | 2019-06-07 | Suspensión de electrodo negativo para batería secundaria de litio y método de preparación de la misma |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11581531B2 (es) |
| EP (1) | EP3770997B1 (es) |
| JP (1) | JP7114155B2 (es) |
| KR (1) | KR102227810B1 (es) |
| CN (1) | CN112055901B (es) |
| ES (1) | ES2974968T3 (es) |
| HU (1) | HUE066279T2 (es) |
| WO (1) | WO2019235890A1 (es) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023084044A1 (de) | 2021-11-12 | 2023-05-19 | Hofer Powertrain Innovation Gmbh | Traktionsenergieversorungsverfahren, insbesondere unter nutzung eines energieversorgungssystems für kraftfahrzeuge, vorzugsweise für nutzfahrzeuge für elektrisch betriebenen schwerverkehr |
| DE202021106214U1 (de) | 2021-11-12 | 2023-02-14 | Hofer Powertrain Innovation Gmbh | Lastkraftwagen mit elektrischem Antrieb, insbesondere in einer streckenweise vorhandenen Oberleitungsinfrastruktur |
| DE102022125116A1 (de) | 2021-11-12 | 2023-05-17 | Hofer Powertrain Innovation Gmbh | Traktionsenergieversorgungsverfahren, insbesondere unter Nutzung eines Stromversorgungssystems für Kraftfahrzeuge, vorzugsweise für Nutzfahrzeuge für elektrisch betriebenen Schwerverkehr |
| DE202021106215U1 (de) | 2021-11-12 | 2023-02-14 | Hofer Powertrain Innovation Gmbh | Elektrisches Energieversorgungssystem für Fahrzeuge, insbesondere für Schwerkraftlastwagen, mit Oberleitungsabgriff |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101244417B1 (ko) * | 2010-12-23 | 2013-03-18 | 한국기초과학지원연구원 | 탄소를 함유하는 리튬 2차 전지용 리튬티타늄산화물 전극재료 및 이의 제조방법 |
| KR20130116033A (ko) * | 2012-04-13 | 2013-10-22 | 주식회사 엘지화학 | 전극 합제의 제조방법 및 이를 사용하여 제조되는 전극 합제 |
| CN104170149B (zh) * | 2012-04-17 | 2017-07-18 | 株式会社Lg 化学 | 具有优异性能的锂二次电池 |
| KR20130123491A (ko) * | 2012-05-03 | 2013-11-13 | 주식회사 엘지화학 | 전이금속 산화물 및 이를 포함하는 음극재 |
| JP2014194927A (ja) * | 2013-02-26 | 2014-10-09 | Toyo Ink Sc Holdings Co Ltd | 合材スラリーおよびその製造方法とそれを用いた電極、電池 |
| KR101516975B1 (ko) * | 2013-07-15 | 2015-05-04 | 한국세라믹기술원 | 리튬티타늄산화물계 음극용 조성물을 이용한 리튬티타늄산화물계 음극의 제조방법 |
| JP6645187B2 (ja) * | 2013-10-28 | 2020-02-14 | 日本ゼオン株式会社 | リチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物、リチウムイオン二次電池用負極、リチウムイオン二次電池、及び製造方法 |
| US20160260973A1 (en) * | 2013-10-28 | 2016-09-08 | Zeon Corporation | Slurry composition for negative electrodes of lithium ion secondary batteries, negative electrode for lithium ion secondary batteries, and lithium ion secondary battery |
| WO2015098050A1 (ja) | 2013-12-26 | 2015-07-02 | 日本ゼオン株式会社 | リチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物、リチウムイオン二次電池用負極およびリチウムイオン二次電池 |
| JP6203378B2 (ja) * | 2014-09-09 | 2017-09-27 | 株式会社東芝 | 非水電解質二次電池、電池パック及び車 |
| JP7307543B2 (ja) | 2016-06-30 | 2023-07-12 | ハイドロ－ケベック | 電極材料およびそれらの調製のためのプロセス |
-
2018
- 2018-06-08 KR KR1020180066079A patent/KR102227810B1/ko active IP Right Grant
-
2019
- 2019-06-07 WO PCT/KR2019/006902 patent/WO2019235890A1/ko unknown
- 2019-06-07 EP EP19814256.4A patent/EP3770997B1/en active Active
- 2019-06-07 HU HUE19814256A patent/HUE066279T2/hu unknown
- 2019-06-07 ES ES19814256T patent/ES2974968T3/es active Active
- 2019-06-07 JP JP2021506603A patent/JP7114155B2/ja active Active
- 2019-06-07 US US17/052,301 patent/US11581531B2/en active Active
- 2019-06-07 CN CN201980029493.2A patent/CN112055901B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP7114155B2 (ja) | 2022-08-08 |
| KR20190139510A (ko) | 2019-12-18 |
| CN112055901A (zh) | 2020-12-08 |
| EP3770997A4 (en) | 2021-06-02 |
| US20210234162A1 (en) | 2021-07-29 |
| EP3770997A1 (en) | 2021-01-27 |
| US11581531B2 (en) | 2023-02-14 |
| HUE066279T2 (hu) | 2024-07-28 |
| KR102227810B1 (ko) | 2021-03-15 |
| JP2021518988A (ja) | 2021-08-05 |
| EP3770997B1 (en) | 2024-02-21 |
| WO2019235890A1 (ko) | 2019-12-12 |
| CN112055901B (zh) | 2023-10-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2964486T3 (es) | Material activo de cátodo para batería secundaria, método de preparación para el mismo y batería secundaria de litio que comprende el mismo | |
| ES2960557T3 (es) | Material de cátodo para batería secundaria de litio, y cátodo y batería secundaria de litio que comprende el mismo | |
| ES2974968T3 (es) | Suspensión de electrodo negativo para batería secundaria de litio y método de preparación de la misma | |
| ES2976208T3 (es) | Electrodo negativo y batería secundaria de litio que incluye el mismo | |
| ES2928012T3 (es) | Procedimiento para la fabricación de suspensión de electrodos para batería de litio secundaria | |
| ES2944661T3 (es) | Electrodo negativo | |
| ES2974733T3 (es) | Material activo de electrodo positivo para batería secundaria de litio, método de preparación del mismo y electrodo positivo para batería secundaria de litio y batería secundaria de litio que incluyen el material activo de electrodo positivo | |
| KR101335460B1 (ko) | 리튬 망간계 산화물을 포함하는 양극 활물질 및 비수 전해질 이차전지 | |
| ES2978269T3 (es) | Electrodo negativo para batería secundaria de litio y batería secundaria de litio que incluye el mismo | |
| ES2978369T3 (es) | Material compuesto de silicio-carbono y batería secundaria de litio que comprende el mismo | |
| ES2976034T3 (es) | Electrodo negativo, método de producción del mismo y batería secundaria que comprende el mismo | |
| KR20190047195A (ko) | 리튬 이차전지용 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 | |
| JP2016072179A (ja) | 正極活物質、およびそれを有する合材電極、非水電解質二次電池用正極、および非水電解質二次電池 | |
| CN113574702A (zh) | 二次电池用负极活性材料、其制造方法、包含所述负极活性材料的二次电池用负极和锂二次电池 | |
| US20230135194A1 (en) | Negative electrode and secondary battery comprising the same | |
| KR102094483B1 (ko) | 상이한 형상의 도전재들을 포함하는 이차전지용 양극 합제 | |
| US11309541B2 (en) | Negative electrode slurry for lithium secondary battery and method of preparing the same | |
| ES2974780T3 (es) | Aditivo irreversible, electrodo positivo que incluye el aditivo irreversible, y batería secundaria de litio que incluye el electrodo positivo | |
| KR101514202B1 (ko) | 전기화학 소자용 음극 활물질 | |
| KR20160105348A (ko) | 양극 활물질, 이를 포함하는 양극 및 리튬 이차전지 | |
| KR101301564B1 (ko) | 스피넬 결정구조를 가진 고용량 리튬 망간계 산화물의 이차전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 | |
| KR20230130421A (ko) | 이차 전지용 음극, 음극 제조방법 및 상기 음극을 포함하는 이차 전지 |