ES3019360T3 - Anode including graphite and silicon-based material having different diameters and lithium secondary battery including the same - Google Patents

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Hyeon Min Song
Joo Hwan Sung
Han Sol Park
Minsu Cho
Sunghae Park
Jingoo Kwak
Younguk Park
Sue Jin Kim
Jinsu Jang
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Abstract

La presente invención se refiere a un ánodo para una batería secundaria de litio, con una capa de material anódico formada sobre al menos una superficie de un colector de corriente anódico, donde dicha capa comprende partículas grandes de grafito, un material a base de silicio de partículas pequeñas y micropartículas de grafito, y cumple las siguientes condiciones 1 a 3; y a una batería secundaria de litio que lo comprende. [Condición 1] Diámetro promedio D50(D1) de las partículas grandes de grafito: 1-50 μm [Condición 2] Diámetro promedio D50(D2) del material a base de silicio de partículas pequeñas: 0,155D1-0,414D1 [Condición 3] Diámetro promedio D50(D3) de las micropartículas de grafito: 0,155D1-0,414D1 o 0,155D2-0,414D2. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Ánodo que incluye grafito y material basado en silicio que tiene diferentes diámetros y batería secundaria de litio que incluye el mismo
Sector de la técnica
Referencia cruzada a solicitud relacionada
Esta solicitud reivindica los beneficios de la solicitud de patente coreana n.° 10-2018-0127487 presentada el 24 de octubre de 2018 ante la Oficina Coreana de Propiedad Intelectual.
La presente divulgación se refiere a un ánodo que incluye grafito y un material basado en silicio que tiene diferentes diámetros, y a una batería secundaria de litio que incluye el ánodo. Específicamente, la presente divulgación se refiere a un ánodo que incluye grafito de partículas grandes, un material basado en silicio de partículas pequeñas, y grafito de partículas finas que satisface condiciones específicas de tamaño de partícula, y una batería secundaria de litio que incluye el ánodo.
Estado de la técnica
El rápido aumento del uso de combustibles fósiles ha acelerado la demanda de fuentes de energía alternativas y limpias, y se ha investigado activamente la generación y el almacenamiento de energía mediante electroquímica.
Un ejemplo típico de dispositivo electroquímico que usa tal energía electroquímica es una batería secundaria, que se utiliza cada vez más en diversos ámbitos.
Recientemente, el desarrollo tecnológico y el aumento de la demanda asociados a equipos portátiles tales como ordenadores portátiles, teléfonos móviles y cámaras fotográficas han traído consigo un aumento de la demanda de baterías secundarias como fuente de alimentación. Entre estas baterías secundarias, las baterías secundarias de litio que tiene una densidad energética y un potencial eléctrico de funcionamiento elevados, larga vida útil y baja autodescarga se han investigado activamente y se comercializan y utilizan ampliamente.
Asimismo, el creciente interés por las cuestiones medioambientales ha dado lugar a un gran número de investigaciones sobre vehículos eléctricos, vehículos eléctricos híbridos o similares como alternativas a los vehículos que utilizan combustibles fósiles, tales como los vehículos de gasolina y los vehículos diésel. Estos vehículos eléctricos e híbridos eléctricos suelen utilizar baterías secundarias de níquel-hidruro metálico como fuente de alimentación. Sin embargo, actualmente se están realizando investigaciones con baterías secundarias de litio de alta densidad energética y tensión de descarga, y algunas están disponibles en el mercado.
Los materiales que incluyen grafito se utilizan ampliamente como material activo de ánodo de las baterías secundarias de litio. Los materiales que incluyen grafito tienen un potencial medio de aproximadamente 0,2 V (basado en Li/Li+) cuando liberan litio, y el potencial cambia de forma relativamente uniforme durante la descarga. Esto tiene la ventaja de que la tensión de la batería es alta y constante. Aunque los materiales de grafito tienen una capacidad eléctrica por unidad de masa tan baja como 372 mAh/g, se ha mejorado la capacidad de los materiales de grafito y ahora se acerca a la capacidad teórica, por lo que es difícil seguir aumentando la capacidad.
Para baterías secundarias de litio de mayor capacidad, se están estudiando muchos materiales activos anódicos. Como material activo de ánodo de alta capacidad, un material que forma un compuesto intermetálico con el litio, por ejemplo, silicio o estaño, se espera que sean materiales activos anódicos prometedores. En particular, el silicio es un material activo de ánodo de tipo aleado que tiene una capacidad teórica (4.200 mAh/g) que es al menos a aproximadamente 10 veces superior a la del grafito, y que hoy en día está ganando atención como material activo de ánodo de las baterías secundarias de litio.
Sin embargo, los materiales basados en silicio que contienen silicio provocan un gran cambio de volumen (~300 %) durante la carga y la descarga, lo que provoca la ruptura del contacto físico entre los materiales y la descamación. Como consecuencia, la conductividad iónica, la conductividad eléctrica, y similares disminuyen drásticamente, por lo que las características prácticas de vida útil inicial tienden a reducirse bruscamente.
Con el fin de mejorar las características del material basado en silicio que tiene una elevada capacidad teórica, se han realizado varios intentos, como el compuesto de Si/carbono, siguiendo un enfoque de arriba hacia abajo. Sin embargo, debido a su complicado proceso de fabricación y su bajo rendimiento, no son suficientes para comercializarlo.
Por consiguiente, es necesario desarrollar una técnica para mejorar las características iniciales de vida útil al usar un material basado en silicio como material activo de una batería secundaria de litio.
El documento EP2879216A1 se refiere a un material activo de ánodo basado en silicio poroso.
El documento KR20150032014A se refiere a un material activo de ánodo basado en silicio.
El documento WO2018097212A1 se refiere a un material de electrodo negativo para baterías secundarias no acuosas.
Objeto de la invención
Problema técnico
La presente invención se ha realizado para resolver los problemas anteriores y otros problemas técnicos que aún no se han resuelto.
Específicamente, la presente divulgación consiste en proporcionar un ánodo que tenga unas características iniciales de vida útil mejoradas y que contenga como material activo un material basado en silicio, incluyendo grafito natural, un material basado en silicio, y grafito artificial que satisfaga condiciones específicas de tamaño de partícula en la capa de material de ánodo, y una batería secundaria de litio que incluye el mismo.
Solución técnica
De acuerdo con la presente divulgación, se proporciona un ánodo para una batería secundaria de litio, de acuerdo con la reivindicación independiente 1.
De acuerdo con la presente divulgación, se proporciona una batería secundaria de litio que incluye el ánodo para una batería secundaria de litio, de acuerdo con la reivindicación independiente 7.
La batería secundaria de litio que incluye el ánodo descrito anteriormente tiene unas características iniciales de vida útil significativamente mejoradas al contener el material basado en silicio como material activo.
En lo sucesivo en el presente documento, el ánodo y la batería secundaria de litio de acuerdo con realizaciones de la presente invención se describirán detalladamente.
Los términos se utilizan simplemente para referirse a realizaciones específicas, y no pretenden restringir la presente divulgación a menos que esto se exprese explícitamente.
Las expresiones singulares de la presente divulgación pueden incluir expresiones plurales a menos que se exprese de manera diferente contextualmente.
Los términos "incluir", "comprender", y similares de la presente divulgación se utilizan para especificar ciertas características, regiones, números enteros, etapas, operaciones, elementos y/o componentes, y éstos no excluyen la existencia o la adición de otras ciertas características, regiones, números enteros, etapas, operaciones, elementos y/o componentes.
Descripción detallada de la invención
De acuerdo con una realización de la presente divulgación, se proporciona un ánodo para una batería secundaria de litio, en donde se forma una capa de material de ánodo sobre al menos una superficie de un colector de corriente anódica, y
la capa de material de ánodo incluye grafito natural, un material basado en silicio, y grafito artificial, y satisface las siguientes condiciones 1 a 3:
[Condición 1] Diámetro promedio D50 del grafito natural (D<i>): de 5 a 30 pm
[Condición 2] Diámetro promedio D50 del material basado en silicio (D<2>): de 0,2D<i>a 0,4D<i>
[Condición 3] Diámetro promedio D50 del grafito artificial (D<3>): de 0,2D<i>a 0,4D<i>o de 0,2D<2>a 0,4D<2>.
El diámetro promedio (D50) se define como el diámetro al 50 % de la distribución granulométrica obtenida basada en un volumen de partículas. El diámetro promedio (D50) de las partículas puede medirse utilizando, por ejemplo, un método de difracción láser.
Por ejemplo, cada partícula se dispersa en una solución de agua/tritón X-100, y se introduce en un analizador de tamaño de partículas por difracción láser disponible en el mercado (por ejemplo, Microtrac S 3500). Posteriormente, se irradia una onda ultrasónica de aproximadamente 28 kHz durante 1 minuto a una potencia de 60 W, y el diámetro promedio (D50) al 50 % de la distribución granulométrica puede calcularse a partir del instrumento de medición. Cada uno de los grafitos de partículas grandes es un grafito natural y el grafito de partículas finas es un grafito artificial. El grafito natural tiene una excelente adherencia, y el grafito artificial tiene excelentes características de rendimiento y vida útil. Por consiguiente, el tipo y la proporción de contenido de los mismos puede seleccionarse adecuadamente.
No se excluye que el grafito de partículas grandes y el grafito de partículas finas antes mencionados sean una mezcla de grafito natural y grafito artificial. Por lo tanto, el grafito de partículas grandes y el grafito de partículas finas es una mezcla de grafito natural y grafito artificial.
En el caso de una mezcla que contiene grafito natural y grafito artificial, una relación de contenido de grafito natural y grafito artificial puede ser de 5:95 a 95:5, que es preferible en términos de rendimiento de la batería secundaria.
El grafito natural puede tener un área superficial específica (BET) de 2 m<2>/g a 8 m<2>/g, o de 2,1 m<2>/g a 4 m<2>/g. El grafito artificial puede tener un área superficial específica (BET) de 0,5 m<2>/g a 5 m<2>/g, o de 0,6 m<2>/g a 4 m<2>/g.
El área superficial específica puede medirse por el método BET (Brunauer-Emmett-Teller). Por ejemplo, puede medirse por un método BET de 6 puntos de acuerdo con un método de adsorción-flujo de gas nitrógeno un analizador de porosimetría (Belsorp-II mini fabricado por Bell Japan Inc).
La mayor área superficial específica del grafito natural, que presenta una excelente adherencia, es preferible. Esto se debe a que, ya que el área superficial específica es mayor, el efecto de interconexión mecánica de la adherencia entre partículas a través de un aglutinante puede estar suficientemente asegurado.
La forma del grafito natural es de grafito esférico. Más específicamente, cuando aumenta el área de contacto entre las partículas, se aumenta la superficie de unión y, por tanto, se mejora la adherencia. Por consiguiente, es preferible que una densidad de polvo vibrado o una densidad aparente sea grande. Asimismo, también es preferible que la orientación del grano del grafito natural muestre anisotropía, de modo que el grafito natural es grafito esférico.
Mientras tanto, la forma del grafito artificial es de tipo escamas o de tipo placas. Específicamente, para presentar las mejores características de rendimiento, es mejor una menor distancia de desplazamiento de los iones de litio. Para acortar la distancia de desplazamiento hacia la dirección del electrodo, es preferible que la orientación del grano del grafito artificial muestre isotropía, y por tanto, el grafito artificial puede estar en forma de escamas o placas, más específicamente, de escama.
El grafito natural puede tener una densidad de polvo vibrado de 0,9 g/cm<3>a 1,3 g/cm<3>, más específicamente de 0,92 g/cm<3>a 1,15 g/cm<3>, y el grafito artificial puede tener una densidad de polvo vibrado de 0,7 g/cm<3>a 1,1 g/cm<3>, más específicamente de 0,8 g/cm<3>a 1,05 g/cm<3>.
La densidad de polvo vibrado se mide añadiendo 50 g de un precursor a un cilindro de 100 cm<3>de golpeteo y, a continuación, golpearlo 3000 veces utilizando un dispositivo de medición JV-1000 (fabricado por COPLEY) y un dispositivo de medición KYT-4000 (fabricado por SEISHIN).
Cuando la densidad de polvo vibrado es demasiado pequeña fuera del intervalo anterior, la superficie de contacto entre las partículas puede no ser suficiente, por lo que la adherencia puede verse deteriorada. Cuando es demasiado grande, puede disminuir la tortuosidad del electrodo y la humectabilidad del electrolito, por lo que las características de rendimiento durante la carga y la descarga pueden verse deterioradas, lo que no es preferible.
El grafito natural tiene un diámetro promedio D50 (D<1>) de 5 pm a 30 pm.
Cuando el diámetro promedio (D<1>) del grafito natural es demasiado pequeño, la eficiencia inicial de la batería secundaria puede disminuir debido al aumento del área superficial específica, por lo que el rendimiento de la batería puede verse deteriorado. Cuando el diámetro promedio (D<1>) es demasiado grande, la propiedad de laminación del electrodo puede disminuir, la densidad del electrodo puede llegar a ser difícil de lograr, y la capa superficial del electrodo puede llegar a ser irregular, dando lugar a una baja capacidad de carga-descarga.
El diámetro promedio D50 (D<3>) del grafito artificial es de 0,2D<1>a 0,4D<1>o de 0,2D<2>a 0,4D<2>con respecto al diámetro promedio<d>50 (D<2>) del material basado en silicio que se describirá a continuación.
El grafito artificial debe cumplir cualquiera de las dos condiciones anteriores para poder situarse adecuadamente entre el grafito natural y el material basado en silicio y conectarlos para mejorar la conductividad de los electrones, además de presentar la capacidad. Cuando el diámetro promedio de las partículas (D<3>) del grafito artificial es demasiado pequeño, puede producirse agregación y es difícil aplicar uniformemente el grafito artificial sobre un colector de corriente cuando se forma una capa de material de ánodo. Cuando el diámetro promedio (D<3>) es demasiado grande, la adherencia puede deteriorarse, y el grafito artificial no puede penetrar eficazmente entre el grafito natural y el material basado en silicio. Es decir, el grafito artificial puede no cumplir suficientemente la función de conectarlos y, en consecuencia, puede disminuir la conductividad de los electrones, lo que no es eficaz para mejorar las características iniciales de vida útil.
De este modo, el diámetro promedio (D<3>) del grafito artificial es de 0,2D<1>a 0,4D<1>o de 0,2D<2>a 0,4D<2>.
El material basado en silicio puede ser al menos uno seleccionado del grupo que consiste en compuesto de Si/C, SiO<x>(0 <x <2), SiO<x>(0 <x <2) dopado con metal, Si puro y aleación de Si, y específicamente SiO<x>(0 <x <2) o SiO<x>(0 <x <2) dopado con metal.
Por ejemplo, el material compuesto de Si/C puede tener una estructura en la que un material de carbono está revestido sobre una superficie de partículas obtenida por calcinación cuando el carbono está unido a partículas de silicio o de óxido de silicio, una estructura en la que el carbono está disperso en estado atómico dentro de partículas de silicio, o una estructura tal como el compuesto de silicio/carbono de la solicitud internacional PCT WO 2005/011030 del presente solicitante. La presente divulgación no se limita a ello, siempre que sea un compuesto de material de carbono y silicio.
El óxido de silicio puede ser 0<x < 1, e incluye una estructura en la que una superficie del óxido de silicio se trata con una capa de revestimiento de carbono o similares.
Asimismo, el SiO<x>dopado con metal (0 <x <2) puede estar dopado con al menos un metal seleccionado del grupo que consiste en Li, Mg, Al, Ca y Ti.
Cuando se dopan como se ha descrito anteriormente, se puede aumentar la eficiencia inicial del material SiO<x>reduciendo la fase SiO<2>, que es irreversible del material SiO<2>, o convirtiéndolo en una fase metal-silicato electroquímicamente inactiva.
La aleación de Si es una aleación de Si con al menos un metal que se selecciona del grupo que consiste en Zn, Al, Mn, Ti, Fe y Sn, y puede incluirse una solución sólida, un compuesto intermetálico o una aleación eutéctica. Sin embargo, la presente invención no se limita a ello.
El material basado en silicio tiene un diámetro promedio D50 (D<2>) de 0,2D<i>a 0,4D<i>.
Aunque el material basado en silicio tiene una capacidad muy alta, existe el problema de que la conductividad es deficiente en comparación con el grafito, y la capacidad y la eficiencia iniciales no son buenas. Sin embargo, cuando los materiales basados en silicio se colocan entre las partículas de grafito natural, están en buen contacto con el grafito, para que se forme correctamente una trayectoria conductora, lo que se traduce en una capacidad y eficiencia estables.
En el presente documento, cuando el diámetro promedio (D<2>) del material basado en silicio satisface el intervalo anterior, el material basado en silicio se coloca adecuadamente entre las partículas de grafito natural y se forma adecuadamente una trayectoria conductora, lo que se traduce en una buena capacidad y eficiencia.
Cuando el diámetro promedio (D<2>) del material basado en silicio es demasiado pequeño fuera del intervalo anterior, aunque los materiales basados en silicio estén distribuidos entre las partículas de grafito natural, los materiales basados en silicio pueden agregarse y pueden producirse muchas reacciones colaterales del electrolito, lo que se traduce en una baja eficiencia inicial. Cuando el diámetro promedio (D<2>) es demasiado grande, los materiales basados en silicio no están distribuidos entre las partículas de grafito natural, por lo que la capacidad y la eficacia del ánodo pueden ser insuficientes, lo que provoca una degradación general.
Como se ha descrito anteriormente, la presente divulgación incluye el material basado en silicio como material activo para garantizar una alta capacidad. Por otra parte, la presente divulgación incluye también tanto el grafito natural como el grafito artificial para mejorar la conductividad insuficiente del material basado en silicio.
En este caso, ya que el material basado en silicio se coloca en el hueco formado por el grafito natural, el material basado en silicio y el grafito natural están en contacto entre sí y se forma adecuadamente una trayectoria conductora del material basado en silicio, lo que se traduce en una capacidad y eficiencia estables.
Por consiguiente, la capa de material de ánodo incluye del 50 al 98 % en peso, más específicamente del 70 al 97 % en peso del grafito natural, y del 1 al 30 % en peso, más específicamente, del 1,5 al 20 % en peso del material basado en silicio, basado en el peso total del grafito natural, el material basado en silicio y el grafito artificial.
Mientras tanto, el grafito artificial puede tener también el efecto de aumentar la conductividad de los electrones al estar situado entre las partículas del grafito natural antes mencionado y el material basado en silicio y conectarlos, aunque afecta a la capacidad y eficiencia como el grafito natural. El grafito artificial está incluido en una cantidad del 1 al 20 % en peso, más específicamente del 1,5 al 10 % en peso, basado en el peso total del grafito natural, el material basado en silicio y el grafito artificial.
La capa de material de ánodo no se limita a los materiales anteriores, y puede incluir además un material conductor, un aglutinante, o un material conductor y un aglutinante.
El material conductor no está particularmente limitado siempre y cuando sea conocido convencionalmente y tenga conductividad eléctrica sin causar cambios químicos en la batería. Entre los ejemplos de material conductor se incluyen los negros de carbón tales como negro de carbón, negro de acetileno, negro de Ketjen, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara y negro térmico; fibras conductoras tales como fibra de carbono y fibra metálica; polvos metálicos tales como polvo de fluoruro de carbono, polvo de aluminio y polvo de níquel; hilos conductores tales como óxido de zinc o titanato de potasio; óxidos de metal conductor tales como óxido de titanio; derivados del polifenileno; y similares.
El aglutinante se usa para ayudar a la unión entre el material activo y el material conductor, y ejemplos del mismo incluyen fluoruro de polivinilideno, alcohol polivinílico, carboximetilcelulosa (CMC), almidón, hidroxipropilcelulosa, celulosa regenerada, polivinilpirrolidona, tetrafluoroetileno, polietileno, polipropileno, terpolímero de etileno-propilenodieno (EPDM), EPDM sulfonado, caucho de estireno-butadieno (SBR, por sus siglas en inglés), caucho de flúor, copolímeros diversos, y similares.
En el presente documento, el material conductor y el aglutinante pueden estar contenidos en una cantidad del 0,1 al 30 % en peso, específicamente del 0,5 al 10 % en peso, más específicamente del 1 al 5 % en peso, basado en el peso total de la capa de material de ánodo, respectivamente.
La capa de material de ánodo puede incluir un material activo adicionalmente a los materiales anteriores. Por ejemplo, un material basado en carbono tal como carbono duro amorfo, carbono blando poco cristalino, negro de carbón, negro de acetileno, negro de Ketjen, súper P, grafeno y carbono fibroso; óxido compuesto metálico tal como Li<x>Fe<2>O<3>(0 < x < 1), Li<x>WO<2>(0 < x < 1), Sn<x>Me<i-x>Me'<y>O<z>(Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, un elemento del grupo 1, grupo 2 o grupo 3 de la tabla periódica, halógeno; 0<x < 1; 1 < y < 3; 1 < z < 8); metal de litio; aleación de litio; aleación de estaño; óxido metálico tal como SnO, SnO<2>, PbO, PbO<2>, Pb<2>O<3>, Pb<3>O<4>, Sb<2>O<3>, Sb<2>O<4>, Sb<2>O<5>, GeO, GeO<2>, Bi<2>O<3>, Bi<2>O<4>y Bi<2>O<5>; un polímero conductor tal como poliacetileno; un material basado en Li-Co-Ni; óxido de titanio; óxido de litio y titanio, y similares.
Asimismo, la capa de material de ánodo puede incluir además una carga o similares.
La carga se utiliza opcionalmente como componente para inhibir la expansión del cátodo. La carga no está particularmente limitada siempre que sea un material fibroso que no provoque cambios químicos en la batería. Por ejemplo, polímeros basados en olefinas, tales como polietileno y polipropileno; y pueden usarse materiales fibrosos tales como fibra de vidrio y fibra de carbono.
Mientras tanto, la capa de material de ánodo puede estar compuesta de grafito natural, un material basado en silicio, y grafito artificial, y un aglutinante, o puede estar compuesto de grafito natural, un material basado en silicio, y grafito artificial, un aglutinante, y además un material conductor.
Por lo general, el colector de corriente anódica puede tener un grosor de 3 a 200 pm. El colector de corriente anódica no está particularmente limitado siempre que tenga conductividad eléctrica sin provocar cambios químicos en la batería. Por ejemplo, puede ser cobre; acero inoxidable; aluminio; níquel; titanio; carbono sinterizado; cobre o acero inoxidable tratado superficialmente con carbono, níquel, titanio o plata; una aleación de aluminio y cadmio; o similares. Por otra parte, de forma similar al colector de corriente catódica, el colector de corriente anódica puede formar finas irregularidades en su superficie para aumentar la fuerza adhesiva del material activo de ánodo, y diversas formas tales como una película, una lámina, una chapa, una red, un cuerpo poroso, puede usarse un cuerpo de espuma y un cuerpo de tela no tejida.
De acuerdo con otra realización de la presente divulgación, se proporciona una batería secundaria de litio que incluye el ánodo para una batería secundaria de litio.
La batería secundaria de litio puede tener una estructura en la que un conjunto de electrodos que incluye un cátodo y un separador junto con el ánodo está incrustado en una carcasa de batería con un electrolito.
Se puede preparar el cátodo, por ejemplo, aplicando un material de cátodo mezclado con un material activo de cátodo y un aglutinante sobre un colector de corriente catódica, y si es necesario, puede añadirse además un material conductor y una carga, como se describe en el ánodo.
Por lo general, el colector de corriente catódica puede tener un grosor de 3 a 200 pm. El colector de corriente catódica no está particularmente limitado mientras tenga conductividad eléctrica sin causar cambios químicos en la batería. Por ejemplo, puede ser de acero inoxidable; aluminio; níquel; titanio; aluminio o acero inoxidable tratado superficialmente con carbono, níquel, titanio o plata; o similares, y puede ser preferiblemente de aluminio. El colector de corriente puede formar finas irregularidades en su superficie para aumentar la fuerza adhesiva del material activo del cátodo, y diversas formas tales como una película, una lámina, una chapa, una red, un cuerpo poroso, puede usarse un cuerpo de espuma y un cuerpo de tela no tejida.
El material activo de cátodo puede ser, por ejemplo, un compuesto estratificado tal como óxido de litio cobalto (LiCoO<2>), óxido de litio níquel (LÍNÍO<2>), o un compuesto sustituido con uno o más metales de transición; óxido de litio y manganeso tal como Li<1+x>Mn<2-x>O<4>(en donde, x es 0 ~ 0,33), LiMnO<3>, LiMn<2>O<3>y LiMnO<2>; óxido de cobre y litio, tal como Li<2>CuO<2>; óxido de vanadio tal como LiV<3>O<8>, LiV<3>O<4>, V<2>O<5>y Cu<2>V<2>O<7>; óxido de litio y níquel de tipo sitios de Ni, tal como LiNi<1-x>M<x>O<2>(en donde, M es Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, o Ga, x es de 0,01 a 0,3); óxido compuesto de litio y manganeso, tal como LiMn<2-x>M<x>O<2>(en donde, M es Co, Ni, Fe, Cr, Zn o Ta, x es 0,01 a 0,1), y Li<2>Mn<3>MO<8>(en donde, M es Fe, Co, Ni, Cu o Zn); LiMn<2>O<4>en el que una parte del Li se sustituye por un ion de metal alcalinotérreo; compuesto de disulfuro; Fe<2>(MoO<4>)<3>; y similares. Sin embargo, la presente divulgación no se limita a ello.
Entre los ejemplos del aglutinante, material conductor, y carga son como se ha descrito para el ánodo.
El separador puede estar hecho del mismo material, pero sin limitación. Puede estar hecho de materiales diferentes entre sí en función de la seguridad, densidad energética y el rendimiento general de la célula de la batería.
El tamaño de los poros y la porosidad del separador no están particularmente limitados, pero la porosidad puede estar en el intervalo del 10 al 95 % y el tamaño de los poros (diámetro) puede ser de 0,1 a 50 pm. Cuando el tamaño de los poros y la porosidad son inferiores a 0,1 pm y 10 %, respectivamente, el separador puede actuar como una capa resistiva. Cuando el tamaño de los poros y la porosidad son superiores a 50 pm y al 95 %, respectivamente, es difícil mantener las propiedades mecánicas.
El electrolito puede ser un electrolito no acuoso que contiene una sal de litio. El electrolito no acuoso que contiene una sal de litio está compuesto por un electrolito no acuoso y una sal de litio, y entre los ejemplos de electrolito no acuoso se incluye un disolvente orgánico no acuoso, un electrolito sólido orgánico, un electrolito sólido inorgánico, y similares, pero sin limitación.
Entre los ejemplos de disolvente orgánico no acuoso se incluyen disolventes orgánicos no apróticos tales como N-metil-2-pirrolidinona, carbonato de propileno, carbonato de etileno, carbonato de butileno, carbonato de dimetilo, carbonato de dietilo, gamma-butirolactona, 1,2-dimetoxietano, tetrahidroxifurano, 2-metil-tetrahidrofurano, dimetilsulfóxido, 1,3-dioxolano, formamida, dimetilformamida, dioxolano, acetonitrilo, nitrometano, formiato de metilo, acetato de metilo, triéster del ácido fosfórico, trimetoxi metano, derivados del dioxolano, sulfolano, metil sulfolano, 1,3-dimetil-2-imidazolidinona, derivados del carbonato de propileno, derivados del tetrahidrofurano, éter, propionato de metilo, propionato de etilo, y similares.
Entre los ejemplos de electrolito sólido orgánico se incluyen derivados del polietileno, derivados del óxido de polietileno, derivados del óxido de polipropileno, polímeros de éster de ácido fosfórico, lisina de poliagitación, sulfuro de poliéster, alcoholes polivinílicos, fluoruro de polivinilideno, polímeros que contienen un grupo de disociación secundario, y similares.
Entre los ejemplos de electrolito sólido inorgánico se incluyen nitruros, haluros y sulfatos de litio (Li) tales como<U 3>N, Lil, Li<5>Nl<2>, Li<3>N-LiI-LiOH, LiSiO<4>, LiSiO<4>-LiI-LiOH, Li<2>SiS<3>, Li<4>SiO<4>, Li<4>SiO<4>-LiI-LiOH, Li<3>PO<4>-Li<2>S-SiS<2>, y similares.
La sal de litio es un material fácilmente soluble en el electrolito no acuoso y ejemplos de la misma incluyen LiCl, LiBr, Lil, LiClO<4>, LiBF<4>, LiB<10>Cl<10>, LiPF<6>, UCF<3>SO<3>, UCF<3>CO<2>, LiAsF<6>, LiSbF<6>, LiAlCU, CH<3>SO<3>U, (CF<3>SO<2>)<2>NLi, cloroborano de litio, ácido carboxílico alifático inferior de litio, tetrafenil borato de litio, imida de litio, y similares.
El electrolito no acuoso puede incluir, por ejemplo, piridina, trietilfosfito, trietanolamina, éter cíclico, etilendiamina, nglima, triamida hexafosfórica, derivados de nitrobenceno, azufre, colorantes de quinona imina, oxazolidinona N-sustituida, imidazolidina N,N-sustituida, etilenglicoldialquiléter, sales de amonio, pirrol, 2-metoxi-etanol, tricloruro de aluminio, o similares, a fin de mejorar las características de carga-descarga y la resistencia al fuego, y similares. En algunos casos, puede añadirse además un disolvente que contiene halógenos, tal como tetracloruro de carbono y trifluoruro de etileno, para que no sea inflamable, o puede añadirse además gas dióxido de carbono para mejorar las características de almacenamiento a alta temperatura. FEC (carbonato de fluoroetileno), PRS (Propeno sultona), y similares pueden añadirse a la misma.
En un ejemplo específico, la sal de litio tal como LiPF<6>, LiClO<4>, LiBF<4>, LiN(SO<2>CF<3>)<2>, y similares se añade a un disolvente mixto de un carbonato cíclico tal como EC y PC, que es un disolvente altamente dieléctrico, y un carbonato lineal tal como DEC, DMC y EMC, que es un disolvente de baja viscosidad, para preparar un electrolito no acuoso que contenga una sal de litio.
La batería secundaria de litio de acuerdo con la presente divulgación puede usarse en un dispositivo como fuente de alimentación. El dispositivo puede ser, por ejemplo, un ordenador portátil, una netbook, una tableta, un teléfono portátil, un MP3, un dispositivo electrónico para llevar puesto, una herramienta eléctrica, un vehículo eléctrico (EV), un vehículo eléctrico híbrido (HEV), un vehículo eléctrico híbrido enchufable (PHEV), una bicicleta eléctrica(E-bike),un patinete eléctrico(E-scooter),un carrito de golf eléctrico, o un sistema de almacenamiento de energía eléctrica, pero la presente divulgación no se limita a los mismos.
En lo sucesivo en el presente documento, la presente invención se describirá con más detalle con ejemplos específicos. Sin embargo, estos ejemplos son únicamente con fines ilustrativos, y no se pretende que la invención esté limitada por estos ejemplos.
<Ejemplo 1>(D<2>: 0,4D<1>, D<3>: 0,23D<i>)
Después de mezclar grafito natural (tipo esférico, D50: 15 |jm), un material basado en silicio (SiO, D50: 6 |jm) y grafito artificial (tipo escama, D50: 3,5 jm ) en una proporción en peso de material activo de ánodo de 88:7:5, la mezcla de material activo de ánodo, CMC y SBR se añadieron como aglutinantes a un disolvente de agua destilada en una proporción en peso de 98,6:0,7:0,7 para preparar una suspensión anódica.
La suspensión anódica se aplicó sobre una lámina de cobre que tiene un espesor de 15 jm a 150 jm . Se prensó hasta tener una porosidad del 25 % y se secó a 130 °C durante aproximadamente 8 horas al vacío para preparar un ánodo.
<Ejemplo 2>(D<2>: 0,4D<1>, D<3>: 0,33D<2>)
Un ánodo se preparó de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que se usó grafito artificial que tiene un D50 de 2 jm .
<Ejemplo 3>(D<2>: 0,4D<1>, D<3>: 0,23D<1>)
Un ánodo se preparó de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que el grafito natural (tipo esférico, D50: 15 jm ), un material basado en silicio (SiO, D50: 6 jm ) y el grafito artificial (tipo escama, D50: 3,5 jm ) se mezclaron en una proporción en peso de material activo de ánodo de 87:7:6 y se usaron como material activo de ánodo.
<Ejemplo 4>(D<2>: 0,3D<1>, D<3>: 0,3D<1>)
Un ánodo se preparó de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que se utilizó grafito natural (tipo esférico, D50: 5 jm ), un material basado en silicio (SiO, D50: 1,5 jm ) y grafito artificial (tipo escama, D50: 1,5 jm).
<Ejemplo 5>(D<2>: 0,25D<1>, D<3>: 0,16D<1>, D<3>: 0,4D<2>)
Un ánodo se preparó de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que se utilizó grafito natural (tipo esférico, D50: 5 jm ), un material basado en silicio (SiO, D50: 2 jm ) y grafito artificial (tipo escama, D50: 0,8 jm ).
<Ejemplo 6>(D<2>: 0,24D<1>, D<3>: 0,2D<1>)
Un ánodo se preparó de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que se utilizaron grafito natural (tipo esférico, D50: 25 jm ), un material basado en silicio (SiO, D50: 6 jm ) y grafito artificial (tipo escama, D50: 5 jm).
<Ejemplo 7>(D<2>: 0,25D<1>, D<3>: 0,33D<2>)
Un ánodo se preparó de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que se utilizaron grafito natural (tipo esférico, D50: 25 jm ), un material basado en silicio (SiO, D50: 6 jm ) y grafito artificial (tipo escama, D50: 2 jm).
<Ejemplo Comparativo 1>(no satisface D<1>, D<2>: 0,27D<1>, D<3>: 0,18D<1>)
Un ánodo se preparó de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que el grafito natural (tipo esférico, D50: 55 jm ), un material basado en silicio (SiO, D50: 15 jm ) y el grafito artificial (tipo escama, D50: 10 jm ) se mezclaron en una proporción en peso de material activo de ánodo de 88: 7: 5 y se usaron como material activo de ánodo. <Ejemplo Comparativo 2>(D<2>: 0,133D<1>, D<3>: 0,23D<1>)
Un ánodo se preparó de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que el grafito natural (tipo esférico, D50: 15 jm ), un material basado en silicio (SiO, D50: 2 jm ) y el grafito artificial (tipo escama, D50: 3,5 jm ) se mezclaron en una proporción en peso de material activo de ánodo de 88:7:5 y se usaron como material activo de ánodo.
<Ejemplo Comparativo 3>(D<2>: 0,66D<1>, D<3>: 0,23D<1>, 0,35D<2>)
Un ánodo se preparó de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que el grafito natural (tipo esférico, D50: 15 jm ), un material basado en silicio (SiO,<d>50: 10 jm ) y el grafito artificial (tipo escama, D50: 3,5 jm ) se mezclaron en una proporción en peso de material activo de ánodo de 88:7:5 y se usaron como material activo de ánodo.
<Ejemplo Comparativo 4>(D<2>: 0,4D<1>, D<3>: 0,03D<1>, 0,083D<2>)
Un ánodo se preparó de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que el grafito natural (tipo esférico, D50: 15 |jm), un material basado en silicio (SiO, D50: 6 |jm) y el grafito artificial (tipo escama, D50: 0,5 |jm) se mezclaron en una proporción en peso de material activo de ánodo de 88:7:5 y se usaron como material activo de ánodo.
<Ejemplo Comparativo 5>(D<2>: 0,4D<i>, D<3>: 0,53D<i>, 1,33D<2>)
Un ánodo se preparó de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que el grafito natural (tipo esférico, D50: 15 jim), un material basado en silicio (SiO, d 50: 6 jim) y el grafito artificial (tipo escama, D50: 8 jim) se mezclaron en una proporción en peso de material activo de ánodo de 88:7:5 y se usaron como material activo de ánodo.
<Ejemplo Comparativo 6>(D<2>: 0,133D<i>, D<3>: 0,013D<i>, 0,1D<2>)
Un ánodo se preparó de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que el grafito natural (tipo esférico, D50: 15 jim), un material basado en silicio (SiO, D50: 2 jim) y el grafito artificial (tipo escama, D50: 0,2 jim) se mezclaron en una proporción en peso de material activo de ánodo de 88:7:5 y se usaron como material activo de ánodo.
<Ejemplo Comparativo 7>(D<2>: 0,66D<1>, D<3>: 0,53D<1>, 0,8D<2>)
Un ánodo se preparó de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que el grafito natural (tipo esférico, D50: 15 jim), un material basado en silicio (SiO, D50: 10 jim) y el grafito artificial (tipo escama, D50: 8 jim) se mezclaron en una proporción en peso de material activo de ánodo de 88:7:5 y se usaron como material activo de ánodo.
<Ejemplo comparativo 8>
Un ánodo se preparó de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que el grafito natural (tipo esférico, D50: 15 jim) y un material basado en silicio (SiO, D50: 6 jim) se mezclaron en una proporción en peso de material activo de ánodo de 93:7, y a continuación la mezcla del material activo de ánodo, un material tipo conductor puntual (negro denka), CMC y SBR se añadieron como aglutinantes a un disolvente de agua destilada en una proporción en peso de 97:1,6:0,7:0,7 para preparar una suspensión anódica.
<Ejemplo experimental 1>
Una mezcla de material de cátodo con un 96 % en peso de un material activo de cátodo (mezcla de LiNi<0,4>Mn<0,3>Co<0,3>O<2>y LiNiO<2>en una proporción en peso de 97:3), 2,3 % en peso de súper-P (material conductor) y 1,7 % en peso de PVDF (aglutinante) se añadió a<n>M<p>(N-metil-2-pirrolidona); disolvente) para preparar una suspensión catódica, y a continuación la suspensión catódica se aplicó sobre un papel de aluminio que tiene un espesor de 15 jim a un espesor de 150 jim. Se prensó hasta tener una porosidad del 23 % y se secó a 130 °C durante aproximadamente 12 horas al vacío para preparar un cátodo.
Se fabricaron baterías secundarias utilizando los ánodos preparados en los anteriores Ejemplos y en los Ejemplos Comparativos, el cátodo, un separador de polietileno (Celgard, espesor: 20 jim), y un electrolito líquido en el que se disolvieron 0,5 % en peso de carbonato de vinileno (VC, aditivo) basado en un peso del disolvente del electrolito y LiPF<6>1 M en un disolvente mixto de carbonato de etileno y carbonato de etilmetilo en una proporción en volumen de 3:7.
Estas baterías secundarias se cargaron y descargaron durante 300 ciclos a 1,0 C en un intervalo de tensión de 2,5 V a 4,2 V, y los resultados se muestran en la Tabla 1 a continuación.
T l 11
Haciendo referencia a la Tabla 1, se confirmó que cuando se cumplían todas las condiciones de acuerdo con la presente divulgación, las características de vida útil mejoraron notablemente. También se confirmó que los efectos de la presente invención no pueden alcanzarse, cuando no se cumplía una sola condición.
Los expertos en la materia apreciarán que son posibles diversas modificaciones, adiciones y sustituciones, sin alejarse del alcance y espíritu de la invención como se ha divulgado en las reivindicaciones adjuntas.
Aplicabilidad industrial
Como se ha descrito anteriormente, el ánodo de acuerdo con la presente divulgación tiene unas características iniciales de vida útil mejoradas al contener un material basado en silicio como material activo al incluir grafito natural, un material basado en silicio, y grafito artificial que cumpla unas condiciones específicas de tamaño de partícula en la capa de material de ánodo.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Un ánodo para una batería secundaria de litio, en donde se forma una capa de material de ánodo sobre al menos una superficie de un colector de corriente anódica, y
la capa de material de ánodo comprende grafito natural, un material basado en silicio, y grafito artificial, y satisface las siguientes condiciones 1 a 3:
[Condición 1] Diámetro D50 del grafito natural (D<i>): de 5 a 30 pm
[Condición 2] Diámetro D50 del material basado en silicio (D<2>): de 0,2D<i>a 0,4D<i>
[Condición 3] Diámetro D50 del grafito artificial (D<3>): de 0,2D<i>a 0,4D<i>, o de 0,2D<2>a 0,4D<2>
en donde el grafito natural es grafito esférico; y en donde el grafito artificial está en forma de escamas o placas; el diámetro promedio (D50) basado en el volumen de las partículas se mide utilizando un método de difracción láser;
en donde la capa de material de ánodo comprende del 50 al 98 % en peso de grafito natural, del 1 al 30 % en peso del material basado en silicio, y del 1 al 20 % en peso del grafito artificial, basado en el peso total del grafito natural, el material basado en silicio y el grafito artificial.
2. El ánodo para una batería secundaria de litio de la reivindicación 1,
en donde el material basado en silicio es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en compuesto de Si/C, SiO<x>(0 <x <2), SiO<x>dopado con metal (0 <x <2), Si puro y aleación de Si.
3. El ánodo para una batería secundaria de litio de la reivindicación 2,
en donde el SiO<x>dopado con metal (0 <x <2) está dopado con al menos un metal seleccionado del grupo que consiste en Li, Mg, Al, Ca y Ti.
4. El ánodo para una batería secundaria de litio de la reivindicación 1,
en donde la capa de material de ánodo comprende del 70 al 97 % en peso de grafito natural, del 1,5 al 20 % en peso del material basado en silicio, y del 1,5 al 10 % en peso del grafito artificial, basado en el peso total del grafito natural de partículas grandes, el material basado en silicio y el grafito artificial.
5. El ánodo para una batería secundaria de litio de la reivindicación 1,
en donde la capa de material de ánodo comprende además un material conductor, un aglutinante, o un material conductor y un aglutinante.
6. El ánodo para una batería secundaria de litio de la reivindicación 5,
en donde el material conductor y el aglutinante están contenidos en una cantidad del 0,1 al 30 % en peso basado en el peso total de la capa de material de ánodo, respectivamente.
7. Una batería secundaria de litio que comprende el ánodo para una batería secundaria de litio de la reivindicación 1.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113488637B (zh) * 2021-06-18 2023-04-07 江苏正力新能电池技术有限公司 一种复合负极材料、负极片和锂离子电池
EP4345940A1 (en) 2022-09-27 2024-04-03 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Negative electrode for li-ion battery

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100595896B1 (ko) 2003-07-29 2006-07-03 주식회사 엘지화학 리튬 이차 전지용 음극 활물질 및 그의 제조 방법
KR101676085B1 (ko) * 2013-09-17 2016-11-14 주식회사 엘지화학 실리콘계 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR101704103B1 (ko) * 2013-09-17 2017-02-07 주식회사 엘지화학 다공성 실리콘계 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR102114044B1 (ko) * 2013-11-29 2020-05-25 강원대학교산학협력단 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
JP2015164127A (ja) * 2014-01-31 2015-09-10 三菱化学株式会社 非水系二次電池負極用炭素材、非水系二次電池用負極及び非水系二次電池
KR102323428B1 (ko) * 2015-03-13 2021-11-09 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 음극, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
DE102016106332A1 (de) 2016-04-07 2017-10-12 Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH Kompressor mit Energiesparvorrichtung und Verfahren zum Entlasten des Kompressors
KR101986626B1 (ko) * 2016-08-26 2019-09-30 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
JP7099325B2 (ja) * 2016-11-22 2022-07-12 三菱ケミカル株式会社 非水系二次電池用負極材、非水系二次電池用負極及び非水系二次電池
JP2018125077A (ja) * 2017-01-30 2018-08-09 トヨタ自動車株式会社 リチウムイオン二次電池用負極

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