ES3036604T3 - All-in-one electrode stack unit, manufacturing method thereof, and lithium secondary battery including the same - Google Patents

All-in-one electrode stack unit, manufacturing method thereof, and lithium secondary battery including the same

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ES3036604T3
ES3036604T3 ES21923589T ES21923589T ES3036604T3 ES 3036604 T3 ES3036604 T3 ES 3036604T3 ES 21923589 T ES21923589 T ES 21923589T ES 21923589 T ES21923589 T ES 21923589T ES 3036604 T3 ES3036604 T3 ES 3036604T3
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Abstract

La presente invención proporciona: una unidad de pila de electrodos todo en uno que comprende un primer electrodo, un segundo electrodo y una capa de separación interpuesta entre el primer electrodo y el segundo electrodo, en donde la capa de separación es una capa de revestimiento PAS fotocurado formada integralmente sobre el primer electrodo y tiene una resistencia de 30 a 50 MPa, la fuerza adhesiva de la capa de separación con respecto al segundo electrodo es de 70 gf/20 mm a 90 gf/20 mm, y el primer electrodo, la capa de separación y el segundo electrodo están laminados; un método para fabricarlo; y una batería secundaria de litio que lo incluye. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Unidad de pila de electrodos integral, método de fabricación de la misma, y batería secundaria de litio que incluye la misma
Sector de la técnica
La presente descripción se refiere a una unidad de pila de electrodos integral, a un método de fabricación de la misma, y a una batería secundaria de litio que incluye la misma.
Antecedentes de la invención
Debido al rápido aumento en el uso de combustibles fósiles, la demanda de uso de energía alternativa o energía limpia está aumentando y, como parte de ello, los campos que se están estudiando más activamente son los campos de generación de energía y de almacenamiento de energía que usan electroquímica.
En la actualidad, una batería secundaria es un ejemplo representativo de un dispositivo electroquímico que utiliza dicha energía electroquímica, y el rango de uso de la misma tiende a expandirse gradualmente.
Recientemente, junto con el aumento del desarrollo tecnológico y la demanda de dispositivos móviles como, por ejemplo, ordenadores portátiles, teléfonos portátiles y cámaras, la demanda de baterías secundarias también ha aumentado rápidamente como una fuente de energía. Entre estas baterías secundarias, se han llevado a cabo muchos estudios sobre una batería secundaria de litio que exhibe alta densidad energética y potencial operativo, que tiene una larga vida útil y una tasa de autodescarga baja, y estas ahora se comercializan y usan ampliamente. Además, a medida que el interés en cuestiones medioambientales crece, se llevan a cabo con frecuencia estudios sobre un vehículo eléctrico, un vehículo eléctrico híbrido, etc., que pueda reemplazar un vehículo que usa combustibles fósiles como, por ejemplo, un vehículo de gasolina o un vehículo diésel, que son una de las principales causas de contaminación del aire. Aunque una batería secundaria de níquel-metalhidruro se usa principalmente como una fuente de energía para el vehículo eléctrico y el vehículo eléctrico híbrido, se están llevando a cabo activamente investigaciones sobre el uso de una batería secundaria de litio que tiene alta densidad energética y tensión de descarga, una parte de la cual está en etapa de comercialización.
Dicha batería secundaria de litio se fabrica mediante un proceso que incluye recubrir un material activo de cátodo o ánodo, un aglutinante y un material conductor sobre un colector de corriente en la forma de una lechada, secarlo para formar una capa de mezcla de electrodos y preparar un cátodo y un ánodo, interponiendo un separador entre el cátodo y el ánodo, laminándolos e incorporando el conjunto de electrodos laminado en una caja de batería junto con la solución electrolítica.
Además, el conjunto de electrodos puede fabricarse en una manera en la cual los respectivos componentes se apilan o pliegan, pero puede fabricarse en una manera en la cual una unidad de celda se fabrica como una unidad de pila de electrodos que incluye un electrodo y un separador, y luego se apila o pliega.
Un método 10 para fabricar la unidad de pila de electrodos según la técnica relacionada se muestra en la Fig. 1. Con referencia a la Fig. 1, un separador 12 se apila en un primer electrodo 11, un segundo electrodo 13 se apila en el separador 12, que luego se lamina por el dispositivo 14 de laminación y luego se corta con un cortador 15, fabricando de este modo una unidad de celda 16. En este momento, opcionalmente, otro separador 17 puede también apilarse en la otra superficie del primer electrodo 11 en el cual no se apila el separador 12.
Es decir, convencionalmente, como cada configuración, el primer electrodo 11, el separador 12 y el segundo electrodo 13 se apilan secuencialmente como miembros separados, y luego se laminan para fabricar la unidad de celda. Sin embargo, en este caso, deben utilizarse calor y presión altos para garantizar suficiente fuerza adhesiva entre el separador y el electrodo. El calor y la presión altos causan problemas como, por ejemplo, agrietamiento del material activo, lo cual finalmente causa problemas como, por ejemplo, el deterioro del rendimiento de la batería secundaria, la ocurrencia de defectos de cortocircuito y la reducción del rendimiento. Además, con el fin de que el separador garantice suficiente resistencia al calor y fuerza, un separador SRS, en el cual una capa mixta orgánicainorgánica se forma en el sustrato de separador, se ha desarrollado, pero este tiene el problema de que requiere mucho tiempo de proceso para fabricar y aplicar, por separado, dicho separador, y el coste aumenta.
Por lo tanto, existe una necesidad urgente de desarrollar una tecnología de unidad de pila de electrodos integral que pueda desempeñar el papel de separador incluso sin fabricar un separador separado, mientras resuelve dicho problema y resuelve el problema de la fuerza adhesiva entre el electrodo y el separador.
El documento US 2017/170441 A1 describe un recubrimiento curado UV o EB que comprende un material polimérico y partículas cerámicas.
El documento US 2020/243850 A1 describe un elemento eléctrico en el cual una capa 13 aislante se dispone entre electrodos.
Explicación de la invención
Problema técnico
Un objeto de la presente invención es resolver los problemas de la técnica convencional según se describe más arriba y los problemas técnicos que se han solicitado del pasado.
De manera específica, un objeto de la presente descripción es proveer una unidad de pila de electrodos integral en la cual un electrodo y una capa de separación como un separador están integradas con el fin de evitar la distorsión del electrodo debida a defectos de laminación que aparecen en el proceso de laminación del electrodo y el separador, y la reducción del rendimiento debida a la ocurrencia de arrugas en los separadores, y un método de fabricación de la misma.
Otro objeto de la presente descripción es proveer una unidad de pila de electrodos integral capaz de mejorar la fuerza adhesiva entre la capa de separación y el electrodo, que tiene excelente resistencia y características de alargamiento, y de mejorar la seguridad de la batería secundaria, y un método de fabricación de la misma.
La invención es como se define por las reivindicaciones anexas.
Solución técnica
Con el fin de lograr el objeto anterior, la presente invención provee una unidad de pila de electrodos integral que comprende:
un primer electrodo, un segundo electrodo y una capa de separación interpuesta entre el primer electrodo y el segundo electrodo,
en donde la capa de separación es una capa de recubrimiento PSA fotocurada integralmente formada en el primer electrodo,
en donde la capa de separación tiene una resistencia de 30 a 50 MPa, y una fuerza adhesiva al segundo electrodo de 70gf/20mm a 90gf/20mm, y
en donde el primer electrodo, la capa de separación y el segundo electrodo están laminados.
La capa de recubrimiento PSA fotocurada es una capa de recubrimiento polimérica que contiene partículas cerámicas. La capa de recubrimiento PSA fotocurada se obtiene curando una tinta libre de disolvente PSA que contiene:
• de 10 a 30 % en peso de las partículas cerámicas,
• de 45 a 65 % en peso de un monómero monofuncional,
• de 10 a 15 % en peso de un monómero polifuncional,
• de 5 a 10 % en peso de un oligómero, y
• de 0,1 a 0,8 % en peso de un iniciador,
en donde los monómeros y el oligómero se eligen de monómeros u oligómero basados en acrilato o basados en epoxi.
En una realización específica, las partículas cerámicas pueden tener un diámetro (D50) promedio de 10 nm a 500 nm, y ejemplos de las mismas pueden ser al menos una seleccionada del grupo que consiste en AlN, BN, BeO, SrTiOa, SnO<2>, CeO<2>, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO<2>, Y<2>O<3>, AbO3, TiO<2>y SiC.
En otra realización específica, el polímero puede ser un monómero basado en acrilato o basado en epoxi, un oligómero basado en acrilato o basado en epoxi, o un polímero del monómero y el oligómero.
Mientras tanto, en una realización específica, la capa de separación puede tener una estructura con patrones.
Además, la capa de separación puede estar compuesta de dos o más capas, cada capa de separación tiene una estructura con patrones, y cada capa de separación puede tener un patrón diferente del de una capa de separación adyacente.
Cuando la capa de separación está compuesta de dos o más capas, el patrón de cada una de las respectivas capas de separación es un patrón tipo línea en el cual la parte recubierta y la parte no recubierta aparecen de manera alterna, y un ángulo de la línea formada por los patrones de la capa de separación adyacente puede ser de 10 grados a 90 grados.
Independientemente de cuántas capas tenga la capa de separación, el espesor total de la capa de separación puede ser de 1 jm a 5 |jm, la porosidad total puede ser de 20 a 60 %, y el diámetro (D50) promedio de los poros puede ser de 0,01 jm a 1 jm.
La capa de separación formada de esta manera puede tener un alargamiento de 20 % a 50 %.
Mientras tanto, en una realización específica, la unidad de pila de electrodos integral puede incluir además un separador en la otra superficie del primer electrodo que no mira a la capa de separación.
Según otro aspecto de la presente invención, se provee un método de fabricación de la unidad de pila de electrodos integral, el método comprendiendo las etapas de:
(a) recubrir y curar una tinta libre de disolvente PSA (adhesivo sensible a la presión, PSA, por sus siglas en inglés) en una estructura transpirable en el primer electrodo para formar una capa de separación;
(b) apilar un segundo electrodo en la capa de separación; y
(c) laminar el primer electrodo, la capa de separación y el segundo electrodo.
La tinta libre de disolvente PSA contiene partículas cerámicas, un monómero monofuncional, un monómero polifuncional, un oligómero, y un iniciador, y contiene de 10 a 30 % en peso de las partículas cerámicas, de 45 a 65 % en peso del monómero monofuncional, de 10 a 15 % en peso del monómero polifuncional, de 5 a 10 % en peso de oligómero, y de 0,1 a 0,8 % en peso del iniciador. Los monómeros y el oligómero se eligen de monómeros u oligómero basados en acrilato o basados en epoxi.
Mientras tanto, en una realización específica, la tinta libre de disolvente PSA puede recubrirse sobre el primer electrodo mediante impresión por inyección de tinta, en donde la tinta libre de disolvente PSA puede tener una viscosidad a temperatura ambiente de 5 a 100 cP
El curado de la tinta libre de disolvente PSA recubierta sobre el primer electrodo de esta manera puede llevarse a cabo por irradiación UV usando una lámpara LED.
Además, en una realización específica, un separador tipo hoja se lamina sobre la otra superficie del primer electrodo en la cual la capa de separación no se forma en la etapa (a), la etapa (c) lamina el separador tipo hoja, el primer electrodo, la capa de separación y el segundo electrodo, y el método de fabricación de la unidad de pila de electrodos puede incluir además cortar el separador tipo hoja para que se corresponda con el primer electrodo o el segundo electrodo después de la etapa (c).
Mientras tanto, según incluso otro aspecto de la presente descripción, se provee una batería secundaria de litio que comprende la unidad de pila de electrodos integral.
Breve descripción de los dibujos
La Fig. 1 es una vista esquemática que muestra un método de fabricación de una unidad de pila de electrodos según la técnica relacionada;
la Fig. 2 es una vista en sección transversal de una unidad de pila de electrodos integral en la cual una capa de separación se forma como una capa según una realización de la presente descripción;
la Fig. 3 es una vista en perspectiva del despiece de la unidad de pila de electrodos de la Fig. 2;
la Fig. 4 es una vista en sección transversal de una unidad de pila de electrodos integral en la cual una capa de separación está formada por dos capas según otra realización de la presente descripción;
la Fig. 5 es una vista en perspectiva del despiece de la unidad de pila de electrodos de la Fig. 4; y
la Fig. 6 es una vista esquemática que muestra un método de fabricación de la unidad de pila de electrodos integral de la Fig. 4.
Descripción detallada de las realizaciones
De aquí en adelante, la presente descripción se describirá en mayor detalle para una mejor comprensión de la presente descripción.
Los términos o las palabras usadas en la presente memoria descriptiva y en las reivindicaciones no deben interpretarse como limitadas a términos ordinarios o de diccionario, y la presente descripción debe interpretarse con significados y conceptos que sean coherentes con la idea técnica de la presente descripción en base al principio de que los inventores pueden definir, de manera apropiada, conceptos de los términos para describir, de manera adecuada, su propia descripción de la mejor manera.
Los términos técnicos provistos en la presente memoria se usan meramente a los fines de describir realizaciones particulares solamente y no pretenden limitar la presente descripción. Las formas singulares "un", "una/o" y "el/la" pretenden incluir las formas plurales también, a menos que el contexto indique claramente lo contrario.
Además, a lo largo de la memoria descriptiva, cuando se hace referencia a una porción como una "que incluye" cierto componente, ello significa que la porción puede además incluir otros componentes, sin excluir los otros componentes, a menos que se establezca lo contrario.
Según la presente invención, se provee una unidad de pila de electrodos integral que comprende:
un primer electrodo, un segundo electrodo y una capa de separación interpuesta entre el primer electrodo y el segundo electrodo,
en donde la capa de separación es una capa de recubrimiento PSA fotocurada integralmente formada en el primer electrodo,
en donde la capa de separación tiene una resistencia de 30 a 50 MPa, y una fuerza adhesiva al segundo electrodo de 70gf/20mm a 90gf/20mm, y
en donde el primer electrodo, la capa de separación y el segundo electrodo están laminados.
Es decir, de manera convencional, un separador se lamina como un miembro separado en el electrodo y se lamina para fabricar una unidad de pila de electrodos pero, según la presente descripción, una capa de recubrimiento PSA fotocurada puede formarse integralmente en el primer electrodo, mejorando de este modo la fuerza adhesiva y proporcionando una capa de separación fuerte mediante un método más simple.
La capa de recubrimiento PSA fotocurada se obtiene curando una tinta libre de disolvente PSA que contiene:
• de 10 a 30 % en peso de las partículas cerámicas,
• de 45 a 65 % en peso de un monómero monofuncional,
• de 10 a 15 % en peso de un monómero polifuncional,
• de 5 a 10 % en peso de un oligómero, y
• de 0,1 a 0,8 % en peso de un iniciador,
en donde los monómeros y el oligómero se eligen de monómeros u oligómero basados en acrilato o basados en epoxi.
La capa de recubrimiento PSA fotocurada es una capa de recubrimiento de polímero que contiene partículas cerámicas.
Aquí, las partículas cerámicas pueden tener un diámetro (D50) promedio de 10 nm a 500 nm.
El diámetro (D50) de partícula significa un tamaño (diámetro) de partícula en un punto del 50 % en la distribución acumulativa del número de partículas con respecto al diámetro. De manera específica, D50 puede medirse usando un método de difracción láser. De manera específica, el polvo a medir se dispersa en un medio de dispersión, y luego se introduce en un analizador de tamaño de partícula de difracción láser comercialmente disponible (p. ej., Microtac S3500). Cuando las partículas pasan a través del haz de láser, la diferencia de patrón de difracción según el tamaño de partícula se mide para calcular la distribución de tamaño de partícula. El D50 puede medirse calculando el diámetro de partícula en un punto del 50 % en la distribución acumulativa del número de partículas con respecto al diámetro de partícula en el analizador.
Cuando las partículas cerámicas son demasiado pequeñas fuera del rango anterior, hay dificultades en el proceso de recubrimiento, y cuando las partículas cerámicas son demasiado grandes, el espesor de la capa de recubrimiento se convierte en demasiado grueso, el recubrimiento es difícil, no puede garantizarse suficiente fuerza o resistencia al calor y, por lo tanto, es difícil actuar como una capa de separación, y la fuerza adhesiva al electrodo puede disminuir, lo cual no es preferible.
El tipo de partícula cerámica no está particularmente limitado siempre que una reacción de oxidación y/o reducción no ocurra en el rango de tensión operativa de la batería secundaria aplicada como partículas inorgánicas (p. ej., 0~5V en base a Li/L¡+), pero es preferible que la conductividad iónica sea alta y la densidad sea pequeña. Por ejemplo, las partículas cerámicas pueden ser, preferiblemente, al menos una seleccionada del grupo que consiste en (a) partículas inorgánicas constantes dieléctricas altas que tienen una constante dieléctrica de 1 o más, 5 o más, preferiblemente 10 o más, (b) partículas inorgánicas que tienen piezoelectricidad, (c) partículas inorgánicas conductoras térmicas, y (d) partículas inorgánicas que tienen una capacidad de transferencia de iones de litio y, de manera específica, puede ser al menos una seleccionada del grupo que consiste en AlN, BN, BeO, SrTiO3, SnO<2>, CeO<2>, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO<2>, Y<2>O<3>, AbO3, TO<2>y SiC.
Las partículas cerámicas pueden estar contenidas en una cantidad de 10 a 30 % en peso según el peso total de la capa de separación.
Cuando el contenido de las partículas cerámicas es menor que el 10 % en peso fuera del rango anterior, el contenido del polímero se convierte en excesivamente grande, y un espacio vacío formado entre las partículas cerámicas se reduce y el tamaño del poro y la porosidad se reducen, reduciendo así la movilidad de los iones de litio, lo cual no es adecuado como separador. Por otro lado, cuando el contenido es mayor que el 30 % en peso, la fuerza adhesiva de las partículas puede debilitarse y, por consiguiente, las propiedades mecánicas de la capa de separación final pueden deteriorarse, lo cual no es preferible.
Además, el polímero puede ser un monómero basado en acrilato o basado en epoxi, un oligómero basado en acrilato o basado en epoxi, o un polímero del monómero y el oligómero.
Es decir, la capa de recubrimiento PSA fotocurada puede formarse a través de un proceso en el cual una tinta libre de disolvente que incluye las partículas cerámicas, un monómero y/u oligómero que se polimerizarán en dicho polímero, y un iniciador para iniciar la polimerización de dicho monómero y/u oligómero se recubre sobre el primer electrodo y luego se cura.
De manera más específica, la unidad de pila de electrodos integral se fabrica mediante las etapas de:
(a) recubrir y curar una tinta libre de disolvente PSA (adhesivo sensible a la presión) en una estructura transpirable en el primer electrodo para formar una capa de separación;
(b) apilar un segundo electrodo sobre la capa de separación; y
(c) laminar el primer electrodo, la capa de separación y el segundo electrodo.
Aquí, la tinta libre de disolvente PSA puede incluir partículas cerámicas; al menos una seleccionada del grupo que consiste en un monómero y un oligómero; y un iniciador como se explica más arriba.
De manera específica, puede incluir todas las partículas cerámicas, monómeros, oligómeros e iniciadores y, más específicamente, puede incluir partículas cerámicas, monómeros monofuncionales, monómeros polifuncionales, oligómeros e iniciadores.
Los monómeros y oligómeros pueden ser específicamente monómeros u oligómeros de epoxi/acrílicos.
Dado que el material basado en epoxi/acrilato tiene las propiedades de una resina de epoxi, tiene buena resistencia, flexibilidad, fuerza adhesiva, curabilidad, etc., fuerte resistencia química, y buena resistencia al calor y durabilidad y, por lo tanto, es más preferible que se use como una capa de separación.
El monómero puede seleccionarse de, por ejemplo, monómeros monofuncionales como, por ejemplo, BA(butil acrilato), 2-EHA(acrilato de 2-etilhexilo), HEA(acrilato de 2-hidroxietilo), SA(estearil acrilato), MMA(metilmetacrilato), IBOA(acrilato de isobornilo), IDA(acrilato de isodecilo), LA(acrilato de laurilo), CA(acrilato de caprolactona), y BZA(acrilato de bencilo); y monómeros polifuncionales como, por ejemplo, TMPTA(trimetilolpropano triacrilato), PETA(triacrilato de pentaeritritol), TAOEIC(tris(2-acriloiloxi-etil) isocianurato), GPTA(acrilato de glicerina (PO)3), y THEICTA(triacrilato de tris(2-hidroxietil) isocianurato).
El oligómero puede seleccionarse de, por ejemplo, HDDA(diacrilato de 1,6-hexanodiol), TCDDA(diacrilato de triciclodecano dimetanol), PEG200DA(diacrilato de polietilenglicol 400), TTEGDA(diacrilato de tetraetilenglicol), TPGDA(diacrilato de tripropilenglicol), DPGDA(diacrilato de dipropilenglicol), TEGDA(diacrilato de trietilenglicol), y similares.
Además, el iniciador que inicia la polimerización del monómero y el oligómero es un iniciador de fotocurado, y puede usarse sin limitación un iniciador general capaz de iniciar la fotopolimerización generando radicales mediante irradiación con UV o similar como, por ejemplo, un compuesto basado en acetofenona, un compuesto basado en biimidazol, un compuesto basado en triazina, un compuesto basado en oxima, un compuesto basado en benzoína, un compuesto basado en hidroxicetona, un compuesto basado en aminocetona, o un compuesto basado en óxido de fosfina.
Dado que los materiales específicos de estos iniciadores se describen en la técnica, se omitirán descripciones detalladas de los mismos en la presente memoria.
Por otro lado, dado que los contenidos de dichas partículas cerámicas, monómeros, oligómeros e iniciadores también afectan las propiedades físicas de la capa de separación, también es preferible ajustar el contenido de manera apropiada.
Específicamente, las partículas cerámicas pueden estar contenidas en una cantidad de 10 a 30 % en peso según el peso total de la tinta libre de disolvente PSA.
Cuando el contenido de las partículas cerámicas es menor que el 10 % en peso fuera del rango anterior, el contenido de monómeros y oligómeros se convierte en demasiado grande, un espacio vacío formado entre las partículas cerámicas se reduce y el tamaño del poro y la porosidad se reducen, reduciendo así la movilidad de los iones de litio, lo cual no es adecuado como separador. Por otro lado, cuando el contenido es mayor que el 30 % en peso, la fuerza adhesiva de las partículas puede debilitarse y, por consiguiente, las propiedades mecánicas de la capa de separación final pueden deteriorarse, lo cual no es preferible.
Mientras tanto, el iniciador puede estar contenido en una cantidad de 0,1 a 0,8 % en peso según el peso total de la tinta libre de disolvente PSA.
Cuando el contenido del iniciador es demasiado pequeño fuera del rango anterior, el curado puede no llevarse a cabo de manera suficiente, y cuando el contenido del iniciador es demasiado grande, no es posible obtener una capa de separación que tenga propiedades físicas deseadas como, por ejemplo, una disminución de la fuerza adhesiva, lo cual no es preferible.
De manera más específica, cuando la tinta libre de disolvente PSA incluye partículas cerámicas, un monómero monofuncional, un monómero polifuncional, un oligómero, y un iniciador, puede contener de 10 a 30 % en peso de las partículas cerámicas, de 45 a 65 % en peso del monómero monofuncional, de 10 a 15 % en peso del monómero polifuncional, de 5 a 10 % en peso del oligómero, y de 0,1 a 0,8 % en peso del iniciador.
En el caso del monómero monofuncional, este puede usarse para garantizar la fuerza adhesiva y el alargamiento de la capa de separación, y en el caso del monómero polifuncional, este puede usarse para garantizar el encogimiento y la resistencia de la capa de separación después del curado, y el oligómero puede usarse para garantizar la viscosidad de la tinta libre de disolvente PSA y aumentar la resistencia y el alargamiento de la capa de separación. Por lo tanto, cuando el contenido del monómero monofuncional es pequeño fuera del rango anterior, o el contenido del monómero polifuncional y el oligómero es relativamente alto, no pueden garantizarse fuerza adhesiva y alargamiento suficientes. Por otro lado, cuando el contenido del monómero monofuncional es alto y el contenido del monómero polifuncional o el contenido del oligómero es relativamente pequeño, no puede obtenerse suficiente resistencia, lo cual no es preferible.
La capa de separación preparada de esta manera puede tener una resistencia de 30 a 50 MPa como se describe más arriba.
Cuando la resistencia es menor que 30 MPa fuera del rango anterior, puede no funcionar como una capa de separación, o la capa de separación puede deformarse o rasgarse durante la laminación en el proceso de fabricación de la unidad de pila de electrodos, lo cual no es preferible. Cuando la resistencia es mayor que 50 MPa, la fuerza adhesiva o el alargamiento pueden disminuir, lo cual no es preferible.
La resistencia se ha medido a temperatura ambiente usando una máquina de prueba UTM (fabricada por Zwick/Roell). La muestra de medición se prepara recubriendo una capa de separación en forma de hueso de perro con un espesor de 1,0 mm en una placa tratada con liberación (Al-anodizada) según la norma ASTM-D638, y luego sometiéndola a curado UV (longitud de onda ultravioleta: 395 nm, 3 segundos). Luego, cuando se tira del espécimen de hueso de perro a ambos lados a una velocidad de 10 mm/min, se mide la resistencia al momento en el que se rompe el espécimen de capa de separación.
Además, la capa de separación puede tener una fuerza adhesiva al segundo electrodo de 70 gf/20 mm a 90 gf/20 mm como se describe más arriba.
Cuando la fuerza adhesiva es demasiado baja fuera del rango anterior, las características de vida útil de la batería secundaria no son buenas, y es prácticamente difícil garantizar una fuerza adhesiva alta que se desvíe del rango anterior, lo cual no es preferible.
La fuerza adhesiva se mide de la siguiente manera. Una capa de separación se recubre (espesor: 10 |jm) sobre el primer electrodo perforado en un tamaño de 20 mm X 150 mm, y se somete a curado UV (longitud de onda UV: 395 nm, 3 segundos), y luego el segundo electrodo se perfora en un tamaño de 20 mm X 145 mm y se lamina, y luego se hace pasar a través de un laminador de rodillo a 100 °C y se adhiere. En este momento, la velocidad del laminador de rodillo es de 0,4 m/min, y la presión es de 2 kgf/cm2
A continuación, después de montar un dispositivo UTM (LLOYD Instrument LF Plus), se tira del segundo electrodo a una velocidad de medición de 100 mm/min a temperatura ambiente, y se mide la fuerza de desprendimiento de la capa de separación.
Mientras tanto, la capa de separación puede tener una estructura con patrones.
Aquí, la estructura con patrones no está limitada siempre que tenga cierto patrón, y puede aplicarse en varias maneras. Una forma de punto, una forma de línea, una forma poligonal, etc., están todas disponibles.
La Fig. 2 muestra una vista en sección transversal de una unidad 100 de pila de electrodos integral que incluye una capa de separación que tiene una estructura con patrones según una realización, y la Fig. 3 muestra una vista en perspectiva del despiece de la unidad 100 de pila de electrodos.
Con referencia a las Figs. 2 y 3, la capa 120 de separación es forma en el primer electrodo 110, y el segundo electrodo 130 se forma en la capa 120 de separación.
En este momento, la capa 120 de separación tiene una estructura con patrones tipo línea en la cual la parte recubierta y la parte no recubierta aparecen de manera alterna.
A través de dicha estructura con patrones, puede ajustarse la porosidad de la capa de separación.
Además, la 100 de pila de electrodos integral puede incluir además un separador 140 en la otra superficie del primer electrodo 110 que no mira a la capa 120 de separación.
Por otro lado, la capa de separación está compuesta de dos o más capas, cada capa de separación tiene una estructura con patrones, y cada capa de separación puede tener una estructura con patrones diferente de la de una capa de separación adyacente.
En este momento, la estructura con patrones de cada capa de separación no está limitada, y son posibles varias estructuras. En un ejemplo, el patrón de cada capa de separación es un patrón tipo línea en el cual una parte recubierta y una parte no recubierta aparecen de manera alterna, y el ángulo de la línea formada por los patrones de la capa de separación adyacente puede ser de 10 grados a 90 grados.
Con el fin de facilitar la comprensión de estas configuraciones, la Fig. 4 muestra una vista en sección transversal de la unidad 200 de pila de electrodos formada con dos capas 220 y 220a de separación, y la Fig. 5 es una vista en perspectiva del despiece de la unidad 200 de pila de electrodos.
Con referencia a las Figs. 4 y 5, en primer lugar, la primera capa 220 de separación se forma en el primer electrodo 210 para tener una estructura con patrones tipo línea uniforme. Luego, la segunda capa 220a de separación se forma para tener una estructura con patrones tipo línea de modo que forma un ángulo de aproximadamente 90 grados que es un ángulo diferente del de la primera capa 220 de separación.
Además, el segundo electrodo 230 se forma en la segunda capa 220a de separación.
En la figura, solo se muestra la configuración en la cual la primera y segunda capas 220 y 220a de separación se forman, pero huelga decir que pueden formarse tres o más capas de separación.
Además, la unidad 200 de pila de electrodos integral puede incluir además un separador 240 en la otra superficie del primer electrodo 210 que no mira a la capa 220 de separación.
Mientras tanto, la Fig. 6 muestra un método 300 para fabricar dicha unidad de pila de electrodos integral.
Con referencia a la Fig. 6, en primer lugar, el primer electrodo 310 se corta en unidades de electrodos con un cortador 311, y una tinta 321 libre de disolvente PSA se recubre sobre el primer electrodo 310 cortado.
En este momento, el método de recubrimiento de la tinta 321 libre de disolvente PSA sobre el primer electrodo no está limitado, pero con el fin de recubrir, de manera adecuada, la tinta 321 libre de disolvente PSA, específicamente, puede recubrirse mediante impresión por inyección de tinta.
Cuando se usa este método de impresión por inyección de tinta, la cantidad de descarga puede ajustarse a varios picolitros y, por consiguiente, es fácil ajustar la porosidad del separador laminado e implementar el tamaño de los poros, y es fácil ajustar el tamaño de la estructura con patrones descrita más adelante, lo cual es, por tanto, preferible.
Por lo tanto, la viscosidad de la tinta 321 libre de disolvente PSA para descargar suavemente la tinta 321 libre de disolvente PSA mediante un método como, por ejemplo, impresión por inyección de tinta, puede ser una viscosidad a temperatura ambiente de 5 a 100 cP, más específicamente de 8 a 50 cp, y más específicamente de 10 a 20 cp. La viscosidad se mide en la cual el dispositivo modelo Brookfield DV2T LV TJ10 se usa con la tinta libre de disolvente PSA a 25 °C, la parte de husillo del modelo correspondiente se reemplaza por un cono y una placa, y un cono CPA-40Z se aplica y mide a 10 rpm.
Cuando la viscosidad es demasiado baja fuera del rango anterior, es difícil recubrir una cantidad apropiada de la tinta sobre el primer electrodo, y cuando la viscosidad es demasiado alta, la descarga de la tinta es imposible, lo cual no es preferible.
Después del recubrimiento, se forma una capa de separación a través de un proceso de curado.
El curado se lleva a cabo mediante irradiación 322 UV usando una lámpara LED. De manera específica, el curado puede llevarse a cabo irradiando UV a una longitud de onda corta de 350 nm a 450 nm, específicamente, una longitud de onda corta de 380 nm a 400 nm bajo una salida de 0,5W/cm2 a 1,0W/cm2 durante 1 a 3 segundos.
Por otro lado, el curado provoca un encogimiento en comparación con el área de recubrimiento de la tinta libre de disolvente PSA, en donde el encogimiento, que es la relación del área encogida con respecto al área original, puede ser inferior al 3 %.
Cuando el encogimiento es demasiado grande fuera del rango anterior, no solo no es posible garantizar suficiente resistencia de la capa de separación, sino que también es difícil llevar a cabo, de manera adecuada, la función como la capa de separación.
El encogimiento después del curado (%) puede calcularse mediante (área de recubrimiento - área después de curado)/área de recubrimiento X 100 midiendo el área después del curado con respecto al área de recubrimiento de tinta libre de disolvente PSA.
La capa de separación preparada de esta manera puede tener un espesor total de 1 a 5 pm, específicamente de 2 a 4 pm.
Cuando la capa de separación es demasiado delgada fuera del rango anterior, no puede llevar a cabo completamente su papel como capa de separación, y cuando la capa de separación es demasiado gruesa, el volumen total de la batería secundaria puede aumentar, lo cual no es preferible.
Además, cuando la capa de separación es dos o más capas, el espesor de cada capa de separación es preferiblemente inferior a 2 pm.
Una porosidad total de la capa de separación puede ser de 20 a 60 %, y un diámetro (D50) promedio de los poros puede ser de 0,01 pm a 1 pm.
Por lo tanto, cuando se forma la capa de separación, el espaciado, forma, número de capas, etc., de la estructura con patrones pueden ajustarse para satisfacer el rango de más arriba.
Cuando la porosidad es demasiado pequeña fuera del rango anterior o el diámetro (D50) promedio de los poros es demasiado pequeño, la capacidad de transporte de iones disminuye, y se reduce la conductividad iónica. Cuando la porosidad o el diámetro (D50) promedio de los poros es demasiado grande, la resistencia de la capa de separación puede debilitarse, lo cual no es preferible.
Para la porosidad de la capa de separación, la capa de separación está hecha en cierto tamaño usando un equipo de inyección de tinta, y luego se pesa y calcula el volumen. El separador se sumerge en n-butanol durante 2 horas, se extrae y todo el n-butanol sobre la superficie se retira, y luego el peso se mide y calcula mediante la siguiente fórmula.
Porosidad £(%) = Ww-Wd / pbVp X 100 (Ww: peso impregnado con n-butanol, Wd: peso de separador seco, pb: densidad de n-butanol, Vp: volumen de separador seco).
El diámetro promedio de los poros es el valor en el cual la superficie superior de la capa de separación se toma con una fotografía SEM con un aumento de 2.500 veces, y luego entre las poros superficiales encontrados en el rango muestreado aleatorio (de más de 10 um de ancho, más de 15 um de largo) en la fotografía medida, la longitud del eje principal se mide como el tamaño de poro, y el número mínimo de poros a medir se establece en 10 o más, y se calcula el promedio de los tamaños de poros obtenidos después de la medición.
Además, la capa de separación puede tener un alargamiento de 20 % a 50 %.
Cuando el alargamiento es demasiado pequeño fuera del rango anterior, puede aparecer un fenómeno de rasgado o agrietamiento local debido a la presión, y cuando el alargamiento es demasiado alto, no puede tener resistencia como capa de separación, lo cual no es preferible.
El alargamiento se mide a temperatura ambiente usando una máquina de prueba UTM (fabricada por Zwick/Roell). La muestra de medición se prepara recubriendo una capa de separación en forma de hueso de perro con un espesor de 1,0 mm en una placa tratada con liberación (Al-anodizada) según la norma ASTM-D638-5, y luego sometiéndola a curado UV (longitud de onda ultravioleta: 395 nm, 3 segundos). Luego, cuando se tira del espécimen de hueso de perro a ambos lados a una velocidad de 10 mm/min, se mide el alargamiento al momento en el que se rompe el espécimen de capa de separación.
Alargamiento (%) = longitud en punto de rotura / longitud inicial x 100.
Dado que la capa de separación satisface estas condiciones puede funcionar suficientemente como un separador para una batería secundaria de litio mientras garantiza suficiente fuerza adhesiva al electrodo. Por consiguiente, es esencial formar la capa de separación para que satisfaga estas condiciones.
Con referencia a la Fig. 6 nuevamente, después de llevar a cabo el curado de esta manera para formar la capa 320 de separación con propiedades físicas específicas, un segundo electrodo 330 se apila sobre la capa 320 de separación en un estado en el que se corta en unidades de electrodo por un cortador 331.
Luego, el primer electrodo 310, la capa 320 de separación y el segundo electrodo 330 se laminan por un rodillo 340 de laminación, formando de esta manera una unidad 360 de pila de electrodos.
Mientras tanto, como se muestra en la Fig. 6, el primer electrodo 310 puede suministrarse en un estado donde el separador 370 en forma de hoja se apila, en la otra superficie del primer electrodo 310 en la cual no se forma la capa 320 de separación.
En este momento, la laminación puede llevarse a cabo en todo el separador 370 en forma de hoja, el primer electrodo 310, la capa 320 de separación y el segundo electrodo 330, en donde el método 300 de fabricación de la unidad de pila de electrodos puede incluir además cortar el separador 370 en forma de hoja por un cortador 350 para que corresponda a los electrodos 310 y 330 después de la laminación.
Mientras tanto, según otra realización de la presente descripción, se provee una batería secundaria de litio que incluye la unidad de pila de electrodos integral.
Dicha batería secundaria de litio puede tener una estructura en la cual un conjunto de electrodos que incluye la unidad de pila de electrodos integral se incorpora en una caja de batería junto con una solución electrolítica.
La estructura y el método de fabricación específicos de una batería secundaria de litio se conocen en la técnica y, por lo tanto, se omitirá una descripción detallada de los mismos en la presente memoria.
En lo sucesivo, se describen ejemplos preferidos de la presente descripción, ejemplos comparativos para compararlos, y ejemplos experimentales para evaluarlos.
Ejemplo de preparación 1
2-EHA (acrilato de 2-etilhexilo) : TMPTA(trimetilolpropano triacrilato) : PEG200DA (diacrilato de polieilenglicol 400) : iniciador (Irgacure369) : AbO3(D50: 200~300nm) como las partículas cerámicas se mezclaron en una relación de peso de 40 : 19,5 : 20 : 0,5 : 20 para preparar una tinta libre de disolvente PSA.
Ejemplo de preparación 2
2-EHA (acrilato de 2-etilhexilo) : TMPTA(trimetilolpropano triacrilato) : PEG200DA (diacrilato de polieilenglicol 400) : iniciador (Irgacure369) : AbO3(D50: 200~300nm) como las partículas cerámicas se mezclaron en una relación de peso de 70 : 5 : 4,5 : 0,5 : 20 para preparar una tinta libre de disolvente PSA.
Ejemplo de preparación 3
2-EHA (acrilato de 2-etilhexilo) : TMPTA(trimetilolpropano triacrilato) : PEG200DA (diacrilato de polieilenglicol 400) : iniciador (Irgacure369) : AbO3 (D50: 200~300nm) como las partículas cerámicas se mezclaron en una relación de peso de 60 : 10 : 9 : 1 : 20 para preparar una tinta libre de disolvente PSA.
Ejemplo de preparación 4
2-EHA (acrilato de 2-etilhexilo) : TMPTA(trimetilolpropano triacrilato) : PEG200DA (diacrilato de polieilenglicol 400) : iniciador (Irgacure369) : AbO3(D50: 200~300nm) como las partículas cerámicas se mezclaron en una relación de peso de 60 : 10 : 9,5 : 0,5 : 20 para preparar una tinta libre de disolvente PSA.
Ejemplo de preparación 5
2-EHA (acrilato de 2-etilhexilo) : TMPTA(trimetilolpropano triacrilato) : PEG200DA (diacrilato de polieilenglicol 400) : iniciador (Irgacure369) : AbO3(D50: 200~300nm) como las partículas cerámicas se mezclaron en una relación de peso de 45 : 10 : 24,5 : 0,5 : 20 para preparar una tinta libre de disolvente PSA.
Ejemplo de preparación 6
2-EHA (acrilato de 2-etilhexilo) : TMPTA(trimetilolpropano triacrilato) : PEG200DA (diacrilato de polieilenglicol 400) : iniciador (Irgacure369) : AbO3(D50: 200~300nm) como las partículas cerámicas se mezclaron en una relación de peso de 50 : 15 : 14,5 : 0,5 : 20 para preparar una tinta libre de disolvente PSA.
Ejemplo experimental 1
Mediante el uso de tinta libre de disolvente PSA preparada en los Ejemplos de preparación 1 a 6, la resistencia y el alargamiento se midieron de la siguiente manera, y los resultados se muestran en la Tabla 1 de más abajo.
La resistencia se midió a temperatura ambiente usando una máquina de prueba UTM (fabricada por Zwick/Roell). La muestra de medición se preparó recubriendo una capa de separación en forma de hueso de perro con un espesor de 1,0 mm en una placa tratada con liberación (Al-anodizada) según la norma ASTM-D638, y luego sometiéndola a curado UV (longitud de onda ultravioleta: 395 nm, 3 segundos). Luego, cuando se tiró del espécimen de hueso de perro a ambos lados a una velocidad de 10 mm/min, se midió la resistencia al momento de rotura del espécimen de capa de separación.
El alargamiento se llevó a cabo de la misma manera que la resistencia, y se midió el momento en el que se rompió el espécimen de la capa de separación, y luego el alargamiento (%) se calculó de la siguiente manera.
Alargamiento (%) = longitud en punto de rotura / longitud inicial x 100.
Ejemplos comparativos 1 a 3, Ejemplo 1
Fabricación de unidad de pila de electrodos
LiNi0,4Mn0,3Co0,3O2 como un material activo de cátodo, un material conductor de negro de humo, y un aglutinante PVdF se mezclaron en una relación de peso de 4,6:87,9:3,5:4 en un disolvente de N-metilpirrolidona para preparar una lechada de cátodo, que se recubrió sobre un colector de corriente de aluminio, y se secó con rodillo para preparar un cátodo. El cátodo se perforó en un tamaño de 20 mm X 150 mm.
La tinta libre de disolvente PSA de los Ejemplos de preparación 1 a 6 se recubrió sobre el cátodo para tener una estructura con patrones tipo línea como se muestra en las Figs. 2 y 3 mediante impresión por inyección de tinta, y se sometió a curado UV durante 3 segundos (lámpara UV, longitud de onda: 395 nm, salida: 0,5~1W/cm2, etc.) para formar una capa de separación.
Además, MCMB (microperla de mesocarbono, MCMB, por sus siglas en inglés), que es un grafito artificial como un material activo de ánodo, un material conductor de negro de humo y aglutinante PVdF se mezclaron en una relación de peso de 90:5:5 en disolvente de N-metilpirrolidona para preparar una composición para formar un ánodo, que se recubrió sobre el colector de corriente de cobre para preparar un ánodo. El ánodo se perforó en un tamaño de 20 mm X 145 mm.
El ánodo se laminó sobre la capa de separación, y luego se adhirió a través de un laminador de rodillo a 100 °C para preparar una unidad de pila de electrodos. En este momento, la velocidad del laminador de rodillo fue de 0,4 m/min, y la presión fue de 2 kgf/cm2
Ejemplo experimental 2
Las unidades de pila de electrodos preparadas en los Ejemplos comparativos 1 a 3 y el Ejemplo 1 se probaron mediante los siguientes métodos, y se midieron el encogimiento (%) después del curado y la fuerza adhesiva (gf/20 mm). Los resultados se muestran en la Tabla 1 de más abajo.
* El encogimiento después del curado (%) se calculó mediante (área de recubrimiento - área después de curado)/área de recubrimiento x 100 midiendo el área después del curado con respecto al área de recubrimiento de tinta libre de disolvente PSA. ;* Para la medición de la fuerza adhesiva, después del montaje en un dispositivo UTM (LLOYD Instrument LF Plus), se tiró del segundo electrodo a una velocidad de medición de 100 mm/min a temperatura ambiente, y se midió la fuerza de desprendimiento de la capa de separación.
Tabla 1
Con referencia a la Tabla 1, puede confirmarse que cuando se prepara la tinta libre de disolvente PSA, el contenido de monómeros, oligómeros, iniciadores, materiales inorgánicos, etc., tiene el efecto de satisfacer suficiente resistencia, fuerza adhesiva, alargamiento, etc., según la presente descripción y, de lo contrario, no puede obtenerse el efecto previsto por la presente descripción.
Cualquier persona con experiencia ordinaria en el campo al cual pertenece la presente descripción puede realizar varias aplicaciones y modificaciones dentro del alcance de la presente invención según los contenidos anteriores.Aplicabilidad industrial
Como se describe más arriba, la unidad de pila de electrodos integral y el método de fabricación de la misma según una realización de la presente descripción pueden integrar el electrodo y la capa de separación como un separador. Por lo tanto, es posible simplificar el proceso de fabricación y, al mismo tiempo, resolver problemas como, por ejemplo, la distorsión del electrodo, el plegado del separador y similares, que aparecen en el proceso de laminación del electrodo y el separador, aumentando de este modo el rendimiento del electrodo y mejorando la fuerza de adhesión al electrodo.
Además, cuando se aplica la capa de separación como se describe más arriba, es posible ajustar fácilmente el tipo y contenido del material que forma la capa de separación, por medio de lo cual es fácil garantizar excelentes propiedades físicas como, por ejemplo, la fuerza adhesiva, resistencia y alargamiento deseados de la capa de separación.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Una unidad de pila de electrodos integral que comprende:
un primer electrodo (110), un segundo electrodo (130) y una capa (120) de separación interpuesta entre el primer electrodo (110) y el segundo electrodo (130),
en donde la capa (120) de separación es una capa de recubrimiento PSA (adhesivo sensible a la presión) fotocurada integralmente formada en el primer electrodo (110),
en donde la capa (120) de separación tiene una resistencia de 30 a 50 MPa, y una fuerza adhesiva al segundo electrodo (130) de 70gf/20mm a 90gf/20mm, y
en donde el primer electrodo (110), la capa (120) de separación y el segundo electrodo (130) se laminan, en donde la capa de recubrimiento PSA fotocurada es una capa de recubrimiento de polímero que contiene partículas cerámicas,
en donde la capa de recubrimiento PSA fotocurada se obtiene curando una tinta libre de disolvente PSA que contiene:
• de 10 a 30 % en peso de las partículas cerámicas,
• de 45 a 65 % en peso de un monómero monofuncional,
• de 10 a 15 % en peso de un monómero polifuncional,
• de 5 a 10 % en peso de un oligómero, y
• de 0,1 a 0,8 % en peso de un iniciador,
en donde los monómeros y el oligómero se eligen de monómeros u oligómero basados en acrilato o basados en epoxi,
en donde la fuerza adhesiva se determina como se describe en p. 12.
en donde la resistencia se determina como se describe en p. 12-13.
2. La unidad de pila de electrodos integral según la reivindicación 1, en donde:
las partículas cerámicas tienen un diámetro (D50) promedio de 10 nm a 500 nm, en donde el diámetro (D50) promedio de las partículas cerámicas se determina como se describe en p.8.
3. La unidad de pila de electrodos integral según la reivindicación 1, en donde:
las partículas cerámicas son al menos una seleccionada del grupo que consiste en AIN, BN, BeO, SrTiO3, SnO<2>, CeO<2>, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO<2>, Y<2>O<3>, AbO3, TO<2>y SiC.
4. La unidad de pila de electrodos integral según la reivindicación 1, en donde:
la capa (120) de separación tiene una estructura con patrones.
5. La unidad de pila de electrodos integral según la reivindicación 1, en donde:
la capa (120) de separación está compuesta de dos o más capas, cada capa (120) de separación tiene una estructura con patrones, y cada capa (120) de separación tiene un patrón diferente del de una capa (120) de separación adyacente.
6. La unidad de pila de electrodos integral según la reivindicación 1, en donde:
el patrón de cada una de las respectivas capas (120) de separación es un patrón tipo línea en el cual la parte recubierta y la parte no recubierta aparecen de manera alterna, y un ángulo de la línea formada por los patrones de la capa (120) de separación adyacente es de 10 grados a 90 grados.
7. La unidad de pila de electrodos integral según la reivindicación 1 o 5, en donde:
un espesor total de la capa (120) de separación es de 1 |jm a 5 |jm, una porosidad total de la capa (120) de separación es de 20 a 60 %, un diámetro (D50) promedio de los poros es de 0,01 jm a 1 jm, y
la capa (120) de separación tiene un alargamiento de 20 % a 50 %,
en donde el diámetro (D50) promedio de los poros se determina como se describe en p. 16,
en donde el alargamiento se determina como se describe en p. 16.
8. La unidad de pila de electrodos integral según la reivindicación 1, en donde:
la unidad de pila de electrodos integral comprende además un separador en la otra superficie del primer electrodo (110) que no mira a la capa (120) de separación.
9. Un método de fabricación de la unidad de pila de electrodos integral de la reivindicación 1, el método comprendiendo las etapas de:
(a) recubrir y curar una tinta libre de disolvente PSA (adhesivo sensible a la presión) en una estructura transpirable en el primer electrodo (110) para formar una capa (120) de separación;
(b) apilar un segundo electrodo (130) sobre la capa (120) de separación; y
(c) laminar el primer electrodo (110), la capa (120) de separación y el segundo electrodo (130),
en donde la tinta libre de disolvente PSA contiene partículas cerámicas, un monómero monofuncional, un monómero polifuncional, un oligómero, y un iniciador, y
contiene de 10 a 30 % en peso de las partículas cerámicas, de 45 a 65 % en peso del monómero monofuncional, de 10 a 15 % en peso del monómero polifuncional, de 5 a 10 % en peso del oligómero, y de 0,1 a 0,8 % en peso del iniciador,
en donde los monómeros y el oligómero se eligen de monómeros u oligómero basados en acrilato o basados en epoxi.
10. El método de fabricación de la unidad de pila de electrodos integral según la reivindicación 9, en donde:
la tinta libre de disolvente PSA se recubre sobre el primer electrodo (110) mediante impresión por inyección de tinta, y
la tinta libre de disolvente PSA tiene una viscosidad a temperatura ambiente de 5 a 100 cP,
en donde la viscosidad se determina como se describe en p. 13, 1.22-25.
11. El método de fabricación de la unidad de pila de electrodos integral según la reivindicación 9, en donde:
el curado se lleva a cabo mediante irradiación UV usando una lámpara LED.
12. El método de fabricación de la unidad de pila de electrodos integral según la reivindicación 9, en donde:
un separador tipo hoja se lamina sobre la otra superficie del primer electrodo (110) sobre la cual no se forma la capa (120) de separación en la etapa (a),
la etapa (c) lamina el separador tipo hoja, el primer electrodo (110), la capa (120) de separación y el segundo electrodo (130), y
el método de fabricación de la unidad de pila de electrodos comprende además cortar el separador tipo hoja para que corresponda al primer electrodo (110) o al segundo electrodo (130) después de la etapa (c).
13. Una batería secundaria de litio que comprende la unidad de pila de electrodos integral de la reivindicación 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5882721A (en) 1997-05-01 1999-03-16 Imra America Inc Process of manufacturing porous separator for electrochemical power supply
CN103620850B (zh) 2011-06-23 2016-01-06 株式会社Lg化学 具有新型结构的电极组件和使用其的二次电池
KR101393534B1 (ko) 2011-06-30 2014-05-09 주식회사 엘지화학 신규 구조 전극조립체 및 이를 이용한 이차전지
CN103828114B (zh) 2011-09-26 2018-03-09 住友化学株式会社 二次电池用粘合树脂组合物
KR20140100628A (ko) 2013-02-06 2014-08-18 순천대학교 산학협력단 사선형 그라비어 실린더를 갖는 롤투롤 인쇄장치
KR101465164B1 (ko) 2013-05-07 2014-11-25 주식회사 엘지화학 케이블형 이차전지
EP2985831B1 (en) 2013-07-31 2019-08-07 LG Chem, Ltd. Curved electrode stacked body and battery cell comprising same
CN105793371B (zh) 2013-08-16 2019-02-15 Lg化学株式会社 密封胶带
CN204614858U (zh) 2013-10-31 2015-09-02 株式会社Lg化学 电极组件和包含其的锂二次电池
KR20150122320A (ko) 2014-04-22 2015-11-02 한국전자통신연구원 커패시터 및 이의 제조 방법
US10818900B2 (en) * 2014-07-18 2020-10-27 Miltec UV International, LLC UV or EB cured polymer-bonded ceramic particle lithium secondary battery separators, method for the production thereof
CN104393217B (zh) * 2014-10-20 2017-07-07 郑少华 一种叠涂复合锂离子电池隔膜及其制备方法
KR102330760B1 (ko) 2014-11-18 2021-11-23 니폰 제온 가부시키가이샤 전극 구성체 고정용 양면 테이프 및 이차전지
KR101957406B1 (ko) 2015-03-18 2019-06-19 주식회사 엘지화학 일체형 전극조립체 및 이를 포함하는 전기화학소자
PL3244475T3 (pl) * 2015-09-02 2021-05-17 Lg Chem, Ltd. Membrana separacyjna zawierającego części powłoki klejowej o różnych siłach klejenia i zawierający ją zespół elektrod
US20180316045A1 (en) 2015-11-11 2018-11-01 Nitto Denko Corporation Adhesive tape
GB2539297A (en) * 2016-01-15 2016-12-14 Saralon Gmbh Thin battery and manufacturing method therefore
KR101887603B1 (ko) 2017-03-20 2018-08-10 주식회사 케이엠지 패턴화된 복합 분리막의 제조방법
JP6657135B2 (ja) 2017-03-22 2020-03-04 株式会社石井表記 電池製造用装置
KR102256482B1 (ko) 2017-04-18 2021-05-27 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 적층체의 제조 방법
EP3584861B1 (en) * 2017-09-15 2023-06-07 LG Energy Solution, Ltd. Negative electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery including same
KR101972145B1 (ko) 2017-09-28 2019-04-24 주식회사 세븐킹에너지 일체형 전고체 이차전지
US20190190065A1 (en) 2017-12-14 2019-06-20 Nano And Advanced Materials Institute Limited Printable Solid Electrolyte for Flexible Lithium Ion Batteries
WO2019160810A1 (en) * 2018-02-15 2019-08-22 President And Fellows Of Harvard College 3d printed battery and method of 3d printing a battery
KR102538143B1 (ko) 2018-10-15 2023-05-26 주식회사 엘지에너지솔루션 전고체 전지 제조 방법
CN111490229A (zh) 2019-01-25 2020-08-04 株式会社理光 电极及其制造方法，电极元件，电化学元件
JP2020119887A (ja) 2019-01-25 2020-08-06 株式会社リコー 電極及びその製造方法、電極素子、電気化学素子
US11171328B2 (en) 2019-03-01 2021-11-09 Imprint Energy, Inc. Solvent-free electrochemical cells with conductive pressure sensitive adhesives attaching current collectors
US11201347B2 (en) 2019-09-30 2021-12-14 Sora Lee Secondary-cell manufacturing system for forming an electrode assembly using lamination
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CN113024878B (zh) * 2019-12-25 2023-10-03 株式会社理光 多孔质结构体，多孔质结构体的制造方法以及制造装置

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