ES3034396T3 - Rolling method for electrode - Google Patents

Rolling method for electrode

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ES3034396T3
ES3034396T3 ES21858494T ES21858494T ES3034396T3 ES 3034396 T3 ES3034396 T3 ES 3034396T3 ES 21858494 T ES21858494 T ES 21858494T ES 21858494 T ES21858494 T ES 21858494T ES 3034396 T3 ES3034396 T3 ES 3034396T3
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Il Hong Kim
Sung Chul Lim
Yo Han Kwon
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Abstract

La presente invención se refiere a un método de laminado de un electrodo, comprendiendo el método los pasos de: recubrir una suspensión de electrodo que incluye un material activo de electrodo, sobre un colector de corriente, para formar una muestra de electrodo; medir las propiedades reológicas de la muestra de electrodo según la temperatura; derivar una condición de temperatura apropiada para laminar el electrodo a partir de las propiedades reológicas de la muestra de electrodo según la temperatura; y laminar el electrodo en la condición de temperatura apropiada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Método de laminación para electrodo
Sector de la técnica
Esta solicitud reivindica el beneficio de la prioridad basándose en la solicitud de patente coreana n.° 10-2020-0105341, presentada el 21 de agosto de 2020.
La presente invención se refiere a un método para laminar un electrodo y, más particularmente, a un método de laminación de electrodos capaz de medir la propiedad reológica de acuerdo con la temperatura de un electrodo, y laminar el electrodo en una condición de temperatura apropiada obtenida a partir del cambio en el cambio de propiedad reológica.
Antecedentes de la invención
Recientemente, las baterías secundarias capaces de cargarse y descargarse se han utilizado ampliamente como fuentes de energía de dispositivos móviles inalámbricos. De manera adicional, la batería secundaria ha llamado la atención como fuente de energía de un vehículo eléctrico, un vehículo eléctrico híbrido, etc., que se proponen como una solución para la contaminación del aire de los vehículos de gasolina y los vehículos diésel existentes que utilizan combustibles fósiles. Por lo tanto, los tipos de aplicaciones que utilizan la batería secundaria están actualmente muy diversificadas debido a las ventajas de la batería secundaria, y se espera que la batería secundaria se aplique a muchos campos y productos en el futuro.
Estas baterías secundarias pueden clasificarse en baterías de iones de litio, baterías de polímero de iones de litio, baterías de polímero de litio, etc., dependiendo de la composición del electrodo y del electrolito, y, entre ellas, aumenta el uso de baterías de polímero de iones de litio, menos propensas a las fugas de electrolito y fáciles de fabricar. En general, las baterías secundarias se clasifican en baterías cilíndricas y baterías prismáticas, en las que un conjunto de electrodos está incrustado en una petaca metálica cilíndrica o rectangular, en función de la forma de la caja de batería, y pilas de tipo bolsa, en las que el conjunto de electrodos está incrustado en una caja de tipo bolsa de una lámina de aluminio laminada. El conjunto de electrodos integrado en la caja de batería está compuesto por un electrodo positivo, un electrodo negativo y un separador interpuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, y es un elemento generador de energía capaz de cargarse y descargarse. El conjunto de electrodos se clasifica en un arrollamiento de tipojelly-rollcon un separador interpuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, que tienen forma de lámina alargada y están recubiertos con materiales activos, y de tipo pila, en el que una pluralidad de electrodos positivos y electrodos negativos de un tamaño predeterminado se apilan secuencialmente mientras un separador se interpone entre ellos.
El electrodo positivo y el electrodo negativo se forman aplicando una suspensión de electrodo positivo que contiene un material activo de electrodo positivo y una suspensión de electrodo negativo que contiene un material activo de electrodo negativo a un colector de corriente de electrodo positivo y a un colector de corriente de electrodo negativo, para formar así una capa de material activo de electrodo positivo y una capa de material activo de electrodo negativo, respectivamente, seguido de su secado y laminación.
La FIG. 1 es un diagrama esquemático que muestra un proceso de laminación general de un electrodo.
Haciendo referencia a la FIG. 1, generalmente, en el proceso de laminación, un colector de corriente 1, donde se forma una capa de material activo de electrodo mediante la aplicación de una suspensión de electrodo, pasa a través de un espacio entre un par de rodillos 3. Sin embargo, a medida que se aplica una suspensión espesa de electrodos en el colector de corriente para aumentar la densidad de energía de una batería, la laminación puede realizarse de manera insuficiente. En este caso, a medida que se corta el electrodo o se separa la suspensión de electrodo por el estiramiento del colector de corriente durante el proceso, la cantidad recubierta del material activo de electrodo puede disminuir. En el caso de que el electrodo se corte durante el proceso, se reduce la eficiencia del proceso, dando como resultado pérdidas, y la cantidad recubierta del material activo de electrodo disminuye después de la laminación, sin poder obtener la capacidad de batería deseada.
Por lo tanto, es necesario establecer las condiciones de laminación apropiadas para aumentar la eficiencia de laminación.
Los documentos EP 3546920 A2 y KR 20190001827 divulgan un método para fabricar un electrodo, y el documento US 2012/044295 A1 divulga un parámetro de reología para el proceso de impresión.
Bibliografía de la técnica anterior
Documento de patente
(Documento de patente 1) Publicación de patente japonesa n.° 2000-067856
Explicación de la invención
Problema técnico
Se cree que la presente invención resuelve al menos algunos de los problemas anteriores. Por ejemplo, un aspecto de la presente invención proporciona un método de laminación de electrodo capaz de mejorar un rendimiento de laminación y obtener una capacidad de batería deseada mejorando un fenómeno de que el electrodo se corta durante el proceso de laminación y un fenómeno de que la cantidad recubierta del material activo de electrodo disminuye después de la laminación.
Solución técnica
En una realización de la presente invención, un método para laminar un electrodo se define en el conjunto de reivindicaciones adjuntas, el método incluye: preparar una muestra de electrodo aplicando una suspensión de electrodo que contiene un material activo de electrodo en un colector de corriente; medir una propiedad reológica de la muestra de electrodo de acuerdo con una temperatura; derivar una condición de temperatura apropiada para laminar un electrodo a partir de la propiedad reológica de la muestra de electrodo de acuerdo con la temperatura; y fabricar un electrodo y laminar el electrodo en la condición de temperatura apropiada.
En este momento, la condición de temperatura apropiada corresponde a un intervalo de temperatura entre una temperatura de transición beta y una temperatura de transición alfa. La temperatura de transición beta se observa entre la temperatura de transición gamma (Tg) y la temperatura de transición alfa (Tcr), y el intervalo de temperatura entre la temperatura de transición beta y la temperatura de transición alfa es el intervalo de temperatura apropiado para laminar un electrodo de la presente tecnología.
En un ejemplo específico, la propiedad reológica es un ángulo de fase.
En este momento, el ángulo de fase (ó) se expresa como la siguiente fórmula 1:
[Fórmula 1]
ó= tan-1(G"/G')
en donde G' indica un módulo de almacenamiento, y G" indica un módulo de pérdida, y en donde G' y G" se miden mediante un reómetro que vibra en un intervalo de 0,1 a 10 Hz.
En un ejemplo específico, la obtención de la condición de temperatura apropiada incluye crear una base de datos sobre información sobre la propiedad reológica de la muestra de electrodo de acuerdo con la temperatura.
En este momento, la condición de temperatura apropiada se deriva de la base de datos.
Además, la condición de temperatura apropiada para laminar el electrodo se deriva de una condición de temperatura en un punto específico donde se cambia una tendencia de un cambio de propiedad reológica de acuerdo con una temperatura en la base de datos.
En un ejemplo, la laminación del electrodo en la condición de temperatura apropiada incluye la laminación del electrodo usando un rodillo que se ha calentado en una condición de temperatura apropiada.
En un ejemplo, la laminación del electrodo en la condición de temperatura apropiada incluye calentar el electrodo antes de laminarlo, en una condición de temperatura apropiada.
Además, la presente divulgación proporciona un método para fabricar un electrodo que incluye el método descrito anteriormente para laminar el electrodo.
Además, la presente divulgación proporciona un método para fabricar una batería secundaria que incluye el método descrito anteriormente para fabricar el electrodo.
Efectos ventajosos
De acuerdo con el método de laminación de un electrodo de acuerdo con la presente divulgación, es posible medir la propiedad reológica del electrodo de acuerdo con la temperatura y derivar una condición de temperatura apropiada para laminar el electrodo a partir de la misma. Además, dado que el electrodo se lamina de acuerdo con la condición de temperatura apropiada mientras se calienta el electrodo, es posible laminar más fácilmente el electrodo y fabricar un electrodo laminando suficientemente una suspensión de electrodo aplicada sobre el colector de corriente.
Como tal, la capacidad de batería deseada se puede obtener evitando la reducción de la cantidad recubierta de la suspensión de electrodo evitando un fenómeno de que un electrodo se corte durante el proceso de fabricación de electrodo, o un fenómeno de que una suspensión de electrodo se separe del colector de corriente por el estiramiento del colector de corriente durante el proceso de laminación.
Breve descripción de los dibujos
La FIG. 1 es un diagrama esquemático que muestra un proceso de laminación general de un electrodo.
La FIG. 2 es un diagrama de flujo que ilustra el orden del proceso de laminación de un electrodo de acuerdo con la presente tecnología.
Las FIGS. 3 y 4 son diagramas esquemáticos que muestran un proceso de laminación de un electrodo en un método de laminación de un electrodo de acuerdo con una realización de la presente divulgación.
La FIG. 5 es un diagrama esquemático que muestra un proceso de laminación de un electrodo en un método de laminación de un electrodo de acuerdo con otra realización de la presente divulgación.
La FIG. 6 es un diagrama esquemático que ilustra un proceso de acuerdo con un método de fabricación de electrodo de acuerdo con la presente divulgación.
La FIG. 7 es un gráfico que muestra un cambio en la propiedad reológica de acuerdo con la temperatura de una muestra de electrodo preparada de acuerdo con un ejemplo de preparación.
La FIG. 8 es un gráfico que muestra la reducción de una cantidad de recubrimiento después de la laminación en los ejemplos y ejemplos comparativos de la presente divulgación.
La FIG. 9 es un gráfico que muestra la fragilidad de un electrodo en los ejemplos y ejemplos comparativos de la presente divulgación.
La FIG. 10 es un gráfico que muestra la cantidad de polvo generado después de la laminación de un electrodo en los ejemplos y ejemplos comparativos de la presente divulgación.
Realización preferente de la invención
En lo sucesivo en el presente documento, la presente invención se describirá en detalle con referencia a los dibujos. Los términos y palabras usados en la presente memoria descriptiva y en las reivindicaciones no deben interpretarse como limitados a términos ordinarios o de diccionario y el inventor puede definir adecuadamente el concepto de los términos para describir su invención de la mejor manera. Los términos y palabras deben interpretarse como significado y concepto de manera coherente con la idea técnica de la presente invención.
En esta solicitud, debe entenderse que términos como "incluyen" o "tienen" pretenden indicar que existe una característica, número, etapa, operación, componente, parte, o una combinación de los mismos, descritos en la memoria descriptiva, y no excluyen de antemano la posibilidad de la presencia o adición de una o más características o números, etapas, operaciones, componentes, partes, o combinaciones de los mismos. También, cuando una porción tal como una capa, una película, un área, una placa, etc. se designa como que se encuentra "sobre" otra porción, esto incluye no solo el caso en el que la porción está "directamente sobre" la otra porción, sino también el caso en el que se interpone otra porción adicional entre las mismas. Por otro lado, cuando una porción tal como una capa, una película, un área, una placa, etc. se designa como que se encuentra "debajo" de otra porción, esto incluye no solo el caso en el que la porción está "directamente debajo" de la otra porción, sino también el caso en el que se interpone otra porción adicional entre las mismas. De manera adicional, disponerse "sobre" en la presente solicitud puede incluir el caso de disponerse en la parte inferior así como en la parte superior.
En lo sucesivo en el presente documento, la presente invención se describirá en detalle con referencia a los dibujos.
La FIG. 2 es un diagrama de flujo que ilustra el orden del proceso de laminación de un electrodo de acuerdo con la presente tecnología.
Haciendo referencia a la FIG. 2, en otra realización de la presente divulgación, un método para laminar un electrodo incluye: preparar una muestra de electrodo aplicando una suspensión de electrodo que contiene un material activo de electrodo en un colector de corriente (S10); medir una propiedad reológica de la muestra de electrodo de acuerdo con una temperatura (S20); derivar una condición de temperatura apropiada para laminar un electrodo a partir de la propiedad reológica de la muestra de electrodo de acuerdo con la temperatura (S30); y fabricar un electrodo y laminar el electrodo en la condición de temperatura apropiada (S40).
Como se ha descrito anteriormente, en el proceso de laminación de electrodos convencional, como el colector de corriente, al que se ha aplicado la suspensión de electrodo, se lamina directamente sin el proceso de optimización de las condiciones de laminación, la laminación puede no realizarse suficientemente. En este caso, a medida que se corta el electrodo o se separa la suspensión de electrodo por el estiramiento del colector de corriente durante el proceso, la cantidad recubierta del material activo de electrodo puede disminuir. En el caso de que el electrodo se corte durante el proceso, se reduce la eficiencia del proceso, dando como resultado pérdidas, y la cantidad recubierta del material activo de electrodo disminuye después de la laminación, sin poder obtener la capacidad de batería deseada.
Como tal, de acuerdo con el método de laminación de un electrodo de la presente divulgación, se miden las propiedades reológicas de un electrodo de acuerdo con la temperatura, de una condición de temperatura apropiada para la laminación del electrodo se derivan las propiedades reológicas y, a continuación, se lamina el electrodo mientras se calienta el electrodo de acuerdo con la condición de temperatura apropiada. Como tal, la laminación se puede realizar más fácilmente y el electrodo se puede fabricar después de laminar suficientemente la suspensión de electrodo aplicada en el colector de corriente.
Como tal, la capacidad de batería deseada se puede obtener evitando la reducción de la cantidad recubierta de la suspensión de electrodo evitando un fenómeno de que un electrodo se corte durante el proceso de fabricación de electrodo, o un fenómeno de que una suspensión de electrodo se separe del colector de corriente por el estiramiento del colector de corriente durante el proceso de laminación.
Preparación de muestra de electrodo
En la presente tecnología, la muestra de electrodo se prepara formando una capa de material activo de electrodo aplicando una suspensión de electrodo que contiene un material activo de electrodo en un colector de corriente.
El colector de corriente puede ser un colector de corriente de electrodo positivo o un colector de corriente de electrodo negativo, y el material activo de electrodo puede ser un material activo de electrodo positivo o un material activo de electrodo negativo. De manera adicional, además del material activo de electrodo, la pasta de electrodo puede incluir un material conductor y un aglutinante.
En la presente divulgación, "muestra de electrodo" se refiere a un sujeto de experimento realizado para el experimento en la etapa de derivación de una condición de temperatura apropiada para la laminación de electrodos. Además, "electrodo" se refiere a un producto fabricado para aplicar realmente la condición de temperatura apropiada derivada de lo anterior.
En la presente divulgación, el colector de electrodo positivo tiene generalmente un espesor de 3 a 500 micrómetros. El colector de corriente de electrodo positivo no está particularmente limitado siempre que tenga una alta conductividad sin causar un cambio químico en la batería. Ejemplos del colector de corriente de electrodo positivo incluyen acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio, aluminio o carbono sinterizado o acero inoxidable cuya superficie ha sido tratada con carbono, níquel, titanio, plata o similares. El colector de corriente puede tener finas irregularidades sobre su superficie para aumentar la adherencia del material activo de electrodo positivo, y son posibles diversas formas, tal como una película, una lámina, una hoja, una red, un cuerpo poroso, una espuma y una tela no tejida.
La lámina para el colector de electrodo negativo tiene generalmente un espesor de 3 a 500 micrómetros. El colector de corriente de electrodo negativo no está particularmente limitado siempre que tenga conductividad eléctrica sin causar cambios químicos en la batería, y ejemplos de ello incluyen cobre, acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio, carbono sinterizado, cobre o acero inoxidable cuya superficie haya sido tratada con carbono, níquel, titanio, plata o similares, aleación de aluminio-cadmio, o similares. De manera adicional, al igual que el colector de corriente de electrodo positivo, se pueden formar finos desniveles en la superficie para mejorar la fuerza de adhesión del material activo de electrodo negativo, y se puede utilizar en diversas formas, tal como una película, una lámina, una hoja, una red, un cuerpo poroso, una espuma y una tela no tejida.
En la presente tecnología, el material activo de electrodo positivo es un material capaz de provocar una reacción electroquímica y un óxido de metal de transición de litio, y contiene dos o más metales de transición. Ejemplos de ello son: compuestos estratificados como el óxido de litio y cobalto (LiCoO<2>) y el óxido de litio y níquel (LiNiO<2>) sustituidos con uno o más metales de transición; óxido de manganeso de litio sustituido con uno o más metales de transición; óxido de litio y níquel representado por la fórmula LiNi<1>-yMyO<2>(en donde M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn o Ga y contiene al menos uno de los elementos anteriores, 0,01 ^ y á0,7); óxido compuesto de litio, níquel, cobalto y manganeso representado por la fórmula Li<1>+zNibMncCo<1>-(b+c+d)MdO(<2>-e)Ae, tal como Lh+zNh/3Co1/3Mn1/3O2, Li1+zNi0,4Mn0,4Co0,2O2, etc. (en donde -0,5<z<0,5, 0,1<b<0,8, 0,1<c<0,8, 0<d<0,2, 0<e<0,2, b+c+d<1, M = Al, Mg, Cr, Ti, Si o Y, y A = F, P o Cl); fosfato metálico de litio a base de olivino representado por la fórmula LÍ1+xM1-yM'yPO4-zXz (en donde M = metal de transición, preferiblemente Fe, Mn, Co o Ni, M'= Al, Mg o Ti, X=F, S o N, y -0,5<x<0,5, 0<y<0,5, 0<z<0,1).
Entre los ejemplos del material activo de electrodo negativo se incluyen el carbono, como el carbono no grafitizado y el carbono grafitado; óxido compuesto metálico tal como LixFe2O3(0<x<1), LixWO2(0<x<1), SnxMe<1>-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, los grupos 1, 2 y 3 de la tabla periódica, halógeno; 0<x<1; 1<y<3; 1<z<8); aleación de litio; aleación de silicio; aleación de estaño; óxidos metálicos tales como SnO, SnO<2>, PbO, PbO<2>, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO<2>, Bi2O3, Bi2O4 y BbOs; polímeros conductores tales como poliacetileno; y materiales a base de Li-Co-Ni.
El material conductor suele añadirse en una cantidad del 1 al 30 % en peso con respecto al peso total de la mezcla que incluye el material activo de electrodo positivo. Dicho material conductor no está particularmente limitado siempre que tenga conductividad eléctrica sin provocar un cambio químico en la batería, y ejemplos de ello incluyen grafito, tal como grafito natural y grafito artificial; negro de humo, tal como negro de carbón, negro de acetileno, negro Ketjen, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara y negro verano; fibras conductoras, tales como fibra de carbono y fibra metálica; polvos metálicos, tales como polvos de fluoruro de carbono, de aluminio y de níquel; whisky conductor tal como óxido de zinc y titanato de potasio; óxidos de metal conductor, tales como óxido de titanio; y materiales conductores, tales como derivados de polifenileno y similares.
El aglutinante se añade en una cantidad del 1 al 30 % en peso, con respecto al peso total de la mezcla que contiene el material activo de electrodo positivo, como componente que ayuda a la unión entre el material activo y el material conductor y a la unión con el colector de corriente. Ejemplos de tales aglutinantes incluyen fluoruro de polivinilideno, alcohol polivinílico, carboximetilcelulosa (CMC), almidón, hidroxipropilcelulosa, celulosa regenerada, polivinilpirrolidona, tetrafluoroetileno, polietileno, polipropileno, terpolímero de etileno-propileno-dieno (EPDM), EPDM sulfonado, caucho de estireno-butileno, caucho fluorado, diversos copolímeros y similares.
Propiedad reológica de la muestra de electrodo
Cuando se prepara la muestra de electrodo, la propiedad reológica se mide para la muestra de electrodo. La propiedad reológica es una propiedad que se muestra cuando un material se voltea o se deforma. La propiedad reológica es un parámetro relacionado con la viscoelasticidad (un fenómeno en el que la naturaleza tanto de un sólido como de un líquido se muestra al mismo tiempo cuando se aplica fuerza a un objeto), e incluye una viscosidad, un módulo de elasticidad, tensión y una velocidad de cizallamiento, etc. Todos los objetos tienen una viscoelasticidad de este tipo. Cuanto más cerca esté un objeto de un líquido, menos resistente será a la fuerza que causa la deformación como materiales viscosos, y cuanto más cerca esté este objeto de un sólido, más fuerte será la fuerza de restauración contra esta fuerza, provocando así una deformación elástica. Una propiedad reológica de este tipo puede implicar un comportamiento de un material activo de electrodo cuando un material activo de electrodo fluye o se modifica a través de una fuerza externa en el proceso de fabricación de una batería, tal como un proceso de entallado, corte o laminación.
En un ejemplo, la propiedad reológica es un ángulo de fase de un electrodo. El ángulo de fase se genera a partir de la diferencia entre la tensión aplicada a un objeto y la deformación. El ángulo de fase significa el ángulo de la tangente de pérdida (tan ó) calculado por la relación del módulo de almacenamiento y el módulo de pérdida y puede calcularse por la siguiente fórmula 1.
[Fórmula 1]
ó= tan-1(G"/G')
En la fórmula 1, G' indica el módulo de almacenamiento y G" indica el módulo de pérdida.
En la fórmula 1 anterior, el módulo de almacenamiento (G') es un índice que indica la elasticidad del objeto de medición, y el módulo de pérdida (G") es un índice que indica la viscosidad del objeto de medición. Es decir, el módulo de almacenamiento y el módulo de pérdida pueden verse como un índice que indica la elasticidad y viscosidad del electrodo, y particularmente la elasticidad y viscosidad de la porción de material activo del electrodo. El módulo de almacenamiento G' se puede calcular a partir de la respuesta de tensión medida en el desplazamiento máximo. Sin embargo, el módulo de pérdida G" puede calcularse a partir de la respuesta de tensión medida en el desplazamiento cero o puede calcularse obteniendo el módulo de almacenamiento G' y el módulo de pérdida G" usando el cálculo de Fourier modificado y obteniendo la respuesta de tensión de una pluralidad de muestras mientras continúa cada ciclo. Además, G' y G" se miden en la frecuencia en el intervalo de 0,1 a 10 Hz después de cargar la muestra de electrodo en un reómetro. En este momento, el reómetro puede referirse a un reómetro sólido o a un análisis mecánico dinámico (DMA).
En la presente tecnología, cuando el ángulo de fase del electrodo es grande, significa que la viscosidad es predominante en el atributo del electrodo y, en consecuencia, el electrodo tiene una propiedad similar a un líquido y puede deformarse fácilmente por la presión externa. En concreto, significa que cuando se lamina el electrodo, la forma de la suspensión de electrodo se puede cambiar fácilmente por la presión aplicada por el rodillo. Por otro lado, cuando el ángulo de fase del electrodo es pequeño, significa que la elasticidad es predominante en el atributo del electrodo y, en consecuencia, el electrodo tiene una propiedad similar a un sólido y no se deforma fácilmente por la presión externa. En concreto, significa que cuando se lamina el electrodo, la forma de la suspensión de electrodo no se cambia fácilmente por la presión aplicada por el rodillo.
Además, en el método de laminación de un electrodo de acuerdo con la presente tecnología, la propiedad reológica se mide en relación con la temperatura. En el presente documento, el ángulo de fase de acuerdo con la temperatura se puede medir mientras se eleva la temperatura de la muestra de electrodo a una velocidad constante.
Además, es posible preparar una muestra de electrodo cambiando la composición de la suspensión de electrodo y medir la propiedad reológica de acuerdo con la temperatura.
Derivar la condición de temperatura apropiada
Análogamente, si se mide la propiedad reológica de la muestra de electrodo de acuerdo con la temperatura, la condición de temperatura para laminar la muestra de electrodo se deriva de la misma.
Para este fin, la obtención de la condición de temperatura apropiada incluye crear una base de datos sobre información sobre la propiedad reológica de la muestra de electrodo de acuerdo con la temperatura. Esto sirve para reconocer la tendencia del cambio en el valor de propiedad reológica de la muestra de electrodo de acuerdo con la temperatura. Para este fin, después de fabricar una pluralidad de muestras de electrodo, se mide la propiedad reológica de acuerdo con cada temperatura, y la información medida se puede guardar en un sistema de almacenamiento tal como una memoria. Además, dicha base de datos puede registrarse en datos visuales tales como tablas o gráficos. En este momento, es deseable medir la propiedad reológica para el número máximo de muestras de electrodo para la precisión de la medición.
Cuando se completa la base de datos, de ahí se derivan las condiciones de temperatura apropiadas para la laminación del electrodo.
En este momento, la condición de temperatura apropiada para laminar el electrodo puede derivarse de una condición de temperatura en un punto específico donde se cambia una tendencia de un cambio de propiedad reológica de acuerdo con una temperatura en la base de datos. Específicamente, en el gráfico de cambio de propiedad reológica del electrodo de acuerdo con la temperatura, la porción, donde se ha formado un punto de inflexión o un pico, puede determinarse como un punto donde se cambia la tendencia de un cambio de propiedad reológica. Se puede determinar que la laminación del electrodo se realice en el intervalo de temperatura entre los puntos específicos.
Específicamente, al medir la propiedad reológica del electrodo de acuerdo con la temperatura, por ejemplo, el ángulo de fase del electrodo de acuerdo con la temperatura, el punto de inflexión o el pico aparece en tres lugares. La posición del punto de inflexión o pico puede variar dependiendo de los componentes del electrodo, como un material activo o un aglutinante. Por ejemplo, haciendo referencia a la FIG. 7, el pico puede mostrarse a -45 °C, 55 °C y 85 °C. En este momento, la temperatura, a la que se muestra el pico, significa la temperatura de transición gamma (Tg), la temperatura de transición beta y la temperatura de transición alfa (Tcr), respectivamente, a partir de la temperatura más baja en orden. La temperatura de transición beta se observa entre la temperatura de transición gamma y la temperatura de transición alfa.
En este momento, la condición de temperatura apropiada para laminar el electrodo puede establecerse en el intervalo de temperatura entre la temperatura de transición beta y la temperatura de transición alfa. El efecto de la presente tecnología se puede lograr dentro del intervalo de temperatura. Cuando la temperatura para la laminación del electrodo es menor que la temperatura de transición beta, significa que la temperatura es baja y la propiedad reológica del electrodo está cerca de un sólido. En este caso, cuando se aplica presión mediante un rodillo, el colector de corriente de electrodo puede romperse, o la capa de material activo de electrodo puede desprenderse del colector de corriente, reduciendo así la cantidad recubierta después de la laminación. Como tal, no se pueden obtener los efectos previstos. En concreto, cuando el electrodo se lamina en una condición de temperatura de una temperatura de transición beta o superior, la naturaleza de la capa de material activo de electrodo aplicada sobre el colector de corriente se vuelve cercana a un líquido. Como tal, la forma de la capa de material activo del electrodo se cambia por la laminación del electrodo, pero la capa de material activo de electrodo no se rompe o no se separa del colector de corriente por la presión.
Por otro lado, cuando la temperatura para la laminación del electrodo supera la temperatura de transición alfa, la temperatura se vuelve demasiado alta, aumentando así la fragilidad del electrodo, y aumenta la cantidad de polvo fino en el electrodo, lo que no es deseable.
Laminación del electrodo
Cuando se determina la condición de temperatura apropiada, el electrodo se lamina en las condiciones de temperatura apropiadas.
Para este fin, se prepara un electrodo aplicando una suspensión de electrodo que contiene un material activo de electrodo en el colector de corriente. El colector de corriente y la suspensión de electrodo pueden ser los mismos que los utilizados en la muestra de electrodo.
En un ejemplo, la laminación del electrodo en la condición de temperatura apropiada incluye laminar el electrodo usando un rodillo que se ha calentado en una condición de temperatura apropiada derivada del método descrito anteriormente. En este caso, el rodillo se calienta a una condición de temperatura apropiada durante el proceso de laminación del electrodo, y la condición de temperatura apropiada se mantiene durante la laminación. Para este fin, el rodillo de laminación puede incluir además un calentador o un miembro de calentamiento.
En otro ejemplo, la laminación del electrodo en la condición de temperatura apropiada incluye calentar el electrodo antes de laminarlo, en una condición de temperatura apropiada. En este caso, el electrodo mantiene la condición de temperatura apropiada durante la laminación en el estado que se ha calentado antes de la laminación, y para este fin, se puede usar un calentador para precalentar el electrodo antes de laminarlo. En este momento, el calentador puede tener una forma de cámara que rodee el electrodo, o puede tener una estructura capaz de aplicar un aire caliente o un rayo infrarrojo a un intervalo constante del electrodo.
Además, en la presente tecnología, ambos de los dos métodos anteriores pueden usarse para la etapa de laminación de un electrodo en la condición de temperatura apropiada.
Las FIGS. 3 y 4 son diagramas esquemáticos que muestran un proceso de laminación de un electrodo en un método de laminación de un electrodo de acuerdo con una realización de la presente divulgación.
Haciendo referencia a la FIG. 3, el electrodo 10 tiene una estructura en la que se forma una capa de material activo de electrodo 12 a medida que se aplica una suspensión de electrodo en ambas superficies del colector de corriente 11, y un rodillo 13 lamina el electrodo 10. En este momento, el rodillo 13 mantiene una condición de temperatura apropiada. En este momento, mantener la condición de temperatura apropiada por el rodillo 13 significa mantener la superficie del rodillo 13 en una condición de temperatura apropiada. Para este fin, es posible insertar un miembro de calentamiento 14 capaz de generar calor en el interior del rodillo 13. No existe una limitación particular sobre el método de calentamiento del miembro de calentamiento 14 siempre que el rodillo 13 pueda calentarse por dentro. Por ejemplo, puede ser una forma en la que se forma una trayectoria de flujo donde fluye un fluido calentado, o puede usarse un método de calentamiento eléctrico tal como calentamiento por inducción. De manera adicional, es preferible que el rodillo 13 esté hecho de un material metálico tal como aluminio y hierro para que el calor interno pueda transmitirse a la superficie.
Además, haciendo referencia a la FIG. 4, como en la FIG. 3, el electrodo 10 tiene una estructura en la que se forma la capa de material activo de electrodo 12 a medida que se aplica una suspensión de electrodo en ambas superficies del colector de corriente 11, y el rodillo 13 lamina el electrodo 10. En este momento, el rodillo 13 debería mantener una condición de temperatura apropiada. Para este fin, se puede instalar un calentador 15 capaz de aplicar calor directamente a la superficie del rodillo 13. No existe una limitación particular sobre el tipo de calentador 15 siempre que pueda calentar la superficie del rodillo de laminación 13. Por ejemplo, se puede usar un calentador de infrarrojos o un calentador de pulverización de aire caliente como el calentador 15. Además, también puede usarse un calentador eléctrico que usa calentamiento por inducción, etc. De manera adicional, es preferible que el rodillo 13 esté hecho de un material metálico tal como aluminio y hierro para que el calor interno pueda transmitirse a la superficie. De manera adicional, se puede disponer una pluralidad de calentadores 15 a lo largo de la superficie periférica exterior del rodillo 13, y no hay limitación particular en el número y forma de disposición de los calentadores 15.
La FIG. 5 es un diagrama esquemático que muestra un proceso de laminación de un electrodo en un método de laminación de un electrodo de acuerdo con otra realización de la presente divulgación.
Haciendo referencia a la FIG. 5, el electrodo 10 tiene una estructura en la que se forma una capa de material activo de electrodo 12 a medida que se aplica una suspensión de electrodo en ambas superficies del colector de corriente 11, y un rodillo 13 lamina el electrodo 10. En este momento, el calentador 16 ubicado en el punto aguas arriba del rodillo puede calentar el electrodo 10 a la condición de temperatura apropiada antes de que el rodillo 13 lamine el electrodo 10. No existe una limitación particular sobre el tipo de calentador 16 siempre que pueda calentar el electrodo 10. Por ejemplo, se puede usar un calentador de infrarrojos o un calentador de pulverización de aire caliente como el calentador 15. Específicamente, la FIG. 5 ilustra un calentador 16 que aplica rayos infrarrojos o aire caliente desde una posición separada del electrodo. También es posible un calentador en forma de cámara que rodee el electrodo.
Además, como se ha descrito anteriormente, el electrodo puede calentarse a través de una cámara de temperatura constante capaz de recibir tanto el electrodo como el rodillo.
Además, la presente divulgación proporciona un método para fabricar un electrodo que incluye el método descrito anteriormente para laminar el electrodo.
La FIG. 6 es un diagrama esquemático que ilustra un proceso de acuerdo con un método de fabricación de electrodo de acuerdo con la presente tecnología.
Haciendo referencia a la FIG. 6, el método de fabricación de un electrodo de acuerdo con la presente tecnología incluye un proceso de preparar un material activo de electrodo, preparar una suspensión de electrodo mezclando el material activo de electrodo con un material conductor, un aglutinante, etc., y, a continuación, formar una capa de material activo de electrodo aplicando la suspensión de electrodo en el colector de corriente 11. Específicamente, la suspensión de electrodo se prepara a medida que el material activo de electrodo se mezcla con el aglutinante, el material conductor y un disolvente y, a continuación, se agita en un mezclador (no mostrado). La dispersión de la suspensión de electrodo se mejora al filtrarse a través de un tamiz o un filtro, y, a continuación, se transfiere desde un tanque 21 a un troquel de recubrimiento 24 a través de una boquilla de suministro de suspensión 23 usando una bomba de suministro como medio y se aplica.
La suspensión de electrodo, que se aplica en el colector de corriente 11, se mueve secuencialmente a lo largo de un transportador de transferencia (no mostrado), y en este proceso, la suspensión de electrodo se seca mediante un dispositivo de secado 25 y, a continuación, se lamina mediante un par de rodillos 13. En este momento, el proceso de laminación se puede realizar en una condición de temperatura derivada por el método como se ha descrito anteriormente. Por tanto, el colector de corriente laminado puede cortarse a una longitud adecuada para preparar de este modo electrodos unitarios.
Además, la presente tecnología proporciona un método para fabricar una batería secundaria que incluye el método descrito anteriormente para fabricar el electrodo.
La batería secundaria se fabrica como un conjunto de electrodos que tiene una estructura, en la que se apilan un electrodo positivo, un separador y un electrodo negativo de manera alterna, se aloja en una caja de batería. En este momento, el electrodo positivo y el electrodo negativo pueden prepararse mediante el método de fabricación de electrodo como se ha descrito anteriormente. El separador aísla el electrodo positivo y el electrodo negativo y mantiene la solución de electrolito para proporcionar un paso para la conducción de iones, y se puede usar como separador una película porosa delgada compuesta de polímeros a base de olefina, como el polipropileno. Los detalles sobre el separador son conocidos por los expertos en la materia y, por lo tanto, en el presente documento se omite la descripción detallada del mismo.
Además, la caja de la batería no está particularmente limitada siempre que se use como material exterior para el empaquetado de la batería, y se puede usar el tipo cilíndrico, cuadrado o de bolsa y, específicamente, se puede usar una caja de batería de tipo bolsa. Análogamente, los detalles sobre la caja de la batería son conocidos por los expertos en la materia y, por lo tanto, en el presente documento se omite la descripción detallada de la misma.
Además, una lengüeta de electrodo positivo y una lengüeta de electrodo negativo pueden formarse en el electrodo positivo y el electrodo negativo, respectivamente, y un cable de electrodo positivo y un cable de electrodo negativo están conectados a la lengüeta de electrodo positivo y a la lengüeta de electrodo negativo, respectivamente. El cable de electrodo positivo y el cable de electrodo negativo se atraen hacia el exterior para desempeñar de este modo el papel de un terminal que está conectado eléctricamente al exterior.
Cuando un conjunto de electrodos está alojado en una caja de batería, se inyecta una solución de electrolito y se sella la caja de la batería, y a continuación se realiza un proceso de formación, para fabricar de ese modo una batería secundaria.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
En lo sucesivo en el presente documento, la presente invención se describirá en detalle con referencia a los ejemplos. Sin embargo, las realizaciones de acuerdo con la presente invención pueden modificarse en varias otras formas, y el alcance de la presente invención no debe interpretarse como limitado a los ejemplos descritos a continuación. Se proporcionan ejemplos de la presente invención para describir más completamente la presente invención a los expertos en la materia.
Ejemplo
Preparación de la muestra de electrodo
Se mezclaron 96 partes en peso de óxido de litio, níquel, cobalto y manganeso como material activo de electrodo positivo, 2 partes en peso de PVDF como aglutinante y 2 partes en peso de negro de carbón como material conductor para preparar de este modo una mezcla de electrodos positiva. La suspensión de electrodo positivo se preparó dispersando la mezcla de electrodo positivo en NMP que funciona como disolvente. Se preparó una capa de material activo de electrodo positivo recubriendo, secando y aplicando presión a la suspensión en ambos lados de una lámina de aluminio que tiene un espesor de 12 pm. Esta se cortó para tener una anchura de 10 mm y una longitud de 70 mm para preparar de este modo una muestra de electrodo.
Medición de la propiedad reológica de acuerdo con la temperatura y derivación de la temperatura de laminación
Se midió el ángulo de fase como propiedad reológica para la muestra de electrodo.
En este momento, el ángulo de fase de la muestra de electrodo se midió mientras se aplicaba una tensión del 0,1 % a la velocidad de calentamiento de 5 °C/min en el intervalo de temperatura de 90 °C a 150 °C bajo cero mediante el uso de un reómetro. En este momento, el ángulo de fase se midió a temperatura ambiente. Se usó como reómetro el de la empresa TA Q800, y el ángulo de fase se midió en la condición de la frecuencia de 1 Hz. El resultado se muestra en la FIG. 7.
A continuación, se derivó una condición de temperatura apropiada para laminar el electrodo.
Específicamente, la temperatura en un punto en el que se cambia la tendencia del cambio en el ángulo de fase en la temperatura de una temperatura ambiente o superior, es decir, un punto donde se forma un punto de inflexión en un gráfico de acuerdo con la FIG. 7, se determina como la temperatura mínima para la laminación del electrodo. En la FIG. 7, la condición de temperatura apropiada se determinó como el intervalo de temperatura de 55 °C (temperatura de transición beta), que muestra el pico, a 85 °C (temperatura de transición alfa).
[Ejemplo 1]
De la misma manera que el método descrito anteriormente, se aplicó una suspensión de electrodo positivo a ambas superficies de papel de aluminio como un colector de corriente de electrodo positivo para preparar un electrodo. El electrodo se secó y se laminó a una temperatura de 60 °C. Específicamente, la superficie del rodillo de laminación se calentó a 60 °C mediante el mismo método que en la FIG. 3. En este momento, el electrodo se laminó de modo que el espesor de la capa de material activo del electrodo se convirtiera en 182ym.
[Ejemplo 2]
El electrodo se preparó de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que el electrodo se laminó a una temperatura de 80 °C.
[Ejemplo Comparativo 1]
El electrodo se preparó de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que el electrodo se laminó a una temperatura de 25 °C.
[Ejemplo Comparativo 2]
El electrodo se preparó de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que el electrodo se laminó a una temperatura de 45 °C.
[Ejemplo Comparativo 3]
El electrodo se preparó de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que el electrodo se laminó a una temperatura de 120 °C.
[Ejemplo experimental 1]
El espesor del electrodo se midió con respecto al electrodo fabricado en los ejemplos y ejemplos comparativos. En la Tabla 1 se muestra un resultado. En este momento, cuando se alcanza el espesor objetivo del electrodo, se indica con "Apto", y cuando no se alcanza el espesor objetivo del electrodo o se produce un fenómeno tal como la desconexión en la capa de material activo del electrodo, se indica con "No apto".
[Ejemplo experimental 2]
Para electrodos preparados en los ejemplos y ejemplos comparativos, se midió la reducción (pérdida de carga) en la cantidad recubierta antes y después de la laminación. Específicamente, la cantidad recubierta se refiere al peso de la capa de material activo de electrodo recubierta por el área unitaria del electrodo. En concreto, la reducción de la cantidad recubierta antes y después de la laminación significa la diferencia entre la cantidad recubierta antes de la laminación y la cantidad recubierta después de la laminación. El resultado se muestra en la FIG. 8.
[Ejemplo experimental 3]
La fragilidad del electrodo se midió para los electrodos preparados en los Ejemplos 1 y 2, y el Ejemplo Comparativo 3. Específicamente, después de disponer un electrodo en un dispositivo de evaluación de fragilidad, se presionó un punto del electrodo y se midió la fuerza aplicada al electrodo de acuerdo con el desplazamiento del electrodo. Tras lo cual, la diferencia en el valor de la fuerza antes y después de la deformación plástica del electrodo se determinó como fragilidad. El resultado se muestra en la FIG. 9. Puede usarse cualquier dispositivo de evaluación de fragilidad disponible comercialmente para evaluar la fragilidad.
[Ejemplo experimental 4]
Para los electrodos preparados en los ejemplos 1 y 2 y el ejemplo comparativo 3, se midieron las cantidades de generación de polvo fino de los electrodos después de la laminación. Específicamente, la cantidad de generación de polvo fino del electrodo se determinó midiendo la distribución del tamaño de partícula de los materiales activos aplicados sobre el electrodo, y se midió el contenido de los materiales activos que tienen un tamaño de partícula igual o menor que un tamaño específico. De manera adicional, la distribución del tamaño de partícula se midió usando un analizador de tamaño de partícula (por ejemplo, Horiba, La-960). El resultado se muestra en la FIG. 10.
Haciendo referencia a la FIG. Tabla 1, en el caso de los ejemplos 1 y 2 donde la laminación se realizó a una temperatura superior a la temperatura de la condición de temperatura apropiada derivada de acuerdo con la presente tecnología, la desconexión del electrodo o el daño a la capa de material activo del electrodo aplicada no se produjo durante el proceso de laminación, y se pudo obtener un espesor deseado. Por otro lado, en el caso de los ejemplos comparativos 1 y 2, no se pudieron lograr efectos específicos ya que la laminación se realizó a una temperatura inferior a una condición de temperatura apropiada.
Además, haciendo referencia a la FIG. 8, en el caso de los ejemplos 1 y 2 donde la laminación se realizó a una temperatura superior a la temperatura en la condición de temperatura apropiada derivada de acuerdo con la presente tecnología, la reducción en la cantidad recubierta fue menor que en el ejemplo comparativo 1, donde la laminación se realizó a una temperatura inferior a la temperatura de la condición de temperatura apropiada.
Sin embargo, con referencia a las FIGS. 8 a 10, en el caso del ejemplo comparativo 3, donde la laminación se realizó a una temperatura superior a la condición de temperatura apropiada, la reducción en la cantidad recubierta fue pequeña, pero la fragilidad del electrodo aumentó, en comparación con los ejemplos 1 y 2. Además, en el caso del ejemplo comparativo 3, la cantidad de generación de polvo fino que tenía un tamaño de partícula de 1 a 10 pm fue grande, en comparación con los ejemplos 1 y 2.
La descripción anterior es meramente ilustrativa de la idea técnica de la presente invención. Por lo tanto, los dibujos divulgados en la presente invención no pretenden limitar la idea técnica de la presente invención, sino describir la presente invención, y el alcance de la idea técnica de la presente invención no está limitado por estos dibujos. El alcance de protección de la presente invención debería interpretarse por las siguientes reivindicaciones.
Descripción de los números de referencia
1, 11: colector de corriente
2, 12: capa de material activo de electrodo
3, 13: rodillo
10: electrodo
14: miembro de calentamiento
15, 16: calentador
21: tanque
22: bomba de suministro
23: boquilla de suministro de suspensión
24: troquel de recubrimiento
25: dispositivo de secado

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Un método para laminar un electrodo (10), comprendiendo el método:
preparar una muestra de electrodo aplicando una suspensión de electrodo que contiene un material activo de electrodo (12) en un colector de corriente (11);
medir una propiedad reológica de la muestra de electrodo de acuerdo con una temperatura;
derivar una condición de temperatura apropiada para laminar un electrodo (10) a partir de la propiedad reológica de la muestra de electrodo de acuerdo con la temperatura; y
fabricar el electrodo (10) y laminar el electrodo en la condición de temperatura apropiada,
en donde la condición de temperatura apropiada corresponde a un intervalo de temperatura entre una temperatura de transición beta y una temperatura de transición alfa (Tcr),
la temperatura de transición alfa es la temperatura más alta entre tres puntos de inflexión o picos que aparecen al medir la propiedad reológica del electrodo de acuerdo con la temperatura,
la temperatura de transición beta es la temperatura media entre tres puntos de inflexión o picos que aparece midiendo la propiedad reológica del electrodo de acuerdo con la temperatura,
en donde la propiedad reológica es un ángulo de fase que se expresa como la siguiente fórmula 1:
[Fórmula 1]
6 = tan-1(G"/G'),
en donde G' indica un módulo de almacenamiento, y G" indica un módulo de pérdida, y en donde G' y G" se miden mediante un reómetro que vibra en un intervalo de 0,1 a 10 Hz.
2. El método de la reivindicación 1, en donde la derivación de la condición de temperatura apropiada incluye crear una base de datos de información sobre la propiedad reológica de la muestra de electrodo de acuerdo con la temperatura.
3. El método de la reivindicación 2, en donde la condición de temperatura apropiada se deriva de la base de datos.
4. El método de la reivindicación 3, en donde la condición de temperatura apropiada para laminar el electrodo se deriva de una condición de temperatura en un punto específico donde se cambia una tendencia de un cambio de propiedad reológica de acuerdo con una temperatura en la base de datos.
5. El método de la reivindicación 1, en donde la laminación del electrodo en la condición de temperatura apropiada incluye laminar el electrodo (10) usando un rodillo (13) que se ha calentado en la condición de temperatura apropiada.
6. El método de la reivindicación 1, en donde la laminación del electrodo (10) en la condición de temperatura apropiada incluye calentar el electrodo antes de laminarlo, en las condiciones de temperatura apropiadas.
7. Un método para fabricar un electrodo que incluye el método para laminar el electrodo de acuerdo con la reivindicación 1, precedido por la preparación del material activo de electrodo (12) y la preparación de la suspensión de electrodo mezclando el material activo de electrodo con al menos un material conductor y un aglutinante.
8. Un método para fabricar una batería secundaria que incluye:
preparar un electrodo positivo y uno negativo usando el método para fabricar el electrodo (10) de acuerdo con la reivindicación 7; y
apilar alternativamente el electrodo positivo, un separador y el electrodo negativo.
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