ES3036679T3 - Copper foil for secondary battery, method of manufacturing the same, and secondary battery including the same - Google Patents

Copper foil for secondary battery, method of manufacturing the same, and secondary battery including the same

Info

Publication number
ES3036679T3
ES3036679T3 ES18838027T ES18838027T ES3036679T3 ES 3036679 T3 ES3036679 T3 ES 3036679T3 ES 18838027 T ES18838027 T ES 18838027T ES 18838027 T ES18838027 T ES 18838027T ES 3036679 T3 ES3036679 T3 ES 3036679T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
sbr
negative electrode
secondary battery
layer
copper sheet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES18838027T
Other languages
English (en)
Inventor
Hyung-Seok Han
Jae-Won Moon
Hyung-Kyun Yu
Ki-Hoon Paeng
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Energy Solution Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020180075894A external-priority patent/KR102184170B1/ko
Application filed by LG Energy Solution Ltd filed Critical LG Energy Solution Ltd
Application granted granted Critical
Publication of ES3036679T3 publication Critical patent/ES3036679T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

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

Abstract

La presente invención se refiere a una lámina de cobre para batería secundaria con excelente resistencia a la oxidación, incluso sin cromo, y con excelente adhesión a una capa de material activo tras su procesamiento en un colector de electrodos; un método para la fabricación de la lámina de cobre para batería secundaria; y una batería secundaria que la comprende. La lámina de cobre para batería secundaria, según la presente invención, presenta una capa de caucho de estireno-butadieno (SBR) formada sobre la superficie de una lámina de cobre electrodepositada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Lámina de cobre para batería secundaria, método de fabricación de la misma y batería secundaria que incluye la misma
Sector de la técnica
La presente descripción se refiere a una lámina de cobre para una batería secundaria, a un método de fabricación de la misma, y a una batería secundaria que incluye la misma y, más particularmente, a una lámina de cobre electrodepositada que tiene un rendimiento satisfactorio como una lámina de cobre para una batería secundaria sin que contenga un elemento de cromo (Cr) como un elemento de procesamiento de superficie como, por ejemplo, para evitar la oxidación (protección contra la oxidación) o similar. La presente solicitud reivindica prioridad con respecto a la Solicitud de Patente Coreana n.° 10-2017-0094256 presentada el 25 de julio de 2017 y a la Solicitud de Patente Coreana n.° 10-2018-0075894 presentada el 29 de junio de 2018 en la República de Corea.
Antecedentes de la invención
Con el rápido aumento reciente de la demanda de productos electrónicos portátiles como, por ejemplo, ordenadores portátiles, cámaras de vídeo, teléfonos portátiles, etc. y la regularización del desarrollo de coches eléctricos, baterías de almacenamiento para almacenamiento de energía, robots, satélites, etc., se llevan a cabo activamente estudios sobre baterías secundarias de alto rendimiento capaces de cargarse y descargarse repetitivamente. Entre las baterías secundarias comercializadas actualmente, una batería secundaria de litio está en el foco de atención porque la batería secundaria de litio casi no tiene efecto memoria en comparación con una batería secundaria basada en níquel y, por lo tanto, se carga y descarga libremente, tiene una tasa de autodescarga muy baja y una alta densidad energética.
En general, una batería secundaria tiene una estructura que incluye un electrodo positivo y un electrodo negativo dispuestos con una película de separación entre los mismos, en donde el electrodo positivo tiene una estructura en la que un material activo de electrodo positivo se fija a un colector de corriente de electrodo positivo y el electrodo negativo tiene una estructura en la que un material activo de electrodo negativo se fija a un colector de corriente de electrodo negativo.
En una batería secundaria de litio, la lámina de cobre electrodepositada se utiliza principalmente como un material de un colector de corriente de electrodo negativo. Casi todos los fabricantes emplean la lámina de cobre electrodepositada debido a la estabilidad de fases, amplia capacidad de respuesta, pureza y facilidad de gestionar extensos enrollados entre diversos materiales utilizados como el colector de corriente de electrodo negativo.
Sin embargo, la lámina de cobre electrodepositada se oxida desde el momento en que se la expone al aire de un electrolizador. Dicha oxidación produce CuO y CuÜ<2>, que no solo actúan como factores que deterioran las características eléctricas, sino que también provocan problemas en la forma externa. Por consiguiente, en general, como elemento de prevención de oxidación o elemento modificador de superficie de la lámina de cobre electrodepositada, se ha utilizado ampliamente un componente de cromo mediante un enchapado en cromo o tratamiento con cromato. En particular, el tratamiento con cromato se utiliza para la mayoría de las láminas de cobre electrodepositadas del mercado de los últimos años. Cuando el componente de cromo existe como un componente de cromo, el número de oxidación es trivalente o hexavalente. La toxicidad para organismos vivos es mucho mayor en un cromo hexavalente y, también, la movilidad en suelo es mayor en el cromo hexavalente.
Por consiguiente, la directiva de la Unión Europea relativa a los vehículos al final de su vida útil (EU ELV, por sus siglas en inglés) adoptó una propuesta para prohibir el uso de materiales peligrosos para el medioambiente como, por ejemplo, plomo, cromo hexavalente, mercurio y cadmio, en vehículos nuevos registrados en el mercado europeo a partir del 1 de julio de 2003, y fomenta el uso activo de cromo trivalente. Asimismo, debido a la concienciación fomentada sobre problemas medioambientales recientes, incluso cuando se utiliza cromo trivalente, el cromo trivalente se puede transformar en cromo hexavalente debido a una incorrecta eliminación, o a que puede que el cromo trivalente se determine como cromo hexavalente debido a un método de análisis erróneo. En este aspecto, es necesario desarrollar una lámina de cobre electrodepositada que no utilice un componente de cromo.
Un componente de metal distinto del cobre tratado sobre una superficie de la lámina de cobre electrodepositada generalmente se denomina una capa de tratamiento de prevención de oxidación (capa preventiva de oxidación) y se utiliza para asegurar una conservación prolongada de propiedades al proteger la lámina de cobre electrodepositada de la oxidación atmosférica. Sin embargo, un tipo de la capa de tratamiento de prevención de oxidación afecta ampliamente la adhesión a una capa de material activo de electrodo negativo después de que se procesa la lámina de cobre electrodepositada a un colector de corriente de electrodo negativo.
Independientemente del desarrollo de la capa de tratamiento de prevención de oxidación de la lámina de cobre electrodepositada, también se están llevando a cabo estudios sobre los procesos de fabricación de un electrodo de una batería secundaria. La lámina de cobre electrodepositada tiene una propiedad hidrofílica de gran excelencia, pero tiene una limitación en cuanto a la adhesión a la capa de material activo de electrodo negativo. Para evitar dicha limitación, actualmente se están aplicando tecnologías para aumentar la adhesión al aumentar el contenido de aglutinante mientras se prepara la lechada de material activo de electrodo negativo, recubrir una capa de carbono sobre la lámina de cobre electrodepositada como imprimación, o usar capas múltiples en una capa de recubrimiento de material activo de electrodo negativo a través de un método llamado capa doble. Dicho método debe ir acompañado de un acuerdo sobre la capacidad de la batería/costes/inversión de equipamiento, etc., y, debido a un aumento en los factores de control del proceso, el rendimiento y la productividad generales se ven afectados negativamente.
Por consiguiente, hay una gran necesidad de una lámina de cobre para una batería secundaria, que tenga prevención a la oxidación y resistencia a la oxidación sin tener que utilizar cromo en una capa de tratamiento de prevención de oxidación de una lámina de cobre electrodepositada y que tenga una adhesión excelente de una capa de material activo de electrodo negativo después de ser procesada a un colector de corriente de electrodo negativo. El documento CN 103805 935 A se refiere a un método de preparación de una lámina de cobre flexible de doble cara.
El documento KR 2003 0039937 A se refiere a un tratamiento de superficie de lámina de cobre electrodepositada para una placa de circuito impreso.
Explicación de la invención
Problema técnico
La presente descripción está diseñada para resolver los problemas de la técnica relacionada y, por lo tanto, la presente descripción está dirigida a proveer una lámina de cobre para una batería secundaria, que tenga una resistencia a la oxidación excelente sin tener que utilizar cromo y que tenga una adhesión excelente a una capa de material activo de electrodo negativo después de ser procesada a un colector de corriente de electrodo negativo. La presente descripción también está dirigida a proveer un método para fabricar la lámina de cobre para una batería secundaria.
La presente descripción también está dirigida a proveer una batería secundaria utilizando la lámina de cobra para una batería secundaria.
Sin embargo, los objetos de la presente descripción no se limitan a lo anterior, y una persona con experiencia ordinaria en la técnica comprenderá claramente otros objetos que no se describen anteriormente a partir de la descripción de la presente descripción a continuación.
Solución técnica
En un aspecto de la presente descripción, se provee una lámina de cobre para una batería secundaria, según la reivindicación 1 del conjunto de reivindicaciones anexas.
La capa de SBR puede recubrir completamente la superficie de la lámina de cobre electrodepositada y puede ser una capa continua en una dirección de espesor, una dirección de ancho y una dirección de longitud.
La capa de SBR puede estar formada sobre dos superficies de la lámina de cobre electrodepositada y puede tener una función de prevención de oxidación. Asimismo, la lámina de cobre electrodepositada puede no contener un elemento de cromo como un elemento de tratamiento de superficie para prevenir la oxidación.
La capa de SBR se recubre inmediatamente sobre la superficie de la lámina de cobre electrodepositada preparada en una superficie de tambor de un electrolizador, sin un tratamiento artificial.
El inventor de la presente descripción descubrió que al utilizar SBR de manera activa como capa de tratamiento de prevención de oxidación sobre una superficie de una lámina de cobre electrodepositada, se obtiene una resistencia a la oxidación excelente sin tener que emplear una capa de tratamiento de prevención de oxidación que contiene cromo como, por ejemplo, un tratamiento con cromato, y además, se aumenta la adhesión a una capa de material activo de electrodo negativo y, por lo tanto, inventó la presente descripción.
Dicha lámina de cobre para una batería secundaria se puede aplicar como un colector de corriente de electrodo negativo de la batería secundaria.
El espesor de la lámina de cobre electrodepositada puede estar en un intervalo de 3 pm a 30 pm.
El espesor de la capa de SBR está en un intervalo de 0,5 pm a 5 pm.
Asimismo, en un método de fabricación de una lámina de cobre para una batería secundaria según la presente descripción, la lámina de cobre electrodepositada puede fabricarse mediante electrodeposición en un tambor en un electrolizador y la lámina electrodepositada puede enrollarse alrededor de una bobina a través de una sección de tratamiento de superficie de SBR mientras la lámina de cobre electrodepositada se extrae del electrolizador. En particular, la sección de tratamiento de superficie de SBR puede estar provista de un tanque de tratamiento de solución acuosa de SBR y un horno de secado por aire caliente en un modo en línea.
La capa de SBR se puede formar al recubrir una solución acuosa de SBR, en la que el SBR se dispersa en agua en una concentración de 1 g/l a 10 g/l, sobre una superficie de lámina de cobre electrodepositada y al secar la solución acuosa de SBR.
Asimismo, el secado se puede llevar a cabo en una atmósfera con una temperatura de 160 °C a 200 °C.
Aquí, el secado puede continuar durante 30 a 240 minutos en una atmósfera con una temperatura de 180 °C a 190 °C para obtener un efecto de horneado además de secado, más allá del concepto de secado simple.
Mientras tanto, en una batería secundaria según la presente descripción, una lámina de cobre para una batería secundaria según la presente descripción se aplica como un colector de corriente de un electrodo negativo.
La batería secundaria puede incluir un conjunto de electrodos que incluye un electrodo positivo, un electrodo negativo, y una película de separación.
En el electrodo negativo, una capa de material activo de electrodo negativo que incluye un material activo de electrodo negativo, un material conductor, y un aglutinante se forma sobre el colector de corriente, y el contenido del aglutinante puede ser de 1 a 15 % en peso del peso total de la capa de material activo de electrodo negativo. En particular, el aglutinante puede ser SBR.
El electrodo negativo puede incluir solo la lámina de cobre electrodepositada, la capa de SBR, y la capa de material activo de electrodo negativo.
Efectos ventajosos
Una lámina de cobre para una batería secundaria según la presente descripción está en un estado en el que se forma una capa de caucho estireno-butadieno (SBR, por sus siglas en inglés) como una capa de tratamiento de prevención de oxidación. La lámina de cobre para una batería secundaria que incluye dicha capa de tratamiento de prevención de oxidación tiene la ventaja de no utilizar una sustancia dañina, ya que no se utiliza cromo en una capa de tratamiento de prevención de oxidación de una lámina de cobre electrodepositada.
La lámina de cobre para una batería secundaria según la presente descripción exhibe el mismo o un mayor rendimiento incluso cuando se compara con una lámina de cobre general sobre la que se lleva a cabo el tratamiento con cromato. No solo las características mecánicas como, por ejemplo, resistencia a la tracción y alargamiento, sino también la rugosidad superficial, son similares a aquellas de una lámina de cobre electrodepositada general de manera que, cuando la lámina de cobre para una batería secundaria según la presente descripción se utiliza como un colector de corriente de electrodo negativo de la batería secundaria, la adhesión entre el colector de corriente de electrodo negativo y una capa de material activo de electrodo negativo aumenta en un 40 al 70 % en comparación con la lámina de cobre electrodepositada general sin tener que cambiar procesos de fabricación de la batería secundaria.
En otras palabras, la presente memoria simplemente describe la capa de tratamiento de prevención de oxidación, pero la adhesión a la capa de material activo de electrodo negativo aumenta por la presencia de la capa de tratamiento de prevención de óxido. Por consiguiente, no es necesario formar una capa de recubrimiento de imprimación que se forma adicionalmente para mejorar la adhesión a una capa de material activo de electrodo negativo cuando se utiliza una lámina de cobre electrodepositada general sobre la que se lleva a cabo un tratamiento de prevención de oxidación con cromato.
La capa de SBR incluida en la lámina de cobre para una batería secundaria según la presente descripción como tal no solo funciona como la capa de tratamiento de prevención de oxidación, sino que también funciona como una capa adhesiva que provee excelente adhesión a la capa de material activo de electrodo negativo. Por consiguiente, la capa de SBR incluida en la lámina de cobre para una batería secundaria según la presente descripción puede denominarse capa funcional compleja de SBR.
Cuando dicha lámina de cobre para una batería secundaria se utiliza como el colector de corriente de electrodo negativo, se puede reducir el contenido de aglutinante en la lechada de material activo de electrodo negativo. En general, mientras un material activo de electrodo negativo se seca después de recubrirse, el aglutinante puede moverse a una superficie de la capa de material activo de electrodo negativo debilitando así la adhesión entre el colector de corriente de electrodo negativo y la capa de material activo de electrodo negativo. En este aspecto, aumenta el contenido de aglutinante en la lechada de material activo de electrodo negativo. La capa de SBR incluida en la lámina de cobre para una batería secundaria según la presente descripción reduce el movimiento de aglutinante en la capa de material activo de electrodo negativo y, como resultado, reduce el contenido de aglutinante en la lechada de material activo de electrodo negativo y aumenta la cantidad de material activo de electrodo negativo, aumentando así la capacidad de la batería secundaria.
Como tal, según la presente descripción, se puede proveer la lámina de cobre para una batería secundaria que tiene no solo una resistencia a la oxidación excelente, sino también propiedades como, por ejemplo, adhesión excelente a la capa de material activo de electrodo negativo después de ser procesada al colector de corriente de electrodo negativo, y que aumenta la capacidad de la batería secundaria cuando se utiliza como el colector de corriente de electrodo negativo.
Asimismo, la lámina de cobre para una batería secundaria según la presente descripción puede formar la capa de SBR como la capa de tratamiento de prevención de oxidación al sumergir una lámina de cobre electrodepositada en una solución acuosa de SBR. Por consiguiente, la gestión del proceso establecida en los procesos existentes de fabricación de la lámina de cobre electrodepositada no se convierte en compleja y los costes de gestión no aumentan.
Breve descripción de los dibujos
Los dibujos anexos ilustran una realización preferida de la presente descripción y, junto con la descripción anterior, sirven para proveer una mayor comprensión de las características técnicas de la presente descripción y, por lo tanto, la presente descripción no debe interpretarse como limitada a los dibujos.
La FIG. 1 es una vista en sección transversal de una lámina de cobre para una batería secundaria, según una realización de la presente descripción;
la FIG. 2 es una vista en sección transversal de un electrodo negativo fabricado utilizando la lámina de cobre de la FIG. 1;
la FIG. 3 es una vista en perspectiva de despiece que muestra esquemáticamente una configuración de una batería secundaria, según una realización de la presente descripción;
la FIG. 4 es una vista en perspectiva de una batería secundaria según una realización de la presente descripción; la FIG. 5 es una vista esquemática de un aparato para llevar a cabo un método de fabricación de una lámina de cobre para una batería secundaria, según una realización de la presente descripción;
la FIG. 6 es una vista lateral esquemática del aparato de la FIG. 5; y
la FIG. 7 ilustra una sección de tratamiento con solución acuosa de caucho estireno-butadieno (SBR) que se puede incluir en el aparato de la FIG. 5.
Realización preferente de la invención
Los objetos y las ventajas de la presente descripción se pueden comprender a partir de la siguiente descripción detallada y se convertirán en aparentes de manera más completa a partir de las realizaciones a modo de ejemplo de la presente descripción. Asimismo, se comprenderá fácilmente que los objetos y las ventajas de la presente descripción pueden conseguirse a través de los medios que se muestran en las reivindicaciones anexas y combinaciones de las mismas.
De aquí en adelante, realizaciones preferidas de la presente descripción se describirán en detalle con referencia a los dibujos anexos. Antes de la descripción, se ha de comprender que los términos utilizados en la memoria descriptiva y en las reivindicaciones anexas no deben ser interpretados como limitados a significados generales y de diccionario, sino que deben interpretarse según los significados y conceptos correspondientes a los aspectos técnicos de la presente descripción sobre la base del principio de que el inventor puede definir términos de manera adecuada para una mejor explicación.
Por lo tanto, la descripción propuesta en la presente memoria es solo un ejemplo preferible a efectos ilustrativos únicamente, que no pretende limitar el alcance de la descripción, por lo que se debe comprender que se pueden realizar otros equivalentes y modificaciones a la misma sin apartarse del alcance de la descripción.
En las realizaciones descritas a continuación, una batería secundaria significa una batería secundaria de litio. Aquí, la batería secundaria de litio es un término general para una batería secundaria en la que iones de litio actúan como iones activos durante la carga y descarga para provocar una reacción electroquímica entre un electrodo positivo y un electrodo negativo.
Mientras tanto, incluso cuando se cambia un nombre de la batería secundaria dependiendo de un tipo de electrolito o película de separación usados en la batería secundaria de litio, un tipo de caja de batería que forma una forma exterior de la batería secundaria, y una estructura interna o externa de la batería secundaria de litio, se debe interpretar la batería secundaria como una que está incluida en la categoría de la batería secundaria de litio siempre que los iones de litio actúen como iones activos.
Una lámina de cobre para una batería secundaria de la presente descripción se puede aplicar a otra batería secundaria distinta de la batería secundaria de litio. Por consiguiente, incluso cuando los iones activos no son iones de litio, cualquier batería secundaria a la cual se pueda aplicar la idea técnica de la presente descripción debe interpretarse como incluida dentro del alcance de la presente descripción independientemente de su tipo.
Asimismo, la batería secundaria no está limitada por el número de elementos que constituyen la batería secundaria. Por consiguiente, la batería secundaria se puede interpretar como una que incluye, además de una celda única que incluye un electrolito y un conjunto de electrodos de un electrodo positivo/película de separación/electrodo negativo en una caja de batería, un conjunto de la celda única, un módulo en el que múltiples conjuntos están conectados en serie y/o en paralelo, un paquete en el que múltiples módulos están conectados en serie y/o en paralelo, y un sistema de batería en el que múltiples paquetes están conectados en serie y/o en paralelo.
En primer lugar, una lámina de cobre para una batería secundaria, según una realización de la presente descripción, se describe con referencia a la FIG. 1.
La FIG. 1 es una vista en sección transversal de una lámina 100 de cobre para una batería secundaria, según una realización de la presente descripción.
La lámina 100 de cobre para una batería secundaria según una realización de la presente descripción mostrada en la FIG. 1 se puede utilizar como un colector de corriente de electrodo negativo de la batería secundaria. En otras palabras, en la batería secundaria, la lámina 100 de cobre se puede utilizar como un colector de corriente de electrodo negativo combinado con un material activo de electrodo negativo.
En la lámina 100 de cobre para una batería secundaria según una realización de la presente descripción, se forma una capa 20 de caucho estireno-butadieno (SBR) sobre una superficie de una lámina 10 de cobre electrodepositada. La capa 20 de SBR se forma en dos lados de la lámina 10 de cobre electrodepositada y tiene una función de prevención de oxidación.
La capa 20 de SBR tiene forma de película, y puede estar formada de manera uniforme en la superficie de la lámina 10 de cobre electrodepositada con un espesor uniforme en forma de una capa continua sin exponer siquiera una porción de la lámina 10 de cobre electrodepositada. Por lo tanto, la capa 20 de SBR recubre completamente la superficie de la lámina 10 de cobre electrodepositada y es una capa continua en una dirección de espesor, una dirección de ancho y una dirección de longitud. Asimismo, no se forma deliberadamente ninguna capa entre la lámina 10 de cobre electrodepositada y la capa 20 de SBR. En otras palabras, la capa 20 de SBR se forma inmediatamente sobre la superficie de la lámina 10 de cobre electrodepositada sin formar una capa tratada con cromato. Por ejemplo, la capa 20 de SBR se recubre inmediatamente sobre la superficie de la lámina 10 de cobre electrodepositada preparada en una superficie de tambor de un electrolizador sin un tratamiento artificial.
El espesor de la lámina 10 de cobre electrodepositada puede ser de aproximadamente 3 pm a aproximadamente 30 pm.
Cuando el espesor de la lámina 10 de cobre electrodepositada es menor que aproximadamente 3 pm y, por lo tanto, es demasiado delgada, la trabajabilidad se puede deteriorar debido a la dificultad de manipulación durante el proceso de fabricación de una batería secundaria y, por otro lado, cuando el espesor de la lámina 10 de cobre electrodepositada es mayor que aproximadamente 30 pm, es difícil fabricar una batería secundaria de gran capacidad debido a un aumento de volumen provocado por el espesor de un colector de corriente de electrodo negativo cuando la lámina 10 de cobre electrodepositada se utiliza como el colector de corriente de electrodo negativo.
La capa 20 de SBR se forma en la superficie de la lámina 10 de cobre electrodepositada como tratamiento de prevención de oxidación de la lámina 10 de cobre electrodepositada. Asimismo, la capa 20 de SBR puede asignar no solo una característica de prevención de oxidación con respecto a la lámina 10 de cobre electrodepositada, sino también una característica de una adhesión aumentada al material activo de electrodo negativo.
El espesor de la capa 20 de SBR está en un intervalo de 0,5 pm a 5 pm. Cuando el espesor de la capa 20 de SBR es menor que 0,5 pm, pueden no obtenerse los grados deseados de resistencia a la oxidación y adhesión. Cuando el espesor de la capa 20 de SBR es mayor que 5 pm, la cantidad ocupada por la capa 20 de<s>B<r>es relativamente amplia y, por lo tanto, la capacidad de la batería puede no ser satisfactoria y se puede generar resistencia.
La resistencia a la tracción y el alargamiento de la lámina 100 de cobre se determinan principalmente en base a la resistencia a la tracción y el alargamiento de la lámina 10 de cobre electrodepositada, y la resistencia a la tracción y el alargamiento de la lámina 10 de cobre electrodepositada no se deterioran por la formación de la capa 20 de SBR. Por ejemplo, la resistencia a la tracción de la lámina 100 de cobre puede ser de 30 kgf/mm2 a 35 kgf/mm2, pero la capa 20 de SBR puede formarse adicionalmente en base a cualquier lámina de cobre electrodepositada independientemente de la resistencia a la tracción de la lámina 10 de cobre electrodepositada. Asimismo, como el alargamiento de una lámina de cobre electrodepositada es, en general, de aproximadamente 5 % a 20 %, la lámina 100 de cobre fabricada a partir de dicha lámina de cobre electrodepositada puede exhibir un nivel similar de alargamiento. Por ejemplo, el alargamiento puede ser de 16 % a 18 %. Dichos niveles de resistencia a la tracción y alargamiento pueden evitar roturas y deformaciones al momento de fabricar una lámina de cobre para una batería secundaria, y también permitir un nivel adecuado de manipulación cuando se fabrica un electrodo negativo al recubrir una lechada de material activo de electrodo negativo posteriormente.
Según un tratamiento con cromato existente, se puede cambiar una característica de rugosidad de una lámina de cobre electrodepositada que ya ha sido preparada. Sin embargo, en la presente descripción, debido a que la capa 20 de SBR se forma sin tratamiento con cromato, casi se mantiene una característica de rugosidad de la lámina 10 de cobre electrodepositada.
La rugosidad superficial de dos superficies de la lámina 100 de cobre puede ser de aproximadamente 0,2 pm a 2,5 pm según Rz (rugosidad media de diez puntos). Cuando la rugosidad superficial es menor que aproximadamente 0,2 pm, la adhesión entre la lámina 100 de cobre y el material activo de electrodo negativo se deteriora, y cuando la adhesión entre la lámina 100 de cobre y el material activo de electrodo negativo como tal se deteriora, es altamente probable que ocurra un fenómeno de desprendimiento de material activo mientras se utiliza la batería secundaria.
Por otro lado, cuando la rugosidad superficial es mayor que aproximadamente 2,5 pm, la adhesión puede deteriorarse debido a que el material activo de electrodo negativo puede no estar recubierto de manera uniforme en la superficie de la lámina 100 de cobre debido a una alta rugosidad, y cuando el material activo de electrodo negativo no está recubierto de manera uniforme, se puede deteriorar la tasa de retención de capacidad de descarga de la batería secundaria fabricada.
Por ejemplo, la rugosidad superficial de las dos superficies de la lámina 100 de cobre es de 0,835 pm a 1,115 pm. En general, la rugosidad superficial de una superficie que está en contacto con un tambor (una superficie de contacto de tambor) y la rugosidad superficial de una superficie expuesta al aire en el lado opuesto (superficie expuesta al aire) de la lámina 10 de cobre electrodepositada son diferentes debido a un método de fabricación. Normalmente, la rugosidad superficial de la superficie de contacto de tambor es mayor que la rugosidad superficial de la superficie expuesta al aire. En la lámina 100 de cobre según una realización de la presente descripción, la rugosidad superficial de la superficie de contacto de tambor puede ser, por ejemplo, de 0,84 pm y la rugosidad superficial de la superficie expuesta al aire puede ser, por ejemplo, de 1,09 pm.
La lámina 100 de cobre que incluye dicha capa 20 de SBR no utiliza una sustancia dañina ya que no se utiliza cromo para la capa de tratamiento de prevención de oxidación de la lámina 10 de cobre electrodepositada. La lámina 100 de cobre según una realización de la presente descripción exhibe el mismo o un mayor rendimiento incluso cuando se compara con una lámina de cobre electrodepositada general sobre la que se lleva cabo el tratamiento con cromato. No solo las características mecánicas como, por ejemplo, resistencia a la tracción y alargamiento, sino también la rugosidad superficial son similares a aquellas de la lámina de cobre electrodepositada general de manera que los procesos preestablecidos de fabricación de una batería secundaria no se cambian cuando se utiliza una lámina de cobre según la presente descripción como un colector de corriente de electrodo negativo.
La adhesión entre la lámina 100 de cobre y la capa de material activo de electrodo negativo puede variar según el contenido de aglutinante en la capa de material activo de electrodo negativo, pero se puede determinar el contenido de aglutinante, y la lámina 100 de cobre de la presente descripción se puede fabricar de manera que, por ejemplo, la adhesión a la capa de material activo de electrodo negativo sea de 20 gf a 30 gf. Cuando la capa de material activo de electrodo negativo que utiliza el contenido determinado de aglutinante se aplica a la lámina de cobre electrodepositada general, la adhesión disminuye al 40 al 70 % de la adhesión de la presente descripción. Por lo tanto, para que la lámina de cobre electrodepositada general exhiba el mismo nivel de adhesión de la presente descripción, el contenido de aglutinante debe aumentarse. Como tal, según la presente descripción, la adhesión de un nivel aumentado en un 40 a un 70 % en comparación con la lámina de cobre electrodepositada general se puede obtener sin tener que aumentar el contenido de aglutinante.
En otras palabras, la presente memoria simplemente describe la capa de tratamiento de prevención de oxidación, pero la adhesión a la capa de material activo de electrodo negativo aumenta por la presencia de la capa de tratamiento de prevención de óxido. Por consiguiente, no es necesario formar una capa de recubrimiento de implicación que se forma adicionalmente para mejorar la adhesión a una capa de material activo de electrodo negativo cuando se utiliza una lámina de cobre electrodepositada general sobre la que se lleva a cabo un tratamiento de prevención de oxidación con cromato.
Como tal, la capa 20 de SBR incluida en la lámina 100 de cobre no solo funciona como la capa de tratamiento de prevención de oxidación, sino que también funciona como una capa adhesiva proporcionando excelente adhesión a la capa de material activo de electrodo negativo. Por consiguiente, también se puede hacer referencia a la capa 20 de SBR incluida en la lámina 100 de cobre como una capa funcional compleja de SBR.
La FIG. 2 es una vista en sección transversal de un electrodo 150 negativo fabricado utilizando la lámina 100 de cobre de la FIG. 1.
Con referencia a la FIG. 2, en el electrodo 150 negativo, se forma una capa 110 de material activo de electrodo negativo sobre la lámina 100 de cobre. La capa 110 de material activo de electrodo negativo incluye un material 120 activo de electrodo negativo como, por ejemplo, grafito, un material 130 conductor y un aglutinante 140.
El material 120 activo de electrodo negativo puede incluir, por ejemplo, al menos un material a base de carbono seleccionado del grupo que consiste en grafito artificial cristalino, grafito natural cristalino, carbono duro amorfo, carbono cristalino blando bajo, negro de carbón, negro de acetileno, grafeno, y carbono fibroso, un material a base de Si, y un óxido de metal complejo como, por ejemplo, LixFe2O3 (0<x<1), LixWO<2>(0<x<1), SnxMe<1>-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, elementos del Grupo 1, 2, y 3 de la tabla periódica, halógeno; 0<x<1; 1<y<3; 1<z<8) o similar; un metal de litio; una aleación de litio; una aleación a base de silicio; una aleación a base de estaño; un óxido de metal como, por ejemplo, SnO, SnO<2>, PbO, PbO<2>, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO<2>, Bi2O3, Bi2O4, y Bi2O5; un polímero conductor como, por ejemplo, poliacetileno; un material a base de Li-Co-Ni; un óxido de titanio; y un óxido de titanio-litio, o similar, pero la presente descripción no está limitada a ello.
El material 130 conductor no está particularmente limitado siempre que tenga conductividad sin provocar un cambio químico en la batería secundaria, y se puede utilizar un material conductor, por ejemplo, grafito como, por ejemplo, grafito natural o grafito artificial; negro de carbón como, por ejemplo, negro de acetileno, negro Ketjen, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara y negro verano(summer black);fibras conductoras como, por ejemplo, fibra de carbono o fibra metálica; polvos metálicos como, por ejemplo, polvo de fluoruro de carbono, de aluminio o de níquel; filamento conductor como, por ejemplo, óxido de zinc o titanato de potasio; óxidos de metales conductores como, por ejemplo, óxido de titanio; y óxido de polifenileno. Ejemplos de un material conductor comercializado incluyen productos de Chevron Chemical Company, Denka Singapore Private Limited, y de Gulf Oil Company, los cuales son la serie de negros de acetileno, productos de Armak Company, los cuales son la serie EC, Vulcan XC-72 (un producto de Cabot Company), y Super P (un producto de Timcal Ltd).
El aglutinante 140 puede incluir varios copolímeros de uno o más monómeros seleccionados del grupo que consisten en fluoruro de polivinilideno, alcohol polivinílico, carboximetilcelulosa (CMC), almidón, hidroxipropilcelulosa, celulosa regenerada, polivinilpirrolidona, tetrafluoroetileno, polietileno, polipropileno, terpolímero de etileno-propileno-dieno (EPDM), EPDM sulfonado, SBR, caucho de flúor, monómero de estireno (SM, por sus siglas en inglés), butadieno (BD) y acrilato de butilo (BA, por sus siglas en inglés).
La capa 110 de material activo de electrodo negativo se fabrica al recubrir y secar la lechada de material activo de electrodo negativo sobre la lámina 100 de cobre, la lechada de material activo de electrodo negativo incluyendo el material 120 activo de electrodo negativo, el material 130 conductor, y el aglutinante 140. Aquí, un relleno puede añadirse de manera selectiva a la lechada de material activo de electrodo negativo como un componente para suprimir la expansión de un electrodo. El relleno no está específicamente limitado siempre que sea un material fibroso pero que no provoque un cambio químico en la batería secundaria y, por ejemplo, un polímero a base de olefina como, por ejemplo, polietileno o polipropileno; y se puede utilizar un material fibroso como, por ejemplo, fibra de vidrio o fibra de carbono. Asimismo, otros componentes como, por ejemplo, un agente de ajuste de viscosidad, un acelerador de adhesión, etc., pueden añadirse de manera selectiva o en combinación de dos o más. El agente de ajuste de viscosidad es un componente que ajusta la viscosidad de la lechada de material activo de electrodo negativo de manera que se facilitan un proceso de mezcla y un proceso de recubrimiento de la lechada de material activo de electrodo negativo, y se puede añadir hasta un 30 % en peso en base al peso total de la lechada de material activo de electrodo negativo. Ejemplos del agente de ajuste de viscosidad incluyen CMC, fluoruro de polivinilideno, etc., pero no están limitados a estos.
En general, un método más fácil para lograr alta capacidad en una batería secundaria es proveer una gran cantidad de material activo de electrodo en un colector de corriente, pero dicho método puede provocar un desprendimiento de electrodos durante los procesos de recubrimiento de electrodos, secado y laminado si no se obtiene un determinado nivel de adhesión de electrodos, deteriorando así el rendimiento y la estabilidad de una batería secundaria.
Por consiguiente, con el fin de fabricar una batería secundaria que tenga un rendimiento y una estabilidad excelentes a la vez que una alta capacidad, se llevan a cabo activamente estudios sobre un método para mejorar la adhesión de electrodos en los campos relacionados, y en la actualidad se utiliza ampliamente un método para añadir el aglutinante 140 en un electrodo para mejorar la adhesión de electrodos.
En general, un material activo de electrodo, un material conductor, y un colector de corriente incluido en un electrodo son sólidos a temperatura ambiente y tienen diferentes características de superficie y, por lo tanto, es difícil que se unan a temperatura ambiente. Sin embargo, cuando se utiliza un aglutinante polimérico, aumenta la adhesión entre los componentes del electrodo y, por lo tanto, se puede suprimir un fenómeno de desprendimiento del electrodo durante los procesos de recubrimiento de electrodo, secado y laminado. Sin embargo, en el proceso de secado del electrodo a una temperatura alta igual a o mayor que 100 °C después del recubrimiento, un aglutinante incluido en un estado de lechada puede moverse en una dirección en la que se volatiliza un disolvente (una dirección alejada del colector de corriente) debido a una condición de temperatura igual a o mayor que Tg del aglutinante, debilitando así la adhesión entre un colector de corriente de electrodo y un material activo de electrodo.
Por lo tanto, en general, una porción donde se debilita la adhesión entre un colector de corriente de electrodo y una capa de material activo de electrodo se genera a medida que un aglutinante se mueve a una superficie de la capa de material activo de electrodo mientras se seca un material activo de electrodo después de ser recubierto y, con el fin de evitar la adhesión debilitada, se aumenta el contenido de aglutinante en la lechada de material activo de electrodo. La adhesión entre la lámina de cobre según una realización de la presente descripción y la capa 110 de material activo de electrodo negativo puede ser de 20 gf a 30 gf, lo cual se aumenta en un 40 a un 70 % con respecto a la de una lámina de cobre electrodepositada general. Como tal, la capa 20 de SBR de la lámina 100 de cobre reduce el movimiento del aglutinante 140 en la capa 110 de material activo de electrodo negativo y, como resultado, reduce el contenido de aglutinante 140 en la lechada de material activo de electrodo negativo y aumenta la cantidad de material 120 activo de electrodo negativo, aumentando así la capacidad de una batería secundaria que incluye el electrodo 150 negativo.
Como tal, debido a que la capa 20 de SBR aumenta la unión entre el material 120 activo de electrodo negativo y la lámina 10 de cobre electrodepositada, se puede obtener un nivel sorprendentemente alto de adhesión en comparación con la técnica relacionada incluso cuando la relación de contenido de aglutinante 140 disminuye, y es posible utilizar el contenido de aglutinante mucho menor que el contenido de aglutinante requerido para obtener dicha adhesión. Por lo tanto, se logra un efecto de reducción de costes y, al mismo tiempo, se obtiene un efecto igual a o mayor que un determinado nivel en términos de capacidad y conductividad de un electrodo.
En particular, cuando se utiliza SBR como el aglutinante 140, se asigna determinada continuidad a una interfaz de unión entre la capa 20 de SBR y la capa 110 de material activo de electrodo negativo debido a la igualdad de material con la capa 20 de SBR y, por lo tanto, la robustez estructural puede promocionarse incluso cuando se aplican ciclos frecuentes de carga y descarga mientras se usa la batería secundaria.
Como tal, debido a que la lámina 100 de cobre incluye la capa 20 de SBR, la adhesión a la capa 110 de material activo de electrodo negativo es satisfactoria. Por consiguiente, cuando la lámina 100 de cobre se utiliza como un colector de corriente de electrodo negativo, se puede reducir el contenido de aglutinante 140 en la lechada de material activo de electrodo negativo. Cuando el contenido de aglutinante 140 es demasiado alto, se genera un aumento de la resistencia en un electrodo y las cantidades de material activo de electrodo y material conductor disminuyen relativamente y, por lo tanto, se pueden disminuir la capacidad y conductividad del electrodo. En la presente descripción, dado que se obtiene suficiente adhesión incluso cuando el contenido de aglutinante 140 es menor que el de la técnica relacionada, el contenido de aglutinante 140 puede ser de 1 a 15 % en peso en base al peso total de la capa 110 de material activo de electrodo negativo. Cuando el contenido de aglutinante 140 es menor que 1 % en peso, un efecto de añadir el aglutinante 140 es insignificante. Cuando el contenido de aglutinante 140 es mayor que 15 % en peso, la capacidad y conductividad del electrodo 150 negativo pueden no ser satisfactorias. La cantidad de material 130 conductor puede ser 20 partes por peso a 100 partes por peso en base a 100 partes por peso del aglutinante 140. Cuando el contenido de aglutinante 140 es menor que 20 partes por peso, no se obtiene un grado deseado de conductividad, y cuando el contenido de aglutinante 140 es mayor que 100 partes por peso, la cantidad de material 120 activo de electrodo negativo se reduce relativamente y, por lo tanto, se reduce su capacidad.
Como tal, debido a que el electrodo 150 negativo incluye la capa 20 de SBR, el electrodo 150 negativo puede tener una adhesión excelente a la capa 110 de material activo de electrodo negativo. Por consiguiente, no es necesario resolver la adhesión recubriendo una capa de carbono sobre una lámina de cobre electrodepositada como una imprimación según la técnica relacionada o con multicapas de una capa de recubrimiento de material activo mediante un método llamado capa doble y, dado que el electrodo 150 negativo incluye solo la lámina 10 de cobre electrodepositada, la capa 20 de SBR, y la capa 110 de material activo de electrodo negativo, el electrodo 150 negativo puede tener una estructura y un proceso de fabricación muy simples y concisos.
Mientras tanto, en la presente realización, la capa 110 de material activo de electrodo negativo se provee en una superficie de la lámina 100 de cobre, pero la capa 110 de material activo de electrodo negativo puede formarse en dos superficies de la lámina 100 de cobre.
Una batería secundaria según la presente descripción se puede fabricar de la misma manera o de manera similar que una batería secundaria existente al incluir dicho electrodo 150 negativo como un elemento de batería. En general, dado que una batería secundaria incluye un electrodo positivo, un electrodo negativo, una película de separación, y un electrolito, y se aloja en una caja de batería, la batería secundaria según la presente descripción se puede fabricar al sellar un conjunto de electrodos y un electrolito en una caja de batería, en donde el conjunto de electrodos tiene una estructura que incluye el electrodo 150 negativo y un electrodo positivo correspondiente, y una película de separación entre los mismos. Por ejemplo, se puede fabricar una batería secundaria tipo bolsa como se muestra en la FIG. 4.
La FIG. 3 es una vista en perspectiva de despiece que muestra esquemáticamente una configuración de una batería 190 secundaria, según una realización de la presente descripción, y la FIG. 4 es una vista en perspectiva de la batería 190 secundaria según una realización de la presente descripción.
Con referencia a las FIGS. 3 y 4, la batería 190 secundaria según una realización de la presente descripción es una batería tipo bolsa, e incluye un conjunto 180 de electrodos y una bolsa 185.
El conjunto 180 de electrodos tiene una estructura en la que el electrodo 150 negativo y un electrodo 160 positivo se miran entre sí, y se provee una película 155 de separación entre el electrodo 150 negativo y el electrodo 160 positivo. Dicho conjunto 180 de electrodos puede ser de tipo apilado, de tipo apilado y plegado o de tipo lámina enrollada.
Como se describe anteriormente, el electrodo 150 negativo tiene una estructura en la que la lechada de material activo de electrodo negativo se recubre sobre la lámina 100 de cobre utilizada como colector de corriente de electrodo negativo. De manera similar, el electrodo 160 positivo tiene una estructura en la que la lechada de material activo de electrodo positivo se recubre sobre un colector de corriente de electrodo positivo como, por ejemplo, aluminio. Aquí, cada colector de corriente puede incluir una porción no recubierta sobre la que no se recubre la lechada y se puede formar una lengüeta de electrodo correspondiente a cada electrodo en dicha porción no recubierta de manera que se retiren de la bolsa 185 un conductor 152 de electrodo negativo conectado a una lengüeta de electrodo negativo y un conductor 162 de electrodo positivo conectado a una lengüeta de electrodo positivo.
La bolsa 185 es una caja de batería y, como se indica mediante el carácter de referencia R en la FIG. 3, incluye una porción de alojamiento que es un espacio cóncavo. Al menos una parte del conjunto 180 de electrodos y un electrolito, por ejemplo, una solución electrolítica, se pueden alojar en la porción R de alojamiento. Asimismo, para una fácil inserción del conjunto 180 de electrodos, la bolsa 185 puede incluir una hoja T superior y una hoja B inferior. Aquí, en la bolsa 185, la porción R de alojamiento puede estar formada tanto sobre la hoja T superior como sobre la hoja B inferior, o puede estar formada en cualquiera de la hoja T superior y la hoja B inferior. Asimismo, la hoja T superior y la hoja B inferior puede no estar separadas entre sí, pero pueden estar conectadas entre sí para formar una unidad de hoja.
Asimismo, tal hoja T superior y hoja B inferior pueden incluir porciones S de sellado en los bordes de los espacios de almacenamiento interno, y las porciones S de sellado se adhieren entre sí de manera que los espacios de almacenamiento interno estén sellados. Se puede proveer además una cinta 170 de sellado entre la hoja T superior y la hoja B inferior para mejorar aún más la adhesión al conductor 152 de electrodo negativo y al conductor 162 de electrodo positivo.
Como tal, la bolsa 185 sella el conjunto 180 de electrodos y la solución electrolítica alojados en su interior, y protege el conjunto 180 de electrodos y la solución electrolítica del exterior.
Las descripciones anteriores no limitan la estructura o el tipo de una batería secundaria según la presente descripción siempre que la batería secundaria según la presente descripción use una lámina de cobre para una batería secundaria según la presente descripción como un colector de corriente de electrodo negativo. Se puede hacer referencia a los documentos de patente anteriores del solicitante para cuestiones generales relacionadas con la batería secundaria distintas de las que se describen en la presente memoria y, por lo tanto, se omitirán detalles de las mismas.
A continuación, se describe un método de fabricación de una lámina de cobre para una batería secundaria, según una realización de la presente descripción.
En primer lugar, el método de fabricación de una lámina de cobre para una batería secundaria según la presente descripción se puede llevar a cabo formando una línea de proceso mediante cambios relativamente simples como, por ejemplo, eliminando una sección de tratamiento con cromato de una línea de proceso de fabricación de una lámina de cobre electrodepositada existente y añadiendo un tanque de tratamiento de solución acuosa de SBR. Por ejemplo, una lámina de cobre electrodepositada se fabrica mediante electrodeposición en un tambor en un electrolizador y la lámina electrodepositada se enrolla alrededor de una bobina a través de una sección de tratamiento de superficie de SBR mientras la lámina de cobre electrodepositada se extrae del electrolizador. Esto se describe en detalle más abajo.
La FIG. 5 es una vista esquemática de un aparato para llevar a cabo un método de fabricación de una lámina de cobre para una batería secundaria, según una realización de la presente descripción, la FIG. 6 es una vista lateral esquemática del aparato de la FIG. 5, y la FIG. 7 ilustra una sección de tratamiento de solución acuosa de SBR que se puede incluir en el aparato de la FIG. 5.
Por ejemplo, como se muestra en la FIG. 5, la lámina 10 de cobre electrodepositada puede fabricarse primero utilizando un aparato 300 de fabricación de lámina de cobre electrodepositada que incluye un tambor 210 de cátodo rotativo de titanio (Ti) recubierto con iridio (Ir) y electrodos separados entre sí alrededor del tambor 210 a intervalos de aproximadamente 3 a 20 mm, en un electrolizador 200.
Cuando se fabrica la lámina 10 de cobre electrodepositada relacionada con la presente descripción, se puede colocar una solución electrolítica de sulfato de cobre en el electrolizador 200, y se puede llevar a cabo la electrodeposición en el tambor 210 al ajustar la relación de densidad de corriente. La solución electrolítica de sulfato de cobre típicamente puede tener una concentración de cobre de 50 a 350 g/l y una concentración de sulfato de 50 a 200 g/l. Para obtener la lámina 10 de cobre electrodepositada que tenga una propiedad física deseada y para controlar una propiedad mecánica o estado de superficie de la lámina 10 de cobre electrodepositada, la solución electrolítica de sulfato de cobre puede además incluir, como aditivo orgánico, pegamento, gelatina, hidroxietilcelulosa (HEC), compuesto a base de sulfuro, polietilenglicol, un nitruro, o similar. Una temperatura de la solución electrolítica de sulfato de cobre puede ser de 40 a 70 °C. La densidad de corriente se ajusta según diversas condiciones como, por ejemplo, una concentración de cobre, una concentración de sulfato, una tasa de suministro de líquido, una distancia entre electrodos, y la temperatura de la solución electrolítica de sulfato de cobre. La densidad de corriente en un límite entre un chapado normal (un estado en el que el cobre se deposita en capas) y un chapado rugoso (chapado quemado, un estado en el que el cobre se deposita en forma cristalina (en forma de bola, aguja o escarcha), de manera irregular) se define como la densidad de corriente límite, y la densidad de corriente se mantiene dentro del límite correspondiente al chapado normal. La densidad de corriente puede ser de 10 a 80 A/dm2.
La lámina 10 de cobre electrodepositada se fabrica con una capacidad de liberarse del tambor 210 satisfactoria y, básicamente, con una estabilidad de fase satisfactoria como colector de corriente de electrodo negativo de una batería secundaria. La lámina 10 de cobre electrodepositada preparada en el electrolizador 200 de la FIG. 5 puede enrollarse alrededor de una bobina 270 a través de una unidad 250 de transferencia.
Sin embargo, la lámina 10 de cobre electrodepositada fabricada mediante electrochapado se oxida desde el momento en que se la expone al aire de un electrolizador 200. Dicha oxidación produce CuO y CuÜ<2>, que no solo actúan como factores que deterioran las características eléctricas, sino que también provocan problemas en la forma externa. Por lo tanto, en general, se requiere una sección de tratamiento con cromato en el medio de la unidad 250 de transferencia. En la presente descripción, se añade una sección 260 de tratamiento de superficie de SBR en vez de una sección de tratamiento con cromato. Cuando la lámina 10 de cobre electrodepositada preparada en la superficie del tambor 210 en el electrolizador 200 pasa a través de la sección 260 de tratamiento de superficie de SBR como se muestra en la FIG. 6, la capa 20 de SBR se forma en una superficie o una superficie posterior, o incluso, en ambas superficies, de la lámina 10 de cobre electrodepositada y, por lo tanto, la lámina 10 de cobre electrodepositada puede convertirse en la lámina 100 de cobre para una batería secundaria y enrollarse alrededor de la bobina 270. Después, la lámina 100 de cobre se corta en una longitud requerida, y se utiliza a continuación para fabricar un electrodo negativo a medida que una capa de material activo de electrodo negativo se forma sobre el mismo.
Un método para formar la capa 20 de SBR en la superficie de la lámina 10 de cobre electrodepositada en la sección 260 de tratamiento de superficie de SBR de la FIG. 6 puede ser un método de recubrimiento y secado de una solución acuosa de SBR sobre la lámina 10 de cobre electrodepositada.
El SBR puede dispersarse fácilmente incluso en agua, en forma de emulsión. Por consiguiente, la solución acuosa de SBR puede ser un tipo en el que el SBR se dispersa en forma de emulsión o un tipo en el que parte de o todo el SBR se disuelve. Aquí, se determina que la cantidad de SBR está en un nivel de determinación de viscosidad de la solución acuosa de SBR considerando su mezclabilidad en agua, su facilidad de recubrimiento y el mantenimiento de una forma después del recubrimiento. Se puede añadir además un aditivo para ajustar la viscosidad como, por ejemplo, CMC. La solución acuosa de SBR es una materia prima, y una cantidad de recubrimiento se determina al diluir SBR en agua, que es un disolvente. La lámina 10 de cobre electrodepositada puede procesarse continuamente de manera que se extraiga del electrolizador 200, pase a la sección 260 de tratamiento de superficie de SBR y se enrolle alrededor de la bobina 270. De manera alternativa, la lámina 10 de cobre electrodepositada puede enrollarse alrededor de la bobina 270 después de permanecer en la sección 260 de tratamiento de superficie de SBR durante un período determinado.
El agua se puede comprar a bajo coste y de manera muy fácil. Asimismo, el agua es amigable con el medio ambiente y generalmente se mantiene y procesa fácilmente. Por consiguiente, no hay dificultades para mantener la sección 260 de tratamiento de superficie de SBR en comparación con el tratamiento con cromato existente.
La solución acuosa de SBR puede estar en un estado removido. La solución acuosa de SBR, cuando se la deja estar sin removerla, puede comenzar a curarse y/o separarse.
Un método de recubrimiento incluye cualquiera de pulverización con un rociador, recubrimiento con un recubridor, inmersión, y vertido de la solución acuosa de SBR. En la presente realización, se muestra un tanque 262 de tratamiento de solución acuosa de SBR en la FIG. 7 como un ejemplo de la inmersión.
Por ejemplo, una solución acuosa de SBR en la que el SBR se dispersa en agua en una concentración de 1 g/l a 10 g/l está contenida en el tanque 262 de tratamiento de solución acuosa de SBR, y la lámina 10 de cobre electrodepositada está inmersa en el tanque 262 de tratamiento de solución acuosa de SBR y después se extrae. A continuación, la lámina 10 de cobre electrodepositada tratada con la solución acuosa de SBR se seca de manera que se forme la capa 20 de SBR en la superficie de la lámina 10 de cobre electrodepositada. Aquí, se puede proveer un horno 264 de secado por aire caliente en una etapa posterior al tanque 262 de tratamiento de solución acuosa de SBR en una manera en línea. En el horno 264 de secado, la solución acuosa de SBR recubierta en la superficie de la lámina 10 de cobre electrodepositada se puede secar al contactar directamente con el aire caliente. Se puede utilizar un horno de secado tipo caja o tipo túnel, y como fuente de calor se puede utilizar calentamiento con infrarrojos, calentamiento por alta frecuencia o calentamiento mediante hilo caliente. Por ejemplo, el horno 264 de secado puede ser un horno de secado por aire caliente lineal como, por ejemplo, un calentador lineal de halógeno. Cuando se adopta dicha configuración en línea, no se requiere que la lámina de cobre electrodepositada enrollada alrededor de la bobina 270 se retire por separado para el tratamiento de SBR y luego se enrolle de nuevo y, por lo tanto, la lámina 100 de cobre para una batería secundaria se puede obtener a costes bajos con alta productividad adecuada para una producción continua.
El secado se puede llevar a cabo en una atmósfera con una temperatura de 160 °C a 200 °C. Asimismo, más allá del concepto de secado simple, el secado puede continuarse durante 30 a 240 minutos en una atmósfera con una temperatura de 180 °C a 190 °C para obtener un efecto de horneado además del de secado. Aquí, como un proceso para aumentar la adhesión de la capa 20 de SBR en la superficie de la lámina 10 de cobre electrodepositada, el horneado incluye, además de la evaporación de agua en la solución acuosa de SBR recubierta, la reubicación de materiales y la densificación de una película para una unión estrecha con el SBR restante y una unión estrecha entre el SBR y la lámina 10 de cobre electrodepositada. A través de dicho secado, la capa 20 de SBR se forma de manera uniforme en la superficie de la lámina 10 de cobre electrodepositada con un espesor uniforme en forma de una capa continua sin exponer siquiera una porción de la lámina 10 de cobre electrodepositada, y no se genera un defecto como, por ejemplo, una mínima grieta u orificio.
Ejemplo experimental
Se prepararon una lámina de cobre electrodepositada general disponible en el mercado (Ejemplo comparativo) con un espesor de 18 pm y una muestra de lámina de cobre (Ejemplo) para una batería secundaria según la presente descripción para medir las características mecánicas, la rugosidad superficial y la adhesión.
La muestra de ejemplo se preparó recubriendo una solución acuosa de SBR en la que el SBR se dispersa en agua en una concentración de 5 g/l sobre una superficie de una lámina de cobre electrodepositada que tiene un espesor de 18 pm y luego secando la lámina de cobre electrodepositada. Un espesor de una capa de SBR después del secado fue de aproximadamente 2 pm.
Se cortó un espécimen de 12,7 mm (ancho) x 152,4 mm (largo) de cada lámina de cobre utilizando una máquina de punzonado a tracción, y después se midió la resistencia a la tracción en una atmósfera a temperatura ambiente durante 5 minutos después del tratamiento térmico a 130 °C durante 10 minutos. La resistencia a la tracción se midió utilizando un equipo de máquina de prueba universal (UTM, por sus siglas en inglés) de INSTRON utilizado ampliamente para medir propiedades mecánicas. El espécimen se montó en el equipo UTM y después se tiró del mismo en condiciones de recocido de tensión (TA, por sus siglas en inglés): velocidad de 50 mm/min para medir la fuerza en punto de rotura y luego calcular la resistencia a la tracción.
Durante dicha prueba de tracción, se midió una longitud alargada hasta justo antes de su rotura para calcular el alargamiento. Cuando una longitud inicial del espécimen es L<0>y la longitud justo antes de la rotura es L, AL(=L-L<ü>) es la longitud alargada del espécimen. La cantidad de la longitud alargada en porcentaje, es decir, (AL/L<0>) x 100, es el alargamiento.
Se midieron la rugosidad superficial y la adhesión para cada una de una superficie de contacto de tambor y una superficie expuesta al aire de la lámina de cobre electrodepositada.
La rugosidad superficial se midió mediante un método de cálculo de promedio de diez puntos utilizando un medidor de rugosidad de superficie (rugosidad Rz). Como es ampliamente conocido, el método de cálculo de promedio de diez puntos utiliza una curva de sección transversal como una longitud de referencia, y calcula una diferencia de promedios al medir intervalos entre los cinco picos más altos y los cinco valles más profundos en una línea recta que es paralela a una línea promedio de la curva de sección transversal y que no corta la curva de sección transversal.
Para evaluar la adhesión, se fabricó la lechada de material activo de electrodo negativo para recubrir cada lámina de cobre, y después la lámina de cobre se secó a temperatura ambiente/alta temperatura y se evaluó antes y después del laminado. Se utilizó un medidor ATA y se preparó un espécimen con una longitud de 2,0 mm (ancho) x 152,4 mm (largo). Mientras una capa de material activo de electrodo negativo se fijó a un cristal deslizante utilizando una cinta adhesiva de doble cara, se tiró del espécimen y se desprendió de un extremo adherido, y se visualizó el estado de rotura para determinar un estado del adhesivo (una prueba de desprendimiento). La evaluación se llevó a cabo mientras se variaba el ángulo de estiramiento en 90° y 180°.
La Tabla 1 muestra los resultados de medir la resistencia a la tracción, alargamiento, rugosidad Rz y adhesión.
Tabla 1
Como se muestra en la Tabla 1, las propiedades mecánicas y la rugosidad superficial se midieron para estar en niveles similares en la técnica relacionada (Ejemplo comparativo) y en la presente descripción (Ejemplo). En otras palabras, la presente descripción cumple con las condiciones de la memoria descriptiva de una lámina de cobre electrodepositada como un colector de corriente de electrodo negativo.
Se ha de observar que la adhesión ha aumentado considerablemente en la presente descripción en comparación con la técnica relacionada. La adhesión de la superficie expuesta al aire se incrementó en un 42,6 % antes del laminado y en un 25,3 % después del laminado. La adhesión de la superficie de contacto de tambor se incrementó en un 67,6 % antes del laminado y en un 54,8 % después del laminado. Por lo tanto, según la presente descripción, la adhesión a una capa de material activo de electrodo negativo mejoró ampliamente y, por consiguiente, el contenido de aglutinante en la lechada de material activo de electrodo negativo puede reducirse.
La presente descripción se ha descrito en detalle. Sin embargo, se ha de comprender que la descripción detallada y los ejemplos específicos, aunque indican realizaciones preferidas de la descripción, se proveen solo a modo de ilustración, dado que varios cambios y modificaciones dentro del alcance de la descripción serán aparentes para las personas con experiencia en la técnica a partir de la presente descripción detallada.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Una lámina de cobre para una batería secundaria, en donde se forma una capa de caucho estireno-butadieno (SBR) sobre una superficie de una lámina de cobre electrodepositada,
el espesor de la capa de caucho estireno-butadieno (SBR) está en un intervalo de 0,5 pm a 5 pm,
la capa de SBR se recubre inmediatamente sobre la superficie de la lámina de cobre electrodepositada preparada en una superficie de tambor de un electrolizador, sin un tratamiento artificial.
2. La lámina de cobre de la reivindicación 1, en donde la lámina de cobre electrodepositada no contiene un elemento de cromo como un elemento de tratamiento de superficie para prevenir la oxidación.
3. Un método de fabricación de la lámina de cobre para una batería secundaria según se define en la reivindicación 1, comprendiendo el método formar una capa de caucho estireno-butadieno (SBR) sobre una superficie de una lámina de cobre electrodepositada al llevar a cabo un tratamiento de superficie sobre la superficie de la lámina de cobre electrodepositada con una solución acuosa de SBR.
4. El método de la reivindicación 3, en donde la lámina de cobre electrodepositada se fabrica mediante electrodeposición en un tambor en un electrolizador y la lámina electrodepositada se enrolla alrededor de una bobina a través de una sección de tratamiento de superficie de SBR mientras la lámina de cobre electrodepositada se extrae del electrolizador.
5. El método de la reivindicación 4, en donde la sección de tratamiento de superficie de SBR está provista de un tanque de tratamiento de solución acuosa de SBR y de un horno de secado por aire caliente en una manera en línea.
6. El método de la reivindicación 3, en donde la capa de SBR se forma recubriendo una solución acuosa de SBR, en la que el SBR se dispersa en agua en una concentración de 1 g/l al 10 g/l, sobre la superficie de la lámina de cobre electrodepositada y secando la solución acuosa de SBR.
7. Una batería secundaria, en donde la lámina de cobre de la reivindicación 1 para una batería secundaria se aplica como un colector de corriente de un electrodo negativo.
8. La batería secundaria de la reivindicación 7, en donde el espesor de la lámina de cobre electrodepositada en el colector de corriente está en un intervalo de 3 pm a 30 pm y el espesor de la capa de caucho butadieno-estireno (SBR) está en un intervalo de 0,5 pm a 5 pm,
el electrodo negativo es una capa de material activo de electrodo negativo formada en el colector de corriente, en donde la capa de material activo de electrodo negativo comprende un material activo de electrodo negativo, un material conductor y un aglutinante, y
el contenido del aglutinante es de 1 a 15 % en peso en base al peso total de la capa de material activo de electrodo negativo.
9. La batería secundaria de la reivindicación 8, en donde el aglutinante es SBR.
10. La batería secundaria de la reivindicación 7, que comprende un conjunto de electrodos que comprende un electrodo positivo, un electrodo negativo y una película de separación, en donde el electrodo negativo comprende la lámina de cobre electrodepositada, la capa de SBR, y la capa de material activo de electrodo negativo.
ES18838027T 2017-07-25 2018-07-06 Copper foil for secondary battery, method of manufacturing the same, and secondary battery including the same Active ES3036679T3 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20170094256 2017-07-25
KR1020180075894A KR102184170B1 (ko) 2017-07-25 2018-06-29 이차전지용 동박, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 이차전지
PCT/KR2018/007724 WO2019022408A1 (ko) 2017-07-25 2018-07-06 이차전지용 동박, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 이차전지

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES3036679T3 true ES3036679T3 (en) 2025-09-23

Family

ID=65041390

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES18838027T Active ES3036679T3 (en) 2017-07-25 2018-07-06 Copper foil for secondary battery, method of manufacturing the same, and secondary battery including the same

Country Status (4)

Country Link
ES (1) ES3036679T3 (es)
HU (1) HUE072303T2 (es)
PL (1) PL3550647T3 (es)
WO (1) WO2019022408A1 (es)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116168874B (zh) * 2023-02-09 2024-05-28 一道新能源科技股份有限公司 一种高导电率的太阳能电池导体浆料及其制备工艺

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11250916A (ja) * 1998-02-26 1999-09-17 Nippon Zeon Co Ltd 集電体被覆用材料、集電体、リチウムイオン二次電池用電極とその製造方法、及び電池
JP2002043192A (ja) * 2000-07-24 2002-02-08 Awi Mach:Kk シート状電極の製造方法
JP2009238720A (ja) * 2008-01-10 2009-10-15 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解質二次電池及びその製造方法
US9673453B2 (en) * 2010-12-06 2017-06-06 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for manufacturing lithium ion secondary battery
KR102082292B1 (ko) 2014-11-25 2020-02-27 윌리엄 마쉬 라이스 유니버시티 카메라 기반 광용적맥파 추정
KR102029139B1 (ko) * 2015-11-09 2019-10-07 케이씨에프테크놀로지스 주식회사 전해동박, 그것을 포함하는 전극, 그것을 포함하는 이차전지, 및 그것의 제조방법
KR101901648B1 (ko) 2016-12-27 2018-09-27 한국항공대학교산학협력단 무인 항공기 관제 시스템 및 무인 항공기 관제 방법

Also Published As

Publication number Publication date
HUE072303T2 (hu) 2025-11-28
WO2019022408A1 (ko) 2019-01-31
PL3550647T3 (pl) 2025-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7142708B2 (ja) 電気化学素子用セパレータ及びそれを含む電気化学素子
EP3502151B1 (en) Acrylonitrile copolymer adhesive and use of same in lithium ion battery
ES3010517T3 (en) Electrolyte membrane for all-solid-state batteries, and method for manufacturing same
EP3223356B1 (en) Use of double-sided tape for fixing electrode constituent body, and secondary battery
US8722253B2 (en) Electrode comprising protective layer for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery
US20110183203A1 (en) Polymer supported electrodes
ES3037360T3 (en) Method for manufacturing separator-integrated electrode comprising inorganic layers with multilayer structure, and separator-integrated electrode manufactured thereby
ES3052491T3 (en) Electrochemical device including a flame retardant separator having an asymmetric structure
US11710852B2 (en) Separator for secondary battery and lithium secondary battery including same
CN103081209A (zh) 薄型电池及电池装置
ES3035887T3 (en) Current collector including polymer film and method of manufacturing the same
ES3027008T3 (en) Film for packaging secondary battery and secondary battery comprising the same
KR20190074259A (ko) 비수 전해액 이차 전지
EP3550647B1 (en) Copper foil for secondary battery, method of manufacturing the same, and secondary battery including the same
JP2010225545A (ja) リチウムイオン二次電池用電極及びリチウムイオン二次電池
CN106575796A (zh) 柔性电池
KR20250134055A (ko) 음극의 제조방법 및 이에 따른 음극을 포함하는 급속충전 성능이 개선된 이차전지
ES3036679T3 (en) Copper foil for secondary battery, method of manufacturing the same, and secondary battery including the same
ES3057154T3 (en) Method for manufacturing electrode for secondary battery using insulating composition comprising aqueous binder substituted with non-aqueous solvent
CN111868972A (zh) 负极的制造方法和包含该负极的快速充电性能得到改善的二次电池
ES2974806T3 (es) Separador que tiene una diferencia de porosidad de acuerdo con la dirección del grosor y método de fabricación para el mismo
KR102937244B1 (ko) 분리막 코팅용 슬러리 조성물, 이로부터 제조된 분리막 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
US20260074236A1 (en) Laminate, method of manufacturing the laminate and electrode
CN109994781A (zh) 非水电解液二次电池
WO2025159129A1 (ja) 二次電池