ES2989751T3 - Batería secundaria y dispositivo que incluye la misma - Google Patents

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Abstract

La solicitud proporciona una batería secundaria y un dispositivo que la incluye. La segunda batería incluye: una placa de electrodo negativo, incluyendo la placa de electrodo negativo un material activo negativo; una película de separación, incluyendo la película de separación un material base y un revestimiento dispuesto sobre al menos una superficie del material base; y un electrolito, incluyendo el electrolito un disolvente orgánico, donde el material activo negativo incluye un material a base de silicio y un material de carbono; el espesor del material base de la película de separación es de 7 μm ~ 12 μm; y el disolvente orgánico incluye carbonato de etileno, y una relación de peso del carbonato de etileno en el disolvente orgánico es <=20%. La batería secundaria y el dispositivo que la incluye, que se proporcionan por la solicitud, bajo la premisa de tener una alta densidad de energía, también pueden tener un buen rendimiento de ciclo de alta temperatura, un buen rendimiento de almacenamiento de alta temperatura y una baja resistencia a la corriente continua de baja temperatura. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Batería secundaria y dispositivo que incluye la misma
Campo
La solicitud se refiere al campo técnico de las baterías, en particular, a una batería secundaria y a un dispositivo que incluye la misma.
Antecedentes
El gran consumo de recursos fósiles da como resultado un creciente agotamiento de los recursos y, al mismo tiempo, los graves problemas ambientales causados por los recursos fósiles en su proceso de utilización también conducen a demandas cada vez más urgentes de nuevas energías limpias y respetuosas con el medio ambiente. La energía eólica, la energía hidráulica, la energía solar y otras energías nuevas existentes se desarrollan y aplican en diferentes grados, pero no se pueden suministrar de forma continua y estable debido a factores de estación, geografía y similares, y se requieren equipos adecuados de almacenamiento de energía para almacenar y liberar energía eléctrica. Las baterías secundarias están en rápido desarrollo gracias a ventajas como la accesibilidad de las materias primas y el respeto al medio ambiente, por lo que se han aplicado ampliamente en la nueva industria energética.
Sin embargo, las baterías secundarias disponibles comercialmente no son suficientes para satisfacer las demandas de uso reales y, por lo tanto, es urgente desarrollar una batería secundaria que pueda considerar simultáneamente una alta densidad de energía y un buen rendimiento electroquímico.
El documento CN 110391 414 A divulga una batería de iones de litio de polímero de alta densidad energética, que comprende una lámina de electrodo positivo, una lámina de electrodo negativo, un separador poroso y un electrolito orgánico, en donde la lámina de electrodo positivo incluye cobaltato de litio; la lámina de electrodo negativo incluye un material compuesto basado en silicio; el separador poroso es un recubrimiento mixto de alúmina y fluoruro de polivinilideno; y el electrolito consiste en una sal de litio, un carbonato, un éster de ácido carboxílico y varios aditivos. El documento CN 106099 174 A divulga una batería de iones de litio de alta tensión de cátodo basados en de silicio que comprende un polo negativo, un polo positivo, un diafragma dispuesto entre el polo negativo y el polo positivo y un electrolito no acuoso. El documento US 2009/253044 A1 divulga una solución electrolítica no acuosa que comprende un disolvente no acuoso, comprendiendo el disolvente no acuoso un disolvente fluorado que incluye un carbonato fluorado lineal y un carbonato de etileno fluorado, en donde la cantidad total del disolvente fluorado en el disolvente no acuoso está en el intervalo del 50 al 100 % en peso. El documento CN 109244530 A divulga una batería de iones de litio y su método de preparación, en donde la batería de iones de litio incluye una caja de batería, una placa positiva, una placa negativa, una primera membrana, un segundo diafragma y un electrolito. El documento JP 2013 225388 A divulga una batería que comprende un electrodo positivo, un electrodo negativo y un electrolito que incluye una solución electrolítica que contiene un disolvente no acuoso y una sal electrolítica.
Sumario
En vista de los problemas en la técnica anterior, la solicitud tiene como objetivo proporcionar una batería secundaria y un dispositivo que incluye la misma. Bajo la premisa de tener una alta densidad de energía, la batería secundaria también puede considerar simultáneamente un buen rendimiento de ciclo a alta temperatura, un buen rendimiento de almacenamiento a alta temperatura y una baja resistencia a la corriente continua a baja temperatura.
Para cumplir el objetivo anterior, en un primer aspecto, la solicitud proporciona una batería secundaria, que incluye: una placa de electrodo negativo, incluyendo la placa de electrodo negativo un colector de corriente negativa y una película de electrodo negativo que está dispuesta en al menos una superficie del colector de corriente negativa e incluye un material activo negativo; una película de separación, incluyendo la película de separación un material de base y un recubrimiento dispuesto en al menos una superficie del material de base; y un electrolito, incluyendo el electrolito un disolvente orgánico, en donde el material activo negativo incluye un material basado en silicio y un material de carbono; el espesor del material de base de la película de separación es de 7 pm~12 pm; y el disolvente orgánico consiste en carbonato de etileno (EC), carbonato de etilo y metilo (EMC) y opcionalmente carbonato de dimetilo (DMC), y la relación en peso del carbonato de etileno (EC) en el disolvente orgánico es <20 %, y la relación en peso del carbonato de etilo y metilo (EMC) en el disolvente orgánico es del 60 %~95 %.
Un segundo aspecto, la solicitud proporciona un dispositivo, y el dispositivo incluye la batería secundaria de acuerdo con el primer aspecto de la solicitud.
La solicitud tiene al menos los siguientes efectos beneficiosos:
La batería secundaria proporcionada por la solicitud incluye: un electrodo negativo que incluye el material activo específico, la película de separación que incluye el material de base con el espesor específico y el electrolito que incluye el disolvente orgánico específico. Bajo la acción combinada del electrodo negativo, la película de separación y el electrolito, la batería secundaria proporcionada por la solicitud, bajo la premisa de tener una alta densidad de energía, también tiene un buen rendimiento de ciclo a alta temperatura, un buen rendimiento de almacenamiento a alta temperatura y baja resistencia a la corriente continua a baja temperatura. El dispositivo proporcionado por la solicitud en el segundo aspecto incluye la batería secundaria proporcionada por la solicitud en el primer aspecto y, por lo tanto, tiene al menos las mismas ventajas que la batería secundaria.
Breve descripción de las figuras
La figura 1 es un diagrama esquemático de una batería secundaria proporcionada por una realización de la solicitud.
La figura 2 es un diagrama esquemático de un módulo de batería proporcionado por una realización de la solicitud.
La figura 3 es un diagrama esquemático de un paquete de baterías proporcionado por una realización de la solicitud.
La figura 4 es una vista en despiece de la figura 3.
La Figura 5 es un diagrama esquemático de un dispositivo proporcionado por una realización de la solicitud. Donde los signos de referencia se ilustran de la siguiente manera:
1.caja de batería;
2.cuerpo superior de la caja;
3. cuerpo inferior de la caja;
4. módulo de batería; y
5 batería secundaria.
Descripción detallada
A continuación se ilustrarán en detalle una batería secundaria y un dispositivo que la incluye de acuerdo con la solicitud. En primer lugar, se ilustrará la batería secundaria de acuerdo con un primer aspecto de la solicitud.
La batería secundaria de acuerdo con el primer aspecto de la solicitud incluye una placa de electrodo negativo, una película de separación y un electrolito. La placa de electrodo negativo incluye un colector de corriente negativa y una película de electrodo negativo que está dispuesta en al menos una superficie del colector de corriente negativa e incluye un material activo negativo; la película de separación incluye un material de base y un recubrimiento dispuesto en al menos una superficie del material de base; y el electrolito incluye un disolvente orgánico, en donde el material activo negativo incluye un material basado en silicio y un material de carbono; el espesor del material de base de la película de separación es de 7 gm~12 gm; el disolvente orgánico consiste en carbonato de etileno (EC), carbonato de etilo y metilo (EMC) y opcionalmente carbonato de dimetilo (DMC), y la relación en peso del carbonato de etileno (EC) en el disolvente orgánico es <20 %, y la relación en peso del carbonato de etilo y metilo (EMC) en el disolvente orgánico es del 60 %~95 %.
En la batería secundaria de acuerdo con la solicitud, el material basado en silicio tiene una capacidad específica teórica relativamente alta y obviamente puede aumentar la capacidad de la batería secundaria cuando se usa como material activo negativo de la batería secundaria, pero el volumen del material basado en silicio se puede expandir seriamente en el proceso de carga y descarga de modo que influye en el rendimiento de la batería secundaria; y el material basado en silicio y el material de carbono se combinan para su uso para formar el material activo negativo, de modo que, en un aspecto, la capacidad de la batería secundaria se puede expandir y, en el otro aspecto, la adición del material de carbono también puede aliviar la influencia de la expansión de volumen del material basado en silicio en el rendimiento de la batería secundaria hasta cierto grado. Mientras tanto, en la batería secundaria proporcionada por la solicitud, el disolvente orgánico en el electrolito incluye el carbonato de etileno (EC), y la relación en peso del carbonato de etileno (EC) en el disolvente orgánico es <_20 %, de modo que el riesgo de producción de gas de batería se puede reducir de manera eficaz; y mientras tanto, los inventores han descubierto mediante investigaciones que el uso combinado del carbonato de etileno (EC) con el contenido específico y el material de base de la película de separación con el espesor específico puede permitir que el electrolito esté bien húmedo en la película de separación para mejorar de manera eficaz el rendimiento de energía y el rendimiento del ciclo de la batería.
En la batería secundaria de acuerdo con el primer aspecto de la solicitud, preferiblemente, el espesor del material de base de la película de separación es de 7 pm~10 pm.
En la batería secundaria de acuerdo con el primer aspecto de la solicitud, preferiblemente, una porosidad de la película de separación es del 25 %~50 %. Si la porosidad de la película de separación es excesivamente baja, el recorrido para que pasen los iones de litio es relativamente largo, lo que probablemente influya en el rendimiento dinámico de la batería secundaria; y si la porosidad de la película de separación es excesivamente alta, puede reducir la resistencia mecánica de la película de separación, dejando grandes riesgos potenciales de seguridad para la batería secundaria. Más preferiblemente, la porosidad de la película de separación es del 30 % al 48 %.
En la batería secundaria de acuerdo con el primer aspecto de la solicitud, en la película de separación, el material de base se puede seleccionar entre una o más de una película de polietileno, una película de polipropileno, una película de fluoruro de polivinilideno y su película compuesta multicapa.
En la batería secundaria de acuerdo con el primer aspecto de la solicitud, en la película de separación, el recubrimiento dispuesto sobre al menos una superficie del material de base puede incluir uno o más de un recubrimiento de partículas inorgánicas o un recubrimiento polimérico, y los tipos del recubrimiento de partículas inorgánicas y del recubrimiento polimérico no están especialmente limitados y pueden seleccionarse según se requiera realmente. Específicamente, el recubrimiento de partículas inorgánicas puede incluir una o más partículas de óxido de aluminio y partículas de óxido de circonio, y el recubrimiento polimérico puede incluir uno o más de un polímero de fluoruro de polivinilideno y un polímero de poliimida.
En la batería secundaria de acuerdo con el primer aspecto de la solicitud, preferiblemente, el espesor de la película de separación (es decir, la suma del espesor del material de base y el espesor del recubrimiento en la película de separación) es de 10 gm~16 gm; y más preferiblemente, el espesor de la película de separación es de 12 pm~14 pm. En la batería secundaria de acuerdo con el primer aspecto de la solicitud, preferiblemente, la relación en peso del carbonato de etileno (EC) en el disolvente orgánico es <_15 %; y más preferiblemente, la relación en peso del carbonato de etileno (EC) en el disolvente orgánico es <_10 %.
En la batería secundaria de acuerdo con el primer aspecto de la solicitud, el disolvente orgánico consiste en carbonato de etileno (EC), carbonato de etilo y metilo (EMC) y opcionalmente carbonato de dimetilo (DMC).
En la batería secundaria de acuerdo con el primer aspecto de la solicitud, la relación en peso del EMC en el disolvente orgánico es del 60 %-95 % y, preferiblemente, la relación en peso del EMC en el disolvente orgánico es del 75%~95%. En la batería secundaria de acuerdo con el primer aspecto de la solicitud, cuando el disolvente orgánico incluye además el DMC, preferiblemente, una relación en peso del DMC en el disolvente orgánico es <_15 %, y más preferiblemente, la relación en peso del DMC en el disolvente orgánico es <_10 %.
En la batería secundaria de acuerdo con el primer aspecto de la solicitud, el electrolito incluye además sal electrolítica, y la sal electrolítica puede incluir uno o más de bisfluorosulfonimida de litio (LiFSI) y hexafluorofosfato de litio (LiPF<6>); y preferiblemente, la sal electrolítica incluye bisfluorosulfonimida de litio (LiFSI) y hexafluorofosfato de litio (LiPF<6>), la molaridad de la bisfluorosulfonimida de litio (LiFSI) en el electrolito es de 0,8 mol/l~1,3 mol/l, y la molaridad del hexafluorofosfato de litio (LiPF<6>) en el electrolito es de 0,15 mol/l~0,4 mol/l.
Cuando el contenido de bisfluorosulfonimida de litio (LiFSI) y hexafluorofosfato de litio (LiPF<6>) está dentro del intervalo anterior, no solo se puede aliviar la oxidación de la bisfluorosulfonimida de litio (LiFSI) en un electrodo positivo y se mejora el rendimiento del ciclo de la batería, sino que también se puede mejorar de manera eficaz el rendimiento de energía a baja temperatura de la batería.
En la batería secundaria de acuerdo con el primer aspecto de la solicitud, además preferiblemente, la molaridad de la bisfluorosulfonimida de litio (LiFSI) en el electrolito es de 0,9 mol/l ~ 1,2 mol/l.
En la batería secundaria de acuerdo con el primer aspecto de la solicitud, además preferiblemente, la molaridad del hexafluorofosfato de litio (LiPF<6>) en el electrolito es de 0,15 mol/l~0,3 mol/l.
En la batería secundaria de acuerdo con el primer aspecto de la solicitud, la conductividad eléctrica del electrolito a 25 °C es de 6,5 mS/cm~9,5 mS/cm; y, preferiblemente, la conductividad eléctrica del electrolito a 25 °C es de 7 mS/cm~9 mS/cm.
En la batería secundaria de acuerdo con la solicitud, la viscosidad del electrolito a 25 °C es de 3,5 mPas~5,5 mPas; y preferiblemente, la viscosidad del electrolito a 25 °C es de 4 mPas~5 mPas.
La conductividad eléctrica del electrolito a 25 °C se puede probar mediante el método bien conocido en la técnica, y un instrumento de prueba adoptado puede ser un instrumento de equipo de conductividad eléctrica Rex.
La viscosidad del electrolito a 25 °C se puede probar mediante el método bien conocido en la técnica, y un instrumento de prueba adoptado puede ser un viscosímetro.
En la batería secundaria de acuerdo con el primer aspecto de la solicitud, el electrolito incluye además un aditivo, y el aditivo puede incluir uno o más de carbonato de vinileno, carbonato de fluoroetileno (FEC), 1,3-propano sulfona, anhídrido 1,3-propanodisulfónico (PDSA), sulfato de etileno, anhídrido succínico (SA), fosfato de tris(trimetilsilano) (TMSP), anhídrido trifluorometanosulfónico, anhídrido tetrafluorosuccínico y adiponitrilo.
En la batería secundaria de acuerdo con el primer aspecto de la solicitud, preferiblemente, el material basado en silicio incluye uno o más de una sustancia simple de silicio, una aleación de silicio, un compuesto de silicio y oxígeno, un compuesto de silicio y carbono y un compuesto de silicio y nitrógeno; y más preferiblemente, el material basado en silicio incluye el compuesto de silicio y oxígeno.
En la batería secundaria de acuerdo con el primer aspecto de la solicitud, preferiblemente, una relación en masa del material basado en silicio en el material activo negativo es <_50 %, y más preferiblemente, es del 15 %~30 %.
En la batería secundaria de acuerdo con el primer aspecto de la solicitud, preferiblemente, el material de carbono incluye uno o más de grafito, carbono blando y carbono duro; y más preferiblemente, el material de carbono incluye el grafito, y el grafito se selecciona de uno o más de grafito artificial y grafito natural.
La batería secundaria de acuerdo con el primer aspecto de la solicitud incluye además una placa de electrodo positivo, incluyendo la placa de electrodo positivo un colector de corriente positiva y una película de electrodo positivo que está dispuesta en al menos una superficie del colector de corriente positiva e incluye un material activo positivo; la película de electrodo positivo puede estar dispuesta en una superficie del colector de corriente positiva, o puede estar dispuesta simultáneamente en dos superficies del colector de corriente positiva; y la película de electrodo negativo puede estar dispuesta en una superficie del colector de corriente negativa, o puede estar dispuesta simultáneamente en dos superficies del colector de corriente negativa.
En la batería secundaria de acuerdo con el primer aspecto de la solicitud, preferiblemente, el material activo positivo incluye uno o más de un compuesto de litio, níquel, cobalto, manganeso y oxígeno y un óxido de litio, níquel, cobalto y aluminio. El compuesto de litio, níquel, cobalto, manganeso y oxígeno y el óxido de litio, níquel, cobalto y aluminio, como materiales activos positivos de la batería secundaria, tienen ventajas de alta capacidad específica, larga vida útil y similares, y se combinan con el material activo negativo que incluye el material basado en silicio para su uso con el fin de mejorar aún más el rendimiento electroquímico de la batería.
En la batería secundaria de acuerdo con el primer aspecto de la solicitud, preferiblemente, el material activo positivo incluye uno o más de un material con una fórmula general de Li<a>Ni<b>Co<c>M<d>M'<e>O<f>A<g>o Li<a>Ni<b>Co<c>M<d>M'<e>O<f>A<g>con una capa de recubrimiento sobre al menos una parte de la superficie, en donde 0,8<a<1,2, 0,5<b<1, 0<c<1, 0<d<1, 0<e<0,1, 1 <f<2, y 0<g<1, M se selecciona de uno o más de Mn y Al, M' se selecciona de uno o más de Zr, Al, Zn, Cu, Cr, Mg, Fe, V, Ti, y B, y A se selecciona de uno o más de N, F, S y Cl.
La capa de recubrimiento en la superficie del material activo positivo puede ser una capa de carbono, una capa de óxido, una capa de sal inorgánica o una capa de macromolécula conductora. La modificación del recubrimiento en la superficie del material activo positivo puede mejorar aún más el rendimiento del ciclo de la batería secundaria.
En la batería secundaria de acuerdo con el primer aspecto de la solicitud, además, el material activo positivo puede incluir además uno o más de un óxido de níquel y litio (por ejemplo, niquelato de litio), un óxido de manganeso y litio (por ejemplo, manganato de litio de tipo espinela y manganato de litio de estructura en capas), fosfato de hierro y litio, fosfato de manganeso y litio, fosfato de litio, manganeso y hierro, cobaltato de litio y sus compuestos modificados.
En la batería secundaria de acuerdo con el primer aspecto de la solicitud, el tipo de colector de corriente positiva no está limitado específicamente y puede seleccionarse según las necesidades reales. Específicamente, el colector de corriente positiva puede seleccionarse entre una lámina metálica, por ejemplo, una lámina de aluminio.
En la batería secundaria de acuerdo con el primer aspecto de la solicitud, el tipo de colector de corriente negativa no está limitado especialmente y puede seleccionarse según las necesidades reales. Específicamente, el colector de corriente negativa puede seleccionarse entre una lámina metálica, por ejemplo, una lámina de cobre.
En algunas realizaciones, la batería secundaria puede incluir un embalaje exterior para envolver la placa de electrodo positivo, la placa de electrodo negativo y el electrolito. A modo de ejemplo, la placa de electrodo positivo, la placa de electrodo negativo y la película de separación se pueden formar en un conjunto de electrodos con una estructura laminada o un conjunto de electrodos con una estructura enrollada mediante laminación o bobinado, y el conjunto de electrodos se empaqueta en el paquete exterior; y el electrolito humedece el conjunto de electrodos. El número de conjuntos de electrodos en la batería secundaria puede ser uno o más y se puede regular según sea necesario.
En algunas realizaciones, el embalaje exterior de la batería secundaria puede ser un embalaje flexible, por ejemplo, un embalaje flexible de tipo bolsa. El material del embalaje flexible puede ser plástico y, por ejemplo, puede incluir uno o más de polipropileno (PP), tereftalato de polibutileno (PBT), succinato de polibutileno (PBS) y similares. El embalaje exterior de la batería secundaria también puede ser una carcasa dura, por ejemplo, una carcasa de aluminio y similar.
La solicitud no establece ningún límite especial en cuanto a la forma de la batería secundaria, y la batería secundaria puede tener forma de cilindro, forma cuadrada u otras formas aleatorias. La Figura 1 muestra una batería secundaria 5 con una estructura cuadrada como un ejemplo.
En algunas realizaciones, la batería secundaria se puede ensamblar en un módulo de batería, el módulo de batería puede incluir una pluralidad de baterías secundarias y el número específico de baterías secundarias se puede regular de acuerdo con la solicitud y la capacidad del módulo de batería.
La Figura 2 es un módulo de batería 4 como ejemplo. Haciendo referencia a la figura 2, en el módulo de batería 4, se puede disponer secuencialmente una pluralidad de baterías secundarias 5 a lo largo de una dirección longitudinal del módulo de batería 4. Por supuesto, las baterías secundarias 5 se pueden disponer de otras maneras aleatorias. Además, la pluralidad de baterías secundarias 5 se puede fijar mediante sujetadores.
Opcionalmente, el módulo de batería 4 puede incluir además una carcasa con un espacio de acomodación, y la pluralidad de baterías secundarias 5 se alojan en el espacio de acomodación.
En algunas realizaciones, el módulo de batería se puede ensamblar además en un paquete de baterías, y la cantidad de módulos de batería incluidos en el paquete de baterías se puede regular de acuerdo con la aplicación y la capacidad del paquete de baterías.
La figura 3 y figura 4 muestran un paquete de baterías 2 como un ejemplo. Haciendo referencia a la figura 3 y la figura 4, el bloque de baterías 1 puede incluir una caja de batería y una pluralidad de módulos de batería 4 dispuestos en la caja de batería. La caja de batería incluye un cuerpo de caja superior 2 y un cuerpo de caja inferior 3, el cuerpo de caja superior 2 puede cubrirse en el cuerpo de caja inferior 3 y se forma un espacio cerrado para alojar los módulos de batería 4. La pluralidad de módulos de batería 4 puede disponerse en la caja de batería de manera aleatoria.
En segundo lugar, se ilustrará el dispositivo de acuerdo con un segundo aspecto de la solicitud.
La solicitud proporciona un dispositivo en el segundo aspecto. El dispositivo incluye la batería secundaria proporcionada por la solicitud en el primer aspecto, y la batería secundaria se puede utilizar como fuente de alimentación del dispositivo, o se puede utilizar como unidad de almacenamiento de energía del dispositivo. El dispositivo incluye, pero sin limitación, un dispositivo móvil (p. ej., un teléfono móvil, un ordenador portátil y similares), un vehículo eléctrico (p. ej., un vehículo eléctrico puro, un vehículo eléctrico híbrido, un vehículo eléctrico híbrido enchufable, una bicicleta eléctrica, un patinete eléctrico, un carrito de golf eléctrico, un camión eléctrico y similares), un tren eléctrico, un barco, un satélite, un sistema de almacenamiento de energía y similares.
El dispositivo puede seleccionar la batería secundaria, el módulo de batería o el paquete de baterías según las demandas de uso del dispositivo.
La figura 5 muestra un dispositivo como un ejemplo. El dispositivo es un vehículo eléctrico puro, un vehículo eléctrico híbrido, un vehículo eléctrico híbrido enchufable o similares. Para satisfacer las demandas del dispositivo en cuanto a alta potencia y una alta densidad de energía de la batería secundaria, se puede adoptar el paquete de baterías o el módulo de batería.
Un dispositivo como otro ejemplo puede ser un teléfono móvil, una tableta, un ordenador personal, un ordenador portátil y similares. Normalmente, se requiere que el dispositivo sea delgado y ligero, y puede usar la batería secundaria como fuente de alimentación.
La solicitud se ilustrará más detalladamente a continuación en combinación con las realizaciones. Debe entenderse que dichas realizaciones se utilizan simplemente para ilustrar la solicitud, pero no pretenden limitar el alcance de la misma.
Las baterías secundarias en las realizaciones 1 a 19 y los ejemplos de contraste 1 a 6 se preparan todas de acuerdo con el siguiente método.
(1) Preparación de una placa de electrodo positivo:
Mezclar un material activo positivo LiNi<0>.<8>Co<0>.<1>Mn<0>.<1>O<2>, un fluoruro de polivinilideno adhesivo y un aditivo conductor, es decir, negro de carbono conductor, de acuerdo con una relación en peso de 97:1:2, añadir N-metilpirrolidona (NMP), y agitar en un agitador de vacío hasta que el sistema cambie a un estado transparente, para obtener un tamaño de electrodo positivo; y transferir una lámina de aluminio a un horno de secado para secarla después de secarla al aire a temperatura ambiente, y someter la lámina a prensado en frío y corte para obtener la placa de electrodo positivo.
(2) Preparación de una placa de electrodo negativo:
Mezclar materiales activos negativos de monóxido de silicio y grafito artificial de acuerdo con una relación en masa de 2:8, mezclar la mezcla con un aditivo conductor Super P, un espesante carboximetilcelulosa sódica (CMC-Na), un adhesivo caucho de estireno butadieno (SBR) de acuerdo con una relación en masa de 92:2:2:4, añadir agua desionizada y agitar en el agitador de vacío para obtener un tamaño de electrodo negativo uniformemente disperso; y transferir una lámina de cobre al horno de secado para secarla después de secarla al aire a temperatura ambiente, y someterla a prensado en frío y corte para obtener la placa de electrodo negativo.
(3) Preparación de un electrolito:
En una caja de guantes de nitrógeno de alta pureza, mezclar disolventes orgánicos para obtener un disolvente mezclado, a continuación disolver sal electrolítica suficientemente seca en el disolvente mezclado, a continuación añadir aditivos al disolvente mezclado y realizar una mezcla uniforme para obtener el electrolito, en donde la composición de los aditivos es la siguiente: 8 % de FEC+0,5 % de SA+0,5 % de TMSP, y el contenido de cada aditivo es un porcentaje en peso calculado sobre la base de un peso total del electrolito; y ciertamente, los expertos en la materia también pueden adoptar aditivos con otra composición para reemplazo, sin influir en el resultado general de la prueba de rendimiento de la solicitud, en donde los tipos y la concentración de la sal electrolítica utilizada en el electrolito y los tipos y contenidos específicos de los disolventes orgánicos son como se muestra en la Tabla 1. El contenido de cada disolvente orgánico es un porcentaje en peso calculado sobre la base del peso total de los disolventes orgánicos; y la concentración de cada sal electrolítica es la molaridad en el electrolito.
(4) Preparación de una película de separación:
Los ajustes específicos de un material de base en la película de separación y el espesor del material de base se muestran en la Tabla 1.
(5) Preparación de la batería secundaria:
Apilar la placa de electrodo positivo, la película de separación y la placa de electrodo negativo en secuencia, posicionar la película de separación entre las placas de electrodo positivo y negativo para la separación, y a continuación enrollar para obtener un conjunto de electrodos; y colocar el conjunto de electrodos en un paquete exterior, inyectar el electrolito preparado en una batería seca, y realizar el empaquetado al vacío, el reposado, la formación, el moldeado y similares para obtener la batería secundaria.
Tabla 1 Parámetros de las realizaciones 1-9 E emplos comparativos 1-6
* Ejemplo de referencia;A continuación se ilustra el proceso de prueba de la batería secundaria. ;(1) Prueba de rendimiento de ciclos de alta temperatura:A 45 °C, cargar la batería secundaria a una tensión de 4,25 V con una corriente constante de 1 C, a continuación cargar a una corriente de 0,05 C con una tensión constante de 4,25 V, dejar reposar durante 5 min y a continuación descargar a una tensión de 2,5 V con la corriente constante de 1 C; es el primer ciclo de carga/descarga de la batería secundaria, y esta capacidad de descarga se indica como capacidad de descarga de la batería secundaria después del primer ciclo. Cargar/descargar circularmente la batería secundaria 800 veces de acuerdo con el método para obtener la capacidad de descarga después de 800 ciclos. ;;(2) Prueba de rendimiento de almacenamiento a alta temperatura:;;A 25 °C, cargar la batería secundaria a una tensión de 4,25 V con una corriente constante de 0,5 C y a continuación cargarla a una corriente de 0,05 C con la tensión constante de 4,25 V, y probar el volumen de la batería secundaria en el momento mediante un método de drenaje e indicar el volumen como V<1>; y a continuación colocar la batería secundaria en un termostato Calorstat a 60 °C y sacarla después de almacenarla durante 30 días, y probar el volumen de la batería secundaria en el momento e indicar el volumen como V<2>. ;;(3) Prueba de resistencia de corriente continua a baja temperatura:;;A -20 °C, cargar la batería secundaria a una tensión de 4,25 V con una corriente constante de 1 C, a continuación cargarla a una corriente de 0,05 C con la tensión constante de 4,25 V, dejarla reposar durante 5 min y a continuación descargarla durante 30 min con una corriente constante de 1 C (I<1>), y medir la tensión de la batería secundaria después de la descarga e indicar la tensión como U<1>; cambiar la temperatura a -20 °C, dejar reposar durante 2 h, a continuación descargar la segunda batería durante 30 s a una corriente constante de 0,36 C(b), medir la tensión de la batería secundaria después de la descarga e indicar la tensión como U<2>; y ; ; ;;; * Ejemplo de referencia
De los resultados de las pruebas que se muestran en la Tabla 2 se puede observar que: la batería secundaria de acuerdo con las realizaciones de la solicitud puede tener un buen rendimiento de ciclo a alta temperatura, un buen rendimiento de almacenamiento a alta temperatura y una baja resistencia a la corriente continua a baja temperatura.
En las realizaciones 1 a 14, el contenido de carbonato de etileno (EC) y el espesor del material de base de la película de separación en la batería secundaria están ambos dentro del alcance dado por la solicitud, y la batería secundaria puede tener un buen rendimiento de ciclo a alta temperatura, un buen rendimiento de almacenamiento a alta temperatura y una baja resistencia a la corriente continua a baja temperatura. En las realizaciones 15 a 19, cuando la sal electrolítica de la batería secundaria incluye simultáneamente la bisfluorosulfonimida de litio (LiFSI) y el hexafluorofosfato de litio (LiPF6) y las condiciones de que la molaridad de lA bisfluorosulfonimida de litio (LiFSI) en el electrolito sea de 0,8 mol/l~1,3 mol/l y la molaridad del hexafluorofosfato de litio (LiPF6) en el electrolito sea de 0,15 mol/l~0,4 mol/l, lo que mejora aún más el rendimiento de la batería secundaria y, en particular, el rendimiento del ciclo a alta temperatura y la resistencia de corriente continua a baja temperatura de la batería secundaria.
En comparación con las realizaciones 1 a 19, el rendimiento del ciclo de alta temperatura de las baterías secundarias en los ejemplos de contraste es relativamente deficiente. En las baterías secundarias de los ejemplos de contraste 1 a 2, el contenido de carbonato de etileno (EC) es superior al 20 %, y el rendimiento del ciclo a alta temperatura y del almacenamiento a alta temperatura de las baterías secundarias se deteriora; los espesores de los materiales de base de las películas de separación de las baterías secundarias en los ejemplos de contraste 3 a 6 son superiores a 12 |jm o inferiores a 7 jm , el rendimiento del ciclo a alta temperatura de las baterías secundarias se deteriora, y el rendimiento del almacenamiento a alta temperatura y/o la resistencia de corriente continua a baja temperatura se deterioran parcialmente.
De lo anterior se desprende que la solicitud supera eficazmente varios defectos de la técnica anterior y tiene un alto valor de utilización en la industria.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Una batería secundaria, que comprende:
una placa de electrodo negativo, que incluye un colector de corriente negativa y una película de electrodo negativo que se dispone en al menos una superficie del colector de corriente negativa e incluye un material activo negativo; una película de separación, que incluye un material de base y un recubrimiento dispuesto sobre al menos una superficie del material de base; y
un electrolito, que incluye un disolvente orgánico,
en donde el material activo negativo incluye un material basado en silicio y un material de carbono;
un espesor del material de base de la película de separación es de 7 pm-12 pm; y
el disolvente orgánico consiste en carbonato de etileno (EC), carbonato de etilo y metilo (EMC) y opcionalmente carbonato de dimetilo (DMC), y la relación en peso del carbonato de etileno (EC) en el disolvente orgánico es <20 %, y la relación en peso del carbonato de etilo y metilo (EMC) en el disolvente orgánico es del 60 %~95 %.
2. La batería secundaria de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la relación en peso del carbonato de etileno (EC) en el disolvente orgánico es <15 %; y preferiblemente, la relación en peso del carbonato de etileno (EC) en el disolvente orgánico es <10 %.
3. La batería secundaria de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en donde el espesor del material de base de la película de separación es de 7 pm~10 pm.
4. La batería secundaria de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la porosidad de la película de separación es del 25 %~50 %; y preferiblemente, la porosidad de la película de separación es del 30 %~48 %.
5. La batería secundaria de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la relación en peso del carbonato de dimetilo (DMC) en el disolvente orgánico es <15 %; y preferiblemente, la relación en peso del carbonato de dimetilo (DMC) en el disolvente orgánico es <10 %.
6. La batería secundaria de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el electrolito incluye además sal electrolítica, y la sal electrolítica incluye bisfluorosulfonimida de litio (LiFSI) y hexafluorofosfato de litio (LiPF<6>); y la molaridad de la bisfluorosulfonimida de litio (LiFSI) en el electrolito es de 0,8 mol/l~1,3 mol/l, y la molaridad del hexafluorofosfato de litio (LiPF<6>) en el electrolito es de 0,15 mol/l~0,4 mol/l.
7. La batería secundaria de acuerdo con la reivindicación 6, en donde la molaridad de la bisfluorosulfonimida de litio (LiFSI) en el electrolito es de 0,9 mol/l~1,2 mol/l, y la molaridad del hexafluorofosfato de litio (LiPF<6>) en el electrolito es de 0,15 mol/l~0,3 mol/l.
8. La batería secundaria de acuerdo con la reivindicación 7, en donde
la conductividad eléctrica del electrolito a 25 °C es de 6,5 mS/cm a 9,5 mS/cm y, preferiblemente, la conductividad eléctrica del electrolito a 25 °C es de 7 mS/cm a 9 mS/cm; y/o
una viscosidad del electrolito a 25 °C es de 3,5 mPas~5,5 mPas y, preferiblemente, la viscosidad del electrolito a 25 °C es de 4 mPas~5 mPas.
9. La batería secundaria de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el material basado en silicio incluye uno o más de una sustancia simple de silicio, una aleación de silicio, un compuesto de silicio y oxígeno, un compuesto de silicio y carbono y un compuesto de silicio y nitrógeno, y preferiblemente, el material basado en silicio incluye el compuesto de silicio y oxígeno; y/o el material de carbono incluye uno o más de grafito, carbono blando y carbono duro, preferiblemente, el material de carbono incluye el grafito, y el grafito se selecciona de uno o más de grafito artificial y grafito natural.
10. La batería secundaria de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde la relación en masa del material basado en silicio en el material activo negativo es <50 % y, preferiblemente, es del 15 %~30 %.
11. La batería secundaria de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde el espesor de la película de separación es de 11 pm~16 pm y, preferiblemente, el espesor de la película de separación es de 12 pm~14 pm.
12. La batería secundaria de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende además una placa de electrodo positivo, incluyendo la placa de electrodo positivo un colector de corriente positiva y una película de electrodo positivo que está dispuesta sobre al menos una superficie del colector de corriente positiva e incluye un material activo positivo, incluyendo el material activo positivo uno o más de un compuesto de litio, níquel, cobalto, manganeso y oxígeno y un óxido de litio, níquel, cobalto y aluminio, y preferiblemente, incluyendo el material activo positivo uno o más de Li<a>Ni<b>Co<c>M<d>M'<e>O<f>A<g>o Li<a>Ni<b>Co<c>M<d>M'<e>O<f>A<g>con una capa de recubrimiento sobre al menos una parte de la superficie, en donde 0,8<a<1,2, 0,5<b<1, 0<c<1, 0<d<1, 0<e<0,1, 1<f<2, y 0<g<1, M se selecciona de uno o más de Mn y Al, M' se selecciona de uno o más de Zr, Al, Zn, Cu, Cr, Mg, Fe, V, Ti, y B, y A se selecciona de uno o más de N, F, S y Cl.
13. Un dispositivo que comprende la batería secundaria de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.
ES22216173T 2019-12-24 2019-12-24 Batería secundaria y dispositivo que incluye la misma Active ES2989751T3 (es)

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