ES3032694T3 - Composite current collector, electrode plate, and electrochemical device - Google Patents

Abstract

En la presente solicitud se describe un colector de corriente compuesto, una placa de electrodos y un dispositivo electroquímico. El colector de corriente compuesto comprende una capa de soporte orgánica y una capa conductora metálica dispuesta sobre al menos una superficie de la capa de soporte orgánica. El parámetro de fragilidad C del colector de corriente compuesto se encuentra entre 0,01 <= C <= 0,5. El colector de corriente compuesto proporcionado por la presente solicitud presenta buenas propiedades mecánicas y un buen rendimiento, así como una buena conductividad y capacidad de captación de corriente. Por lo tanto, se puede mejorar el rendimiento de fabricación del colector de corriente compuesto, la placa de electrodos y el dispositivo electroquímico, así como su fiabilidad durante el uso, así como las propiedades electroquímicas y la densidad energética en peso del dispositivo electroquímico. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Colector de corriente compuesto, placa de electrodo y dispositivo electroquímico

CAMPO TÉCNICO

Esta solicitud pertenece al campo técnico de los dispositivos electroquímicos y hace referencia en especial a un colector de corriente compuesto, una placa de electrodo y un dispositivo electroquímico.

ANTECEDENTES

Los dispositivos electroquímicos, tales como las baterías secundarias de iones de litio, tienen un rendimiento de carga y descarga relativamente alto y son respetuosos con el medio ambiente, y se han utilizado ampliamente en vehículos eléctricos y productos electrónicos de consumo. Los colectores de corriente son partes importantes de los dispositivos electroquímicos. No solo proporcionan soporte para las capas de material activo, sino que también recogen la corriente generada por las capas de material activo para la salida externa. Por lo tanto, los colectores de corriente tienen una influencia importante en el rendimiento de las placas de electrodo y los dispositivos electroquímicos. Habida cuenta de lo anterior, la presente solicitud propone un colector de corriente compuesto con excelentes prestaciones y también propone una placa de electrodo y un dispositivo electroquímico que utiliza el colector de corriente compuesto.

El documento US2005/221190A1 divulga un colector de corriente que comprende una capa polimérica de soporte y una capa metálica conductora dispuesta en al menos parte de la superficie de la capa polimérica de soporte. Además, el colector de corriente de US2005/221190A1 también incluye una primera capa metálica conductora y una primera capa protectora en un lado de la capa polimérica de soporte, y una segunda capa metálica conductora y una segunda capa protectora en el otro lado de la capa polimérica de soporte.

El documento CN106654285A divulga un colector de corriente flexible que comprende una capa de sustrato flexible, una capa metálica de recubrimiento conductora y una capa antioxidante conductora que están estrechamente unidas en secuencia.

COMPENDIO

Las realizaciones de la presente solicitud proporcionan un colector de corriente compuesto, una placa de electrodo y un dispositivo electroquímico, con el objetivo de obtener un colector de corriente compuesto que tiene propiedades mecánicas y una mecánica mejoradas, a la vez que tiene una conductividad eléctrica y un rendimiento de recogida de corriente buenos, y al mismo tiempo para obtener un dispositivo electroquímico que tiene una densidad de energía específica mejorada.

En un primer aspecto, la presente solicitud proporciona un colector de corriente compuesto de acuerdo con la reivindicación 1.

En un segundo aspecto, la presente solicitud proporciona una placa de electrodo, que incluye un colector de corriente y una capa de material activo dispuesta en el colector de corriente, donde el colector de corriente es el colector de corriente compuesto de acuerdo con el primer aspecto de la presente solicitud.

En un tercer aspecto, la presente solicitud proporciona un dispositivo electroquímico, que incluye una placa de electrodo positivo, una placa de electrodo negativo y un electrolito, donde la placa de electrodo positivo y/o la placa de electrodo positivo son/es la placa de electrodo de acuerdo con el segundo aspecto de la presente solicitud.

Las realizaciones de la presente solicitud proporcionan un colector de corriente compuesto, una placa de electrodo y un dispositivo electroquímico. El colector de corriente compuesto incluye una capa orgánica de soporte y una capa metálica conductora dispuesta en la capa orgánica de soporte, y el colector de corriente compuesto tiene un parámetro de fragilidad C de 0.01 < C < 0.5. Por tanto, el colector de corriente compuesto tiene una tenacidad adecuada, lo que garantiza que el colector de corriente compuesto tenga propiedades mecánicas y una mecánica relativamente altas, de modo que el colector de corriente compuesto pueda soportar cierta deformación sin rotura durante los procesos de producción y trabajo del dispositivo electroquímico. Esto es favorable para mejorar la propiedad de procesabilidad del colector de corriente compuesto y su estabilidad durante la utilización, y para evitar de manera efectiva que se rompa o se agriete durante la preparación y la utilización, lo que mejora de este modo significativamente los rendimientos del colector de corriente compuesto, la placa de electrodo y el dispositivo electroquímico que los utiliza durante la preparación y su fiabilidad durante la utilización. El parámetro de fragilidad C del colector de corriente compuesto que está dentro del intervalo anterior puede garantizar que el colector de corriente compuesto tenga una conductividad eléctrica y un rendimiento de recogida de corriente buenos, de modo que el dispositivo electroquímico tenga un rendimiento electroquímico relativamente alto. Además, el colector de corriente compuesto proporcionado por la presente solicitud también puede aumentar la densidad de energía gravimétrica del dispositivo electroquímico.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Con el fin de explicar más claramente las soluciones técnicas de las realizaciones de la presente solicitud, a continuación se introducirán brevemente los dibujos que deben utilizarse en las realizaciones de la presente solicitud. Una persona con conocimiento ordinario en la técnica puede obtener otros dibujos basados en estos dibujos sin esfuerzo creativo.

La figura 1 es un diagrama estructural esquemático de un colector de corriente compuesto de acuerdo con una realización de la presente solicitud.

La figura 2 es un diagrama estructural esquemático de un colector de corriente compuesto de acuerdo con otra realización de la presente solicitud.

La figura 3 es un diagrama estructural esquemático de un colector de corriente compuesto de acuerdo con otra realización de la presente solicitud.

La figura 4 es un diagrama estructural esquemático de un colector de corriente compuesto de acuerdo con otra realización de la presente solicitud.

La figura 5 es un diagrama estructural esquemático de un colector de corriente compuesto de acuerdo con otra realización de la presente solicitud.

La figura 6 es un diagrama estructural esquemático de una placa de electrodo de acuerdo con una realización de la presente solicitud.

Indicación de los números de referencia: 10-Colector de corriente compuesto; 101-Capa orgánica de soporte; 101a-Primera superficie; 101b-Segunda superficie; 1011-Primera subcapa; 1012-Segunda subcapa; 1013-Tercera subcapa; 102-Capa metálica conductora; 103-Capa protectora; 20-Capa de material activo; 30-Placa de electrodo.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

Con el fin de aclarar los objetivos, las soluciones técnicas y los efectos técnicos beneficiosos de la presente solicitud, la presente solicitud se describirá con más detalle a continuación junto con las realizaciones. Se debe sobreentender que las realizaciones descritas en esta memoria descriptiva únicamente dan una explicación de la solicitud, en lugar de pretender limitar la solicitud.

En la descripción del presente documento, debe tenerse en cuenta que, a menos que se especifique lo contrario, un intervalo numérico descrito con la expresión «por encima de» o «por debajo de» incluye el límite inferior o superior en sí, y «más» en «uno o más» significa dos o más.

No se pretende que el compendio anterior de la presente solicitud describa cada realización divulgada o cada implementación en esta solicitud. La siguiente descripción ilustra de forma más específica realizaciones ilustrativas. En muchos lugares a lo largo de la solicitud, se proporciona una guía a través de una serie de ejemplos, que se pueden utilizar en diversas combinaciones. En cada caso, la enumeración es solo un grupo representativo y no se debe interpretar como exhaustiva.

Colector de corriente compuesto

En el primer aspecto, las realizaciones de la presente solicitud proporcionan un colector de corriente compuesto 10. La figura 1 es un diagrama estructural esquemático de un colector de corriente compuesto 10 a modo de realización de la presente solicitud. Haciendo referencia a la figura 1, el colector de corriente compuesto 10 incluye una capa orgánica de soporte 101 y una capa metálica conductora 102 que están laminadas.

La capa orgánica de soporte 101 tiene una primera superficie 101a y una segunda superficie 101b opuesta en su dirección del grosor, y las capas metálicas conductoras 102 se disponen en la primera superficie 101a y la segunda superficie 101b de la capa orgánica de soporte 101.

Se puede sobreentender que, como alternativa, la capa metálica conductora 102 se puede disponer en cualquiera de la primera superficie 101a y la segunda superficie 101b de la capa orgánica de soporte 101. Por ejemplo, la capa metálica conductora 102 se dispone en la primera superficie 101a de la capa orgánica de soporte 101. Obviamente, la capa metálica conductora 102 se puede disponer en la segunda superficie 101b de la capa orgánica de soporte 101.

El colector de corriente compuesto 10 tiene un parámetro de fragilidad C de 0.01 < C < 0.5.

Tal como se utiliza en la presente, el parámetro de fragilidad C del colector de corriente compuesto 10 se puede obtener de acuerdo con la fórmula 1:

C' ~ (T i x n , i ( i . x LT) fórmula 1

donde T<1>es una resistencia a tracción de la capa metálica conductora 102, D<1>es un grosor de la capa metálica conductora 102, T<2>es una resistencia a tracción de la capa orgánica de soporte 101, D<2>es un grosor de la capa orgánica de soporte 101.

La fórmula 1 se puede aplicar al colector de corriente compuesto 10 donde la capa metálica conductora 102 se dispone en al menos una superficie de la capa orgánica de soporte 101, se puede aplicar mejor al colector de corriente compuesto 10 donde la capa metálica conductora 102 se dispone respectivamente en dos superficies opuestas de la capa orgánica de soporte 101, y se puede aplicar en especial al colector de corriente compuesto 10 donde la capa metálica conductora 102 se dispone en dos superficies opuestas de la capa orgánica de soporte 101 respectivamente y las capas metálicas conductoras 102 en ambos lados tienen un grosor igual o esencialmente igual. La expresión "esencialmente igual" mencionada anteriormente significa que las capas metálicas conductoras 102 en ambos lados tienen una diferencia de grosor de no más de un 10 %, por ejemplo, no más de un 10 %, 9 %, 8 %, 7 %, 6 %, 5 %, 3 %, 2 %, 1 %.

En algunas realizaciones, el "grosor D<1>de la capa metálica conductora 102" mencionado anteriormente hace referencia al grosor de la capa metálica conductora 102 sobre un único lado de la capa orgánica de soporte 101. En algunas otras realizaciones, el "grosor D<1>de la capa metálica conductora 102" mencionado anteriormente hace referencia a un grosor promedio de las capas metálicas conductoras 102 en ambos lados de la capa orgánica de soporte 101, es decir, la mitad de una suma de grosores de las capas metálicas conductoras 102 en ambos lados de la capa orgánica de soporte 101.

Por ejemplo, para el colector de corriente compuesto 10 donde la capa metálica conductora 102 se dispone en un único lado de la capa orgánica de soporte 101, el "grosor D<1>de la capa metálica conductora 102" hace referencia al grosor de la capa metálica conductora 102 en el único lado de la capa orgánica de soporte 101. Para el colector de corriente compuesto 10 donde la capa metálica conductora 102 se dispone en cada una de las dos superficies opuestas de la capa orgánica de soporte 101 y las capas metálicas conductoras 102 en ambos lados tienen un grosor igual o esencialmente igual, el "grosor D<1>de la capa metálica conductora 102" hace referencia al grosor de la capa metálica conductora 102 en el único lado de la capa orgánica de soporte 101 o al grosor promedio de las capas metálicas conductoras 102 en ambos lados de la capa orgánica de soporte 101. Para el colector de corriente compuesto 10 donde la capa metálica conductora 102 se dispone en cada una de las dos superficies opuestas de la capa orgánica de soporte 101 y las capas metálicas conductoras 102 en ambos lados tienen una diferencia de grosor de más de un 10 %, el "grosor D<1>de la capa metálica conductora 102" hace referencia al grosor promedio de las capas metálicas conductoras 102 en ambos lados de la capa orgánica de soporte 101. Esto puede aplicar mejor la fórmula 1.

La resistencia a tracción T<1>de la capa metálica conductora 102 y la resistencia a la tracción T<2>de la capa orgánica de soporte 101 se pueden medir mediante instrumentos y métodos ampliamente conocidos en la técnica. La resistencia a tracción T<1>de la capa metálica conductora 102 y la resistencia a la tracción T<2>de la capa orgánica de soporte 101 se pueden medir mediante el mismo método. La medición de la resistencia a tracción T<2>de la capa orgánica de soporte 101 se toma a modo de ejemplo para la descripción. La capa orgánica de soporte 101 se corta en una banda de muestra, tal como una muestra con una anchura de 15 mm y una longitud de 150 mm, donde la muestra se carga posteriormente en dos mordazas opuestas de un aparato de ensayos de tracción universal con una longitud inicial fijada en 50 mm; se realiza un ensayo de tracción a una velocidad de tracción de 5 mm/min hasta que se rompe la muestra; y se registra la fuerza máxima de tracción F cuando se rompe la muestra para calcular la resistencia a tracción T de la capa orgánica de soporte 101 de acuerdo con T<2>= F/ S, donde S es el área inicial de la sección transversal de la muestra. S se puede calcular mediante el producto de la anchura por el grosor de la muestra. El grosor de la muestra es el grosor D<2>de la capa orgánica de soporte 101.

El grosor D<1>de la capa metálica conductora 102 y el grosor D<2>de la capa orgánica de soporte 101 se pueden medir mediante instrumentos y métodos conocidos en la técnica, por ejemplo, mediante un micrómetro de diez milésimas.

El colector de corriente compuesto 10 de las realizaciones de la presente solicitud incluye una capa orgánica de soporte 101 y una capa metálica conductora 102 dispuesta en la capa orgánica de soporte 101, y el parámetro de fragilidad C del colector de corriente compuesto 10 es de 0.01 < C < 0.5. Por lo tanto, el colector de corriente compuesto 10 tiene una tenacidad adecuada, lo que garantiza que el colector de corriente compuesto tenga unas propiedades mecánicas y una mecánica relativamente altas, y puede soportar cierta deformación sin rotura durante los procesos de producción y trabajo de un dispositivo electroquímico, lo que es beneficioso para mejorar la propiedad de procesabilidad del colector de corriente compuesto 10 y su estabilidad durante la utilización, y evita de manera efectiva que se rompa o se agriete durante su preparación y utilización. Por tanto, la presente solicitud mejora significativamente los rendimientos del colector de corriente compuesto 10 y la placa de electrodo 30, tal como se muestra en la figura 6, y del dispositivo electroquímico que los utiliza durante la preparación y su fiabilidad durante la utilización.

El colector de corriente compuesto 10 no es propenso a romperse ni a agrietarse durante los procesos de producción y trabajo del dispositivo electroquímico, lo cual, en un aspecto, garantiza la conductividad eléctrica y el rendimiento de recogida de corriente del colector de corriente compuesto 10 y, en otro aspecto, evita la rotura o el agrietamiento de la capa de material activo 20, tal como se muestra en la figura 6, y mantiene la continuidad de su red conductora interna de manera que se garantice un rendimiento efectivo de la capa de material activo. Por tanto, la utilización del colector de corriente compuesto 10 de las realizaciones de la presente solicitud es beneficioso para prolongar la vida útil del dispositivo electroquímico.

Al mismo tiempo, el parámetro de fragilidad C del colector de corriente compuesto 10 que se encuentra dentro del intervalo anterior también garantiza que el colector de corriente compuesto 10 tenga una conductividad eléctrica y un rendimiento de recogida de corriente buenos y sea beneficioso para permitir que la placa de electrodo 30 y el dispositivo electroquímico tengan una impedancia baja, y reducir la polarización de la batería, de modo que el dispositivo electroquímico tenga un rendimiento electroquímico relativamente alto, y que el dispositivo electroquímico tenga un rendimiento de capacidad de carga/descarga a distintas velocidades y un rendimiento de ciclo relativamente elevados.

Además, debido a que la densidad de la capa orgánica de soporte 101 es menor que la de un metal, esto es beneficioso para reducir el peso del dispositivo electroquímico, lo que mejora de este modo aún más la densidad de energía del dispositivo electroquímico.

En algunas realizaciones opcionales, el límite superior del parámetro de fragilidad C del colector de corriente compuesto 10 se puede seleccionar de entre 0.5, 0.48, 0.45, 0.42, 0.4, 0.38, 0.36, 0.35, 0.32, 0.3, 0.28 y 0.25, y el límite inferior se puede seleccionar de entre 0.01,0.05, 0.08, 0.1,0.12, 0.15, 0.17, 0.19, 0.2 y 0.22.

Preferentemente, el parámetro de fragilidad C del colector de corriente compuesto 10 va de 0.1 a 0.3. El colector de corriente compuesto 10 puede aplicar mejor los efectos mencionados anteriormente. En aplicaciones prácticas, cuanto menor sea el parámetro de fragilidad C, mayor será en general el grosor de la capa orgánica de soporte 101 o menor será el grosor de la capa metálica conductora 102. Un grosor mayor de la capa orgánica de soporte 101 no es favorable para mejorar la densidad de energía del dispositivo electroquímico, y un grosor menor de la capa metálica conductora 102 afectará a la capacidad de transporte de corriente del colector de corriente compuesto 10 y la placa de electrodo 30. El parámetro de fragilidad C del colector de corriente compuesto 10 va preferentemente de 0.1 a 0.3, lo que puede aumentar más la densidad de energía del dispositivo electroquímico y garantizar que el colector de corriente compuesto 10 y la placa de electrodo 30 tengan una capacidad de transporte de corriente mayor. El dispositivo electroquímico que utiliza el colector de corriente compuesto 10 tiene un rendimiento global relativamente bueno.

En el colector de corriente compuesto 10 de las realizaciones de la presente solicitud, la resistencia a tracción T<1>de la capa metálica conductora 102 es preferentemente de 150 MPa < T1 < 500 MPa, y más preferentemente de 200 MPa < T1 < 350 MPa. La resistencia a tracción de la capa metálica conductora 102 está dentro del intervalo anterior, que puede ser más favorable para permitir que el colector de corriente compuesto 10 tenga unas mejores propiedades mecánicas, reducir la rotura o el agrietamiento y mejorar la vida útil del dispositivo electroquímico; y que puede garantizar que el colector de corriente compuesto 10 tenga propiedades mecánicas y una mecánica buenas, y unas propiedades de conducción y recogida de corriente, lo que mejora así el rendimiento de capacidad de carga/descarga a distintas velocidades y el rendimiento de ciclo del dispositivo electroquímico.

En el colector de corriente compuesto 10 de las realizaciones de la presente solicitud, el grosor D<1>de la capa metálica conductora 102 es preferentemente de 30 nm < D<1>< 3 gm.

En el colector de corriente compuesto 10 de las realizaciones de la presente solicitud, la capa metálica conductora 102 relativamente delgada se dispone en la superficie de la capa orgánica de soporte 101, lo que puede reducir significativamente el peso del colector de corriente compuesto 10 en comparación con los colectores de corriente metálicos tradicionales (tales como una lámina de aluminio, una lámina de cobre y similares), lo que reduce de este modo el peso del dispositivo electroquímico y aumenta significativamente la densidad de energía del dispositivo electroquímico.

Además, el grosor D<1>de la capa metálica conductora 102 es de 30 nm < D1 < 3 gm, lo que puede conducir a que la capa metálica conductora 102 tenga una conductividad eléctrica relativamente alta, lo que a su vez hace posible convenientemente que el colector de corriente compuesto 10 tenga una conductividad eléctrica y un rendimiento de recogida de corriente relativamente altos y mejorar de este modo el rendimiento del dispositivo electroquímico. Además, con el grosor D<1>mencionado anteriormente, la capa metálica conductora 102 no tiende a romperse durante el procesamiento y la utilización, de modo que el colector de corriente compuesto 10 tiene una tenacidad a la rotura relativamente alta y una estabilidad mecánica y estabilidad de trabajo relativamente buenas. Por otra parte, cuando el grosor D<1>de la capa metálica conductora 102 está dentro del intervalo mencionado anteriormente, la capa metálica conductora 102 produce una rebaba más pequeña en el caso de situaciones anómalas, tales como la penetración de un clavo en el dispositivo electroquímico, lo que reduce de este modo el riesgo de que la rebaba metálica generada entre en contacto con el electrodo y mejora adicionalmente el rendimiento de seguridad del dispositivo electroquímico.

En algunas realizaciones opcionales, el límite superior del grosor D<1>de la capa metálica conductora 102 se puede seleccionar de entre 3 pm, 2.5 pm, 2 pm, 1.8 pm, 1.5 pm, 1.2 pm, 1 pm, 900 nm, 750 nm, 450 nm, 250 nm y 100 nm, y el límite inferior se puede seleccionar de entre 1.6 pm, 1 pm, 800 nm, 600 nm, 400 nm, 300 nm, 150 nm, 100 nm, 80 nm y 30 nm.

Asimismo, preferentemente, el grosor D<1>de la capa metálica conductora 102 es de 300 nm < D<1>< 2 pm. Más preferentemente, el grosor D<1>de la capa metálica conductora 102 es de 500 nm < D<1>< 1.5 pm. Más preferentemente, el grosor D<1>de la capa metálica conductora 102 es de 800 nm < D<1>< 1.2 pm.

En el colector de corriente compuesto 10 de las realizaciones de la presente solicitud, la capa metálica conductora 102 puede incluir uno o más de aluminio, aleación de aluminio, níquel, aleación de níquel, cobre, aleación de cobre, titanio y plata.

En algunas realizaciones, la capa metálica conductora 102 incluye aluminio o aleación de aluminio y un contenido porcentual en peso del elemento aluminio en la aleación de aluminio es preferentemente de un 80 % en peso o más, y más preferentemente de un 90 % en peso o más.

Por ejemplo, la capa metálica conductora 102 incluye cobre o aleación de cobre y un contenido porcentual en peso del elemento cobre en la aleación de cobre es preferentemente de un 80 % en peso o más, y más preferentemente de un 90 % en peso o más.

En el colector de corriente compuesto 10 de las realizaciones de la presente solicitud, la resistencia a la tracción T de la capa orgánica de soporte 101 es preferentemente de 100 MPa < T<2>< 400 MPa, y más preferentemente de 150 MPa < T<2>< 300 MPa. La resistencia a tracción de la capa orgánica de soporte 101 dentro del intervalo anterior es beneficiosa para hacer posible que el colector de corriente compuesto 10 tenga propiedades mecánicas relativamente buenas, de modo que el colector de corriente compuesto 10 no tienda a romperse o agrietarse. Además, la capa orgánica de soporte 101 no se extenderá ni deformará excesivamente y evita así de manera efectiva que la capa metálica conductora 102 se rompa o se agriete, lo que facilita una resistencia de unión relativamente alta entre la capa orgánica de soporte 101 y la capa metálica conductora 102, y reduce el desprendimiento de la capa metálica conductora 102. Por lo tanto, utilizar el colector de corriente compuesto 10 es beneficioso para mejorar la vida útil y el rendimiento de ciclo del dispositivo electroquímico.

Cuando la resistencia a tracción de la capa orgánica de soporte 101 está dentro del intervalo anterior, la capa orgánica de soporte 101 puede funcionar como un mejor soporte de la capa metálica conductora 102.

En el colector de corriente compuesto 10 de las realizaciones de la presente solicitud, la capa orgánica de soporte 101 tiene un módulo de Young E, preferentemente > 2 GPa, lo que permite que la capa orgánica de soporte 101 tenga rigidez, de modo que no solo pueda soportar mejor la capa metálica conductora 102 para garantizar la resistencia global del colector de corriente compuesto 10, sino que también no se extenderá o deformará en exceso durante el procesamiento del colector de corriente compuesto 10, lo que evita de manera más efectiva que se rompan la capa orgánica de soporte 101 y la capa metálica conductora 102 y facilita una resistencia de unión más alta entre la capa orgánica de soporte 101 y la capa metálica conductora 102 sin deslaminación de la capa metálica conductora 102. Por tanto, se mejoran la estabilidad mecánica y la estabilidad de trabajo del colector de corriente compuesto 10, lo que mejora de este modo el rendimiento del dispositivo electroquímico.

Asimismo, el módulo de Young E de la capa orgánica de soporte 101 es preferentemente de 2 GPa < E < 20 GPa, tal como de 2 GPa, 3 GPa, 4 GPa, 5 GPa, 6 GPa, 7 GPa, 8 GPa, 9 GPa, 10 GPa, 11 GPa, 12 GPa, 13 GPa, 14 GPa, 15 GPa, 16 GPa, 17 GPa, 18 GPa, 19 GPa o 20 GPa. Esto hace posible que la capa orgánica de soporte 101 tenga una rigidez adecuada y una tenacidad adecuada, y garantiza la flexibilidad de enrollamiento de la capa orgánica de soporte 101 y el colector de corriente compuesto 10 utilizando la capa orgánica de soporte 101 durante el procesamiento.

El módulo de Young E de la capa orgánica de soporte 101 se puede medir mediante métodos conocidos en la técnica. A modo de ejemplo, la capa orgánica de soporte 101 se corta en una muestra de 15 mm x 200 mm, el grosor h (pm) de la muestra se mide con un micrómetro de diez milésimas, se realiza un ensayo de tracción con un aparato de ensayos de tracción de Go-tech en condiciones normales de temperatura y presión (25°C, 0.1 MPa), se establece una posición inicial de modo que la muestra entre las mordazas tenga 50 mm de largo, la muestra se estira a una velocidad de 5 mm/min, se registran la carga L (N) desde el estiramiento hasta la rotura y el desplazamiento de la mordaza y (mm), posteriormente, el esfuerzo £ (gpa) = L/ (15 x h), la deformación n = y/ 50, se dibuja una curva de tensión-deformación y se selecciona la curva de una región lineal inicial, donde la pendiente de esta curva es el módulo de Young E.

En el colector de corriente compuesto 10 de las realizaciones de la presente solicitud, el grosor D<2>de la capa orgánica de soporte 101 es preferentemente de 1 gm < D<2>< 30 gm. El grosor D<2>de la capa orgánica de soporte 101 es de 1gm o superior, lo que hace posible que la capa orgánica de soporte 101 tenga una resistencia mecánica relativamente alta, no sea fácil de romper durante el procesamiento y la utilización, y soporte y proteja la capa metálica conductora 102 bien, lo que mejora de este modo la estabilidad mecánica y la estabilidad de trabajo del colector de corriente compuesto 10. El grosor D<2>de la capa orgánica de soporte 101 es de 30 um o inferior, lo que hace posible que el dispositivo electroquímico tenga un tamaño relativamente pequeño y un peso relativamente bajo, lo que aumenta de este modo la densidad de energía volumétrica y la densidad de energía gravimétrica del dispositivo electroquímico.

En algunas realizaciones opcionales, el límite superior del grosor D<2>de la capa orgánica de soporte 101 puede ser de 30 gm, 25 gm, 20 gm, 18 gm, 15 gm, 12 gm, 10 gm u 8 gm, y el límite inferior puede ser de 1 gm, 1.5 gm, 2 gm, 3 gm, 4 gm, 5 gm, 6 gm, 7 gm, 9 gm o 16 gm.

Más preferentemente, el grosor D<2>de la capa orgánica de soporte 101 es de 1 nm < D<2>< 20 gm. Más preferentemente, el grosor D<2>de la capa orgánica de soporte 101 es de 1 gm < D<2>< 15 gm. Más preferentemente, el grosor D<2>de la capa orgánica de soporte 101 es de 2 gm < D<2>< 10 gm. Más preferentemente, el grosor D<2>de la capa orgánica de soporte 101 es de 2 gm < D<2>< 8 gm, más preferentemente de 2 gm < D<2>< 6 gm.

En el colector de corriente compuesto 10 de las realizaciones de la presente solicitud, la capa orgánica de soporte 101 adopta uno o más de materiales poliméricos y materiales compuestos basados en polímeros. Por ejemplo, los materiales poliméricos son uno o más de poliamidas, poliimidas, poliésteres, poliolefinas, poliínas, polímeros de siloxano, poliéteres, polioles, polisulfonas, polímeros de polisacáridos, polímeros de aminoácidos, nitruros de poliazufre, polímeros de anillos aromáticos, polímeros heterocíclicos aromáticos, resina epoxi, resina fenólica, sus derivados, sus reticulantes y sus copolímeros.

Por otra parte, por ejemplo, los materiales poliméricos son uno o más de policaprolactama (habitualmente conocido como nailon 6), polihexametilenadipamida (habitualmente conocido como nailon 66), poliparafenileno tereftalamida (PPTA), poliisoftaloilmetafenilendiamina (PMIA), tereftalato de polietileno (PET), tereftalato de polibutileno (PBT), naftalato de polietileno (PEN), policarbonato (PC), polietileno (PE), polipropileno (PP), polipropileno (PPE), alcohol polivinílico (PVA), poliestireno (PS), cloruro de polivinilo (PVC), fluoruro de polivinilideno (PVDF), politetrafluoroetileno (PTEE), poli(estireno sulfonato de sodio) (PSS), poliacetileno (PA), caucho de silicona, polioximetileno (POM), éter de polifenileno (PPO), sulfuro de polifenileno (PPS), polietilenglicol (PEG), celulosa, almidón, proteína, polifenileno, polipirrol (PPy), polianilina (PAN), politiofeno (PT), polipiridina (PPY), copolímero de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), sus derivados, sus reticulantes y sus copolímeros.

Tal como los materiales compuestos basados en polímeros mencionados anteriormente, estos pueden incluir los materiales poliméricos mencionados anteriormente y aditivos. Los aditivos pueden incluir uno o más de materiales metálicos y materiales no metálicos inorgánicos.

Los aditivos de materiales metálicos mencionados anteriormente son, por ejemplo, uno o más de aluminio, aleación de aluminio, cobre, aleación de cobre, níquel, aleación de níquel, titanio, aleación de titanio, hierro, aleación de hierro, plata y aleación de plata.

Los aditivos de materiales no metálicos inorgánicos mencionados anteriormente son, por ejemplo, uno o más de materiales basados en carbono, alúmina, dióxido de silicio, nitruro de silicio, carburo de silicio, nitruro de boro, silicato y óxido de titanio, y también son, por ejemplo, uno o más de materiales de vidrio, materiales cerámicos y materiales compuestos cerámicos. Los aditivos de materiales basados en carbono son, por ejemplo, uno o más de grafito, carbono superconductor, negro de acetileno, negro de carbono, negro de Ketjen, puntos de carbono, nanotubos de carbono, grafeno y nanofibras de carbono.

Tal como los aditivos mencionados anteriormente, estos pueden ser materiales basados en carbono recubiertos con metal, tales como uno o más de polvo de grafito recubierto con níquel y fibras de carbono recubiertas con níquel.

Preferentemente, la capa orgánica de soporte 101 adopta uno o más de materiales poliméricos aislantes y materiales compuestos basados en polímeros aislantes. La capa orgánica de soporte 101 tiene una resistividad volumétrica relativamente alta, que es beneficiosa para mejorar el rendimiento de seguridad del dispositivo electroquímico.

Asimismo, la capa orgánica de soporte 101 incluye uno o más de tereftalato de polietileno (PET), tereftalato de polibutileno (PBT), naftalato de polietileno (PEN), poliestirenosulfonato sódico (PSS) y poliimida (PI).

En el colector de corriente compuesto 10 de las realizaciones de la presente solicitud, la capa orgánica de soporte 101 puede tener una estructura de una única capa o una estructura de capas compuesta de dos o más capas, tal como dos capas, tres capas o cuatro capas.

La figura 2 es un diagrama estructural esquemático de otro colector de corriente compuesto 10 de acuerdo con una realización de la presente solicitud. Haciendo referencia a la figura 2, la capa orgánica de soporte 101 es de una estructura de capas compuesta formada mediante laminación de una primera subcapa 1011, una segunda subcapa 1012 y una tercera subcapa 1013. La capa orgánica de soporte 101 con la estructura de capas compuesta tiene una primera superficie 101a y una segunda superficie 101b opuestas entre sí, y las capas metálicas conductoras 102 se laminan sobre la primera superficie 101a y la segunda superficie 101b de la capa orgánica de soporte 101. Obviamente, la capa metálica conductora 102 se puede disponer únicamente en la primera superficie 101a de la capa orgánica de soporte 101 o únicamente en la segunda superficie 101b de la capa orgánica de soporte 101.

Cuando la capa orgánica de soporte 101 tiene una estructura de capas compuesta de dos o más capas, los materiales de las subcapas pueden ser iguales o diferentes.

Los inventores descubrieron a través de una extensa investigación que, especialmente cuando el grosor D<2>de la capa orgánica de soporte 101 no es mayor de 10 gm, y más en particular, no es mayor de 8 gm, el parámetro de fragilidad del colector de corriente compuesto 10 es un parámetro más crítico para la mecánica y las propiedades mecánicas del colector de corriente compuesto 10, que afectará en mayor medida a la procesabilidad, al rendimiento de preparación, la fiabilidad de utilización, etc., del colector de corriente compuesto 10.

El colector de corriente compuesto 10 de acuerdo con las realizaciones de la presente solicitud incluye además opcionalmente una capa protectora 103. Haciendo referencia a las figuras 3 a 5, la capa metálica conductora tiene dos superficies opuestas en su dirección del grosor, y la capa protectora 103 se dispone en cualquiera o ambas de las dos superficies opuestas de cualquier capa metálica conductora 102 para proteger la capa metálica conductora 102, evitar la corrosión química o el daño mecánico de la capa metálica conductora 102 y garantizar la estabilidad de trabajo y vida útil del colector de corriente compuesto 10, lo cual es beneficioso para hacer posible que el dispositivo electroquímico tenga un rendimiento de seguridad y un rendimiento electroquímico relativamente altos. Además, la capa protectora 103 también puede mejorar la resistencia del colector de corriente compuesto 10.

Se puede sobreentender que las figuras 3 a 5 muestren la capa metálica conductora 102 en un único lado de la capa orgánica de soporte 101 y la(s) capa(s) protectora(s) 103 en cualquiera o ambas de las dos superficies opuestas de la capa metálica conductora 102 en su dirección del grosor. No obstante, en otras realizaciones, las capas metálicas conductoras 102 se pueden disponer respectivamente en dos superficies opuestas de la capa orgánica de soporte 101, la(s) capa(s) protectora(s) 103 se pueden disponer en cualquiera o ambas de las dos superficies opuestas de cada capa metálica conductora 102 en su dirección del grosor, o la(s) capa(s) protectora(s) 103 se pueden disponer en cualquiera o ambas de las dos superficies opuestas de las dos capas conductoras metálicas 102 en su dirección del grosor.

La capa protectora 103 incluye uno o más de un metal, un óxido metálico y un carbono conductor.

Por ejemplo, el metal mencionado anteriormente puede ser uno o más de níquel, cromo, aleación basada en níquel y aleación basada en cobre. La aleación basada en níquel mencionada anteriormente es una aleación formada añadiendo uno o más elementos diferentes al níquel puro a modo de matriz, y es preferentemente una aleación de níquel-cromo. La aleación de níquel-cromo es una aleación formada por níquel metálico y cromo metálico. Opcionalmente, una relación en peso de níquel con respecto a cromo en la aleación de níquel-cromo es de 1:99 a 99:1, tal como de 9:1. La aleación basada en cobre mencionada anteriormente es una aleación formada añadiendo uno o más elementos diferentes al cobre puro a modo de matriz y es preferentemente una aleación de níquelcobre. Opcionalmente, una relación en peso de níquel con respecto a cobre en la aleación de níquel-cobre es de 1:99 a 99:1, tal como de 9:1.

El óxido metálico mencionado anteriormente es, por ejemplo, uno o más de óxido de aluminio, óxido de cobalto, óxido de cromo y óxido de níquel.

El carbón conductor mencionado anteriormente es, por ejemplo, uno o más de grafito, carbono superconductor, negro de acetileno, negro de carbono, negro de Ketjen, puntos de carbono, nanotubos de carbono, grafeno, nanofibras de carbono, e incluye además uno o más de negro de carbono, nanotubos de carbono, negro de acetileno y grafeno.

Tal como en algunos ejemplos, haciendo referencia a la figura 3, el colector de corriente compuesto 10 incluye una capa orgánica de soporte 101, una capa metálica conductora 102 y una capa protectora 103 que están laminadas. La capa orgánica de soporte 101 tiene una primera superficie 101a y una segunda superficie 101b opuesta en su dirección del grosor, la capa metálica conductora 102 se dispone en al menos una de la primera superficie 101a y la segunda superficie 101b de la capa orgánica de soporte 101, y la capa protectora 103 se dispone en una superficie de la capa metálica conductora 102 orientada en sentido contrario a la capa orgánica de soporte 101.

La capa protectora 103 dispuesta en la superficie de la capa metálica conductora 102 orientada en sentido contrario a la capa orgánica de soporte 101 (denominada capa protectora superior para abreviar) protege la capa metálica conductora 102 frente a la corrosión química y el daño mecánico, también mejora la interfaz entre el colector de corriente compuesto 10 y la capa de material activo 20 y mejora la fuerza de unión entre el colector de corriente compuesto 10 y la capa de material activo 20. Los efectos anteriores se pueden mejorar adicionalmente si la capa protectora superior es una capa metálica protectora o capa de óxido metálico protectora.

Asimismo, la capa protectora superior del colector de corriente compuesto 10 es preferentemente una capa de óxido metálico protectora, por ejemplo, óxido de aluminio, óxido de cobalto, óxido de níquel, óxido de cromo, etc. La capa de óxido metálico protectora tiene una dureza y una resistencia mecánica altas, un área superficial específica más grande y una mejor resistencia a la corrosión, y puede proteger mejor la capa metálica conductora 102.

Cuando el colector de corriente compuesto 10 se utiliza como un colector de corriente de electrodo negativo, la capa protectora superior puede ser una capa metálica protectora y la capa metálica protectora puede mejorar la conductividad del colector de corriente compuesto 10, reducir la polarización de las baterías, reducir el riesgo de precipitación de litio en el electrodo negativo y aumentar el rendimiento del ciclo y el rendimiento de seguridad de la batería secundaria de iones de litio. Más preferentemente, la capa metálica protectora es una capa protectora doble, es decir, una capa compuesta formada por una capa metálica protectora y una capa de óxido metálico protectora, donde, preferentemente, la capa metálica protectora se dispone en la superficie de la capa conductora 102 orientada en sentido contrario a la capa orgánica de soporte 101, y la capa de óxido metálico protectora se dispone en la superficie de la capa metálica protectora orientada en sentido contrario a la capa orgánica de soporte 101, de modo que la conductividad y resistencia a la corrosión del colector de corriente de electrodo negativo, así como también de la interfaz entre la capa metálica conductora 102 y la capa de material activo de electrodo negativo, se puedan mejorar al mismo tiempo, por lo que se obtiene de este modo un colector de corriente de electrodo negativo con un mejor rendimiento global.

Cuando el colector de corriente compuesto 10 se utiliza como colector de corriente de electrodo positivo, la capa protectora superior es preferentemente una capa de óxido metálico protectora. Además de los efectos técnicos anteriores, la capa de óxido metálico protectora puede aumentar más el rendimiento de seguridad frente a penetración de clavos del colector de corriente de electrodo positivo.

Tal como en algunos otros ejemplos, haciendo referencia a la figura 4, el colector de corriente compuesto 10 incluye una capa orgánica de soporte 101, una capa metálica conductora 102 y una capa protectora 103 que están laminadas. La capa orgánica de soporte 101 tiene una primera superficie 101a y una segunda superficie 101b opuesta en su dirección del grosor, la capa metálica conductora 102 se lamina sobre al menos una de la primera superficie 101a y la segunda superficie 101b de la capa orgánica de soporte 101, y la capa protectora 103 se lamina sobre la superficie de la capa metálica conductora 102 orientada hacia la capa orgánica de soporte 101.

En la superficie de la capa metálica conductora 102 orientada hacia la capa orgánica de soporte 101 se dispone la capa protectora 103 (denominada capa protectora inferior para abreviar), y la capa protectora inferior protege la capa metálica conductora 102 frente a la corrosión química y el daño mecánico. Mientras tanto, la capa protectora inferior también puede mejorar la fuerza de unión entre la capa metálica conductora 102 y la capa orgánica de soporte 101, evitar que la capa metálica conductora 102 se separe de la capa orgánica de soporte 101 y mejorar el efecto de soporte y protección en la capa metálica conductora 102.

Opcionalmente, la capa protectora inferior es una capa metálica o de óxido metálico protectora. La capa de óxido metálico protectora tiene una resistencia frente a la corrosión relativamente alta y un área superficial específica grande, que pueden mejorar adicionalmente la fuerza de unión de la interfaz entre la capa metálica conductora 102 y la capa orgánica de soporte 101, de modo que la capa protectora inferior pueda proteger mejor la capa metálica conductora 102 para mejorar el rendimiento de la batería secundaria de iones de litio. Además, la capa de óxido metálico protectora tiene una mayor dureza y una mejor resistencia mecánica, lo que es más beneficioso para mejorar la resistencia del colector de corriente compuesto 10. La capa metálica protectora puede proteger la capa metálica conductora 102 frente a la corrosión química y el daño mecánico, aunque también mejorar la conductividad eléctrica del colector de corriente compuesto 10, reducir la polarización de las baterías, reducir el riesgo de precipitación de litio en el electrodo negativo y aumentar el rendimiento de ciclo y el rendimiento de seguridad de la batería secundaria de iones de litio. Cuando el colector de corriente compuesto 10 se utiliza como colector de corriente de electrodo positivo, la capa protectora inferior es preferentemente una capa de óxido metálico protectora. Cuando el colector de corriente compuesto 10 se utiliza como colector de corriente de electrodo negativo, la capa protectora inferior es preferentemente una capa metálica protectora.

Tal como en otros ejemplos más, haciendo referencia a la figura 5, el colector de corriente compuesto 10 incluye una capa orgánica de soporte 101, una capa metálica conductora 102 y una capa protectora 103 que están laminadas. La capa orgánica de soporte 101 tiene una primera superficie 101a y una segunda superficie 101b opuesta en su dirección del grosor, la capa metálica conductora 102 se lamina sobre al menos una de la primera superficie 101a y la segunda superficie 101b de la capa orgánica de soporte 101, y la capa protectora 103 se dispone en la superficie de la capa metálica conductora 102 orientada en sentido contrario a la capa orgánica de soporte 101 y en la superficie de la capa metálica conductora 102 orientada hacia la capa orgánica de soporte 101.

La capa protectora 103 se dispone en ambas superficies de la capa metálica conductora 102 para proteger de manera más completa la capa metálica conductora 102, de modo que el colector de corriente compuesto 10 tenga un rendimiento global relativamente alto.

Se puede sobreentender que las capas protectoras 103 en las dos superficies de la capa metálica conductora 102 se pueden fabricar con materiales iguales o diferentes y pueden tener grosores iguales o diferentes. Preferentemente, el grosor D<3>de la capa protectora 103 es de 1 nm < D<3>< 200 nm y D<3>< 0.1 D<1>. Si la capa protectora 103 es demasiado delgada no será suficiente para proteger la capa metálica conductora 102; si es demasiado gruesa se reducirá la densidad de energía del dispositivo electroquímico.

En algunas realizaciones, el límite superior del grosor D<3>de la capa protectora 103 puede ser de 200 nm, 180 nm, 150 nm, 120 nm, 100 nm, 80 nm, 60 nm, 55 nm, 50 nm, 45 nm, 40 nm, 30 nm o 20 nm, y el límite inferior puede ser de 1 nm, 2 nm, 5 nm, 8 nm, 10 nm, 12 nm, 15 nm o 18 nm.

Más preferentemente, el grosor D<3>de la capa protectora 103 es de 5 nm < D<3>< 200 nm, más preferentemente es de 10 nm < D<3>< 200 nm.

El "grosor D<3>de la capa protectora 103" mencionado anteriormente hace referencia al grosor de la capa protectora 103 en un único lado de la capa conductora 102. Es decir, el grosor Da de la capa protectora superior es de 1 nm < Da < 200 nm y Da < 0.1 D<1>; asimismo, 5 nm < Da < 200 nm; y además, 10 nm < Da < 200 nm. El grosor Db de la capa protectora inferior es de 1 nm < Db < 200 nm y Db < 0.1D1; asimismo, 5 nm < Db < 200 nm; y además, 10 nm < Db < 200 nm.

Cuando las capas protectoras 103 se disponen en las dos superficies de la capa metálica conductora 102, es decir, cuando el colector de corriente compuesto 10 incluye la capa protectora superior y la capa protectora inferior, preferentemente, Da > Db, lo que hace posible que la capa protectora superior y la capa protectora inferior protejan la capa metálica conductora 102 de manera conjunta frente a la corrosión química y el daño mecánico, y hace posible que el dispositivo electroquímico tenga una densidad de energía relativamente alta. Más preferentemente, 0.5 Da < Db < 0.8 Da, como resultado de lo cual se puede ejercer mejor el efecto de protección conjunto de la capa protectora superior y la capa protectora inferior.

Se puede sobreentender que la influencia de la configuración de la capa protectora 103 sobre el parámetro de fragilidad C del colector de corriente compuesto 10 es despreciable.

En el colector de corriente compuesto 10 de las realizaciones de la presente solicitud, la capa metálica conductora 102 se forma, por ejemplo, sobre la capa orgánica de soporte 101 mediante al menos un medio de laminado mecánico, unión, depósito en fase de vapor, deposición química y electrodeposición. Entre ellos, se prefieren la deposición en fase de vapor y la electrodeposición, es decir, la capa metálica conductora 102 es una capa por deposición en fase de vapor o una capa por electrodeposición. La capa metálica conductora 102 se forma sobre la capa orgánica de soporte 101 mediante depósito en fase de vapor o electrodeposición, lo que hace posible que la capa metálica conductora 102 tenga una mejor resistencia a tracción T<1>, hace posible una fuerza de unión relativamente alta entre la capa metálica conductora 102 y la capa orgánica de soporte 101, y mejora el rendimiento del colector de corriente compuesto 10.

La deposición en fase de vapor mencionada anteriormente es preferentemente una deposición física en fase de vapor. La deposición física en fase de vapor es preferentemente al menos una de una evaporación y una pulverización catódica; donde la evaporación es preferentemente al menos una de una evaporación al vacío, evaporación térmica y evaporación por haz de electrones, y la pulverización catódica es preferentemente una pulverización catódica de magnetrón.

A modo de ejemplo, la capa metálica conductora 102 se puede formar mediante evaporación al vacío que incluye el paso de colocar la capa orgánica de soporte 101 después del tratamiento de limpieza superficial en una cámara de evaporación al vacío, fundir y evaporar un alambre metálico en la cámara de evaporación de metales a una temperatura elevada de 1300 °C a 2000 °C, y hacer pasar el metal evaporado a través de un sistema de enfriamiento en la cámara de evaporación al vacío y posteriormente depositar el metal evaporado sobre la capa orgánica de soporte 101 para formar la capa metálica conductora 102.

Cuando está presente la capa protectora 103, esta se puede formar sobre la capa metálica conductora 102 mediante al menos una de deposición en fase de vapor, formaciónin situy recubrimiento. La deposición en fase de vapor puede ser la deposición en fase de vapor mencionada anteriormente. La formaciónin situes preferentemente una pasivaciónin situ,es decir, un método de formación de una capa de pasivación de óxido metálicoin situsobre una superficie metálica. El recubrimiento es preferentemente al menos uno de recubrimiento por laminación, recubrimiento por extrusión, recubrimiento con cuchilla y recubrimiento por huecograbado.

Preferentemente, la capa protectora 103 se forma sobre la capa metálica conductora 102 mediante al menos un medio de deposición en fase de vapor y formaciónin situ,que hace posible una fuerza de unión relativamente alta entre la capa metálica conductora 102 y la capa protectora 103, lo que protege de este modo mejor el colector de corriente compuesto 10 mediante la capa protectora 102 y garantizando un buen rendimiento de trabajo del colector de corriente compuesto 10.

Cuando la capa protectora 103 (es decir, la capa protectora inferior) se dispone entre la capa metálica conductora 102 y la capa orgánica de soporte 101, la capa protectora inferior se puede formar en primer lugar sobre la capa orgánica de soporte 101 y posteriormente se forma la capa metálica conductora 102 sobre la capa protectora inferior. La capa protectora inferior se puede formar sobre la capa orgánica de soporte 101 mediante al menos un medio de deposición en fase de vapor y recubrimiento, y preferentemente mediante deposición en fase de vapor. La capa metálica conductora 102 se puede formar sobre la capa protectora inferior mediante al menos un medio de laminación mecánica, unión, deposición en fase de vapor y deposición química, y preferentemente mediante deposición en fase de vapor.

El colector de corriente compuesto 10 de cualquiera de las realizaciones anteriores se puede utilizar como cualquiera o ambos del colector de corriente de electrodo positivo y el colector de corriente de electrodo negativo.

Cuando el colector de corriente compuesto 10 se utiliza como un colector de corriente de electrodo positivo, la capa metálica conductora 102 puede incluir uno o más de aluminio, aleación de aluminio, níquel, aleación de níquel, titanio y plata, por ejemplo, aluminio o aleación de aluminio. El porcentaje en peso del elemento aluminio en la aleación de aluminio mencionada anteriormente es preferentemente de un 80 % en peso o más, más preferentemente de un 90 % en peso o más.

Cuando el colector de corriente compuesto 10 se utiliza como un colector de corriente de electrodo negativo, la capa metálica conductora 102 puede incluir uno o más de cobre, aleación de cobre, níquel, aleación de níquel, titanio, y plata, tal como cobre o aleación de cobre. El porcentaje en peso del elemento cobre en la aleación de cobre mencionada anteriormente es preferentemente de un 80 % en peso o más, y más preferentemente de un 90 % en peso o más.

Placa de electrodo

En un segundo aspecto, las realizaciones de la presente solicitud proporcionan una placa de electrodo 30. La figura 6 es un diagrama estructural esquemático de una placa de electrodo 30 de acuerdo con una realización de la presente solicitud. Haciendo referencia a la figura 6, la placa de electrodo 30 incluye un colector de corriente compuesto 10 y una capa de material activo 20 que están laminados, en donde el colector de corriente compuesto 10 es el colector de corriente compuesto de acuerdo con el primer aspecto de la presente solicitud.

Dado que la placa de electrodo 30 de las realizaciones de la presente solicitud adopta el colector de corriente compuesto 10 de acuerdo con el primer aspecto de las realizaciones de la presente solicitud, esta tiene una mecánica relativamente buena, un rendimiento de preparación relativamente alto, una seguridad y fiabilidad de utilización relativamente altas, un peso bajo y un rendimiento electroquímico relativamente alto.

A modo de ejemplo, haciendo referencia a la figura 6, la placa de electrodo 30 incluye un colector de corriente compuesto 10 y las capas de material activo 20 que están laminadas, el colector de corriente compuesto 10 tiene dos superficies opuestas en su dirección del grosor y la capa de material activo 20 se lamina sobre las dos superficies del colector de corriente compuesto 10.

Se puede sobreentender que la capa de material activo 20 también se puede laminar sobre cualquiera de las dos superficies del colector de corriente compuesto 10.

La placa de electrodo 30 de las realizaciones de la presente solicitud se puede utilizar como una cualquiera o ambas de la placa de electrodo positivo y la placa de electrodo negativo.

Cuando la placa de electrodo 30 de las realizaciones de la presente solicitud se utiliza como una placa de electrodo positivo, la capa de material activo 20, es decir, la capa de material activo de electrodo positivo puede adoptar un material activo de electrodo positivo conocido en la técnica que pueda lograr la intercalación/desintercalación reversible de los iones activos, lo cual no está limitado en esta solicitud.

Por ejemplo, el material activo de electrodo positivo para baterías secundarias de iones de litio puede ser uno o más de óxidos compuestos de metales de transición y litio, y los óxidos compuestos se obtienen mediante la adición de otros metales de transición o metales que no son de transición o no metales a óxidos compuestos de metales de transición y litio. Los metales de transición pueden ser uno o más de Mn, Fe, Ni, Co, Cr, Ti, Zn, V, Al, Zr, Ce y Mg.

A modo de ejemplo, el material activo de electrodo positivo se puede seleccionar de uno o más de óxido de cobalto y litio, óxido de níquel y litio, óxido de manganeso y litio, óxido de manganeso, níquel y litio, óxido de manganeso, cobalto, níquel y litio, óxido de aluminio, cobalto, níquel y litio y fosfato que contiene litio de una estructura de olivino. Por ejemplo, los óxidos compuestos de metal de transición y litio son uno o más de LiMn2O4, LiNiO<2>, LiCoO<2>, LiNi<1>-yCoyO<2>, (0<y<1), LiNiaCobAl<1>-a-bO<2>(0<a<1, 0<b<1, 0<a+b<1), LiMn<1>-m-nNimConO<2>(0<m<1, 0<n<1, 0<m+n<1), LiMPO4 (M puede ser uno o más de Fe, Mn y Co) y Li3V2(PO4)3.

Opcionalmente, la capa de material activo de electrodo positivo puede incluir además un aglutinante. Esta solicitud no limita el tipo de aglutinante. A modo de ejemplo, el aglutinante es uno o más de caucho de estireno-butadieno (SBR), resina acrílica basada en agua, carboximetilcelulosa (CMC), fluoruro de polivinilideno (PVDF), politetrafluoroetileno (PTFE), copolímero de etileno-acetato de vinilo (EVA), alcohol polivinílico (PVA) y polivinilbutiral (PVB).

Opcionalmente, la capa de material activo de electrodo positivo puede incluir además un agente conductor. Esta solicitud no limita el tipo de agente conductor. A modo de ejemplo, el agente conductor es uno o más de grafito, carbono superconductor, negro de acetileno, negro de carbono, negro de Ketjen, puntos de carbono, nanotubos de carbono, grafeno y nanofibras de carbono.

Cuando la placa de electrodo 30 de las realizaciones de la presente solicitud se utiliza como una placa de electrodo negativo, la capa de material activo 20, es decir, la capa de material activo de electrodo negativo puede adoptar un material activo de electrodo negativo conocido en la técnica que pueda lograr la intercalación/desintercalación reversible de los iones activos, lo cual no está limitado en esta solicitud.

Por ejemplo, el material activo de electrodo negativo para las baterías secundarias de iones de litio puede ser uno o más de litio metálico, grafito natural, grafito artificial, microperlas de mesocarbono (MCMB), carbono duro, carbono blando, silicio, material compuesto de silicio-carbono, SiO, aleación de Li-Sn, aleación de Li-Sn-O, Sn, SnO, SnO<2>, titanato de litio de una estructura de espinela y aleación de Li-Al.

Opcionalmente, la capa de material activo 20 puede incluir además un agente conductor. Esta solicitud no limita el tipo de agente conductor. A modo de ejemplo, el agente conductor es uno o más de grafito, carbono superconductor, negro de acetileno, negro de carbono, negro de Ketjen, puntos de carbono, nanotubos de carbono, grafeno y nanofibras de carbono.

Opcionalmente, la capa de material activo 20 de electrodo puede incluir además un aglutinante. Esta solicitud no limita el tipo de aglutinante. A modo de ejemplo, el aglutinante es uno o más de caucho de estireno-butadieno (SBR), resina acrílica basada en agua, carboximetilcelulosa (CMC), fluoruro de polivinilideno (PVDF), politetrafluoroetileno (PTFE), copolímero de etileno-acetato de vinilo (EVA), alcohol polivinílico (PVA) y polivinilbutiral (PVB).

La placa de electrodo 30 se puede preparar de acuerdo con un método convencional en la técnica, tal como un método de recubrimiento. A modo de ejemplo, el material activo y el agente conductor y el aglutinante opcionales se dispersan en un disolvente que puede ser NMP o agua desionizada para formar una suspensión de electrodo uniforme; la suspensión de electrodo se aplica al colector de corriente compuesto 10, y la placa de electrodo 30 se obtiene después de pasos que incluyen secado, etc.

Dispositivo electroquímico

En un tercer aspecto, las realizaciones de la presente solicitud proporcionan un dispositivo electroquímico. El dispositivo electroquímico incluye una placa de electrodo positivo, una placa de electrodo negativo y un electrolito, donde la placa de electrodo positivo y/o la placa de electrodo negativo es/son la placa de electrodo de acuerdo con el segundo aspecto de la presente solicitud.

Los ejemplos del dispositivo electroquímico incluyen, aunque sin carácter limitante, una batería secundaria de iones de litio, una batería primaria de litio, una batería de iones de sodio, una batería de iones de magnesio, etc.

El dispositivo electroquímico adopta la placa de electrodo proporcionada de acuerdo con el segundo aspecto de las realizaciones de la presente solicitud y, por tanto, el dispositivo electroquímico de las realizaciones de la presente solicitud tiene un rendimiento electroquímico global relativamente alto, que incluye una densidad de energía, un rendimiento de capacidad de carga/descarga a distintas velocidades, un rendimiento del ciclo y un rendimiento de seguridad relativamente altos.

En el dispositivo electroquímico de las realizaciones de la presente solicitud, el electrolito puede ser un electrolito sólido o una solución electrolítica no acuosa, tal como aquellas obtenidas dispersando una sal de electrolito en un disolvente orgánico.

En el electrolito mencionado anteriormente, el disolvente orgánico sirve como medio para transportar iones en reacción electroquímica y puede adoptar cualquier disolvente orgánico en la técnica. Como fuente de iones, la sal de electrolito puede ser cualquier sal de electrolito en la técnica.

Por ejemplo, el disolvente orgánico para baterías secundarias de iones de litio puede ser uno o más de carbonato de etileno (EC), carbonato de propileno (PC), carbonato de etil metilo (EMC), carbonato de dietilo (DEC), carbonato de dimetilo (DMC), carbonato de dipropilo (DPC), carbonato de metil propilo (MPC), carbonato de etilo propil (EPC), carbonato de butileno (BC), carbonato de fluoroetileno (FEC), formiato de metilo (MF), acetato de metilo (MA), acetato de etilo (EA), acetato de propilo (PA), propionato de metilo (MP), propionato de etilo (EP), propionato de propilo (PP), butirato de metilo (MB), butirato de etilo (EB), 1,4-butirolactona (GBL), sulfolano (SF), dimetil sulfona (MSM), metil etil sulfona (EMS) y dietil sulfona (ESE).

Por ejemplo, la sal de electrolito para baterías secundarias de iones de litio puede ser una o más de LiPF6 (hexafluorofosfato de litio), LiBF4 (tetrafluoroborato de litio), LiClO4 (perclorato de litio), LiAsF6 (hexafluoroarsenato de litio), LiFSI (difluorosulfimida de litio), LiTFSI (bistrifluorometanosulfonimida de litio), LiTFS (trifluorometanosulfonato de litio), LiDFOB (difluorooxalato de litio), LiBOB (bisoxalato de litio), LiPO<2>F<2>(difluorofosfato de litio), LiDFOP (difluorobisoxalato fosfato de litio) y LiTFOP (tetrafluorooxalato fosfato de litio).

Además, el electrolito puede incluir opcionalmente aditivos. El tipo de aditivo no está limitado específicamente y se puede seleccionar de acuerdo con los requisitos. Por ejemplo, los aditivos pueden incluir aditivos de formación de películas de electrodo negativo, aditivos de formación de películas de electrodo positivo y aditivos que pueden mejorar algunos rendimientos de la batería, tales como aditivos que mejoran el rendimiento de sobrecarga de la batería, aditivos que mejoran el rendimiento a alta temperatura de la batería y aditivos que mejoran el rendimiento a baja temperatura de la batería.

A modo de ejemplo, los aditivos pueden incluir uno o más de carbonato de vinileno (VC), carbonato de viniletileno (VEC), carbonato de fluoroetileno (FEC), succinonitrilo (SN), adiponitrilo (ADN), 1,3-propileno sultona (PST), fosfato de tris(trimetilsilano) (TMSP) y borato de tris(trimetilsilano) (TMSB).

Cuando el dispositivo electroquímico adopta una solución electrolítica, es necesario disponer un separador entre la placa de electrodo positivo y la placa de electrodo negativo para su separación. El tipo de separador no está limitado en especial y el separador puede ser cualquier separador poroso conocido con buena estabilidad química y mecánica, tal como uno o más de fibra de vidrio, tela no tejida, polietileno, polipropileno y fluoruro de polivinilideno. El separador puede ser una película de capa única o una película compuesta multicapa. Cuando el separador es una película compuesta multicapa, los materiales de las capas respectivas pueden ser iguales o diferentes.

El dispositivo electroquímico se prepara mediante los pasos de apilar la placa de electrodo positivo, el separador y la placa de electrodo negativo con el fin de que el separador se disponga entre la placa de electrodo positivo y la placa de electrodo negativo para su aislamiento con el fin de obtener un núcleo de batería, el cual se puede obtener por enrollado; colocar el núcleo de batería en una carcasa de empaquetamiento seguido por la inyección de la solución electrolítica y un sellado.

Ejemplos

Los siguientes ejemplos describen de manera más específica el contenido divulgado en la presente solicitud, y estos ejemplos solo se utilizan para una descripción explicativa, ya que las diversas modificaciones y cambios dentro del alcance de la presente divulgación, tal como se definen en las reivindicaciones, son obvios para aquellos que son expertos en la técnica. A menos que se indique lo contrario, todas las partes, porcentajes y proporciones descritas en los siguientes ejemplos se basan en el peso, todos los reactivos utilizados en los ejemplos están disponibles comercialmente o se sintetizan de acuerdo con métodos convencionales y se pueden utilizar directamente sin tratamiento adicional, y todos los instrumentos utilizados en los ejemplos están disponibles comercialmente.

Métodos de preparación

Preparación del colector de corriente de electrodo negativo compuesto

Se selecciona una capa orgánica de soporte con un grosor predeterminado y se somete a un tratamiento de limpieza superficial, la capa orgánica de soporte tras el tratamiento de limpieza superficial se coloca en una cámara de evaporación al vacío, se funde un alambre de cobre de alta pureza en la cámara de evaporación al vacío y se evapora a una temperatura elevada de 1300 °C a 2000 °C, y el metal evaporado pasa a través de un sistema de enfriamiento en la cámara de evaporación al vacío y se deposita en última instancia sobre dos superficies de la capa orgánica de soporte para formar una capa conductora basada en cobre.

Preparación del colector de corriente de electrodo negativo convencional

Se utiliza una lámina de cobre con un grosor de 8 pm.

Preparación de la placa de electrodo negativo

Los materiales activos de electrodo negativo que incluyen grafito, negro de carbono conductor, carboximetilcelulosa sódica como espesante y emulsión de caucho de estireno butadieno (SBR) como aglutinante se mezclan a fondo con una relación en peso de 96.5:1.0:1.0:1.5 en una cantidad adecuada de agua desionizada, para formar una suspensión de electrodo negativo uniforme; la suspensión de electrodo negativo se aplica a un colector de corriente de electrodo negativo y se obtiene una placa de electrodo negativo tras unos pasos que incluyen un secado y similares.

Preparación del colector de corriente de electrodo positivo compuesto

Se selecciona una capa orgánica de soporte con un grosor predeterminado y se somete a un tratamiento de limpieza superficial, la capa orgánica de soporte tras el tratamiento de limpieza superficial se coloca en una cámara de evaporación al vacío, se funde un alambre de aluminio de alta pureza en la cámara de evaporación al vacío y se evapora a una temperatura elevada de 1300 °C a 2000 °C, y el metal evaporado pasa a través de un sistema de enfriamiento en la cámara de evaporación al vacío y se deposita en última instancia sobre dos superficies de la capa orgánica de soporte para formar una capa conductora basada en aluminio.

Preparación del colector de corriente de electrodo positivo convencional

Se utiliza una lámina de aluminio con un grosor de 12 pm.

Preparación de la placa de electrodo positivo

Los materiales activos de electrodo positivo LiNi1/3Co1/3Mn1/3Ü2 (NCM333), negro de carbono conductor y fluoruro de polivinilideno (PVDF) como aglutinante se mezclan a fondo con una relación en peso de 93:2:5 en una cantidad adecuada de disolvente de N-metilpirrolidona (NMP), para formar una suspensión de electrodo positivo uniforme; la suspensión de electrodo positivo se aplica a un colector de corriente de electrodo positivo y se obtiene una placa de electrodo positivo tras unos pasos que incluyen un secado y similares.

Preparación de la solución electrolítica

Se mezclan de manera uniforme carbonato de etileno (CE) y carbonato de etil metilo (EMC) con una relación en volumen de 3:7 para obtener un disolvente orgánico y, posteriormente, se disuelve de manera uniforme 1 mol/L de LiPF6 en el disolvente orgánico.

Preparación de la batería secundaria de iones de litio

La placa de electrodo positivo, el separador que es una película compuesta de PP/ PE/ PP y la placa de electrodo negativo se laminan en secuencia y, posteriormente, se enrollan para formar un conjunto de electrodos y el conjunto de electrodos se empaqueta en una carcasa de empaquetamiento, se inyecta el electrolito y se sella para obtener una batería secundaria de iones de litio.

Sección de ensayos

1. Ensayo del colector de corriente

1) Ensayo del parámetro de fragilidad del colector de corriente

La capa orgánica de soporte se corta en una muestra con una anchura de 15 mm y una longitud de 150 mm que a continuación se carga en una mordaza superior y una mordaza inferior de un aparato de ensayos de tracción universal American INSTRON 3365 con una longitud inicial fijada en 50 mm y, posteriormente, se realiza un ensayo de tracción a una velocidad de tracción de 5 mm/min hasta que se rompe la muestra; se registra la fuerza de tracción máxima F soportada cuando se rompe la muestra y se calcula una resistencia a tracción T<2>de la capa orgánica de soporte de acuerdo con T<2>= F/ S. S es el área inicial de la sección transversal de la muestra, que es igual al producto de la anchura por el grosor de la muestra (es decir, el grosor D<2>de la capa orgánica de soporte). Se utiliza el mismo método para medir la resistencia a tracción T<1>de la capa metálica conductora.

El grosor Di de la capa metálica conductora y el grosor D<2>de la capa orgánica de soporte se miden con un micrómetro de diez milésimas.

El parámetro de fragilidad C del colector de corriente compuesto = (la resistencia a tracción T<1>de la capa metálica conductora x el grosor Di de la capa metálica conductora)/ (la resistencia a tracción T<2>de la capa orgánica de soporte x el grosor D<2>de la capa orgánica de soporte).

2) Ensayo de elongación a la rotura del colector de corriente compuesto

El colector de corriente compuesto se corta en una muestra de 15 mm x 200 mm, se realiza un ensayo de tracción mediante un aparato de ensayos de tracción Go-tech en condiciones normales de temperatura y presión (25°C, 0. 1 MPa), se fija una posición inicial de modo que la muestra entre las mordazas tenga 50 mm de largo, la muestra se estira a una velocidad de 5 mm/min, se registra el desplazamiento de la mordaza y (mm) en el momento de la rotura a tracción y por último se calcula el alargamiento a la rotura como (y/ 50) x 100 %.

2. Ensayo de rendimiento de la batería

(1) Ensayo del rendimiento de ciclo

A 45 °C, la batería secundaria de iones de litio se carga hasta 4.2 V a una velocidad de corriente constante de 1 C y, a continuación, se carga a una tensión constante hasta que la corriente es < 0.05 C y, posteriormente, se descarga a una velocidad de corriente constante de 1 C hasta 2.8 V. Esto es un ciclo de carga-descarga. La capacidad de descarga en este momento es una capacidad de descarga del primer ciclo. La batería secundaria de iones de litio se somete a 1000 ciclos de carga-descarga de acuerdo con el método anterior, se registra la capacidad de descarga del ciclo 1000 y se calcula una tasa de retención de capacidad de la batería secundaria de iones de litio después de 1000 ciclos a 1 C/1 C.

El rendimiento de ciclo de la batería secundaria de iones de litio a 45 °C se ensaya de acuerdo con el ensayo mencionado anteriormente.

La tasa de retención de capacidad de la batería secundaria de iones de litio después de 1000 ciclos a 1 C/1 C (%) = la capacidad de descarga del ciclo 1000/ la capacidad de descarga del primer ciclo x 100 %.

(2) Ensayo del rendimiento de capacidad de carga/descarga a distintas velocidades

A 25 °C, la batería secundaria de iones de litio se carga hasta 4.2 V a una velocidad de corriente constante de 1 C y, a continuación, se carga a una tensión constante hasta que la corriente es < 0.05 C y, posteriormente, se descarga a una velocidad de corriente constante de 1 C hasta 3.0 V, por lo que se obtiene de este modo la capacidad de descarga de velocidad 1 C de la batería secundaria de iones de litio.

A 25 °C, la batería secundaria de iones de litio se carga hasta 4.2 V a una velocidad de corriente constante de 1 C y, a continuación, se carga a una tensión constante hasta que la corriente es < 0.05C y, posteriormente, se descarga a una velocidad de corriente constante de 4 C hasta 3.0 V, por lo que se obtiene de este modo la capacidad de descarga de velocidad 4 C de la batería secundaria de iones de litio.

La tasa de retención de capacidad de velocidad 4 C (%) de la batería secundaria de iones de litio = capacidad de descarga de velocidad 4 C/capacidad de descarga de velocidad 1 C x 100 %.

Resultados de los ensayos

1. Efecto del colector de corriente compuesto en la mejora de la densidad de energía gravimétrica del dispositivo electroquímico

1) Cuando el colector de corriente compuesto se utiliza como colector de corriente de electrodo positivo, su efecto mejora la densidad de energía gravimétrica del dispositivo electroquímico

Tabla 1-1

En la Tabla 1-1, el porcentaje en peso del colector de corriente de electrodo positivo es un porcentaje del peso del colector de corriente de electrodo positivo por unidad de área relativo al peso del colector de corriente de electrodo positivo convencional por unidad de área.

En comparación con el colector de corriente de electrodo positivo de lámina de aluminio tradicional, el peso de los colectores de corriente de electrodo positivo que adoptan el colector de corriente compuesto se reduce en varios órdenes, de modo que se puedan mejorar las densidades de energía gravimétricas de la batería.

2) Cuando el colector de corriente compuesto se utiliza como un colector de corriente de electrodo negativo, su efecto mejora la densidad de energía gravimétrica del dispositivo electroquímico

Tabla 1-2

En la Tabla 1 -2, el porcentaje en peso del colector de corriente de electrodo negativo es un porcentaje del peso del colector de corriente de electrodo negativo por unidad de área relativo al peso del colector de corriente de electrodo negativo convencional por unidad de área.

En comparación con el colector de corriente de electrodo negativo de lámina de cobre tradicional, el peso de los colectores de corriente de electrodo negativo que adoptan el colector de corriente compuesto se reduce en varios órdenes, de modo que se puedan mejorar las densidades de energía gravimétricas de la batería.

2. Efecto de la capa protectora en el rendimiento electroquímico del colector de corriente compuesto y el dispositivo electroquímico

Tabla 2-1

En la Tabla 2-1, "*" representa el colector de corriente de electrodo positivo que se basa en el colector de corriente de electrodo positivo 7, tal como se muestra en la Tabla 1-1, y que está provisto de una capa protectora; y "*" representa el colector de corriente de electrodo positivo que se basa en el colector de corriente de electrodo positivo 3, tal como se muestra en la Tabla 1-1, y que está provisto de una capa protectora.

Tabla 2-2

Se puede observar a partir de la Tabla 2-2 que la vida útil del ciclo de las baterías que utilizan los colectores de corriente compuestos de la presente solicitud como un colector de corriente de electrodo positivo es buena, y es equivalente al rendimiento del ciclo de las baterías que utilizan un colector de corriente de electrodo positivo convencional. Esto muestra que la adopción del colector de corriente compuesto de las realizaciones de la presente solicitud como un colector de corriente de electrodo positivo no tendría un efecto adverso significativo en el rendimiento electroquímico de la batería y la placa de electrodo positivo. En particular, para la batería fabricada con el colector de corriente compuesto provisto de una capa protectora, se mejora adicionalmente su tasa de retención de capacidad tras 1000 ciclos de 1 C/1 C, lo que indica que la fiabilidad de la batería es mejor.

Tabla 2-3

El colector de corriente de electrodo negativo en la Tabla 2-3 se basa en el colector de corriente de electrodo negativo 7 que se muestra en la Tabla 1 -2 y está provisto de una capa protectora.

La aleación basada en níquel en la Tabla 2-3 contiene: níquel, 90%en peso; cromo, 10%en peso.

La capa protectora bicapa en la Tabla 2-3 incluye una capa protectora de níquel sobre la superficie de la capa conductora, orientada en sentido contrario a la capa orgánica de soporte, con un grosor de 25 nm; y una capa protectora de óxido de níquel sobre la superficie de la capa protectora de níquel, orientada en sentido contrario a la capa orgánica de soporte, con un grosor de 25 nm.

Tabla 2-4

Las baterías de la Tabla 2-4 adoptaron la placa de electrodo positivo convencional.

Se puede observar a partir de la Tabla 2-4 que la vida útil de ciclo y el rendimiento de capacidad de carga/descarga a distintas velocidades de las baterías que utilizan los colectores de corriente compuestos de la presente solicitud como un colector de corriente de electrodo negativo son buenos, y son equivalentes al rendimiento de ciclo y el rendimiento de capacidad de carga/descarga a distintas velocidades de las baterías que utilizan el colector de corriente de electrodo positivo convencional y el colector de corriente de electrodo negativo convencional. Esto muestra que el colector de corriente compuesto de las realizaciones de la presente solicitud no tendría un efecto adverso significativo en el rendimiento electroquímico de la batería. En particular, para la batería fabricada con el colector de corriente compuesto provisto de una capa protectora, se mejora adicionalmente la tasa de retención de capacidad a 45 °C durante 1000 ciclos de 1 C/1 C y la tasa de retención de capacidad de velocidad 4 C, lo que indica que la fiabilidad de la batería es mejor.

3. Parámetro de fragilidad del colector de corriente compuesto y su efecto en las propiedades mecánicas del colector de corriente compuesto

Tabla 3-1

Tabla 3-2

A partir de los resultados en la Tabla 3-1 y la Tabla 3-2 se puede observar que el parámetro de fragilidad, de 0.01 a 0.5, del colector de corriente compuesto mejora el alargamiento a la rotura del colector de corriente compuesto, y el alargamiento a la rotura del colector de corriente compuesto es de un 2 % o más, o incluso de un 3 % o más, lo que garantiza que el colector de corriente compuesto tiene unas propiedades mecánicas y una mecánicas relativamente buenas, y que puede soportar cierta deformación sin rotura durante los procesos de producción y trabajo del dispositivo electroquímico. Esto puede ser beneficioso para mejorar la propiedad de procesabilidad del colector de corriente compuesto y su estabilidad durante la utilización, y evitar de manera efectiva que se rompa o se agriete durante la preparación y la utilización, lo que mejora de este modo significativamente los rendimientos del colector de corriente compuesto, la placa de electrodo y el dispositivo electroquímico que los utiliza durante la preparación y su fiabilidad durante la utilización.

Las descripciones anteriores son simplemente realizaciones específicas de la presente solicitud, aunque el alcance de protección de la presente solicitud no está limitado por ello. Cualquier modificación, sustitución u otro equivalente concebido con facilidad por un experto en la técnica de acuerdo con la divulgación de la presente solicitud se encontrará dentro del alcance de protección de la presente solicitud. Por lo tanto, el alcance de protección de la presente solicitud estará sujeto al alcance de protección de las reivindicaciones.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1.Un colector de corriente compuesto (10), donde este comprende una capa orgánica de soporte (101) y una capa metálica conductora (102) dispuesta en al menos una superficie de la capa orgánica de soporte (101); y el colector de corriente compuesto (10) tiene un parámetro de fragilidad C de 0.01 < C < 0.5,

en el que el parámetro de fragilidad C del colector de corriente compuesto (10) se obtiene de acuerdo con la fórmula 1:

C = (T i x D i ) /(T ' x De) fórmula 1

donde Ti es una resistencia a tracción de la capa metálica conductora (102), Di es un grosor de la capa metálica conductora (102), T<2>es una resistencia a tracción de la capa orgánica de soporte (101), D<2>es un grosor de la capa orgánica de soporte (101), y

donde el colector de corriente compuesto comprende además una capa protectora (103), la capa protectora (103) se dispone en la superficie de la capa metálica conductora (102) orientada hacia la capa orgánica de soporte (101), o se dispone en dos superficies opuestas de la capa metálica conductora (102) en la dirección del grosor de la capa metálica conductora (102).

2.El colector de corriente compuesto (10) de acuerdo con la reivindicación 1, donde el colector de corriente compuesto (10) tiene un parámetro de fragilidad C de 0.1 < C < 0.3.

3.El colector de corriente compuesto (10) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, donde la capa metálica conductora (102) tiene una resistencia a tracción T<1>de 150 MPa < T<1>< 500 MPa y preferentemente de 200 MPa < T<1>< 350 MPa; y/o

la capa orgánica de soporte (101) tiene una resistencia a tracción T<2>de 100 MPa < T<2>< 400 MPa y preferentemente de 150 MPa < T<2>< 300 MPa.

4.El colector de corriente compuesto (10) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, donde la capa orgánica de soporte (101) tiene un módulo de Young E de E > 2 GPa y preferentemente de 2 GPa < E < 20 GPa.

5.El colector de corriente compuesto (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde la capa metálica conductora (102) tiene un grosor D<1>de 30 nm < D<1>< 3 gm, preferentemente de 300 nm < D<1>< 2 gm, preferentemente de 500 nm < D<1>< 1.5 gm y más preferentemente de 800 nm < D<1>< 1.2 gm; y/o,

la capa orgánica de soporte (101) tiene un grosor D<2>de 1 gm < D<2>< 30 gm, preferentemente de 1 gm < D<2>< 20 gm, preferentemente de 1 gm < D<2><15 gm, preferentemente de 2 gm < D<2>< 10 gm, preferentemente de 2 gm < D<2>< 8 gm y más preferentemente de 2 gm < D<2>< 6 gm.

6.El colector de corriente compuesto (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde la capa metálica conductora (102) comprende uno o más de aluminio, aleación de aluminio, níquel, aleación de níquel, cobre, aleación de cobre, titanio y plata; y/o

la capa metálica conductora (102) es una capa depositada en fase de vapor o una capa electrodepositada.

7.El colector de corriente compuesto (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde la capa orgánica de soporte (101) comprende uno o más de materiales poliméricos y materiales compuestos basados en polímeros;

los materiales poliméricos son uno o más de poliamida, poliimida, tereftalato de polietileno, tereftalato de polibutileno, naftalato de polietileno, policarbonato, polietileno, polipropileno, poli(propileno-co-etileno), copolímero de acrilonitrilo-butadieno-estireno, alcohol polivinílico, poliestireno, cloruro de polivinilo, fluoruro de polivinilideno, politetrafluoroetileno, sulfonato de poliestireno sódico, poliacetileno, caucho de silicona, polioximetileno, éter de polifenileno, sulfuro de polifenileno, polietilenglicol, nitruro de politiazufre, polifenileno, polipirrol, polianilina, politiofeno, polipiridina, celulosa, almidón, proteína, resina epoxi, resina fenólica, sus derivados, sus reticulantes y sus copolímeros; y

los materiales compuestos basados en polímeros comprenden el material polimérico y un aditivo, y el aditivo comprende uno o más de materiales metálicos y materiales no metálicos inorgánicos.

8.El colector de corriente compuesto (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde

la capa protectora (103) comprende uno o más de metales, óxidos metálicos y carbono conductor, y preferentemente comprende uno o más de níquel, cromo, aleación basada en níquel, aleación basada en cobre, alúmina, óxido de cobalto, óxido de cromo, óxido de níquel, grafito, carbono superconductor, negro de acetileno, negro de carbono, negro de Ketjen, puntos de carbono, nanotubos de carbono, grafeno y nanofibras de carbono; preferentemente, la capa protectora (103) tiene un grosor D<3>de 1 nm < D<3>< 200 nm, y el grosor D<3>pf de la capa protectora (103) y el grosor D<1>de la capa metálica conductora (102) satisfacen: D<3>< 0.1 D<1>.

9.Una placa de electrodo (30), que comprende un colector de corriente (10) y una capa de material activo (20) dispuesta en el colector de corriente, donde el colector de corriente (10) es el colector de corriente compuesto (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.

10.Un dispositivo electroquímico, que comprende una placa de electrodo positivo, una placa de electrodo negativo y un electrolito, donde la placa de electrodo positivo y/o la placa de electrodo negativo es/son la placa de electrodo (30) de acuerdo con la reivindicación 9.