ES3035887T3 - Current collector including polymer film and method of manufacturing the same - Google Patents

Current collector including polymer film and method of manufacturing the same

Info

Publication number
ES3035887T3
ES3035887T3 ES21930590T ES21930590T ES3035887T3 ES 3035887 T3 ES3035887 T3 ES 3035887T3 ES 21930590 T ES21930590 T ES 21930590T ES 21930590 T ES21930590 T ES 21930590T ES 3035887 T3 ES3035887 T3 ES 3035887T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
current collector
polymer
metal
layer
base film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES21930590T
Other languages
English (en)
Inventor
Jeong Woo Shon
Song Ho Jang
Woo Ha Kim
Nam Jeong Lee
Sung Soo Yoon
Joong Hoon Lee
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Energy Solution Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LG Energy Solution Ltd filed Critical LG Energy Solution Ltd
Application granted granted Critical
Publication of ES3035887T3 publication Critical patent/ES3035887T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/665—Composites
    • H01M4/667—Composites in the form of layers, e.g. coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/668—Composites of electroconductive material and synthetic resins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B9/00—Making granules
    • B29B9/12—Making granules characterised by structure or composition
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/022—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the choice of material
    • B29C48/023—Extruding materials comprising incompatible ingredients
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/03—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
    • B29C48/07—Flat, e.g. panels
    • B29C48/08—Flat, e.g. panels flexible, e.g. films
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2023/00—Use of polyalkenes or derivatives thereof as moulding material
    • B29K2023/10—Polymers of propylene
    • B29K2023/12—PP, i.e. polypropylene
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2033/00—Use of polymers of unsaturated acids or derivatives thereof as moulding material
    • B29K2033/04—Polymers of esters
    • B29K2033/12—Polymers of methacrylic acid esters, e.g. PMMA, i.e. polymethylmethacrylate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2305/00—Use of metals, their alloys or their compounds, as reinforcement
    • B29K2305/02—Aluminium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2305/00—Use of metals, their alloys or their compounds, as reinforcement
    • B29K2305/08—Transition metals
    • B29K2305/10—Copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/34—Electrical apparatus, e.g. sparking plugs or parts thereof
    • B29L2031/3406—Components, e.g. resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)

Abstract

La presente invención se refiere a un colector de corriente y a su método de fabricación. El colector de corriente, según la presente invención, comprende una capa de película polimérica compuesta, que comprende: una matriz polimérica; y materiales metálicos en forma de fibra o placa dispersos en la matriz polimérica, orientados en una sola dirección. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Colector de corriente que incluye película polimérica y método de fabricación del mismo
Sector de la técnica
Esta solicitud reivindica el beneficio de prioridad basándose en la Solicitud de Patente Coreana N.° 10-2021-0059193, presentada el 7 de mayo de 2021.
La presente invención se refiere a un colector de corriente y a un método de fabricación del mismo y, más particularmente, a un colector de corriente que incluye una película polimérica y a un método de fabricación del mismo.
Antecedentes de la invención
Recientemente, las baterías secundarias capaces de cargarse y descargarse se han usado ampliamente como fuentes de energía de dispositivos móviles inalámbricos. Además, la batería secundaria ha llamado la atención como una fuente de energía de un vehículo eléctrico, un vehículo eléctrico híbrido, etc., que se proponen como solución a la contaminación del aire de los vehículos de gasolina existentes y vehículos diésel que usan combustibles fósiles. Por lo tanto, los tipos de aplicaciones que usan la batería secundaria actualmente están muy diversificados 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 ellos, el uso de baterías de polímero de iones de litio, que tienen menos probabilidades de perder electrolito y son fáciles de fabricar, está en aumento. En general, las baterías secundarias se clasifican dependiendo la forma de la carcasa de la batería en baterías cilíndricas y baterías prismáticas en las cuales un conjunto de electrodos está embebido en una carcasa metálica cilíndrica o rectangular, y baterías tipo bolsa en las que el conjunto de electrodos está incrustado en una caja tipo bolsa hecha de una lámina laminada de aluminio. El conjunto de electrodos integrado en la caja de la 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 cargar y descargar. El conjunto de electrodos se clasifica en un tipo de rollo de gelatina enrollado con un separador interpuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, que tienen forma de lámina larga y están recubiertos con materiales activos, y un tipo de pila en el que una pluralidad de electrodos positivos y electrodos negativos de un tamaño predeterminado se apilan secuencialmente mientras se interpone un separador entre ellos.
Estos electrodos se pueden fabricar formando una capa de mezcla de electrodos recubriendo una suspensión de electrodos que contiene un material activo de electrodo sobre un colector de corriente y secando la suspensión de electrodos. En este momento, un colector de corriente general puede estar hecho de un metal que tenga una excelente conductividad eléctrica tal como cobre o aluminio, un colector de corriente, que se obtiene complejando una película polimérica con un metal, se está desarrollando para aligerar el peso del colector de corriente.
Sin embargo, en el caso de un colector de corriente, que se obtiene complejando dicho polímero con un metal, el módulo elástico de una película polimérica general está en un intervalo de 0,1 a 5 GPa, que es mucho menor que el del cobre (117 GPa) o el aluminio (69 GPa). Como tal, el espesor del colector de corriente de complejo polímero-metal debe ser 10 veces o más mayor que el de un colector de corriente general para impartir propiedades físicas similares a las de un colector de corriente de metal. Esto provoca un problema ya que el volumen y la masa del electrodo aumentan.
Explicación de la invención
Problema técnico
Se cree que la presente invención resuelve al menos algunos de los problemas mencionados anteriormente. Por ejemplo, un aspecto de la presente invención proporciona un colector de corriente de complejo polímero-metal que tiene propiedades mecánicas mejoradas y un método para fabricar el mismo.
Solución técnica
Un colector de corriente de acuerdo con la presente invención es un colector de corriente que incluye una capa de película polimérica compleja. La capa de película polimérica compleja incluye: una matriz polimérica; y materiales metálicos en forma de fibra o de placa que están dispersos en la matriz de polímero, y los materiales metálicos están orientados en una dirección.
En un ejemplo específico, el material metálico puede ser al menos uno seleccionado del grupo que consiste en aluminio, cobre, indio, titanio, estaño, níquel, hierro, wolframio, cromo, cobalto, oro y plata, y la película polimérica puede estar hecha de al menos un material seleccionado del grupo que consiste en una resina de poliolefina, una resina de poliamida, una resina de poliéster y una resina de poli(met)acrilato de alquilo.
En un ejemplo específico, un diámetro de una sección transversal del material metálico con forma de fibra puede estar en un intervalo de 10 a 500 nm y una longitud de la sección transversal del material metálico con forma de fibra puede estar en un intervalo de 0,5 a 200 pm.
En un ejemplo específico, un espesor del material metálico con forma de placa puede estar en un intervalo de 10 a 500 nm y un ancho y una longitud del material metálico con forma de placa puede estar en un intervalo de 0,5 a 200 pm, respectivamente.
En un ejemplo, el material metálico puede contener dos o más tipos diferentes de metal.
En un ejemplo específico, el ángulo entre el material metálico y el eje de dirección longitudinal de la capa de película polimérica es igual a o menos de 20° y el ángulo entre el material metálico y el eje de dirección del espesor de la capa de película polimérica está en el intervalo de 70 a 90°.
En un ejemplo específico, un espesor de la capa de película polimérica puede estar en un intervalo de 10 a 200 pm.
En otro ejemplo, el colector de corriente puede incluir además una capa metálica que está formada sobre al menos un superficie de la película polimérica y tiene un espesor de 1 pm o menos.
Además, la presente invención proporciona un método de fabricación del colector de corriente descrito anteriormente.
El método de fabricación de un colector de corriente de acuerdo con la presente invención incluye: formar una capa de depositación depositando un metal sobre al menos una superficie de una película base hecha de un material polimérico; fabricar un material complejo de polímero-metal pulverizando y mezclando la película base que tiene la capa de depositación formada sobre ella y a continuación extruyendo primero la película base; y formar una capa de película polimérica en la cual los materiales metálicos en forma de fibra o de placa se orientan en una dirección en una matriz de polímero, extruyendo el material complejo de polímero-metal.
En un ejemplo específico, el metal puede ser al menos uno seleccionado del grupo que consiste en aluminio, cobre, indio, titanio, estaño, níquel, hierro, wolframio, cromo, cobalto, oro y plata, y la película base puede estar hecha de al menos un material seleccionado del grupo que consiste en una resina de poliolefina, una resina de poliamida, una resina de poliéster y una resina de poli(met)acrilato de alquilo.
En un ejemplo específico, un espesor de la capa de depositación puede estar en un intervalo de 50 a 400 nm y un espesor de la película base puede estar en un intervalo de 20 a 400 pm.
En este momento, una relación en volumen de la capa de depositación con respecto a la película base puede estar en un intervalo de 0,5: 99,5 a 10: 90.
En un ejemplo, la capa de depositación puede tener una estructura donde se laminan dos o más capas metálicas diferentes.
En un ejemplo específico, la película base que tiene la capa de depositación formada sobre ella puede extruirse mediante una extrusora de doble tornillo.
Además, la extrusión de un material complejo de polímero-metal puede realizarse mediante una extrusora de un solo tornillo.
En otro ejemplo, el método de fabricación de un colector de corriente de acuerdo con la presente invención puede incluir además la formación de una capa metálica sobre al menos una superficie de la capa de película polimérica.
Efectos ventajosos
De acuerdo con la presente invención, es posible mejorar las propiedades mecánicas del colector de corriente que incluye una capa de película polimérica dispersando materiales metálicos en forma de fibra o de placa orientados en una dirección en la capa de película polimérica.
Breve descripción de los dibujos
La FIG. 1 es un diagrama esquemático que muestra una sección transversal longitudinal de un colector de corriente de acuerdo con una realización de la presente invención.
La FIG. 2 es un diagrama esquemático que muestra una sección transversal en dirección de ancho de un colector de corriente de acuerdo con una realización de la presente invención.
La FIG. 3 es un diagrama esquemático que muestra una sección transversal longitudinal de otro colector de corriente de acuerdo con una realización de la presente invención.
La FIG. 4 es un diagrama de flujo que ilustra el orden del método de fabricación de un colector de corriente de acuerdo con la presente invención.
La FIG. 5 es un diagrama esquemático que ilustra el orden del método de fabricación de un colector de corriente y un cambio de acuerdo con el mismo de acuerdo con la presente invención.
Las FIG. 6 a 8 son diagramas esquemáticos que ilustran cada proceso de un método de fabricación de un colector de corriente de acuerdo con la presente invención.
Las FIG. 9 a 11 son fotografías MEB que muestran la sección transversal de una capa de película polimérica y fotografías que muestran la distribución de elementos de acuerdo con los ejemplos y ejemplos comparativos.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
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 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 mejor su invención. Los términos y palabras deben interpretarse como significado y concepto consistente con la idea técnica de la presente invención.
En esta solicitud, debe entenderse que términos tales como "incluir" o "tener" 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 distintos. También, cuando una porción tal como una capa, una película, un área, una placa, etc. se hace referencia a que está "en" otra porción, esto incluye no solo el caso en que la porción está "directamente sobre" la otra porción sino también el caso en que otra porción se interpone entre ellas. Por otro lado, cuando una porción tal como una capa, una película, un área, una placa, etc. se hace referencia a que está "debajo de" otra porción, esto incluye no solo el caso en que la porción está "directamente debajo de" la otra porción sino también el caso en que otra porción se interpone entre ellas. Además, estar dispuesto "sobre" en la presente solicitud puede incluir el caso dispuesto tanto en la parte inferior como en la superior.
Además, en la presente invención, una dirección longitudinal de una película polimérica o un colector de corriente significa una dirección en la que se extruye un polímero en el momento de formar una capa de película polimérica, o una dirección (dirección MD, dirección del eje x) en la cual se mueve una película en el momento de fabricar y procesar un colector de corriente. La dirección del ancho significa una dirección perpendicular a (dirección del eje y) la dirección longitudinal en la superficie formada por una capa de película.
En lo sucesivo en el presente documento, la presente invención se describirá en detalle con referencia a los dibujos.
Un colector de corriente de acuerdo con la presente invención es un colector de corriente que incluye una capa de película polimérica compleja. La capa de película polimérica compleja incluye: una matriz polimérica; y materiales metálicos en forma de fibra o de placa que están dispersos en la matriz de polímero, y los materiales metálicos están orientados en una dirección.
Como se ha descrito anteriormente, en el caso de un colector de corriente, que se obtiene complejando un polímero con un metal, las propiedades físicas de una película polimérica general son mucho menores a las de un colector de corriente de metal. Como tal, el espesor del colector de corriente de complejo polímero-metal debe ser 10 veces o más mayor que el de un colector de corriente general para impartir propiedades físicas similares a las de un colector de corriente de metal. Esto provoca un problema ya que el volumen y la masa del electrodo aumentan.
De acuerdo con la presente invención, es posible mejorar las propiedades mecánicas del colector de corriente que incluye una capa de película polimérica dispersando materiales metálicos en forma de fibra o de placa en la capa de película polimérica.
La FIG. 1 es un diagrama esquemático que muestra una sección transversal longitudinal de un colector de corriente de acuerdo con una realización de la presente invención y la FIG. 2 es un diagrama esquemático que muestra una sección transversal en dirección de ancho de un colector de corriente de acuerdo con una realización de la presente invención.
Con referencia a las FIG. 1 y 2, un colector de corriente 1 de acuerdo con la presente invención incluye una capa 10 de película polimérica. La capa 10 de película polimérica es el cuerpo principal de un colector de corriente y aligera el peso del colector de corriente y le da flexibilidad al colector de corriente, en comparación con el caso del uso de metal.
Como se ilustra en las FIG. 1 y 2, la capa 10 de película polimérica incluye: una matriz polimérica 11; y materiales metálicos 12 dispersos en la matriz polimérica 11.
Un material, que funciona como una matriz en que se dispersan los materiales metálicos que se describirán más adelante, proporciona flexibilidad al colector de corriente y tiene una rigidez suficiente para usarse como el colector de corriente, puede usarse como el material polimérico que se usa para la matriz polimérica 11. Por ejemplo, la película polimérica puede estar hecha de al menos un material seleccionado del grupo que consiste en una resina de poliolefina, una resina de poliamida, una resina de poliéster y una resina de poli(met)acrilato de alquilo.
En este momento, la resina de poliolefina puede ser polietileno de alta densidad, de densidad intermedia, de baja densidad o lineal de baja densidad, polipropileno cristalino, polipropileno no cristalino o polibutileno.
La resina de poliamida puede ser nailon 6, nailon 6,6, nailon 610 o nailon 12.
La resina de poliéster puede ser tereftalato de polietileno (PET), tereftalato de polibutileno (PBT) o naftalato de polietileno.
La resina de poli(met)acrilato de alquilo puede ser poli(metacrilato de metilo), acrilato de polimetilo, acrilato de polietilo o acrilato de polibutilo.
El material metálico 12 tiene un tamaño mínimo a nivel nanométrico y está disperso uniformemente en la matriz polimérica 11.
Más específicamente, el material metálico 12 puede tener forma de fibra o forma de placa. En el presente documento, la forma de la fibra indica que el material metálico 12 en la matriz polimérica 11 tiene una forma de fibra delgada como se muestra en la FIG. 2(a). Por otra parte la forma de placa del material metálico 12 indica que el material metálico 12 tiene una forma plana como una tira o una lámina como se muestra en la FIG. 2(b).
En concreto, el material metálico 12 tiene una forma que es larga en una dirección. El material metálico 12 mejora las propiedades mecánicas de la capa 10 de película polimérica al estar orientado en una dirección en la matriz polimérica 11. Específicamente, el material metálico 12 puede estar orientado en una dirección longitudinal (dirección del eje x) de la capa 10 de película polimérica como se ilustra en las FIG. 1 y 2.
El material metálico puede ser al menos uno seleccionado del grupo que consiste en aluminio, cobre, indio, titanio, estaño, níquel, hierro, wolframio, cromo, cobalto, oro y plata, pero no hay limitación en cuanto al tipo siempre que pueda procesarse fácilmente junto con una película y pueda mejorar las propiedades mecánicas de la capa de película polimérica. Más específicamente, un metal que tiene un punto de fusión, que es más alto que una temperatura que se establece en el momento de extruir los materiales que constituyen una matriz polimérica que se describirá más adelante, pueden usarse como el material metálico, tales como aluminio, cobre, titanio, níquel, wolframio y hierro. Esto se debe a que, en el caso de que el punto de fusión sea inferior a la temperatura que se establece en el momento de la fusión y extrusión de un material polimérico, es posible que el metal no pueda formar una forma de placa o de fibra y puede formar una forma esférica. Por ejemplo, el punto de fusión del material metálico puede ser igual a o mayor que 200 °C, específicamente 600 °C y más específicamente 800 °C.
Si el material metálico 12 tiene forma de fibra, el diámetro de la sección transversal del material metálico 12 puede estar en un intervalo de 10 a 500 nm, en un intervalo de 100 a 400 nm o en un intervalo de 150 a 350 nm y la longitud del material metálico 12 puede estar en un intervalo de 0,5 a 200 pm, en un intervalo de 0,5 a 150 pm o en un intervalo de 0,5 a 100 pm.
Además, si el material metálico 12 tiene forma de placa, el espesor del material metálico 12 puede estar en un intervalo de 10 a 500 nm, en un intervalo de 100 a 400 nm o en un intervalo de 150 a 350 nm y el ancho y la longitud del material metálico 12 puede estar en un intervalo de 0,5 a 200 pm, en un intervalo de 0,5 a 150 pm o en un intervalo de 0,5 a 100 pm.
Cuando el tamaño (diámetro, espesor o longitud) del material metálico sea excesivamente pequeño, los efectos del aumento de las propiedades físicas no son significativos, y cuando el tamaño de los materiales metálicos es excesivamente grande, el espesor de la capa de depositación formada sobre la película base debe ser tan grueso como se describirá más adelante. En este caso, puede generarse una grieta en la capa de depositación y los costes pueden aumentar.
Igualmente, el material metálico 12 puede unirse fácilmente a la matriz polimérica 11 en la matriz polimérica 11 dispersando materiales metálicos 12 en forma de fibra o en forma de placa que tienen un tamaño de nivel nanométrico en la matriz polimérica 11 y es posible evitar que el material metálico 12 se descargue al exterior de la matriz polimérica 11.
Además, el material metálico 12 puede mejorar las propiedades mecánicas de la dirección longitudinal de la capa 10 de película polimérica al estar orientado en la dirección longitudinal (dirección del eje x) de la capa 10 de película polimérica como se describió anteriormente. Específicamente, el ángulo entre el material metálico 12 y el eje de dirección longitudinal (eje x) de la capa 10 de película polimérica puede ser de 20° o menos, 15° o menos, o 10° o menos, y el ángulo entre el material metálico 12 y el eje de dirección del espesor (eje z) puede estar en el intervalo de 70 a 90°, o de 80 a 90°. Además, el 80 % o más, el 90 % o más o el 95 % o más de todo el material metálico puede tener el ángulo de orientación anterior. Cuando el grado de orientación del material metálico 12 está en el intervalo anterior, las propiedades mecánicas de la capa 10 de película polimérica pueden mejorarse eficazmente.
En un ejemplo, el material metálico 12 puede contener dos o más tipos diferentes de metal. Esto incluye tanto el caso en el que distintos materiales metálicos están hechos cada uno de un metal diferente como el caso en el que un material metálico contiene dos o más tipos de metales. Como tal, es posible configurar la resistencia, la flexibilidad y la capacidad de procesamiento de la capa de película polimérica a un nivel deseado. En este momento, el tipo y la relación de contenido (por ejemplo, relación de volumen) del material metálico pueden seleccionarse teniendo en cuenta la resistencia, la flexibilidad y la capacidad de procesamiento de la capa de película polimérica que pretende lograrse. Por ejemplo, para mejorar la resistencia de la capa de película polimérica, puede usarse un material metálico que tenga una resistencia relativamente grande y, para mejorar la flexibilidad y la capacidad de procesamiento, puede usarse un material metálico que tenga una ductilidad relativamente grande o un material metálico que tenga un punto de fusión relativamente bajo.
Además, un espesor de la película polimérica puede estar en un intervalo de 10 a 200 pm y específicamente en un intervalo de 50 a 150 pm. En concreto, el colector de corriente 1 de acuerdo con la presente invención tiene un espesor similar al de un colector de corriente metálico general y puede mostrar propiedades mecánicas similares a las del colector de corriente metálico. Cuando el espesor de la capa 10 de película polimérica es menos que 10 pm, es difícil mostrar propiedades mecánicas porque el espesor del colector actual es excesivamente pequeño y cuando el espesor de la capa 10 de película polimérica excede 200 pm, el volumen y el peso del electrodo y de la celda de la batería aumentan porque el espesor del colector de corriente aumenta excesivamente.
La FIG. 3 es un diagrama esquemático que muestra una sección transversal longitudinal de otro colector de corriente de acuerdo con una realización de la presente invención.
Con referencia a la FIG. 3, el colector 2 de corriente de acuerdo con la presente invención puede incluir además una capa metálica 20 formada sobre al menos una superficie de la capa 10 de película polimérica. La capa metálica 20 complementa adicionalmente la rigidez mecánica de la capa 10 de película polimérica y aumenta la conductividad eléctrica del colector 2 de corriente.
Por ejemplo, la capa metálica 20 puede formarse por depositación y tener un espesor delgado de 1 pm o menos o 0,5 pm o menos. Como tal, es posible minimizar el aumento del volumen y el peso del electrodo al tiempo que se complementa la rigidez mecánica del colector 2 de corriente y se mejora la conductividad eléctrica del colector 2 de corriente. Además, la capa metálica puede tener un espesor de 50 nm o más, 100 nm o más o 200 nm o más.
Además, la presente invención proporciona un electrodo que incluye un colector de corriente como se describió anteriormente.
El electrodo incluye una capa de mezcla de electrodos formada sobre al menos una superficie del colector de corriente descrito anteriormente. La capa de mezcla de electrodos se forma recubriendo una suspensión de electrodos que incluye un material activo de electrodos, un material conductor y un aglutinante sobre un colector de corriente. El material activo del electrodo puede ser un material activo de electrodo positivo o un material activo de electrodo negativo.
En la presente invención, el material activo del 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. Los ejemplos de los mismos incluyen: un compuesto en capas tales como óxido de litio y cobalto (LiCoCh) y óxido de litio y níquel (LiNiÜ<2>) sustituido con uno o más metales de transición; óxido de litio y manganeso 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 ^0 ,7); óxido compuesto de litio níquel cobalto y manganeso representado por la fórmula Li<1>+zNibMncCo<1>-(b+c+d)MdO(<2>-e)Ae tales como Lh+zNh/3Co1/3Mn1/3O2, Li1+zNi0.4Mn0.4Co0.2C2 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 basado en olivino representado por la fórmula Li1+xM1-yM'yPO4-zXz (en donde M = metal de transición, preferentemente 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).
Los ejemplos del material activo del electrodo negativo incluyen carbono tal como carbono no grafitizado y carbono grafito; óxido complejo metálico tal como LixFe2C3(0<x<1), LixWC2(0<x<1), SnxMe<1>-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, grupos 1, 2 y 3 de la tabla periódica, halógeno; 0<x<1; 1<y<3; 1<z<8); litio metálico; aleación de litio; aleación de silicio; aleación de estaño; óxidos metálicos tales como SnC, SnO<2>, PbC, PbO<2>, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeC, GeO<2>, Bi2O3, Bi2O4 y BLO<5>; polímeros conductores tales como poliacetileno; y materiales a base de Li-Co-Ni.
El material conductor se añade habitualmente en una cantidad del 1 al 30 % en peso basándose en el peso total de la mezcla que incluye el material activo de electrodo positivo. Un material conductor de este tipo no está particularmente limitado siempre que tenga conductividad eléctrica sin provocar un cambio químico en la batería, y ejemplos del mismo incluyen grafito tal como grafito natural y grafito artificial; negro de carbón 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 fluoruro de carbono, polvo de aluminio y níquel; hilos conductores tales como óxido de cinc o titanato potásico; 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, sobre la base del peso total de la mezcla que contiene el material activo del electrodo positivo, como un componente que ayuda a la unión entre el material activo y el material conductor y a la unión al colector de corriente. Los ejemplos de aglutinantes de este tipo pueden incluir 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 de flúor, diversos copolímeros y similares.
La presente invención también proporciona un método para fabricar un colector de corriente como se describió anteriormente.
La FIG. 4 es un diagrama de flujo que ilustra el orden del método de fabricación de un colector de corriente de acuerdo con la presente invención y la FIG. 5 es un diagrama esquemático que ilustra el orden del método de fabricación de un colector de corriente y un cambio de acuerdo con el mismo de acuerdo con la presente invención.
Con referencia a las FIG. 4 y 5, un método de fabricación de un colector de corriente de acuerdo con la presente invención incluye: formar una capa de depositación depositando un metal sobre al menos una superficie de una película base hecha de un material polimérico (S1); fabricar un material complejo de polímero-metal pulverizando y mezclando la película base que tiene la capa de depositación formada sobre ella y a continuación extruyendo primero la película base (S2); y formar una capa de película polimérica en la cual los materiales metálicos en forma de fibra o de placa se orientan en una dirección en una matriz de polímero, extruyendo el material complejo de polímero-metal (S3).
De acuerdo con el método de fabricación de un colector de corriente de la presente invención, es posible fabricar un colector de corriente de complejo polímero-metal que tenga propiedades mecánicas mejoradas fabricando un material de complejo polímero-metal extruyendo una película base hecha de un material polimérico que tiene una capa de depositación de metal formada sobre ella, y extruyendo nuevamente el material de complejo polímero-metal.
Las FIG. 6 a 8 son diagramas esquemáticos que ilustran cada proceso de un método de fabricación de un colector de corriente de acuerdo con la presente invención.
Haciendo referencia a las FIG. 6 a 8 junto con la FIG. 5, en primer lugar, se prepara una película base 30 hecha de un material polimérico. La película base 30 es un material que constituye una matriz polimérica de un colector de corriente de acuerdo con la presente invención y puede estar hecha de al menos un material seleccionado del grupo que consiste en una resina de poliolefina, una resina de poliamida, una resina de poliéster y una resina de poli(met)acrilato de alquilo. Los detalles sobre la resina son los mismos que los descritos anteriormente.
La película base 30 se prepara, el metal se deposita sobre la película base 30 para formar de esta manera una capa 40 de depositación como se muestra en la FIG. 5. La capa de depositación puede formarse sobre al menos una superficie de la película base. La capa 40 de depositación puede estar hecha de al menos un material seleccionado del grupo que consiste en aluminio, cobre, indio, titanio, estaño, níquel, hierro, wolframio, cromo, cobalto, oro y plata como material metálico del colector de corriente de acuerdo con la presente invención. Más específicamente, un metal que tiene un punto de fusión, que es más alto que una temperatura que se establece en el momento de extruir una película base (película base que tiene una capa de depositación formada sobre ella) que se describirá más adelante, puede usarse como el material metálico, tales como aluminio, cobre, titanio, níquel, wolframio y hierro. Esto se debe a que, en el caso de que el punto de fusión sea inferior a la temperatura establecida, es posible que el metal no pueda formar una forma de placa o de fibra y puede formar una forma esférica a medida que se funde y se mueve. Por ejemplo, el punto de fusión del material metálico puede ser igual a o mayor que 200 °C, específicamente 600 °C y más específicamente 800 °C.
En la presente invención, es posible recubrir metal sobre la película base para tener un espesor de nivel nanométrico depositando el metal sobre la película base 30. Igualmente, las partículas metálicas se adhieren mejor a la película base 30 al formar una capa 40 de depositación sobre la película base 30, en comparación con el caso de simplemente dispersar partículas metálicas en el interior de la película. La capa de depositación puede formarse sobre toda o parte de la película base.
En este momento, el espesor de la capa 40 de depositación puede estar en un intervalo de 50 a 400 nm, de 100 a 350 nm o de 150 a 300 nm y el espesor de la película base 30 puede estar en un intervalo de 20 a 400 pm, de 50 a 350 pm o de 100 a 300 pm. Cuando el espesor de la capa de depositación sea menor que el intervalo anterior o el espesor de la película base exceda el intervalo anterior, es difícil satisfacer las propiedades físicas del colector de corriente que se pretende lograr porque el volumen de la capa de depositación es excesivamente pequeño, en comparación con la película base. Por el contrario, si el espesor de la capa de depositación excede el intervalo anterior o el espesor de la película base es menor que el intervalo anterior, puede generarse una grieta en la capa de depositación, los costes de fabricación aumentan y es difícil conseguir un aligeramiento del colector de corriente.
Además, la relación de volumen de la capa 40 de depositación con respecto a la película base 30 puede estar en un intervalo de 0,5: 99,5 a 10: 90, de 0,5: 99,5 a 5: 95, de 0,5: 99,5 a 3: 97 o de 0,5: 99,5 a 1,5: 98,5. Cuando se satisface el intervalo numérico anterior, es posible incluir una cantidad suficiente de materiales metálicos en la capa de película polimérica que se describirá más adelante aligerando al mismo tiempo el colector de corriente. La relación en volumen puede calcularse usando el espesor y el área de la película base y la capa de depositación. Cuando el volumen de la capa de depositación es excesivamente menor que el de la película base, es difícil mejorar las propiedades mecánicas y cuando el volumen de la capa de depositación es excesivamente grande, los costes de fabricación aumentan y puede generarse una grieta en la capa de depositación.
Además, la capa 40 de depositación puede tener una estructura donde se laminan dos o más capas metálicas diferentes. Igualmente, es posible permitir que el material metálico en la capa de película polimérica incluya dos o más tipos diferentes de metal al momento de fabricar un colector de corriente formando la capa 40 de depositación para que tenga una estructura de 2 o más capas compuestas de diferentes metales. Como tal, es posible configurar la resistencia, la flexibilidad y la capacidad de procesamiento de la capa de película polimérica a un nivel deseado. En este momento, el espesor de cada capa que constituye la capa de depositación y el tipo de metal pueden seleccionarse teniendo en cuenta la resistencia, la flexibilidad y la capacidad de procesamiento de la capa de película polimérica. Por ejemplo, para mejorar la resistencia de la capa de película polimérica, puede usarse un material metálico que tenga una resistencia relativamente grande y, para mejorar la flexibilidad y la capacidad de procesamiento, puede usarse un material metálico que tenga una ductilidad relativamente grande o un material metálico que tenga un punto de fusión bajo.
La capa 40 de depositación puede formarse mediante un método de evaporación, un método de pulverización catódica o un método de depositación de aerosol. El método de evaporación se refiere a un método de depositación de materiales diana sobre un objeto mediante evaporación o sublimación usando un haz de electrones o un filamento eléctrico en una cámara de presión normal o de alto vacío (5x10'5~1x10'7Torr). Además, el método de pulverización catódica se refiere a un método de depositación de materiales diana sobre un objeto mediante plasma que se genera permitiendo que un gas, como el argón, fluya en una cámara de vacío y aplicando voltaje.
Específicamente, cuando se usa el método de evaporación, puede aplicarse voltaje a la diana ubicada en el crisol y al recipiente de evaporación que incluye wolframio (W) o molibdeno (Mo) en un estado de alto vacío (5x10'5~1x10'7Torr) o una presión normal, o se aumentó la potencia del haz de electrones y a continuación se realizó bajo la condición de velocidad de evaporación de 0,1 nm/s a 10 nm/s.
Como alternativa, cuando se usa el método de pulverización catódica, puede realizarse a presión eutéctica de 1 a 100 mTorr, 1 a 75 mTorr, o 1 a 50 mTorr. Además, la pulverización catódica puede realizarse en una cámara que incluye un gas de pulverización como argón (Ar) o helio (He) o un gas reactivo tal como oxígeno, nitrógeno o gas mixto del mismo. Los expertos en la materia conocen otros detalles sobre el método de depositación por lo que se omitirá su descripción detallada.
En el presente documento, la capa de depositación puede formarse mediante un proceso de rodillo a rodillo y puede realizarse mediante una unidad 100 de depositación que tiene una estructura como la que se muestra en la FlG. 6. Por ejemplo, como se muestra en la FlG. 6, como una película base, que se desenrolla de un rodillo 110 de desenrollado, se mueve a lo largo de la superficie de un rodillo 120 impulsor, elementos metálicos, que se evaporan desde una fuente 130 de suministro de metal ubicada en una posición separada por una distancia predeterminada pueden depositarse sobre la película base 30. La película base 30 que tiene la capa 40 de depositación formada sobre ella puede enrollarse en el rodillo 140 de rebobinado.
Cuando se completa la depositación, se fabrica un material 50 complejo de polímero-metal mediante la extrusión de la película base que tiene la capa de depositación formada sobre ella. Específicamente, como se muestra en la FlG.
7, la extrusión se realiza después de pulverizar y mezclar la película base 30. En este momento, la extrusión se realiza después de pulverizar, mezclar y fundir la película base 30 que tiene la capa de depositación formada sobre ella. La fusión puede realizarse a una temperatura de 180 °C o superior y, específicamente, puede realizarse incluso a una temperatura de 200 °C o superior. Como alternativa, puede usarse una máquina de fusión por prensado en caliente.
En lo sucesivo, un material complejo polímero-metal se forma extruyendo materiales fundidos obtenidos mediante el proceso de fusión. El proceso puede ser extruido por la extrusora 200 de doble tornillo. En el caso de la extrusora de doble tornillo, los materiales metálicos pueden dispersarse fácilmente en la matriz polimérica. En este proceso, el metal en el interior puede estar formado en forma de placas o de fibras.
Cuando se fabrica el material 50 complejo de polímero-metal, el material 50 complejo de polímero-metal se extruye nuevamente como se muestra en la FIG. 8. En este momento, después de extruir el material 50 complejo de polímerometal, el material extruido puede fabricarse en forma de película y, como el material 50 complejo de polímero-metal se extruye en forma de película, el material metálico en forma de placa o de fibra se orienta nuevamente en una dirección longitudinal (dirección de extrusión) de una película. En el presente documento, estar orientado en una dirección longitudinal indica que los materiales metálicos en forma de placa o de fibra están dispuestos para tener un ángulo en un intervalo predeterminado con el eje de dirección longitudinal y el eje de dirección de espesor como se describió anteriormente.
La extrusión del material 50 complejo de polímero-metal puede realizarse después de pulverizar, mezclar y fundir el material 50 complejo de polímero-metal, y la extrusión puede realizarse mediante una extrusora 300 de un solo tornillo. El material complejo de polímero-metal puede descargarse de manera uniforme y el material metálico dentro del material complejo de polímero-metal puede orientarse en una dirección a lo largo de la dirección de extrusión realizando la extrusión con una extrusora de un solo tornillo.
En lo sucesivo, la película polimérica extruida puede pasar por el proceso de enfriamiento, que puede realizarse usando un método que deja la película polimérica a temperatura ambiente o usando un enfriador separado.
En otro ejemplo, el método de fabricación de un colector de corriente de acuerdo con la presente invención puede incluir además la formación de una capa metálica sobre al menos una superficie de la capa de película polimérica fabricada mediante el método descrito anteriormente.
Por ejemplo, la capa metálica puede formarse por depositación y tener un espesor delgado de 1 pm o menos o 0,5 pm o menos. Como tal, es posible minimizar el aumento del volumen y el peso del electrodo al tiempo que se complementa la rigidez mecánica del colector de corriente y se mejora la conductividad eléctrica del colector de corriente.
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 se pueden modificar de diversas otras formas y el alcance de la presente invención no se debe interpretar como limitado a los ejemplos que se describen a continuación. Los ejemplos de la presente invención se proporcionan para describir de manera más completa la presente invención a los expertos en la materia.
Ejemplo 1-1
Se formó una capa de depositación depositando aluminio sobre una película de resina de metacrilato de polimetilo (PMMA) que tiene un espesor de 210 pm como una película base para tener un espesor de 100 nm. Se fabricó un material complejo de polímero y metal pulverizando la película base que tiene la capa de depositación formada sobre ella y a continuación mezclando la película base pulverizada en condiciones de 180 °C y 50 rpm y extruyendo la mezcla usando una extrusora de doble tornillo. Una capa de película polimérica que tiene un espesor de 100 pm se formó extruyendo el material complejo de polímero-metal usando una extrusora de un solo tornillo.
Ejemplo 1-2
Se formó una capa de película polimérica de la misma manera que en el ejemplo 1-1 excepto que se depositó indio de 100 nm sobre la película base.
Ejemplo comparativo 1
Se formó una capa de película polimérica extruyendo una película de resina PMMA de la misma manera que en el ejemplo 1-1 sin formar una capa de depositación.
Ejemplo experimental 1
Se midieron el módulo elástico y la tasa de alargamiento por fractura de la capa de película polimérica de acuerdo con los ejemplos 1-1 y 1-2 y el ejemplo comparativo 1. El módulo elástico y la tasa de alargamiento por fractura se midieron usando una máquina de prueba universal (UTM) de acuerdo con el método de medición de la norma ASTM D 882. Los resultados se muestran en la Tabla 1 a continuación.
Con referencia a la Tabla 1, se observa que las propiedades mecánicas de la película del ejemplo, que se obtiene extruyendo nuevamente un material complejo de polímero-metal que se ha formado depositando metal sobre una película base y extruyendo la película base, son mejores que las propiedades mecánicas del ejemplo comparativo 1.
Esto se debe a que el material metálico en forma de fibra o de placa dentro de la película se ha orientado en la dirección de extrusión.
Ejemplo 2-1
Se formó una capa de depositación depositando aluminio sobre una película de resina de polipropileno (PP) que tiene un espesor de 210 pm como una película base para tener un espesor de 300 nm. En este momento, la relación, por el cual el metal está ocupado en el volumen total de la película base que tiene la capa de depositación formada sobre ella, fue del 1,5 %. Se fabricó un material complejo de polímero y metal pulverizando la película base que tiene la capa de depositación formada sobre ella y a continuación mezclando la película base pulverizada en condiciones de 180 °C y 50 rpm y extruyendo la mezcla usando una extrusora de doble tornillo. Una capa de película polimérica que tiene un espesor de 100 pm se formó extruyendo el material complejo de polímero-metal usando una extrusora de un solo tornillo.
Se fabricó un colector de corriente que tiene una capa metálica formada sobre el mismo depositando cobre (Cu) sobre dos superficies de la capa de película polimérica para tener un espesor de 150 nm usando un evaporador de haz de electrones.
Ejemplos 2-2 a 2-4
Como se muestra en la Tabla 2 a continuación, después de depositar el metal sobre una película base de PP para tener un espesor predeterminado, se fabricó un colector de corriente de la misma manera que en el ejemplo 2-1.
Ejemplo 2-5
Como se muestra en la Tabla 2, después de depositar indio (In) y aluminio (Al) sobre una película de resina de polipropileno (PP) como una película base para tener un espesor de 20 nm y 300 nm, respectivamente, se fabricó un colector de corriente de la misma manera que en el ejemplo 2-1.
Ejemplo comparativo 2-1
Se fabricó un colector de corriente extruyendo una película de resina PP de la misma manera que en el ejemplo 2-1 sin formar una capa de depositación.
Ejemplo comparativo 2-2
El colector de corriente se fabricó de la misma manera que en el ejemplo 2-1 excepto que se depositó aluminio sobre la película base para tener un espesor de 20 nm.
Ejemplo experimental 2
Se obtuvieron fotografías MEB y fotografías de espectroscopia de rayos X de energía dispersiva (EDS) de una sección transversal longitudinal insertando la capa de película polimérica, que se habían fabricado de acuerdo con los ejemplos 2-1 y 2-5 y el ejemplo comparativo 2-1, en FESEM (JSM-7610F de la empresa JEOL), y las fotografías se muestran en la FIG. 9 (ejemplo 2-1), la FIG. 10 (ejemplos 2-5) y la FIG. 11 (ejemplo comparativo 2-1), respectivamente. En las FIG. 9 a 11, (a) y (b) son fotografías MEB obtenidas ampliando la muestra 3000 y 500 veces, respectivamente, y la FIG. 9(c) muestra fotografías que muestran la distribución de aluminio a través de EDS. La FIG. 10(c) muestra la distribución del metal aluminio y la FIG. 10(d) muestra la distribución del metal indio a través de EDS. Además, en las FIG. 9 a 11, la línea formada en la región A es una capa de metal Cu depositada sobre la capa de película polimérica.
Ejemplo experimental 3
Se midió un módulo complejo en condiciones de temperatura ambiente y una frecuencia de 1 Hz mientras se aplicaba una deformación del 0,1 % a la muestra usando<q>800 (TA company) como equipo de análisis mecánico dinámico (DMA). Los resultados se muestran en la Tabla 2 a continuación.
T l 2
continuación
Con referencia a las FIG. 9 a 11, el colector de corriente de acuerdo con el ejemplo de la presente invención puede incluir materiales metálicos (B) en forma de fibra o de placa que tienen un espesor o diámetro de sección transversal de una unidad nm y un unidad pm de longitud en el mismo. Con referencia a la Tabla 2, se observa que las propiedades mecánicas del colector de corriente del ejemplo, que se obtiene extruyendo nuevamente un material complejo de polímero-metal que se ha formado depositando metal sobre una película en una relación de volumen predeterminada y extruyendo la película, son mejores que las propiedades mecánicas del ejemplo comparativo 2-1. Esto se debe a que el material metálico en forma de fibra o de placa dentro de la película se ha orientado en la dirección de extrusión como se muestra en las FIG. 9 y 10.
Además, en el caso del ejemplo comparativo 2-2 en que el espesor de la capa de depositación es menor que el del ejemplo, las propiedades físicas disminuyeron, en comparación con el ejemplo, porque los materiales metálicos dentro de la capa de película polimérica no se han formado lo suficiente.
En el presente documento, en el caso de los ejemplos 2-3 y 2-4 que usan indio (In), la capacidad de procesamiento se ha mejorado debido al bajo punto de fusión (160 °C) del indio, pero las propiedades físicas del colector de corriente han disminuido, en comparación con el caso en que se usa aluminio o níquel que tienen un punto de fusión más alto que el que se ha establecido en el momento de la extrusión, que es porque el indio fundido durante la extrusión puede existir en forma esférica así como en forma lineal mientras se mueve como se muestra en la Figura 10. En este caso, es posible mejorar aún más las propiedades físicas del colector de corriente formando además una capa de depositación hecha de un material metálico diferente tal como Al formando la capa de depositación como una estructura de dos capas.
La descripción anterior es meramente ilustrativa de la idea técnica de la presente invención, y los expertos en la materia a la que pertenece la presente invención pueden realizar diversas modificaciones y variaciones sin apartarse de las características esenciales 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 debe interpretarse mediante las siguientes reivindicaciones, y todas las ideas técnicas dentro del alcance equivalente a las mismas deben interpretarse como incluidas en el alcance de la presente invención.
Por otro lado, en la presente memoria descriptiva, se usan términos que indican direcciones tales como arriba, abajo, izquierda, derecha, antes y después, pero es obvio que estos términos son solo para conveniencia de la descripción y pueden cambiar dependiendo de la ubicación del objeto o la ubicación del observador.
Descripción de los números de referencia
1, 2: colector de corriente
10: capa de película polimérica
11: matriz polimérica
12: material metálico
20: capa metálica
30: película base
40: capa de depositación
50: material complejo de polímero-metal
100: unidad de depositación
110: rodillo de desenrollado
120: rodillo impulsor
130: fuente de suministro de metal
140: rollo de rebobinado
200: extrusora de doble tornillo
300: extrusora de un solo tornillo

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un colector de corriente (1,2) que incluye una capa (10) de película polimérica compleja,
en donde la capa (10) de película polimérica compleja incluye:
una matriz polimérica (11); y
materiales metálicos (12) en forma de fibra o de placa que se encuentran dispersos en la matriz polimérica (11) y en donde los materiales metálicos (12) están orientados en una dirección.
2. El colector actual de la reivindicación 1, en donde el material metálico (12) es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en aluminio, cobre, indio, titanio, estaño, níquel, hierro, wolframio, cromo, cobalto, oro y plata, y en donde la matriz polimérica (11) está hecha de al menos un material seleccionado del grupo que consiste en una resina de poliolefina, una resina de poliamida, una resina de poliéster y una resina de poli(met)acrilato de alquilo.
3. El colector actual de la reivindicación 1, en donde un diámetro de una sección transversal del material metálico (12) con forma de fibra está en un intervalo de 10 a 500 nm y una longitud de la sección transversal del material metálico (12) con forma de fibra está en un intervalo de 0,5 a 200 pm.
4. El colector actual de la reivindicación 1, en donde un espesor del material metálico (12) con forma de placa está en un intervalo de 10 a 500 nm y un ancho y una longitud del material metálico (12) con forma de placa están en un intervalo de 0,5 a 200 pm, respectivamente.
5. El colector actual de la reivindicación 1, en donde el material metálico (12) contiene dos o más tipos diferentes de metal.
6. El colector actual de la reivindicación 1, en donde un espesor de la capa (10) de película polimérica está en un intervalo de 10 a 200 pm.
7. El colector (2) de corriente de la reivindicación 1, que comprende además una capa metálica (20) que está formada sobre al menos una superficie de la capa (10) de película polimérica y tiene un espesor de 1 pm o menos.
8. Un método de fabricación de un colector de corriente, comprendiendo el método:
formar una capa (40) de depositación depositando un metal sobre al menos una superficie de una película base (30) hecha de un material polimérico;
fabricar un material complejo (50) de polímero-metal pulverizando y mezclando la película base (30) que tiene la capa de depositación (40) formada sobre ella y a continuación extruyendo primero la película base (30); y formar una capa (10) de película polimérica en la cual los materiales metálicos (12) en forma de fibra o en forma de placa se orientan en una dirección en una matriz polimérica (11), mediante la extrusión del material complejo (50) de polímero-metal.
9. El método de la reivindicación 8, en donde el metal es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en aluminio, cobre, indio, titanio, estaño, níquel, hierro, wolframio, cromo, cobalto, oro y plata, y
en donde la película base (30) está hecha de al menos un material seleccionado del grupo que consiste en una resina de poliolefina, una resina de poliamida, una resina de poliéster y una resina de poli(met)acrilato de alquilo.
10. El método de la reivindicación 8, en donde un espesor de la capa (40) de depositación está en un intervalo de 50 a 400 nm y un espesor de la película base (30) está en un intervalo de 20 a 400 pm.
11. El método de la reivindicación 8, en donde una relación en volumen de la capa (40) de depositación con respecto a la película base (30) está en un intervalo de 0,5: 99,5 a 10: 90.
12. El método de la reivindicación 8, en donde la capa (40) de depositación puede tener una estructura donde se laminan dos o más capas metálicas (20) diferentes.
13. El método de la reivindicación 8, en donde la película base (30) que tiene la capa (40) de depositación formada sobre ella se extruye mediante una extrusora (200) de doble tornillo.
14. El método de la reivindicación 8, en donde la extrusión de un material complejo (50) de polímero-metal se realiza mediante una extrusora (300) de un solo tornillo.
15. El método de la reivindicación 8, que comprende además: formar una capa metálica (20) sobre al menos una superficie de la capa (10) de película polimérica.
ES21930590T 2021-05-07 2021-11-17 Current collector including polymer film and method of manufacturing the same Active ES3035887T3 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210059193A KR102836414B1 (ko) 2021-05-07 2021-05-07 고분자 필름을 포함하는 집전체 및 이의 제조방법
PCT/KR2021/016902 WO2022234908A1 (ko) 2021-05-07 2021-11-17 고분자 필름을 포함하는 집전체 및 이의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES3035887T3 true ES3035887T3 (en) 2025-09-10

Family

ID=83932248

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES21930590T Active ES3035887T3 (en) 2021-05-07 2021-11-17 Current collector including polymer film and method of manufacturing the same

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20240186528A1 (es)
EP (1) EP4109603B1 (es)
KR (1) KR102836414B1 (es)
CN (1) CN117157783A (es)
ES (1) ES3035887T3 (es)
HU (1) HUE072565T2 (es)
WO (1) WO2022234908A1 (es)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4621885A1 (en) * 2022-11-18 2025-09-24 Yangzhou Nanopore Innovative Materials Technology Ltd Flame-retardant composite current collector, battery, and electric device
KR20240177778A (ko) * 2023-06-19 2024-12-30 삼성에스디아이 주식회사 복합양극활물질, 이를 포함하는 양극 및 전고체 이차전지
KR102895750B1 (ko) * 2023-06-26 2025-12-04 삼성에스디아이 주식회사 고체 이차전지
WO2025023592A1 (ko) * 2023-07-27 2025-01-30 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 집전체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR102924320B1 (ko) * 2023-08-17 2026-02-06 삼성에스디아이 주식회사 고체 이차전지 및 그 제조방법
KR102924312B1 (ko) * 2023-08-17 2026-02-06 삼성에스디아이 주식회사 고체 이차전지 및 그 제조방법
US20250183365A1 (en) * 2023-12-01 2025-06-05 Samsung Sdi Co., Ltd. Gel polymer electrolyte for lithium battery and lithium battery including the same

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5316794B2 (es) * 1974-03-08 1978-06-03
KR100841754B1 (ko) * 2005-05-17 2008-06-27 연세대학교 산학협력단 나노파이버를 금속 또는 폴리머 기지에 균일 분산시키는 방법 및 이를 이용하여 제조한 금속 또는 폴리머 복합재
JP2009533831A (ja) * 2006-04-18 2009-09-17 コモンウェルス サイエンティフィック アンド インダストリアル リサーチ オーガニゼイション 可撓性エネルギー貯蔵素子
JP5251409B2 (ja) * 2008-10-03 2013-07-31 日産自動車株式会社 双極型二次電池用集電体
JP5316794B2 (ja) * 2009-06-24 2013-10-16 日本ゼオン株式会社 集電体及びその製造方法
KR20130076955A (ko) * 2011-12-29 2013-07-09 서울대학교산학협력단 차단특성이 우수한 비연계 금속입자가 분산된 다층구조 방사선 차폐재 및 이의 제조 방법
JP6062691B2 (ja) * 2012-04-25 2017-01-18 Ｎｅｃトーキン株式会社 シート状インダクタ、積層基板内蔵型インダクタ及びそれらの製造方法
JP6122115B2 (ja) * 2013-07-08 2017-04-26 三洋化成工業株式会社 樹脂集電体用材料及び樹脂集電体
KR20170045800A (ko) 2015-10-20 2017-04-28 주식회사 엘지화학 고분자 수지층을 포함하는 이차전지용 전극 집전체
JP7029258B2 (ja) * 2016-09-15 2022-03-03 三洋化成工業株式会社 リチウムイオン二次電池用集電部材、それを用いたリチウムイオン二次電池用集電体及びリチウムイオン二次電池用強電タブ、並びに、リチウムイオン二次電池用集電部材の製造方法
JP7061454B2 (ja) * 2016-12-14 2022-04-28 三洋化成工業株式会社 リチウムイオン二次電池用樹脂集電体及びリチウムイオン二次電池
US10923728B1 (en) * 2017-06-16 2021-02-16 Apple Inc. Current collector structures for rechargeable battery
CN110229011A (zh) * 2018-03-06 2019-09-13 吉林大学 一种定向短纤维增强金属或陶瓷基复合材料3d打印方法
KR102287046B1 (ko) 2019-11-15 2021-08-06 (주)프로젠 금형을 이용하여 발열체가 내장된 패드의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 패드
EP3913712A4 (en) * 2020-03-30 2021-12-01 Ningde Amperex Technology Ltd. COMPOSITE COLLECTOR, ELECTRODE PLATE, ELECTROCHEMICAL DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022234908A1 (ko) 2022-11-10
HUE072565T2 (hu) 2025-11-28
CN117157783A (zh) 2023-12-01
EP4109603B1 (en) 2025-06-11
US20240186528A1 (en) 2024-06-06
KR102836414B1 (ko) 2025-07-18
EP4109603A1 (en) 2022-12-28
EP4109603A4 (en) 2024-12-11
KR20220151898A (ko) 2022-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES3035887T3 (en) Current collector including polymer film and method of manufacturing the same
US8318359B2 (en) Electrode for lithium secondary battery, lithium secondary battery and method for producing the same
EP2924778B1 (en) Negative electrode for electrical device and electrical device provided with same
CN110875452B (zh) 用于可再充电锂电池的隔板和包含其的可再充电锂电池
ES3052491T3 (en) Electrochemical device including a flame retardant separator having an asymmetric structure
TWI466369B (zh) Negative active materials for electrical installations, negative electrodes for electrical installations and electrical installations
EP4379849A2 (en) All-solid secondary battery
KR101660100B1 (ko) 전기 디바이스용 부극 활물질
EP2924771B1 (en) Negative electrode for electrical device and electrical device provided with same
JP6039682B2 (ja) ケーブル型二次電池用パッケージ、及びそれを含むケーブル型二次電池
EP2924779B1 (en) Negative electrode for electrical device, and electrical device using same
EP4250423A1 (en) All solid secondary battery and method of manufacturing the same
CN101436686A (zh) 非水电解质电池
ES3030488T3 (en) Cathode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery comprising same
WO2023176203A1 (ja) イオン伝導性固体状組成物および固体状二次電池
US20250149652A1 (en) Composite sulfide-based solid electrolyte and method of preparation thereof
JP7759818B2 (ja) 全固体電池
EP4447145A1 (en) Anode composition, anode for lithium secondary battery comprising same, and lithium secondary battery comprising anode
US20250062354A1 (en) Method for manufacturing self-standing film for negative-electrode of lithium secondary battery, and self-standing film for negative-electrode of lithium secondary battery
KR20250161763A (ko) 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
JP2023015587A (ja) 非水電解質二次電池
EP4693460A1 (en) Negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery using same
CN119495701A (zh) 用于锂二次电池阳极的自立膜层压体及其制造方法