ES3036491T3 - Lithium metal secondary battery and manufacturing method therefor - Google Patents

Abstract

Se proporciona una batería secundaria de metal de litio con adhesividad de electrodo-separador y un método de fabricación. La batería secundaria de metal de litio, según la presente invención, incluye un ánodo, un separador y un cátodo. El ánodo incluye una lámina de metal de litio como material anódico. El ánodo presenta una estructura de patrón de nanoimpresión formada sobre la superficie de la lámina de metal de litio, que es la superficie orientada hacia el separador, y el ánodo y el separador están adheridos entre sí. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Batería secundaria de metal de litio y método de fabricación para la misma

Sector de la técnica

La presente divulgación se refiere a una batería secundaria de metal de litio que usa un metal de litio (Li) como material de electrodo negativo, sin un material activo de electrodo negativo aparte, y un método para fabricar la misma.

Estado de la técnica

Las baterías secundarias se pueden recargar repetidamente, y están ganando atención como una alternativa a la energía de los combustibles. Se han usado principalmente en dispositivos portátiles tradicionales, como teléfonos móviles, cámaras de vídeo y herramientas eléctricas. Recientemente, la gama de aplicaciones tiende a extenderse gradualmente a los vehículos eléctricos (EV, HEV, PHEV), sistemas de almacenamiento de energía (ESS) de alta capacidad y sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS).

Una batería secundaria incluye un conjunto de electrodos que incluye un electrodo positivo, un electrodo negativo y un separador interpuesto entre estos, y un electrolito que reacciona de forma electroquímica con materiales activos que recubren el electrodo positivo y el electrodo negativo, y una batería secundaria normal es una batería secundaria de iones de litio en la que se producen reacciones electroquímicas en el electrodo positivo y el electrodo negativo por la acción de iones de litio como iones de trabajo durante la carga y descarga. En la batería secundaria convencional de iones de litio se aplica laminación en el proceso de ensamblaje para lograr la resistencia de adherencia entre el electrodo y el separador dentro del conjunto de electrodos. La laminación es un proceso que une de modo térmico el separador y el electrodo. La laminación adhiere el separador y el electrodo apilados uno sobre otro mediante calor y, como resultado, aumenta la resistencia de adherencia entre el separador y el electrodo. La forma de la superficie rugosa del electrodo convencional que incluye un material activo, un material conductor y un aglutinante, facilita la formación de una adherencia electrodo-separador a través de la laminación con el separador.

Recientemente, en un esfuerzo por mejorar la densidad energética de las baterías secundarias de iones de litio, se presta una gran atención a la necesidad de desarrollar baterías secundarias de nueva generación que usan una hoja de metal de litio directamente como material de electrodo negativo, sin un material activo de electrodo negativo aparte. Un metal de litio tiene una alta tendencia a la ionización y una baja densidad, así como un potencial de electrodo estándar muy bajo y una capacidad específica muy alta. Aunque un metal de litio tiene problemas como el cortocircuito interno de una batería, causado por el crecimiento de dendritas de litio, y un riesgo de que se produzca una explosión debido a la exposición a la humedad, si se resuelven los problemas, se puede lograr la mayor densidad energética y, gracias a esta ventaja, la investigación adicional de un metal de litio merece la pena.

Sin embargo, cuando una hoja de metal de litio con una superficie plana y lisa se usa como electrodo negativo y forma una interfaz de adherencia con el separador, es imposible esperar una adherencia física mediante la deformación de la forma de (del aglutinante en) el separador, que se ha logrado a través de la forma rugosa de la superficie del material activo de la batería secundaria convencional de iones de litio, y solo se puede confiar en una adherencia química mediante atracción electrostática. En consecuencia, en el proceso de ensamblaje de las baterías de litio-azufre, las baterías de litio-aire y las baterías de estado sólido a las que se puede aplicar una hoja de metal de litio, se puede formar una adherencia inferior a la resistencia de adherencia de electrodo-separador que se logra en la batería secundaria convencional de iones de litio. Esto limita la facilidad de procesamiento de ensamblaje de las baterías secundarias de nueva generación, causando defectos como separación y tolerancia a meandros.

La figura 1 es un diagrama en el que se ilustra un problema cuando una hoja de metal de litio con una superficie plana y lisa se usa como un electrodo negativo y se adhiere a un separador.

Como se muestra en (a) de la figura 1, se supone que un electrodo negativo de hoja de metal de litio 1 con una superficie plana y lisa, un separador 2 y un electrodo positivo 3 se apilan y laminan para formar una monocelda 4 como se muestra en (b). Generalmente, el electrodo positivo 3, que incluye un aglutinante a base de PVDF y un material activo de óxido metálico que tiene un módulo elástico grande, forma una adherencia de interfaz más fuerte con el separador 2 que el electrodo negativo 1 de hoja de metal de litio con una superficie plana y lisa. Por esta razón, como se muestra en (c), en la monocelda 4 se produce un defecto como la curvatura, debido a una diferencia de resistencia de adherencia entre los electrodos negativo y positivo. En caso de que exista una gran diferencia en el grado de adherencia con el separador entre el electrodo negativo y el electrodo positivo, si la monocelda 4 se curva demasiado debido a una diferencia de propiedades entre los electrodos negativo y positivo tras la laminación, hay una probabilidad muy alta de que el electrodo negativo de hoja de metal de litio 1 con una superficie plana y lisa que tiene una baja resistencia de adherencia, se separe como se muestra en (d).

Al mismo tiempo, en el caso de baterías de estado sólido, en algunos casos, la presión de laminación se aplica para lograr la adherencia del electrodo-separador (capa electrolítica) de una celda unitaria. Debido al material activo rígido (de alta elasticidad), el separador blando (capa electrolítica) puede resultar parcialmente dañado, causando un cortocircuito. Para solucionar este problema, en la bibliografía de patentes 1 se propone el diseño del electrodo con una composición de material activo inferior hacia la interfaz del separador (capa de electrolito) para impedir el cortocircuito eléctrico del separador (capa de electrolito) aunque se aplique una presión de laminación fuerte. Sin embargo, esta estrategia es difícil de implementar técnicamente y tiene una baja eficiencia económica y, además, no se puede aplicar a baterías de metal de litio de estado sólido que no usan material activo de electrodo negativo.

[BIBLIOGRAFÍA RELACIONADA]

La técnica anterior se describe en el artículo JOONAM PARK ET AL: "Micro-Patterned Lithium Metal Anodes with Suppressed Dendrite Formation for Post Lithium-Ion Batteries", en ADVANCED MATERIALS INTERFACES, vol. 3, n.° 11, publicado el 04-06-2016. Este artículo se refiere a un estudio relacionado con la batería secundaria de litio, en donde la placa de electrodo de la batería comprende orificios en su superficie, y a un método para fabricar dicho electrodo. El metal de litio como material activo negativo tiene una rugosidad superficial de 0,001 - 10 pm (que corresponde a 1 - 10000 nm).

[Bibliografías de patentes]

(Bibliografía de patentes 1) Documento JP2011-124028 A

Objeto de la invención

Problema técnico

La presente divulgación está dirigida a proporcionar una batería secundaria de metal de litio que garantice la resistencia de adherencia del electrodo-separador.

La presente divulgación se dirige además a proporcionar un método para fabricar una batería secundaria de metal de litio que garantice la resistencia de adherencia del electrodo-separador.

Solución técnica

Para lograr el objetivo descrito anteriormente, una batería secundaria de metal de litio de acuerdo con la presente divulgación incluye un electrodo negativo, un separador y un electrodo positivo, incluyendo el electrodo negativo una hoja de metal de litio como un material de electrodo negativo, en donde se forma una estructura de patrón de nanoimpresión en una superficie de hoja de metal de litio que es una superficie del electrodo negativo orientada hacia el separador, y el electrodo negativo y el separador están adheridos entre sí.

En el presente caso, preferentemente, el separador se rellena en la estructura de patrón para formar una unión física entre el electrodo negativo y el separador.

En este caso, la unión física se puede formar cuando el separador se rellena en la estructura de patrón por deformación, y se puede formar cuando un aglutinante de separador aplicado a una superficie del separador se rellena en la estructura de patrón.

Preferentemente, la hoja de metal de litio tiene de 20 ~ 40 pm de grosor, y la estructura de patrón de superficie tiene de 50 ~ 500 nm de altura.

Preferentemente, una resistencia de adherencia entre el electrodo negativo y el separador puede ser 3 veces mayor o más que la de la técnica convencional bajo una misma carga de laminación usada.

Para lograr otro objetivo, un método para fabricar una batería secundaria de metal de litio de acuerdo con la presente divulgación incluye apilar y laminar un electrodo negativo, un separador y un electrodo positivo, incluyendo el electrodo negativo una hoja de metal de litio como un material de electrodo negativo, en donde se forma una estructura de patrón de nanoimpresión en una superficie de hoja de metal de litio que es una superficie del electrodo negativo orientada hacia el separador, y adherir el electrodo negativo y el separador.

La adherencia del electrodo negativo y el separador se puede formar en la laminación, o se puede formar laminando primero el electrodo negativo y el separador para manufacturar una estructura de adherencia de electrodo negativoseparador, o manufacturando la estructura de adherencia de separador-electrodo negativo, laminando después el electrodo positivo, y una carga de laminación puede ser de 10 kgf (98,1 N).

La formación de la estructura de patrón incluye la aplicación directa de la presión a la superficie de hoja de metal de litio usando un molde de patrón. Preferentemente, el molde de patrón puede formar un nanopatrón que tiene una altura de 50 ~ 500 nm. En consecuencia, preferentemente, se usa un molde orgánico manufacturado mediante la replicación del molde de patrón manufacturado por un método ascendente, como el autoensamblaje.

Preferentemente, una distancia entre patrones en la estructura de patrón no es superior a 1,60 pm.

La batería secundaria de metal de litio de acuerdo con la presente divulgación puede tener, como una celda unitaria, una monocelda y una bicelda manufacturadas a través de la laminación, y se puede implementar como una celda apilada, mediante el apilamiento de las celdas unitarias, el plegamiento de las celdas unitarias en zigzag, y el apilamiento y plegamiento de las celdas unitarias.

Efectos ventajosos

De acuerdo con la presente divulgación, cuando el electrodo negativo incluye una hoja de metal de litio como material de electrodo negativo, se forma una unión física entre el electrodo negativo y el separador por deformación de la forma del separador, garantizando una adherencia estrecha entre el electrodo negativo y el separador. Con la adherencia de interfaz mejorada entre el electrodo negativo y el separador, es posible evitar las tensiones que se pueden producir en el electrodo negativo/positivo, impidiendo de ese modo que la celda unitaria se curve y el electrodo negativo se separe. La hoja de metal de litio que tiene la estructura de patrón de superficie forma una fuerte adherencia con el separador por adherencia física en el proceso de laminación, mejorando de ese modo la facilidad de procesamiento de ensamblaje.

La batería secundaria de metal de litio de acuerdo con la presente divulgación puede tener una monocelda y una bicelda como celda unitaria, y se puede implementar mediante apilamiento de las celdas unitarias, el plegamiento de las celdas unitarias en zigzag, y el apilamiento y plegamiento de las celdas unitarias. Es posible fabricar diferentes tipos de baterías secundarias independientemente del tipo de celda unitaria, y la resistencia de adherencia de electrodo negativo-separador mejorada conduce a una mejora significativa de las propiedades tanto de la celda unitaria como de la celda apilada.

Descripción de las figuras

En los dibujos adjuntos se ilustran las realizaciones de la presente divulgación y, conjuntamente con la siguiente descripción detallada, sirven para proporcionar una mayor comprensión de los aspectos técnicos de la presente divulgación y, de ese modo, la presente divulgación se no debe interpretar como limitada a los dibujos.

La figura 1 es un diagrama en el que se ilustra un problema cuando una hoja de metal de litio con una superficie plana y lisa se usa como un electrodo negativo y se adhiere a un separador.

En la figura 2 se muestra una estructura de adherencia de electrodo negativo de hoja de metal de litio-separador incluida en una batería secundaria de metal de litio de acuerdo con la presente divulgación.

En la figura 3 se muestra otro ejemplo de una estructura de adherencia de electrodo negativo de hoja de metal de litio-separador incluida en una batería secundaria de metal de litio de acuerdo con la presente divulgación.

La figura 4 es un diagrama en el que se ilustra un efecto de mejora cuando una hoja de metal de litio que tiene una estructura de patrón de superficie se usa como electrodo negativo y se adhiere a un separador de acuerdo con la presente divulgación.

La figura 5 es una imagen fotográfica de un proceso de preparación de una muestra de ejemplo experimental de acuerdo con la presente divulgación.

La figura 6 es una vista en sección transversal del DVD-R que se usa para la nanoimpresión.

La figura 7 es una imagen fotográfica de una hoja de metal de litio general con una superficie plana y lisa como ejemplo comparativo.

La figura 8 es un gráfico en el que se muestran los resultados del ensayo de desprendimiento a 90° de un ejemplo experimental de la presente divulgación y un ejemplo comparativo.

La figura 9 es un gráfico en el que se muestran los resultados del ensayo de desprendimiento a 90° de otro ejemplo experimental de la presente divulgación y un ejemplo comparativo.

La figura 10 es un diagrama de flujo en el que se muestra un método para fabricar una batería secundaria de metal de litio de acuerdo con una realización de la presente divulgación.

La figura 11 es un diagrama en el que se ilustra una batería secundaria de metal de litio de acuerdo con otra realización de la presente divulgación.

La figura 12 es un diagrama que ilustra una batería secundaria de metal de litio de acuerdo con otra realización de la presente divulgación.

Descripción detallada de la invención

En lo sucesivo en el presente documento, las realizaciones de la presente divulgación se describirán con referencia a los dibujos adjuntos. Antes de la descripción, se debe entender que no se debe interpretar que los términos o las palabras que se usan en la memoria descriptiva y en las reivindicaciones adjuntas están limitados a significados generales y del diccionario, sino que se deben interpretar basándose en los significados y conceptos correspondientes a los aspectos técnicos de la presente divulgación sobre la base del principio de que el inventor tiene permitido definir los términos de forma apropiada para la mejor explicación. Por tanto, las realizaciones que se describen en el presente documento y las ilustraciones que se muestran en los dibujos son solo una realización de la presente divulgación, pero que no pretenden describir exhaustivamente los aspectos técnicos de la presente divulgación, por lo que se debe entender que se pudieron hacer en la misma una variedad de otros equivalentes y modificaciones en el momento en que fue hecha la invención.

En la realización que se describen a continuación, se debe interpretar de esa forma aunque el nombre cambie en dependencia del tipo de electrolito o separador que se usa en una batería secundaria de metal de litio, del tipo de empaque que se usa para empacar la batería secundaria de metal de litio y de la estructura interna o externa de la batería secundaria de litio, la batería secundaria de metal de litio abarca cualquier batería que use un ion de litio como ion de trabajo e incluya una hoja de metal de litio como material de electrodo negativo.

Además, la batería secundaria de metal de litio no está limitada al número de componentes. En consecuencia, se debe interpretar que la batería secundaria de metal de litio incluye una celda unitaria que incluye un conjunto de electrodo positivo/separador/electrodo negativo y un electrolito en un material de envasado, así como un conjunto de celdas unitarias, un módulo que incluye conjuntos conectados en serie y/o en paralelo, un paquete que incluye módulos conectados en serie y/o en paralelo, y un sistema de batería que incluye paquetes conectados en serie y/o en paralelo.

En la presente divulgación se propone la mejora de la adherencia de electrodo-separador usando una estructura de patrón de superficie de la hoja de metal de litio. La técnica de nanoimpresión se usa para formar la estructura de patrón de superficie en la hoja de metal de litio. La estructura de patrón de superficie se forma mediante aplicación directa de la presión a la superficie de hoja de metal de litio usando un molde de patrón. La hoja de metal de litio que tiene la estructura de patrón de superficie forma una adherencia con el separador por adherencia física en el proceso de laminación, mejorando de ese modo la facilidad de procesamiento de ensamblaje.

Cuando se usa la hoja de metal de litio como material de electrodo negativo, se puede formar una adherencia de interfaz con el separador menor que con el electrodo positivo usando un material activo de electrodo positivo. Para solucionar este problema, tras estudios extensivos para mejorar la adherencia mediante la aplicación de un aglutinante de separador a la superficie de hoja de metal de litio o a la superficie del separador, realizando tratamiento corona, RIE y ácido a la superficie de hoja de metal de litio o a la superficie del separador para mejorar las propiedades de carga eléctrica y diseñar la rugosidad de la superficie de hoja de metal de litio o la superficie del separador para mejorar la adherencia física (anclaje), los inventores verifican el efecto de la estructura de patrón de nanoimpresión formada en la superficie de hoja de metal de litio y proponen la presente divulgación.

La presente divulgación se refiere a una batería secundaria de metal de litio. La batería secundaria de metal de litio de la presente divulgación incluye una hoja de metal de litio como un material de electrodo negativo, y es igual que una batería secundaria de metal de litio general en términos de la inclusión de un electrodo negativo que tiene un material de electrodo negativo, un separador y un electrodo positivo y su método de fabricación. Sin embargo, la batería secundaria de metal de litio de la presente divulgación y la batería secundaria de metal de litio convencional tienen diferentes formas superficiales del material de electrodo negativo, y la laminación es diferente de la del método convencional para fabricar una batería secundaria de metal de litio.

En la figura 2 se muestra la estructura de adherencia de electrodo negativo de hoja de metal de litio-separador incluida en la batería secundaria de metal de litio de acuerdo con la presente divulgación. En la figura 3 se muestra otro ejemplo de la estructura de adherencia de electrodo negativo de hoja de metal de litio-separador incluida en la batería secundaria de metal de litio de acuerdo con la presente divulgación. En primer lugar, como se muestra en (a) de la figura 2, un electrodo negativo de hoja de metal de litio 10 que tiene una estructura de patrón de superficie 12 y un separador 20, se preparan y laminan para manufacturar una estructura de adherencia 22 de electrodo negativo de hoja de metal de litio-separador, como se muestra en (b), y un electrodo positivo se lamina conjuntamente para manufacturar un conjunto de electrodo que después se introduce en un material de envasado como un estuche de funda, seguido por inyección de solución electrolítica y sellado para manufacturar una batería secundaria de metal de litio. La batería secundaria de metal de litio tiene la estructura de patrón en la superficie de hoja de metal de litio que es una superficie del electrodo negativo 10 orientada hacia el separador 20, y tiene adherencia entre el electrodo negativo 10 y el separador 20.

La técnica de nanoimpresión se aplica para formar la estructura de patrón de superficie 12 en la hoja de metal de litio. La estructura de patrón de superficie 12 se forma mediante la aplicación directa de la presión a la superficie de hoja de metal de litio usando un molde de patrón. Cuando el separador 20 se adhiere al electrodo negativo de hoja de metal de litio 10 que tiene la estructura de patrón de superficie 12, el separador 20 se rellena en la estructura de patrón de superficie 12 por deformación de forma. En consecuencia, la adherencia se forma entre el electrodo negativo 10 y el separador 20 por unión física en el proceso de laminación, mejorando de ese modo la facilidad de procesamiento de ensamblaje.

En este caso, la unión física se puede formar cuando el separador 20 se rellena en la estructura de patrón de superficie 12 por deformación y, como se muestra en la figura 3, la unión física se puede formar cuando una capa de aglutinante de separador 18 que se aplica a la superficie del separador 20 se rellena en la estructura de patrón de superficie 12. En este caso, la capa de aglutinante de separador 18 se puede rellenar parcialmente en la estructura de patrón de superficie 12, o puede formar una capa conformacional en la superficie de la estructura de patrón de superficie 12, o puede estar presente solo en el área de saliente mayor de la estructura de patrón de superficie 12.

Preferentemente, no hay brecha entre el separador 20 y el electrodo negativo de hoja de metal de litio 10, y cuando existe la capa de aglutinante de separador 18, no hay brecha entre el separador 20, la capa de aglutinante de separador 18 y el electrodo negativo de hoja de metal de litio 10.

El separador 20 puede ser un polímero a base de poliolefina, como PE y PP, y la capa de aglutinante de separador 18 puede ser un aglutinante a base de PVDF que se forma y proporciona de manera adicional sobre el separador 20.

Como se describe a continuación, un método para formar el patrón de superficie en el electrodo negativo de hoja de metal de litio 10 puede ser un método de impresión que usa la presión, como la nanoimpresión. En este caso, el metal de litio se prensa cuando se somete a la presión, y el módulo y la densidad del material aumentan y el metal de litio se vuelve rígido. Cuando se incluye además una capa de aglutinante de separador 18 relativamente blanda, al contrario del metal de litio rígido, se puede formar una mejor interfaz de adherencia. Volviendo a la figura 2, cuando se usa la hoja de metal de litio como material de electrodo negativo, la presente divulgación usa la hoja de metal de litio prensada con rodillo hasta un grosor d de 100 pm o menos para lograr la densidad energética de la batería. El grosor d se calcula mediante una distancia promedio entre las dos superficies más externas de la hoja de metal de litio. La hoja de metal de litio que se usa como material de electrodo negativo puede incluir o no un colector de corriente. Cuando la hoja de metal de litio incluye un colector de corriente, se puede conformar el metal de litio, por ejemplo, con un grosor de 10 ~ 100 pm sobre dos superficies de colector de corriente de hoja de cobre con un grosor de 5 ~ 20 pm. Cuando la hoja de metal de litio no incluye un colector de corriente, la hoja de metal de litio por sí sola se puede prensar con rodillo hasta 100 pm o menos sin un colector de corriente aparte. La altura h de la estructura de patrón de superficie 12 es igual o inferior a 1 pm. La altura h corresponde a la altura de un saliente o a la profundidad de una acanaladura, y se calcula mediante una altura promedio de la medida en que la estructura de patrón de superficie 12 protruye o se retrae de la hoja de metal de litio. Un grosor de la hoja de metal de litio superior a 100 pm es inestable para lograr una alta densidad energética, debido a los aumentos de grosor y volumen en la manufactura de la celda apilada. Preferentemente, el grosor oscila entre 20 ~ 40 pm. En este caso, la altura h de la estructura de patrón de superficie 12 es, más preferentemente, de 50 ~ 1000 nm. Un grosor de la hoja de metal de litio inferior a 20 pm es difícil de manipular y es problemático para la rigidez estructural. Cuando se aplica el colector de corriente metálico (por ejemplo, una hoja de cobre), se puede manufacturar el electrodo mediante la adherencia por prensado con rodillo de diferentes tipos de metales entre el litio y el colector de corriente, pero cuando se aplica la hoja de metal de litio de grosor inferior a 20 pm, existe la preocupación de que se dañe el metal de litio al ser prensado con rodillo. Además, cuando la batería se manufactura usando la hoja de metal de litio como electrodo negativo, en el caso de cambios reversibles del grosor del metal de litio durante la carga y descarga en el uso real, si el grosor del metal de litio es muy pequeño, no se garantiza la estabilidad estructural. Un grosor de la hoja de metal de litio superior a 40 pm no es deseable desde el punto de vista de la densidad energética, debido a los aumentos de grosor y volumen en la manufactura de la celda apilada. Una altura de la estructura de patrón de superficie inferior a 50 nm es insuficiente para una unión física suficiente entre el electrodo negativo y el separador. Es difícil esperar que el metal de litio que tiene la altura de patrón de superficie inferior a 50 nm forme una adherencia física (anclaje) por prensado con la capa de aglutinante de separador conformada sobre la superficie de tejido separador por aglomeración de las partículas de aglutinante de separador que tienen el tamaño de unas pocas decenas o unos pocos cientos de nm. Una altura de la estructura de patrón de superficie de más de 1000 nm no es deseable porque la capa de aglutinante de separador en la superficie del separador no se puede rellenar de forma densa en la estructura de patrón de superficie. Cuando se aplica una presión de prensado, temperatura y velocidad excesivas para formar una adherencia física, se pueden producir arrugas, agrietamiento o separación en la superficie del electrodo. Como se describe en el siguiente ejemplo experimental, como un resultado del experimento de manufactura de una estructura de rejilla de 120 nm de altura sobre la hoja de metal de litio de 40 pm de grosor, prensada con rodillo a través de la estimulación de la estructura con DVD-R, se puede observar que la adherencia mejora considerablemente sin tratamiento superficial con carga eléctrica.

El molde de patrón que se usa para la nanoimpresión para fabricar la batería secundaria de metal de litio de acuerdo con la presente divulgación tiene una parte levantada o parte hundida que tiene una altura de 50 ~ 1000 nm. La acanaladura se puede conformar en una forma inversa a la parte levantada de la superficie de hoja de metal de litio mediante el prensado directo de la parte levantada en la hoja de metal de litio, y el saliente se puede conformar en una forma inversa a la parte hundida de la superficie de la hoja de metal de litio empujando la hoja de metal de litio hacia la parte hundida. La parte levantada o parte hundida puede tener la forma de un pilar, un cono, etc., y preferentemente tiene una forma ahusada que se hace más estrecha hacia la punta de la parte levantada y hacia el fondo de la parte hundida, ya que se facilita la inserción del separador en la estructura de superficie de hoja de metal de litio que se formará posteriormente. En consecuencia, la parte levantada o parte hundida del molde de patrón tiene preferentemente la forma de un cono, y puede tener una forma de una pirámide triangular, una pirámide cuadrada/rectangular, un cono circular, etc., de acuerdo con el método de fabricación.

Lo más preferentemente, el separador se rellena de forma densa en la estructura de superficie de hoja de metal de litio mediante deformación de la forma para formar una adherencia estrecha perfecta y sin brechas entre la hoja de metal de litio y el separador. Cuando la estructura de superficie de hoja de metal de litio es una parte levantada, el separador tiene una parte hundida que encaja en la parte levantada, obteniendo una estructura de sección transversal acoplada como si estuvieran acopladas entre sí en sus correspondientes ubicaciones, y asimismo, cuando la estructura de superficie de hoja de metal de litio es una parte hundida, el separador tiene una parte levantada que encaja en la parte hundida, obteniendo una estructura de sección transversal acoplada como si estuvieran acopladas entre sí en sus correspondientes ubicaciones. En particular, cabe señalar que la estructura de superficie de hoja de metal de litio se conforma intencionadamente mediante nanoimpresión, pero la deformación de la forma del separador se consigue mediante la presión de laminación. Para una adherencia estrecha perfecta, es necesario seleccionar una forma, altura y presión de laminación apropiadas (considerando una carga de laminación, y un área sobre la que actúa la carga) de la estructura de superficie.

Un molde maestro (un molde madre) de silicio o cuarzo manufacturado mediante la técnica de grabado, denominada como método descendente que se usa comúnmente para manufacturar un molde de patrón, o un molde orgánico manufacturados mediante la replicación del molde de patrón, solo se puede manufacturar a microescala y, no importa cuán pequeño sea el patrón, el tamaño mínimo del patrón (o altura) es de 10 ~ 15 pm, y dichos moldes son inestables para implementar la presente divulgación. En la presente divulgación se propone el uso de un molde orgánico manufacturado mediante la replicación de un molde de patrón manufacturado por el método ascendente, como el autoensamblaje. En particular, es deseable usar un molde blando para la replicación de un molde de patrón manufacturado por el método ascendente usando una materia orgánica de PDMS, ETPTA, poliuretano y PFPE. Con el molde, la estructura de patrón de superficie que tiene una altura de 50 ~ 1000 nm, es decir, un micropatrón a escala nanométrica, se puede formar sobre la hoja de metal de litio.

Por ejemplo, a continuación, se describe un método para formar el molde de patrón que tiene una pirámide triangular que tiene una altura de 50 ~ 1000 nm.

1) Una capa simple de partículas de sílice o poliestireno (PS) que tienen un tamaño igual o inferior a 1 pm, se forma con una estructura de matriz de paquete cerrado hexagonal (HCP) sobre la superficie de un sustrato de vidrio, una película de polímero o una hoja de metal, mediante autoensamblaje.

2) Se manufactura un molde orgánico por replicación con PDMS, ETPTA, epoxi o PFPE usando la superficie de capa simple de la estructura HCP como un molde maestro. Después de que se aplica una materia orgánica al molde maestro y se retira el sustrato, las partículas de sílice o poliestireno pueden ser removidas (grabadas) para formar un nanopatrón piramidal triangular en relieve o calcografía de acuerdo con las propiedades de la superficie (por ejemplo, energía superficial) del material del molde orgánico que se usa. En comparación con el uso de PDMS o ETPTA de bajo peso molecular, con el uso de ETPTA de alto peso molecular o PFPe se puede manufacturar un molde duro, y es adecuado para la aplicación de nanoimpresión.

3) En consecuencia, el nanopatrón piramidal triangular de diferentes tamaños se puede formar en relieve o calcografía usando PFPE sobre la superficie de hoja de metal de litio mediante nanoimpresión. Preferentemente, se forma el nanopatrón de pirámide triangular, que tiene una altura de 50 ~ 1000 nm.

Al mismo tiempo, la forma de la parte hundida o de la parte levantada del molde de patrón no se limita necesariamente al ejemplo presentado anteriormente. El patrón puede incluir un patrón en forma de isla aislado en cuatro direcciones de otro patrón, como un cono o un pilar, y un patrón de líneas y espacios que tiene una repetición de patrones en forma de franjas que se extienden a lo largo de una dirección, espaciados a una distancia predeterminada de otro patrón. Por ejemplo, el patrón puede tener una repetición de crestas y muescas.

La figura 4 es un diagrama que ilustra un efecto de mejora cuando la hoja de metal de litio que tiene la estructura de patrón de superficie de acuerdo con la presente divulgación se usa como electrodo negativo y se adhiere al separador.

Como se muestra en (a) de la figura 4, el electrodo negativo de hoja de metal de litio 10 que tiene la estructura de patrón de superficie 12, el separador 20, el electrodo positivo 30, se apilan y laminan para formar una monocelda 40, como se muestra en (b). Resulta obvio que se puede aplicar un aglutinante de separador al separador 20 como medio de adherencia auxiliar.

El electrodo positivo 30, en el que generalmente se usa un aglutinante a base de PVDF y un material activo de óxido metálico que tiene módulo elástico grande, forma una buena adherencia de interfaz con el separador 20. Si se usa la hoja de metal de litio con la superficie plana y lisa como electrodo negativo, la adherencia con el separador será pobre. Sin embargo, como en la presente divulgación se usa el electrodo negativo 10 que tiene la estructura de patrón de superficie 12 sobre la superficie de hoja de metal de litio, el propio separador y/o el aglutinante de separador se rellenan en la estructura de patrón de superficie 12, y el electrodo negativo 10 y el separador 20 se acoplan entre sí y, de ese modo, se mejora físicamente una adherencia de interfaz entre el electrodo negativo 10 y el separador 20. En consecuencia, incluso si el estrés que se puede producir en el electrodo negativo/positivo actúa como indica la flecha (c), el estrés se anula, impidiendo de ese modo la monocelda 40 se curve y el electrodo negativo se separe.

<Ejemplo experimental>

Para manufacturar una muestra experimental de acuerdo con la presente divulgación, se realiza prensado para nanoimpresión sobre una superficie de hoja de metal de litio usando un DVD-R (LG Electronics, R4.7) como plantilla. Como se ha descrito anteriormente, es deseable manufacturar y usar un molde de patrón por el método ascendente, pero se puede observar que la transferencia de patrón se puede conseguir usando DVD-R fácilmente disponibles como molde de patrón y se demuestra su efecto.

La figura 5 es una imagen fotográfica de un proceso de preparación de una muestra de ejemplo experimental de acuerdo con la presente divulgación. La figura 6 es una vista en sección transversal del DVD-R que se usa para la nanoimpresión.

En primer lugar, el DVD-R (R4.7, LG Electronics), como se muestra en (a) de la figura 5, se prepara y desmonta para eliminar un colorante orgánico y una capa de aluminio para preparar un policarbonato que tiene una estructura de rejilla (que se usará como molde de patrón). Como se muestra en la figura 6, el DVD-R tiene una distancia d<t>entre pasos de pista de 740 nm, la altura de paso de pista h<t>de 120 nm, y el ancho de paso de pista w<t>de 320 nm. Al usar el DVD-R como plantilla, el prensado se realiza por 1 min bajo la presión de 300 kgf/cm<2>(29 400 kPa) sobre la superficie de hoja de metal de litio prensada con rodillo de 40 pm de grosor, y como se muestra en (b) de la figura 5, un fenómeno de difracción de la superficie del DVD-R también se observa en la superficie de hoja de metal de litio. Esto revela que la estructura de rejilla (incluyendo crestas y muescas) del DVD-R se transfiere a la superficie de hoja de metal de litio para formar un patrón en la superficie de hoja de metal de litio. En consecuencia, se puede observar que cuando la presión se aplica directamente a la superficie de hoja de metal de litio usando el molde de patrón que se propone por la presente divulgación, el patrón del molde de patrón se puede transferir a la superficie de hoja de metal de litio.

La figura 7 es una imagen fotográfica de una hoja de metal de litio general con una superficie plana y lisa como ejemplo comparativo.

Una hoja de metal de litio (el ejemplo experimental de la presente divulgación) que tiene una estructura de rejilla (120 nm de altura h<t>) de disco óptico (DVD-R) en la superficie y una hoja de metal de litio general (ejemplo comparativo), como se muestra en la figura 7, se preparan y cada una se lamina con un separador para una batería secundaria de iones de litio, para manufacturar una estructura de adherencia de electrodo-separador.

Cada hoja de metal de litio mide 15 mm de ancho y 50 mm de largo. Para la laminación, se usa laminación con rodillo, y una carga de 10 kgf (98,1 N) a una velocidad de 300 mm/segundo a 60 °C de temperatura. Para el ejemplo comparativo, se preparan las cargas de laminación de 100 kgf (981 N) y 250 kgf (2450 N).

Se realiza un ensayo de comparación de la resistencia de adherencia de la estructura de adherencia de electrodoseparador del ejemplo experimental de la presente divulgación y del ejemplo comparativo. La resistencia de adherencia se mide mediante el ensayo de desprendimiento a 90° que se usa habitualmente, y la velocidad es de 100 mm /min.

La figura 8 es un gráfico en el que se muestran los resultados del ensayo de desprendimiento a 90° del ejemplo experimental de la presente divulgación y del ejemplo comparativo.

Haciendo referencia a la figura 8, cuando el ejemplo comparativo con una carga de laminación de 10 kgf (98,1 N) se designa como una resistencia de adherencia del 100 %, a medida que la carga de laminación aumenta hasta 100 kgf (9 810 kPa) y 250 kgf (2450 N), la resistencia de adherencia aumenta hasta el 185 % y el 192 %. En contraposición, en el caso del ejemplo experimental de la presente divulgación, se logra una resistencia de adherencia del 320 % con una carga de laminación de 10 kgf (981 kPa).

Como se ha descrito anteriormente, bajo la misma carga de laminación, el ejemplo experimental de la presente divulgación puede tener una resistencia de adherencia 3 veces mayor o más que el ejemplo comparativo. La resistencia de adherencia alta no se puede lograr incluso si la carga de laminación del ejemplo comparativo aumenta 10 veces y 25 veces.

Como se ha descrito anteriormente, se puede observar que, cuando la hoja de metal de litio tiene la estructura de patrón de nanoimpresión en la superficie de acuerdo con el ejemplo experimental de la presente divulgación, tiene una mayor resistencia de adherencia con el separador que la hoja de metal de litio general que se usa como ejemplo comparativo, y que es posible obtener un buen resultado de resistencia de adherencia incluso a baja presión de laminación.

La figura 9 es un gráfico en el que se muestran los resultados del ensayo de desprendimiento a 90° de otro ejemplo experimental de la presente divulgación y un ejemplo comparativo.

Los métodos de manufactura y ensayo de las muestras son similares a los del ejemplo experimental del que se obtiene el gráfico de la figura 8.

Este ensayo evalúa un cambio en la resistencia de adherencia como una función de un intervalo de patrón en la superficie de hoja de metal de litio. En el presente caso, el intervalo de patrón es una distancia entre patrones, y también se refiere a la distancia d<t>entre pasos de pista como se ha mostrado previamente en la figura 6.

El intervalo de patrón se establece en 0,00 pm, 0,32 pm, 0,74 pm y 1,60 pm. El intervalo de patrón de 0,00 pm indica la hoja de metal de litio sin patrón, y puede corresponder al ejemplo comparativo para el que se muestran los resultados de la figura 8. El intervalo de patrón de 0,32 pm indica la hoja de metal de litio sometida a transferencia de patrón usando disco Blu-ray como una plantilla. El intervalo de patrón de 0,74 pm indica la hoja de metal de litio sometida a transferencia de patrón usando DVD-R como una plantilla, como se muestra en el ejemplo experimental de la figura 8. El mayor intervalo de patrón, de 1,60 pm, indica la hoja de metal de litio sometida a transferencia de patrón usando CD-R como una plantilla.

Cada hoja de metal de litio mide 15 mm de ancho y 50 mm de largo, para la laminación, se usa laminación con rodillo, y una carga de 10 kgf (98,1 N) a una velocidad de 300 mm/segundo a 60 °C de temperatura.

Se realiza un ensayo de comparación de la resistencia de adherencia de la estructura de adherencia de electrodoseparador del ejemplo experimental de la presente divulgación y del ejemplo comparativo. La resistencia de adherencia se mide mediante el ensayo de desprendimiento a 90° que se usa habitualmente y la velocidad es de 100 mm/min.

Haciendo referencia a la figura 9, cuando el ejemplo comparativo con una carga de laminación de 10 kgf (98,1 N) se designa como una resistencia de adherencia del 100 %, el ejemplo experimental de la presente divulgación que tiene el intervalo de patrón de 0,32 pm y de 0,74 pm logra una resistencia de adherencia del 300 % o más, y el efecto de mejora de la resistencia de adherencia es evidente. Se ha encontrado que el ejemplo experimental de la presente divulgación que tiene el intervalo de patrón de 1,60 pm logra una resistencia de adherencia de aproximadamente el 150 %, y tiene una resistencia de adherencia mayor que el ejemplo comparativo.

Después de manufacturar un conjunto de electrodos que incluye la estructura de adherencia de electrodo-separador, se mide la rigidez de la celda de una batería secundaria que incluye el conjunto de electrodos. No hay diferencias significativas entre la presencia y la ausencia de patrón. Asimismo, no hay diferencias significativas en la diferencia de intervalo de patrón. Esto se debe a que la rigidez de la celda está dominada por la rigidez del propio electrodo positivo en lugar de por la resistencia de adherencia de laminación del electrodo negativo, como se esperaba.

Se determina si hay o no una separación del separador en el borde en la estructura de adherencia de electrodoseparador. En el caso del ejemplo comparativo que tiene un intervalo de patrón de 0,00 pm, es decir, que no tiene patrón, se observa una separación de los bordes. El ejemplo experimental de la presente divulgación que tiene el intervalo de patrón de 0,32 pm y de 0,74 pm no tiene separación de los bordes. En consecuencia, se puede observar que cuando se forma el patrón en la hoja de metal de litio de acuerdo con la presente divulgación, la resistencia de adherencia con el separador es mayor y el efecto de prevención de la separación en el borde es mejor. Sin embargo, aunque la hoja de metal de litio tenga el patrón, se observa una separación de los bordes en la muestra que tiene el intervalo de patrón de 1,60 pm. En consecuencia, en términos de impedir la separación de los bordes, es deseable que el intervalo de patrón no sea tan grande cuando se forma el patrón en la hoja de metal de litio. Por ejemplo, es deseable que el intervalo de patrón no sea superior a 1,60 pm.

En lo sucesivo en el presente documento, se describirá en detalle un método para fabricar una batería secundaria de metal de litio de acuerdo con la presente divulgación con referencia a la figura 10 basada en la configuración descrita anteriormente.

La figura 10 es un diagrama de flujo en el que se muestra un método para fabricar una batería secundaria de metal de litio de acuerdo con una realización de la presente divulgación.

El método para fabricar una batería secundaria de metal de litio de acuerdo con la presente divulgación comienza con la preparación de una hoja de metal de litio, y la formación de una estructura de patrón de nanoimpresión en una superficie orientada hacia un separador para manufacturar un electrodo negativo (s1). En el caso de un electrodo negativo de una cara, la estructura de patrón de superficie se puede formar en una superficie de la hoja de metal de litio, y en el caso de un electrodo negativo de doble cara, la estructura de patrón de superficie se puede formar en las dos caras de la hoja de metal de litio. Dos electrodos negativos de una cara que tengan la estructura de patrón de superficie en una cara, se pueden adherir y usar como electrodo negativo de doble cara.

La estructura de patrón se forma mediante la técnica de nanoimpresión que aplica la presión directamente a la superficie de la hoja de metal de litio usando un molde de patrón como se ha descrito anteriormente. Las condiciones del molde de patrón para formar la estructura de patrón de superficie que tiene la altura de 50 ~ 1000 nm, es decir, un micropatrón a escala nanométrica, se han descrito anteriormente.

Posteriormente, un separador y un electrodo positivo se apilan y laminan sobre el electrodo negativo preparado en s1 (s2).

En este caso, el electrodo negativo y el separador se laminan primero para manufacturar una estructura de adherencia electrodo negativo-separador, después se lamina el electrodo positivo conjuntamente para formar un conjunto. El electrodo negativo, el separador y el electrodo positivo se pueden laminar conjuntamente para formar un conjunto. En cualquier caso, la carga de laminación puede ser de 10 kgf (98,1 N).

Como la forma del separador se deforma por la presión de laminación, el separador se rellena en la estructura de patrón para formar una unión física entre el electrodo negativo y el separador.

En los resultados del experimento descrito anteriormente (figura 8), como resultado de un experimento en el que la estructura de rejilla que tiene una altura ht de 120 nm se forma sobre una hoja de metal de litio de 40 pm de grosor prensada con rodillo a través de la estimulación de la estructura con DVD-R, se encontró que la adherencia aumenta considerablemente sin tratamiento superficial con carga eléctrica, pero si es necesario, para aumentar aún más la resistencia de adherencia, también se pueden usar métodos para mejorar la adherencia mediante la aplicación de un aglutinante de separador a la superficie de hoja de metal de litio o a la superficie del separador, y mediante la mejora de las propiedades de carga eléctrica a través de tratamiento corona, RIE y ácido de la superficie de hoja de metal de litio o de la superficie del separador.

La celda manufacturada en esta etapa puede ser la monocelda 40 de estructura de electrodo negativo 10-separador 20-electrodo positivo 30, como se muestra en (b) de la figura 4, la bicelda 140 de tipo A de estructura de electrodo positivo 30'-separador 20'-electrodo negativo 10'-separador 20'-electrodo positivo 30', como se muestra en (a) de la figura 11, o la bicelda 240 de tipo C de estructura de electrodo negativo 10'-separador 20'-electrodo positivo 30'-separador 20'-electrodo negativo 10', como se muestra en (b) de la figura 11. En la figura 11 se muestra un ejemplo en el que el electrodo negativo 10' es un electrodo negativo de doble cara, y el electrodo positivo 30' es un electrodo positivo de doble cara.

Cuando la estructura de patrón se forma en la superficie de la hoja de metal de litio que se orientará hacia el separador de acuerdo con la presente divulgación, es posible reducir las condiciones de aplicación de la presión de laminación. Es posible garantizar una buena resistencia de adherencia de electrodo negativo-separador a baja presión, como se ha descrito anteriormente con referencia a los resultados experimentales de la figura 8.

La batería secundaria de metal de litio de acuerdo con la presente divulgación puede tener, como una celda unitaria, la monocelda 40 y la bicelda 140, 240 manufacturadas por el método descrito anteriormente, y se puede implementar como una celda apilada mediante apilamiento de las celdas unitarias, plegamiento de la celda unitaria en una forma de zigzag, y apilamiento y plegamiento de las celdas unitarias. De acuerdo con la presente divulgación, en virtud de la resistencia de adherencia de electrodo negativo-separador mejorada, es posible mejorar, no solo las propiedades de la propia celda unitaria, sino también las del apilamiento que usa la misma.

La figura 12 es un diagrama que ilustra una batería secundaria de metal de litio de acuerdo con otra realización de la presente divulgación.

Haciendo referencia a la figura 12, se preparan un electrodo negativo de doble cara 10' y un electrodo positivo de doble cara 30', y se ensamblan con un separador plegable 20" plegado en zigzag para manufacturar una celda plegable en zigzag 340. Generalmente, cuando se aplica el plegamiento en zigzag, la separación que se puede producir entre el electrodo negativo y el separador plegable debido a una diferencia de resistencia de adherencia entre el electrodo negativo y el electrodo positivo es más grave que el problema en la monocelda que se describe con referencia a la figura 1. De acuerdo con la presente divulgación, aunque la batería secundaria de metal de litio se manufactura en una forma plegada en zigzag, la mejora de la resistencia de adherencia del electrodo negativo-separador disminuye la probabilidad de separación y reduce considerablemente los defectos de apilamiento por plegamiento en zigzag.

Como se ha descrito anteriormente, en la presente divulgación se manufactura el electrodo negativo a través de un proceso de transferencia de nanopatrón simultáneo, mediante la preformación de un molde de patrón que tiene un patrón de saliente y rebaje a escala nanométrica, y el prensado de este sobre la superficie de hoja de metal de litio. Esto puede formar el nanopatrón en masa rápidamente, y es muy adecuado para la producción en masa de baterías secundarias de metal de litio.

La estructura de patrón de superficie formada por transferencia solo está determinada por la forma del molde de patrón y, de ese modo, no hay ninguna otra variable de proceso inesperada. El método ascendente puede formar una estructura de patrón de superficie muy fina que tiene una altura de 50 ~ 1000 nm y, de ese modo, es deseable un grosor pequeño de 40 pm o menos en términos de densidad energética para transferir simultáneamente el patrón a la hoja de metal de litio en una escala adecuada. Además, básicamente, se usa la técnica de prensado, y se puede implementar mediante un aparato de muy bajo precio.

Al mismo tiempo, en el proceso de la batería, es necesaria la aplicación de presión en un orden cronológico en ® el prensado con rodillo del electrodo (en la presente divulgación, la hoja de metal de litio tiene un grosor de 20 ~ 40 pm) antes de manufacturar una celda unitaria, @ el p roceso de ensam b la je de la ce lda unitaria ((a) y (b) de la figura 4, y s2 en la figura 10), ® el p roceso de ensam b la je de la ce lda a p i la d a (por ejemplo, figura 11), y @ el p roceso de act ivac ión de formación de plantilla (J/F) antes de liberar un producto final.

En contraposición a la presente divulgación, si se usa una hoja de metal de litio con una superficie plana y lisa, para lograr las propiedades de celda unitaria/celda apilada, es necesario aplicar la presión fuertemente en las etapas @ y ® . No exis te la p reocupac ión de que se puedan p roduc ir de fec tos en el e lec trodo o en el s e p a ra d o r (en el caso de una batería de estado sólido, la capa electrolítica) manufacturados, como el agrietamiento, desgarro, alabeo y ondulación. Sin embargo, de acuerdo con la presente divulgación, es posible formar una gran interfaz de adherencia electrodoseparador (capa electrolítica) a través de la aplicación de baja presión en las etapas de @ y ® En consecuenc ia , es posible reducir los defectos que se pueden producir debido a la aplicación de altas presiones.

El método de acuerdo con la presente divulgación es más fácil y más eficiente económicamente que la tecnología diseñada para reducir la composición de material activo en el electrodo como se menciona en la técnica relacionada. Además, el método de acuerdo con la presente divulgación puede tener además las ventajas que se indican a continuación.

La aplicación de presión en las etapas ® , @ y ® n o se puede omitir , pero se puede ap l ica r solo la presión mínima necesaria para el proceso (para impedir la separación electrodo-separador y la tolerancia a meandros). Esto puede facilitar la @ e l im inac ión del gas p roduc ido en el p roceso de ac t ivac ión J /F .

Al mismo tiempo, si se aplica una presión, temperatura y velocidad muy alta para garantizar las propiedades de la celda unitaria en el proceso de ensamblaje, se formará una adherencia estrecha entre el electrodo y el separador por el cambio de forma del aglutinante polimérico, como el PVDF, y se logrará una fuerte resistencia de adherencia de electrodo-separador. Sin embargo, esto aumenta el tiempo necesario para el rellenado del electrolito durante el periodo de preenvejecimiento antes del proceso de activación tras el proceso de ensamblaje, lo que resulta en un aumento del costo del proceso. De acuerdo con la presente divulgación, la resistencia de adherencia de electrodo-separador aumenta por la aplicación de la presión mínima sin presión excesiva, facilitando de ese modo el rellenado de electrolito en el preenvejecimiento tras la inyección.

Aunque la presente divulgación se ha descrito anteriormente en el presente documento con respecto a un número limitado de realizaciones y dibujos, la presente divulgación no está limitada a estos y es obvio para los expertos en la materia que se pueden realizar diferentes modificaciones y cambios en los mismos dentro de los aspectos técnicos de la presente divulgación. La invención está definida en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Una batería secundaria de metal de litio (40), que comprende:

un electrodo negativo (10), un separador (20), y un electrodo positivo (30), incluyendo el electrodo negativo una hoja de metal de litio como material de electrodo negativo, sin un material activo de electrodo negativo aparte, en donde se forma una estructura de patrón de nanoimpresión (12) en una superficie de hoja de metal de litio que es una superficie del electrodo negativo orientada hacia el separador,

en donde la altura h de la estructura de patrón de superficie es de 50 ~ 500 nm, y el separador se rellena en la estructura de patrón para formar una unión física entre el electrodo negativo y el separador de modo que el electrodo negativo y el separador quedan adheridos entre sí.

2. La batería secundaria de metal de litio de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la unión física se forma cuando el separador se rellena en la estructura de patrón por deformación.

3. La batería secundaria de metal de litio de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la unión física se forma cuando un aglutinante de separador (18) aplicado a una superficie del separador se rellena en la estructura de patrón.

4. Un método para fabricar una batería secundaria de metal de litio de la reivindicación 1, que comprende:

apilar y laminar un electrodo negativo, un separador y un electrodo positivo, incluyendo el electrodo negativo una hoja de metal de litio como material de electrodo negativo, en donde se forma una estructura de patrón de nanoimpresión en una superficie de hoja de metal de litio que es una superficie del electrodo negativo orientada hacia el separador; y

adherir el electrodo negativo y el separador.

5. El método para fabricar una batería secundaria de metal de litio de acuerdo con la reivindicación 4, en donde en la adherencia, el separador se rellena en la estructura de patrón para formar una unión física entre el electrodo negativo y el separador.

6. El método para fabricar una batería secundaria de metal de litio de acuerdo con la reivindicación 4, en donde la adherencia del electrodo negativo y el separador se forma en la laminación, o se forma mediante la laminación, primero, del electrodo negativo y el separador para manufacturar una estructura de adherencia de electrodo negativoseparador (22), o mediante la manufactura de la estructura de adherencia de electrodo negativo-separador, laminando después el electrodo positivo, y una carga de laminación es de 10 kgf (98,1 N).

7. El método para fabricar una batería secundaria de metal de litio de acuerdo con la reivindicación 5, en donde la unión física se forma cuando el separador se rellena en la estructura de patrón por deformación.

8. El método para fabricar una batería secundaria de metal de litio de acuerdo con la reivindicación 5, en donde la unión física se forma cuando el aglutinante de separador aplicado a una superficie del separador se rellena en la estructura de patrón.

9. El método para fabricar una batería secundaria de metal de litio de acuerdo con la reivindicación 4, en donde la formación de la estructura de patrón comprende la aplicación de presión directamente a la superficie de hoja de metal de litio usando un molde de patrón.

10. El método para fabricar una batería secundaria de metal de litio de acuerdo con la reivindicación 4, en donde una distancia entre patrones en la estructura de patrón no es superior a 1,60 pm.