ES3037508T3 - Electrode assembly for lithium secondary battery, and lithium secondary battery comprising same - Google Patents

Electrode assembly for lithium secondary battery, and lithium secondary battery comprising same

Info

Publication number
ES3037508T3
ES3037508T3 ES22811518T ES22811518T ES3037508T3 ES 3037508 T3 ES3037508 T3 ES 3037508T3 ES 22811518 T ES22811518 T ES 22811518T ES 22811518 T ES22811518 T ES 22811518T ES 3037508 T3 ES3037508 T3 ES 3037508T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
positive electrode
mixture layer
weight
electrode assembly
negative electrode
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
ES22811518T
Other languages
English (en)
Inventor
Su Min Lee
Sang Seung Oh
Hye Hyeon Kim
Chi Ho Jo
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Energy Solution Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LG Energy Solution Ltd filed Critical LG Energy Solution Ltd
Application granted granted Critical
Publication of ES3037508T3 publication Critical patent/ES3037508T3/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
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • 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
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • 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
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • 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
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • 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
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • 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
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
    • 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
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/364—Composites as mixtures
    • 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
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/386—Silicon or alloys based on silicon
    • 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
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/483—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides for non-aqueous cells
    • 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
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • 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
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • 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
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • 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
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • 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
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M2010/4292—Aspects relating to capacity ratio of electrodes/electrolyte or anode/cathode
    • 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)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

La presente invención se refiere a un conjunto de electrodos para una batería secundaria de litio y a un cátodo para dicha batería. El conjunto de electrodos permite controlar la relación porcentual (CRLip/CRSi) de las cantidades de un aditivo catódico y un material que contiene silicio (Si), que es un material activo para el ánodo, contenidas en una capa de mezcla catódica y una capa de mezcla anódica, respectivamente, dentro de un rango específico. De esta manera, se logra una alta capacidad y eficiencia de carga/descarga durante la carga/descarga inicial y una excelente retención de capacidad durante la carga/descarga posterior. Una batería secundaria de litio que comprende el conjunto de electrodos presenta una alta densidad energética y una larga vida útil. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Conjunto de electrodos para batería secundaria de litio, y batería secundaria de litio que comprende el mismoCampo técnico
La presente divulgación se refiere a un conjunto de electrodos para una batería secundaria de litio y a una batería secundaria de litio que incluye el mismo.
Esta solicitud reivindica el beneficio de prioridad basándose en la solicitud de patente coreana n.° 10-2021-0067353, presentada el 26 de mayo de 2021.
Antecedentes de la técnica
Recientemente, dado que existe un interés creciente en cuestiones ambientales, se han llevado a cabo investigaciones sobre vehículos eléctricos (EV) y EV híbridos (HEV) que pueden reemplazar a los vehículos que usan combustibles fósiles, tales como los vehículos de gasolina y los vehículos de diésel, que son una de las principales causas de la contaminación del aire. Aunque las baterías secundarias de níquel-hidruro metálico (Ni-MH) se usan principalmente como fuentes de alimentación para EV y HEV, se llevan a cabo activamente investigaciones sobre el uso de una batería secundaria de litio que tiene una alta densidad de energía, una alta tensión de descarga, y estabilidad de salida, y algunas de las baterías secundarias de litio se comercializan.
El grafito se usa principalmente como material de electrodo negativo de la batería secundaria de litio. Sin embargo, dado que el grafito tiene una pequeña capacidad por unidad de masa de 372 mAh/g, es difícil lograr una alta capacidad de la batería secundaria de litio. Por consiguiente, para lograr la alta capacidad de la batería secundaria de litio, como material de electrodo negativo no basado en carbono que tiene una densidad de energía más alta que el grafito, se ha desarrollado y usado un material de electrodo negativo que forma un compuesto intermetálico con litio, tal como silicio, estaño, y un óxido de los mismos. Sin embargo, un material de electrodo negativo no basado en carbono de este tipo tiene el problema de que, aunque la capacidad es grande, la eficiencia inicial es baja y, por tanto, el consumo de litio es grande durante la carga y descarga iniciales y la pérdida de una capacidad irreversible es grande.
Además, como material de electrodo positivo de la batería secundaria de litio se usa principalmente óxido de cobalto que contiene litio (LiCoÜ<2>). Además de LiCoÜ<2>, también está considerándose el uso de un óxido de manganeso que contiene litio, tal como LiMnÜ<2>que tiene una estructura cristalina en capas o LiMn<2>Ü<4>que tiene una estructura cristalina de tipo espinela, y óxido de níquel que contiene litio (LiNiÜ<2>).
Sin embargo, aunque el LiCoÜ<2>se usa ampliamente en la actualidad debido a sus excelentes propiedades físicas, tales como sus excelentes características de ciclo, presenta baja seguridad, y el LiCoÜ<2>es costoso debido a la limitación de recursos del cobalto como materia prima, lo que limita su uso en grandes cantidades como fuente de alimentación en un campo que incluye EV. Además, resulta difícil aplicar el LiNiÜ<2>a un procedimiento de producción en masa real a un coste razonable debido a las características del método de fabricación del LiNiÜ<2>, y dado que la deposición de litio se induce sobre el electrodo negativo debido a un gas generado durante la carga y la descarga, existe la limitación de que se reduce la capacidad de carga y descarga, así como la seguridad.
Documento de la técnica relacionada
Documento de patente
Solicitud de patente coreana abierta a consulta por el público n.° 10-2018-0023696.
La solicitud de patente china abierta a consulta por el público CN 110224169 A se refiere a una batería de iones de litio que comprende un electrodo positivo, un electrodo negativo, un diafragma, un electrolito y un material de envasado. El material activo de electrodo positivo es una mezcla física de un material de óxido de cobalto rico en litio y otros óxidos metálicos que contienen litio.
La solicitud de patente china abierta a consulta por el público CN 107104245 A se refiere a una batería de iones de litio que comprende un ánodo, un cátodo, un diafragma, un electrolito y un material encapsulante. El material activo de electrodo positivo es una mezcla física de un material de disolución sólida a base de manganeso rico en litio y otros óxidos metálicos que contienen litio.
La solicitud de patente europea abierta a consulta por el público EP 3 651 247 A1 se refiere a una batería secundaria de litio que incluye y(Li<2>Nh-xMxO<2>)-z(Li<6>Co<1>-xMxO<4>) como aditivo de cátodo, en donde M es P, B, F, W, Ti o Zr, 0<x<1,0, y y z son razones molares siendo y:z de 2:1 a 30:1, un material activo de cátodo y un material activo de ánodo que tienen una alta densidad de energía.
Documentos no de patente
Mijung Noh y Jaephil Cho 2012 J. Electrochem. Soc. 159 A1329 estudia LÍ<6>C<0>O<4>como aditivo de cátodo para una batería de iones de litio que consiste en un cátodo de LiCoO<2>y ánodos de Si-SiO<x>.
Divulgación
Problema técnico
Un objeto de la presente tecnología es proporcionar una batería secundaria de litio con alta densidad de energía y una excelente vida útil de la batería.
Solución técnica
La presente tecnología se refiere a resolver el problema descrito anteriormente y proporciona un conjunto de electrodos para una batería secundaria de litio, que incluye un electrodo positivo en el que una capa de mezcla de electrodo positivo incluye un material activo de electrodo positivo y un aditivo de electrodo positivo representado por la siguiente fórmula química 1, un electrodo negativo en el que una capa de mezcla de electrodo negativo incluye un material de carbono y un material que contiene silicio (Si) como material activo de electrodo negativo, y un separador ubicado entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, en donde el contenido del aditivo de electrodo positivo es de 0,01 a 5 partes en peso basándose en 100 partes en peso de la capa de mezcla de electrodo positivo, la razón (CR<líp>/CR<s í>) entre el porcentaje de contenido del aditivo de electrodo positivo (CRu<p>) basándose en el peso total de la capa de mezcla de electrodo positivo y el porcentaje de contenido del material que contiene Si (CR<s í>) basándose en el peso total de la capa de mezcla de electrodo negativo oscila desde 0,03 hasta 0,30.
[Fórmula química 1]
Li<p>Co<(1-q)>M<1q>O<4>
En la fórmula química 1, M<1>denota al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, y Mo, y p y q son 5<p<7 y 0<q<0,5, respectivamente.
En este caso, la razón (CR<líp>/CR<s í>) entre el porcentaje de contenido del aditivo de electrodo positivo (CRu<p>) basándose en el peso total de la capa de mezcla de electrodo positivo y el porcentaje de contenido del material que contiene Si (CR<s í>) basándose en el peso total de la capa de mezcla de electrodo negativo puede oscilar desde 0,05 hasta 0,20.
El aditivo de electrodo positivo puede tener una estructura tetragonal con un grupo espacial de P4<2>/nmc.
El material activo de electrodo positivo puede ser un óxido compuesto de litio-metal representado por la siguiente fórmula química 2.
[Fórmula química 2]
Li<x>[Ni<y>Co<z>Mn<w>M<2v>]O<u>
En la fórmula química 2, M<2>denota al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, y Mo, y x, y, z, w, v, y u son 1,0<x<1,30, 0<y<0,95, 0<z<0,5, 0<w<0,5, 0<v<0,2, y 1,5<u<4,5, respectivamente.
El material de carbono puede incluir uno o más seleccionados del grupo que consiste en grafito natural, grafito artificial, grafeno, y nanotubos de carbono, y el material que contiene Si puede incluir uno o más entre Si, monóxido de silicio (SiO), y dióxido de silicio (SiO<2>).
El material de carbono puede incluir uno o más de grafeno y nanotubos de carbono incluidos en una cantidad de 0,1 a 10 partes en peso basándose en 100 partes en peso de la cantidad total del material de carbono.
La capa de mezcla de electrodo positivo puede incluir de 0,1 a 5 partes en peso de un material conductor basándose en el peso total.
La capa de mezcla de electrodo positivo puede incluir uno o más materiales conductores seleccionados del grupo que consiste en grafito natural, grafito artificial, negro de carbono, negro de acetileno, negro de Ketjen, y una fibra de carbono.
El grosor promedio de la capa de mezcla de electrodo positivo puede oscilar desde 50 pm hasta 300 pm, y el grosor promedio de la capa de mezcla de electrodo negativo puede oscilar desde 100 pm hasta 300 pm.
La razón de área promedio de la capa de mezcla de electrodo negativo y la capa de mezcla de electrodo positivo puede oscilar desde 1,0 hasta 1,1.
La presente tecnología se refiere a resolver el problema descrito anteriormente y proporciona una batería secundaria de litio que incluye el conjunto de electrodos descrito anteriormente.
Efectos ventajosos
Según un conjunto de electrodos para una batería secundaria de litio según la presente tecnología, al controlar la razón (CRup/CRsi) entre el porcentaje de contenido de un aditivo de electrodo positivo y un material que contiene silicio (Si) que es un material activo de electrodo negativo, que están contenidos en una capa de mezcla de electrodo positivo y una capa de mezcla de electrodo negativo, respectivamente, dentro de un intervalo específico, existe la ventaja de que pueden lograrse una capacidad/descarga y una eficiencia de carga/descarga altas durante la carga/descarga inicial, la tasa de retención de capacidad puede ser excelente durante la carga/descarga posterior, y una batería secundaria de litio que incluye el conjunto de electrodos puede presentar una alta densidad de energía y una larga vida útil.
Mejor modo
La presente invención puede modificarse de diversas formas y puede tener una variedad de realizaciones y, por tanto, se describirán con detalle realizaciones específicas.
Sin embargo, las realizaciones no deben tomarse en un sentido que limite la presente invención a las realizaciones específicas y deben interpretarse para incluir todas las modificaciones, equivalentes, o sustituyentes que se encuentran dentro del espíritu y alcance técnico de la presente invención.
En la presente invención, los términos “que comprende”, “que tiene”, y similares se usan para especificar la presencia de una característica, un número, una etapa, una operación, un componente, un elemento, o una combinación de los mismos descritos en el presente documento, y no excluyen la presencia o adición de una o más de otras características, números, etapas, operaciones, componentes, elementos, o combinaciones de los mismos. Además, en la presente invención, cuando se describe que una porción de una capa, una película, una región, una placa, o similar está “sobre” otra porción, esto incluye no sólo un caso en el que la porción está “directamente sobre” otra porción, sino también un caso en el que todavía otra porción está presente entre la porción y otra porción. Por el contrario, cuando se describe que una porción de una capa, una película, una región, una placa, o similar está “debajo” de otra porción, esto incluye no sólo un caso en el que la porción está “directamente debajo” de otra porción, sino también un caso en el que todavía otra porción está presente entre la porción y otra porción. Además, en la presente solicitud, estar dispuesto “sobre” puede incluir el caso de estar dispuesto no sólo sobre una porción superior, sino también sobre una porción inferior.
A continuación en el presente documento, se describirá con más detalle la presente invención.
Conjunto de electrodos para batería secundaria de litio
En una realización, la presente divulgación proporciona un conjunto de electrodos para una batería secundaria de litio, que incluye un electrodo positivo en el que una capa de mezcla de electrodo positivo incluye un material activo de electrodo positivo y un aditivo de electrodo positivo representado por la siguiente fórmula química 1, un electrodo negativo en el que una capa de mezcla de electrodo negativo incluye un material de carbono y un material que contiene silicio (Si) como material activo de electrodo negativo, y un separador ubicado entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, en donde el contenido del aditivo de electrodo positivo oscila desde 0,01 hasta 5 partes en peso basándose en 100 partes en peso de la capa de mezcla de electrodo positivo, la razón CRlíp/CRsí entre el porcentaje de contenido del aditivo de electrodo positivo CRup basándose en el peso total de la capa de mezcla de electrodo positivo y el porcentaje de contenido del material que contiene Si CR<sí>basándose en el peso total de la capa de mezcla de electrodo negativo oscila desde 0,03 hasta 0,30.
[Fórmula química 1]
LipCo(<1>-q)M1qÜ<4>
En la fórmula química 1, M1 denota al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, y Mo, y p y q son 5<p<7 y 0<q<0,5, respectivamente.
El conjunto de electrodos para una batería secundaria de litio según la presente tecnología tiene una estructura que incluye un electrodo positivo, un electrodo negativo, y un separador dispuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo. En este caso, el electrodo positivo tiene una forma en la que la capa de mezcla de electrodo positivo está ubicada sobre un colector de corriente de electrodo positivo, y la capa de mezcla de electrodo positivo incluye el material activo de electrodo positivo que presenta actividad y el aditivo de electrodo positivo que confiere una capacidad irreversible. Específicamente, el material activo de electrodo positivo es un material activo de electrodo positivo que está intercalado y desintercalado reversiblemente y puede incluir un óxido compuesto de litiometal representado por la siguiente fórmula química 2 como componente principal:
[Fórmula química 2]
Lix[NiyCozMnwM2v]Ou
En la fórmula química 2, M2 denota al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, y Mo, y x, y, z, w, v, y u son 1,0<x<1,30, 0<y<0,95, 0<z<0,5, 0<w<0,5, 0<v<0,2 y 1,5<u<4,5, respectivamente.
El óxido compuesto de litio-metal representado por la fórmula química 2 es un óxido metálico compuesto que contiene litio y níquel, y el óxido metálico compuesto puede incluir uno o más compuestos seleccionados del grupo que consiste en LiCoO<2>, LiCo0,sZn0,5O2, LiCo0,7Zn0,3O2, LiNiO<2>, L¡N¡0,5Co0,5O2, LiNi0,6Co0,4O2, LiNh/3Co'i/3Ah/3O2, LiMnO<2>, LiNh/3Co1/3Mn1/3O2, LiNi<0>,sCo<0>,<1>Mn<0>,<1>O<2>, LiNi<0>,<6>Co<0>,<2>Mn<0>,<2>O<2>, LiNi0,9Co0,05Mn0,05O2, LiNi<0>,<6>Co<0>,<2>Mn<0>,<1>Al<0>,<1>O<2>, y LiNi0,7Co0,1Mn0,1Al0,1O2.
Como un ejemplo, como material activo de electrodo positivo que es un óxido compuesto de litio-metal representado por la fórmula química 2, puede usarse LiNh/<3>Co<1>/<3>Mn<1>/<3>O<2>, LiNi<0>,sCo<0>,<1>Mn<0>,<1>O<2>, o LiNi<0>,<6>Co<0>,<2>Mn<0>,<2>O<2>, solos o como una combinación de los mismos.
Además, el contenido del material activo de electrodo positivo puede oscilar desde 85 hasta 95 partes en peso basándose en 100 partes en peso de la capa de mezcla de electrodo positivo, y específicamente, puede oscilar desde 88 hasta 95 partes en peso, desde 90 hasta 95 partes en peso, desde 86 hasta 90 partes en peso, o desde 92 hasta 95 partes en peso.
Además, la capa de mezcla de electrodo positivo incluye el aditivo de electrodo positivo representado por la siguiente fórmula química 1.
[Fórmula química 1]
LipCo(1-q)M1qO4
En la fórmula química 1, M<1>denota al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, y Mo, y p y q son 5<p<7 y 0<q<0,5, respectivamente.
El aditivo de electrodo positivo puede contener Li en exceso y puede proporcionar Li para el consumo de litio generado por una reacción química y física irreversible en el electrodo negativo durante la carga inicial y, por tanto, se aumenta la capacidad de carga de la batería y se reduce la capacidad irreversible de modo que pueden mejorarse las características de vida útil.
Entre los aditivos, el aditivo de electrodo positivo representado por la fórmula química 1 tiene un contenido de iones de litio mayor que un óxido que contiene níquel que se usa comúnmente en la técnica. Por consiguiente, durante la activación inicial de la batería, dado que el aditivo de electrodo positivo representado por la fórmula química 1 puede reponer el litio consumido debido a la reacción química y física irreversible, que se produce en el electrodo negativo que contiene un material a base de Si (por ejemplo, Si, SiO<q>(en este caso, 0,8<q<2,2), o similar) como material activo de electrodo negativo, puede mejorarse significativamente la capacidad de carga/descarga de la batería. Además, en comparación con el óxido que contiene hierro y/o manganeso comúnmente usado en la técnica, dado que no se produce ninguna reacción secundaria debido a la elución de un metal de transición durante la carga y descarga de la batería, existe la ventaja de una excelente estabilidad de la batería. El óxido de metal de litio representado por la fórmula química 1 puede incluir L¡<6>Co<0 4>, Li<6>Co<0,5>Zn<0,5>O<4>, Li<6>Co<0 j>Zn<0,3>O<4>, o similares.
Además, el aditivo de electrodo positivo representado por la fórmula química 1 puede tener una estructura cristalina tetragonal, y entre las estructuras cristalinas tetragonales, el aditivo de electrodo positivo puede estar incluido en un grupo espacial de P4<2>/nmc que tiene una estructura tetraédrica retorcida formada por un elemento de cobalto y un elemento de oxígeno.
Además, el contenido del aditivo de electrodo positivo puede ser menor que o igual al 5 % en peso basándose en el peso total del material activo de electrodo positivo, y específicamente, puede ser del 0,01 al 5 % en peso, del 0,01 al 4 % en peso, del 0,01 al 3 % en peso, del 0,01 al 2 % en peso, del 0,01 al 1 % en peso, del 0,1 al 0,9 % en peso, del 0,3 al 0,9 % en peso, del 0,2 al 0,7 % en peso, del 0,5 al 0,9 % en peso, del 0,01 al 0,5 % en peso, del 0,1 al 0,4 % en peso, de 1 a 5 partes en peso, de 2 a 4 partes en peso, de 0,1 a 2,5 partes en peso, de 0,1 a 1 parte en peso, o de 0,5 a 2,5 partes en peso.
Además, aparte del material activo de electrodo positivo y el aditivo de electrodo positivo, la capa de mezcla de electrodo positivo puede incluir además un material conductor, un aglutinante, y otros aditivos.
En este caso, el material conductor puede usarse para mejorar el rendimiento eléctrico del electrodo positivo, y como material conductor pueden usarse uno o más materiales a base de carbono seleccionados del grupo que consiste en grafito natural, grafito artificial, negro de carbono, negro de acetileno, negro de Ketjen, y fibra de carbono. Por ejemplo, el material conductor puede incluir negro de acetileno.
Además, el material conductor puede incluirse en una cantidad de 1 a 5 partes en peso basándose en 100 partes en peso de la capa de mezcla de electrodo positivo, y específicamente, puede incluirse en una cantidad de 1 a 4 partes en peso, de 2 a 4 partes en peso, de 1,5 a 5 partes en peso, o de 1 a 3 partes en peso.
Además, el aglutinante puede incluir al menos una resina seleccionada del grupo que consiste en un copolímero de poli(fluoruro de vinilideno-hexafluoropropileno) (PVdF-co-HFP), poli(fluoruro de vinilideno) (PVdF), poliacrilonitrilo, poli(metacrilato de metilo), y un copolímero de los mismos. Como un ejemplo, el aglutinante puede incluir poli(fluoruro de vinilideno).
Además, el aglutinante puede incluirse en una cantidad de 1 a 10 partes en peso basándose en 100 partes en peso de la capa de mezcla, y específicamente, puede incluirse en una cantidad de 2 a 8 partes en peso, de 2 a 6 partes en peso, o de 2 a 4 partes en peso.
Además, como colector de corriente de electrodo positivo en el electrodo positivo, puede usarse un material que tenga alta conductividad sin provocar ningún cambio químico en la batería. Por ejemplo, puede usarse acero inoxidable, aluminio, Ni, titanio, o carbono calcinado, y en el caso de usar aluminio o acero inoxidable, puede usarse uno cuya superficie esté tratada con carbono, Ni, titanio, o plata. Además, pueden formarse irregularidades finas sobre una superficie del colector de corriente de electrodo positivo para mejorar la fuerza de unión del material activo de electrodo positivo, y puede usarse un colector de corriente de electrodo positivo en cualquier forma, tal como una película, una lámina, una hoja, una red, un cuerpo poroso, una espuma, o un material textil no tejido. Además, el grosor promedio del colector de corriente de electrodo positivo puede aplicarse de manera apropiada en el intervalo de 1 pm a 500 pm teniendo en cuenta la conductividad y el grosor total del electrodo positivo que va a fabricarse. Mientras tanto, el electrodo negativo está provisto de una capa de mezcla de electrodo negativo formada mediante la aplicación, el secado, y el prensado del material activo de electrodo negativo sobre el colector de corriente de electrodo negativo, y en la capa de mezcla de electrodo negativo pueden incluirse además de manera selectiva un polímero aglutinante orgánico, un aditivo, y similares, al igual que en el electrodo positivo.
En este caso, el material activo de electrodo negativo puede incluir un material de carbono y un material que contiene Si. El material de carbono significa un material de carbono que contiene átomos de carbono como componente principal. El material de carbono puede incluir uno o más seleccionados del grupo que consiste en grafito con una estructura cristalina completamente en capas tal como grafito natural, carbono blando con una estructura cristalina en capas de baja cristalinidad (una estructura de grafeno es una estructura en la que planos de panal de abeja hexagonales de carbono están dispuestos en capas), carbono duro en el que estas estructuras están mezcladas con porciones amorfas, grafito artificial, grafito expandido, fibra de carbono, carbono no grafitizado, negro de carbono, negro de acetileno, negro de Ketjen, nanotubos de carbono, fullerenos, carbono activado, grafeno, y nanotubos de carbono. Más preferiblemente, el material de carbono puede incluir además grafito natural y/o grafito artificial y puede incluir uno cualquiera o más de grafeno y nanotubos de carbono junto con el grafito natural y/o el grafito artificial. En este caso, el material de carbono puede incluir grafeno y/o nanotubos de carbono a de 0,1 a 10 partes en peso basándose en 100 partes en peso de la cantidad total del material de carbono, y más específicamente, el material de carbono puede incluir grafeno y/o nanotubos de carbono a de 0,1 a 5 partes en peso o de 0,1 a 2 partes en peso basándose en 100 partes en peso del material de carbono total.
Además, el material que contiene Si es un material, que contiene Si como componente principal, como componente metálico, y el material que contiene Si puede incluir Si, SiO, o SiÜ<2>, solos o como una combinación de los mismos. Cuando SiO y SiO<2>se mezclan o complejan uniformemente y se incluyen en la capa de mezcla de electrodo negativo como material que contiene silicio Si, SiO y SiO<2>pueden expresarse como óxido de silicio (SiOx) (en este caso, 1<x<2). Además, cuando el material que contiene Si tiene una forma en la que están mezcladas uniformemente partículas de SiO y partículas de SiO<2>, cada partícula puede tener la forma de una partícula cristalina, y cuando las partículas de SiO y las partículas de SiO<2>tienen una forma compleja, cada partícula puede tener la forma de una partícula cristalina o una partícula amorfa. En este caso, la proporción de partículas amorfas oscila desde 50 hasta 100 partes en peso, y específicamente, desde 50 hasta 90 partes en peso, desde 60 hasta 80 partes en peso, o desde 85 hasta 100 partes en peso, basándose en 100 partes en peso de la cantidad total del material de silicio. En la presente tecnología, la proporción de partículas amorfas contenidas en el material de silicio se controla dentro del intervalo anterior, de modo que pueden mejorarse la estabilidad térmica y la flexibilidad sin degradar las propiedades eléctricas del electrodo.
Además, el material activo de electrodo negativo puede incluir el material de carbono y el material que contiene Si y puede incluir el material de carbono a de 75 a 99 partes en peso y el material que contiene Si a de 1 a 25 partes en peso, basándose en 100 partes en peso de la cantidad total. Más específicamente, basándose en 100 partes en peso de la cantidad total, el material activo de electrodo negativo puede incluir el material de carbono a de 80 a 95 partes en peso y el material que contiene Si a de 5 a 20 partes en peso, el material de carbono a de 90 a 97 partes en peso y el material que contiene silicio Si a de 3 a 10 partes en peso, el material de carbono a de 85 a 92 partes en peso y el material que contiene Si a de 8 a 15 partes en peso, el material de carbono a de 82 a 87 partes en peso y el material que contiene Si a de 13 a 18 partes en peso, o el material de carbono a de 93 a 98 partes en peso y el material que contiene silicio Si a de 2 a 7 partes en peso. En la presente tecnología, el contenido del material de carbono y el material que contiene Si incluido en el material activo de electrodo negativo se ajusta a los intervalos anteriores, de modo que es posible mejorar la capacidad de carga por unidad de masa mientras se reduce el consumo de Li y la pérdida de capacidad irreversible durante la carga y descarga iniciales de la batería.
Además, la capa de mezcla de electrodo negativo puede incluir además el material conductor, el aglutinante, y otros aditivos, que se describen anteriormente en la capa de mezcla de electrodo positivo, según sea necesario.
Específicamente, junto con el material activo de electrodo negativo, la capa de mezcla de electrodo negativo puede incluir uno o más materiales conductores seleccionados del grupo que consiste en negro de carbono, negro de acetileno, negro de Ketjen, fibra de carbono, grafeno, nanotubos de carbono (por ejemplo, nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT), y nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT)). Por ejemplo, el material conductor puede incluir negro de acetileno.
Además, el material conductor puede incluirse en una cantidad de 0,1 a 10 partes en peso basándose en 100 partes en peso de la capa de mezcla de electrodo negativo, y específicamente, puede incluirse en una cantidad de 0,1 a 8 partes en peso, de 0,1 a 5 partes en peso, o de 0,5 a 2 partes en peso.
Además, el aglutinante sirve para adherir los materiales activos de electrodo negativo y puede ser uno cualquiera o una mezcla de dos o más entre, por ejemplo, poli(fluoruro de vinilideno) (PVDF), poli(ácido acrílico) (PAA), poli(ácido metacrílico) (PMAA), caucho de estireno-butadieno (SBR), y carboximetilcelulosa (CMC).
Además, el contenido del aglutinante puede oscilar desde 0,5 hasta 5 partes en peso basándose en 100 partes en peso del material activo de electrodo negativo, y específicamente, desde 0,5 hasta 4 partes en peso, o desde 1 hasta 3 partes en peso.
Además, el colector de corriente de electrodo negativo no está particularmente limitado siempre que un material tenga alta conductividad sin provocar ningún cambio químico en la batería y, por ejemplo, para el colector de corriente de electrodo negativo puede usarse cobre, acero inoxidable, Ni, titanio, o carbono calcinado, y en el caso de usar cobre o acero inoxidable, puede usarse uno cuya superficie esté tratada con carbono, níquel, titanio, o plata. Además, al igual que el colector de corriente de electrodo positivo, pueden formarse irregularidades finas sobre una superficie del colector de corriente de electrodo negativo para mejorar la fuerza de unión con el material activo de electrodo negativo, y puede usarse un colector de corriente de electrodo negativo en diversas formas, tales como una película, una lámina, una hoja, una red, un cuerpo poroso, una espuma, y un material textil no tejido. Además, el grosor promedio del colector de corriente de electrodo negativo puede aplicarse de manera apropiada en el intervalo de 1 pm a 500 pm teniendo en cuenta la conductividad y el grosor total del electrodo negativo que va a fabricarse. Mientras tanto, en el conjunto de electrodos para una batería secundaria de litio según la presente tecnología, el grosor promedio de cada capa de mezcla que constituye el electrodo positivo y el electrodo negativo y/o la razón de área promedio entre las capas de mezcla pueden controlarse en un intervalo predeterminado.
Específicamente, el grosor promedio de la capa de mezcla de electrodo positivo puede oscilar desde 50 pm hasta 300 pm, y más específicamente, desde 100 pm hasta 200 pm, desde 80 pm hasta 150 pm, desde 120 pm hasta 170 pm, desde 150 pm hasta 300 pm, desde 200 pm hasta 300 pm, desde 150 pm hasta 190 pm, desde 130 pm hasta 160 pm, desde 100 pm hasta 150 pm, o desde 110 pm hasta 160 pm.
Además, la capa de mezcla de electrodo negativo puede tener un grosor promedio que oscila desde 100 pm hasta 300 pm, y más específicamente, desde 100 pm hasta 250 pm, desde 100 pm hasta 200 pm, desde 100 pm hasta 180 pm, desde 100 pm hasta 150 pm, desde 120 pm hasta 200 pm, desde 140 pm hasta 200 pm, o desde 140 pm hasta 160 pm.
Además, la razón NA/PA del área promedio NA de la capa de mezcla de electrodo negativo con respecto al área promedio PA de la capa de mezcla de electrodo positivo puede oscilar desde 1,0 hasta 1,1, y específicamente, desde 1,0 hasta 1,08, desde 1,0 hasta 1,06, desde 1,0 hasta 1,04, desde 1,02 hasta 1,1, desde 1,04 hasta 1,1, desde 1,06 hasta 1,1, desde 1,02 hasta 1,08, o desde 1,04 hasta 1,06.
Según la presente tecnología, al controlar el grosor promedio y/o la razón de área promedio de la capa de mezcla de electrodo positivo y la capa de mezcla de electrodo negativo en el/los intervalo(s) anterior(es), durante la carga y descarga repetidas de la batería secundaria de litio, puede controlarse fácilmente la razón del porcentaje de contenido del aditivo de electrodo positivo CRup y el porcentaje de contenido del material que contiene Si CRsí, que están contenidos en la capa de mezcla de electrodo positivo y la capa de mezcla de electrodo negativo, respectivamente, y puede lograrse una capacidad de carga/descarga y una eficiencia de carga/descarga altas durante la carga y descarga iniciales. Específicamente, cuando el grosor promedio de cada una de la capa de mezcla de electrodo positivo y la capa de mezcla de electrodo negativo supera 300 pm, puede producirse un problema de reducción de la seguridad durante la carga rápida y/o sobrecarga de la batería secundaria de litio, y cuando cada uno de los grosores promedio es menor de 50 pm y 100 pm, existe una limitación en el sentido de que se reduce significativamente la capacidad de carga/descarga de la batería secundaria de litio. Además, cuando el grosor promedio de la capa de mezcla de electrodo positivo es excesivamente grueso y/o el área promedio de la misma es amplia y, por tanto, la razón de área promedio NA/PA es menor de 1,0, se genera una cantidad significativa de gas dentro de la batería durante la carga y descarga de la batería secundaria de litio y se expande, de modo que puede reducirse la seguridad. Cuando el grosor promedio de la capa de mezcla de electrodo negativo es excesivamente grueso y/o el área promedio de la misma es excesivamente amplia y, por tanto, la razón de área promedio NA/PA supera 1,1, la capacidad irreversible aumenta significativamente durante la carga y descarga de la batería secundaria de litio, de modo que existe una limitación en el sentido de que se reducen la capacidad de carga/descarga y la salida.
Además, en el conjunto de electrodos para una batería secundaria de litio según la presente tecnología, la razón CR<líp>/CR<sí>entre el porcentaje de contenido del aditivo de electrodo positivo CRup basándose en el peso total de la capa de mezcla de electrodo positivo y el porcentaje de contenido del material que contiene Si CR<sí>basándose en el peso total de la capa de mezcla de electrodo negativo puede oscilar desde 0,03 hasta 0,30, y específicamente, desde 0,03 hasta 0,25, desde 0,03 hasta 0,20, desde 0,03 hasta 0,19, desde 0,03 hasta 0,15, desde 0,03 hasta 0,1, desde 0,05 hasta 0,25, desde 0,1 hasta 0,25, desde 0,12 hasta 0,2, desde 0,15 hasta 0,2, desde 0,15 hasta 0,19, desde 0,05 hasta 0,2, desde 0,05 hasta 0,18, desde 0,08 hasta 0,19, desde 0,09 hasta 0,17, desde 0,1 hasta 0,2, desde 0,1 hasta 0,15, o desde 0,12 hasta 0,18.
En la presente tecnología, el aditivo de electrodo positivo y el material que contiene Si, que están contenidos en el electrodo positivo y el electrodo negativo, respectivamente, son materiales que participan en una reacción irreversible. Según la presente tecnología, la razón CR<líp>/CR<sí>entre el porcentaje de contenido del aditivo de electrodo positivo CRLip y el porcentaje de contenido del material que contiene Si CRSi basándose en el peso total de la capa de mezcla de electrodo negativo se controla en el intervalo anterior, de modo que pueden lograrse una capacidad de carga/descarga y una eficiencia de carga/descarga altas durante la carga y descarga iniciales.
Además, el separador se interpone entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, y como separador se usa una película delgada aislante que tiene alta permeabilidad iónica y alta resistencia mecánica. El separador no está particularmente limitado siempre que sea un material usado generalmente en la técnica, y específicamente, como separador puede usarse una lámina o un material textil no tejido elaborado de polietileno, fibra de vidrio, o polipropileno con resistencia química e hidrófobo. En algunos casos, como separador puede usarse un separador compuesto en el que un material de base de polímero poroso, tal como una lámina o un material textil no tejido, está recubierto con partículas inorgánicas/partículas orgánicas mediante un polímero aglutinante orgánico. Cuando se usa un electrolito sólido, tal como un polímero, como electrolito, el electrolito sólido también puede servir como separador. Además, el separador puede tener un diámetro de poro promedio que oscila desde 0,01 pm hasta 10 pm, y un grosor promedio que oscila desde 5 pm hasta 300 pm.
Batería secundaria de litio
Además, en una realización, la presente divulgación proporciona una batería secundaria de litio que incluye el conjunto de electrodos descrito anteriormente.
La batería secundaria de litio según la presente tecnología puede tener una estructura en la que el conjunto de electrodos está impregnado con un electrolito que contiene una sal de litio. Específicamente, el conjunto de electrodos puede enrollarse en forma de un rollo de gelatina y alojarse en una batería cilíndrica, una batería prismática, o una batería de tipo bolsa, o puede alojarse en una batería de tipo bolsa en una forma plegable o apilable y plegable. Por tanto, cuando se aloja el conjunto de electrodos, la batería secundaria de litio puede fabricarse inyectando el electrolito que contiene una sal de litio en la batería, de modo que el conjunto de electrodos se impregne con el electrolito.
Además, el electrolito que contiene una sal de litio según la presente tecnología puede consistir en un electrolito y una sal de litio, y como electrolito puede usarse un disolvente orgánico no acuoso, un electrolito sólido orgánico, o un electrolito sólido inorgánico.
Por ejemplo, como disolvente orgánico no acuoso, puede usarse un disolvente orgánico aprótico tal como N-metil-2-pirrolidinona, carbonato de etileno, carbonato de propileno, carbonato de butileno, carbonato de dimetilo, carbonato de dietilo, gamma-butirolactona, 1,2-dimetoxietano, tetrahidrofurano, 2-metiltetrahidrofurano, dimetilsulfóxido, 1,3-dioxolano, formamida, dimetilformamida, dioxolano, acetonitrilo, nitrometano, formiato de metilo, acetato de metilo, triéster de ácido fosfórico, trimetoximetano, un derivado de dioxolano, sulfolano, metilsulfolano, 1,3-dimetil-2-imidazolidinona, un derivado de carbonato de propileno, un derivado de tetrahidrofurano, éter, propionato de metilo, o propionato de etilo.
Por ejemplo, como electrolito sólido orgánico, puede usarse un derivado de polietileno, un derivado de poli(óxido de etileno), un derivado de poli(óxido de propileno), un polímero de éster fosfato, lisina de poliagitación, poli(sulfuro de éster), poli(alcohol vinílico) (PVA), poli(fluoruro de vinilideno), o un polímero que contiene un grupo de disociación iónica.
Como electrolito sólido inorgánico pueden usarse nitruros, haluros y sulfatos de Li tales como Li<3>N, LiI, LisNi<2>, Li<3>N-LiI-LiOH, LiSiO<4>, LiSiO<4>-LiI-LiOH, Li<2>SiS<3>, U<4>SO<4>, U<4>SO<4>-UI-UOH, o Li<3>PO<4>-Li<2>S-SiS<2>.
La sal de litio es un material fácilmente soluble en un electrolito no acuoso. Por ejemplo, como sal de litio pueden usarse LiCl, LiBr, LiI, UCO<4>, UBF<4>, LiB<10>Cl<10>, LiPF6, UCF<3>SO<3>, UCF<3>CO<2>, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCk CH<3>SO<3>U, (CF<3>SO<2>)<2>NLi, cloroborano de litio, carboxilatos alifáticos inferiores de litio, 4-fenilboronato de Li, o imida.
Además, con el propósito de mejorar las características de carga/descarga y la retardancia de la llama, por ejemplo, pueden añadirse al electrolito piridina, trietilfosfito, trietanolamina, éter cíclico, etilendiamina, n-glima, triamida de ácido hexafosfórico, un derivado de nitrobenceno, azufre, un colorante de quinona-imina, oxazolidinona N-sustituida, imidazolidina N,N-sustituida, dialquil éter de etilenglicol, una sal de amonio, pirrol, 2-metoxietanol, o tricloruro de aluminio. En algunos casos, para conferir incombustibilidad, puede incluirse además un disolvente que contiene halógeno, tal como tetracloruro de carbono y trifluoruro de etileno, y para mejorar las características de almacenamiento a alta temperatura, puede incluirse además un gas de dióxido de carbono, y pueden incluirse además carbonato de fluoroetileno (FEC) y propenosultona (PRS).
Módulo de batería
Además, en una realización, la presente divulgación proporciona un módulo de batería que incluye la batería secundaria descrita anteriormente como una celda unitaria, y un bloque de baterías que incluye el módulo de batería.
El bloque de baterías puede usarse como fuente de alimentación para dispositivos medianos a grandes que requieren estabilidad de alta temperatura, características de ciclo largo, y características de alta tasa. Los ejemplos específicos de los dispositivos medianos a grandes incluyen herramientas eléctricas accionadas por un motor eléctrico, vehículos eléctricos (EV), incluyendo EV, EV híbridos (HEV), y HEV enchufables (PHEV), vehículos eléctricos de dos ruedas, incluyendo bicicletas eléctricas (E-bikes) y escúteres eléctricos (E-scooters), carritos de golf eléctricos, camiones eléctricos, o sistemas de almacenamiento de energía, y más específicamente, HEV, pero la presente tecnología no se limita a los mismos.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
A continuación en el presente documento, se describirá con más detalle la presente invención con referencia a los ejemplos y ejemplos experimentales.
Sin embargo, los siguientes ejemplos y ejemplos experimentales son meramente ilustrativos de la presente invención, y el contenido de la presente invención no se limita a los siguientes ejemplos y ejemplos experimentales. Ejemplos 1 a 6 y ejemplos comparativos 1 a 8.
Se inyectó un disolvente de N-metilpirrolidona en una homomezcladora, y para formar la capa de mezcla de electrodo positivo, se pesaron y añadieron LiNi<0,8>Co<0>,-iMn<0>,-iO<2>como material activo de electrodo positivo, negro de carbono como material conductor, PVdF como aglutinante, y Li<6>CoO<4>como aditivo de electrodo positivo, tal como se muestra en las tablas 1 y 2 a continuación, y se mezclaron a 3.000 rpm durante 60 minutos de modo que se preparó una suspensión de electrodo positivo. Se aplicó la suspensión de electrodo positivo preparada a una superficie de un colector de corriente de aluminio, se secó a una temperatura de 100 °C, y se laminó para fabricar un electrodo positivo. En este caso, el grosor total y el área promedio de la capa de mezcla de electrodo positivo fueron de 130 pm y 1260±50 mm2, respectivamente, y el grosor total del electrodo positivo fabricado fue de aproximadamente 200 pm.
Además, se prepararon partículas de grafito natural y SiOx (en este caso, 1<x<2) como materiales activos de electrodo negativo, una mezcla de negro de carbono y nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT) (razón de mezclado = 1:1 p/p) como material conductor, y SBR y carboximetilcelulosa (CMC) como aglutinantes, y se preparó una suspensión de electrodo negativo de la misma manera que se prepara la suspensión de electrodo positivo con referencia a las tablas 1 y 2 a continuación. En este caso, el grafito usado en la formación de la capa de mezcla de electrodo negativo fue grafito natural (tamaño de partícula promedio: de 10 pm a 30 pm), y se usaron partículas de SiO<x>que tienen un tamaño de partícula promedio que oscila desde 3 pm hasta 10 pm. Se aplicó la suspensión de electrodo negativo preparada a un lado de un colector de corriente de cobre, se secó a una temperatura de 100 °C, y se laminó para fabricar un electrodo negativo. En este caso, el grosor total y el área promedio de la capa de mezcla de electrodo negativo fueron de 150 pm y 1333 ± 50 mm<2>, respectivamente, y el grosor total del electrodo negativo fabricado fue de aproximadamente 250 pm.
En este caso, la razón CR<up>/CR<si>entre el porcentaje de contenido del aditivo de electrodo positivo CR<up>basándose en el peso total de la capa de mezcla de electrodo positivo y el porcentaje de contenido de partículas de SiO<x>CR<sí>basándose en el peso total de la capa de mezcla de electrodo negativo se muestra en las tablas 1 y 2 a continuación.
Luego, se interpuso un separador (grosor: aproximadamente 16 pm) elaborado de una película de polietileno (PE) porosa entre el electrodo positivo fabricado y el electrodo negativo fabricado, y se inyectó E2DVC como electrolito para fabricar una celda de tipo celda completa.
En este caso, “E2DVC” es un tipo de electrolito a base de carbonato y se refiere a una disolución en la que una mezcla de carbonato de etileno (EC):carbonato de dimetilo (DMC):carbonato de dietilo (DEC) = 1:1:1 (razón en volumen) se mezcla con hexafluorofosfato de litio (LiPF<6>, 1,0 M) y carbonato de vinilo (VC, 2 % en peso).
[Tabla 1]
[Tabla 2]
Ejemplo experimental
Para evaluar el rendimiento del conjunto de electrodos fabricado según la presente tecnología, se realizó el siguiente experimento.
A) Medición de la cantidad de emisión de gases
Para las celdas fabricadas en los ejemplos 1 a 6 y los ejemplos comparativos 1 a 8, se analizó la cantidad de gas de oxígeno generado mientras se realizaba la carga y descarga una vez a una temperatura de 25 °C en una condición de 0,1 C/0,1 C para proceder a la formación, y los resultados se muestran en la tabla 3 a continuación.
B) Evaluación del rendimiento eléctrico
Se cargaron las celdas fabricadas en los ejemplos 1 a 6 y los ejemplos comparativos 1 a 8 con una corriente de carga de 0,05 C hasta una tensión de terminación de carga que oscilaba desde 4,2 V hasta 4,25 V a una temperatura de 25 °C y se cargaron hasta que se alcanzó una densidad de corriente de 0,01 C a una tensión de 0,02 V. Después de eso, se realizó la carga y descarga (= carga/descarga inicial) una vez descargando hasta una tensión de terminación de 2 V con una corriente de descarga de 0,05 C, y se calcularon las eficiencias iniciales según la ecuación 1 a continuación midiendo las capacidades de carga/descarga de las celdas durante la carga y descarga. Después de realizarse la carga/descarga una vez, se repitieron 100 ciclos cargando y descargando con una corriente de 0,5 C, se midió la capacidad de carga/descarga de la celda de la misma manera que en la carga/descarga inicial, y, después de 100 veces de carga/descarga, se calculó la tasa de retención de capacidad según la ecuación 2 a continuación. Los resultados se muestran en la tabla 3 a continuación.
[Ecuación 1]
Eficiencia inicial (%) = (capacidad de descarga la primera vez / capacidad de carga la primera vez) * 100 [Ecuación 2]
Tasa de retención de capacidad (%) = (capacidad de descarga a las 100 veces / capacidad de descarga la primera vez) x 100
[Tabla 3]
Tal como se muestra en la tabla 3, puede observarse que los conjuntos de electrodos de los ejemplos según la presente tecnología tienen un efecto de mejora del rendimiento de la batería.
Específicamente, se demostró que los conjuntos de electrodos de los ejemplos tenían una capacidad y una eficiencia de carga/descarga inicial que eran tan altas como de 50,7 mAh o más y del 80,6 % o más, respectivamente, y la capacidad de la celda se mantuvo al 88 % o más incluso después de que la carga y descarga se repitieran 100 veces. Además, en un conjunto de electrodos para una batería secundaria de litio, se genera gas de oxígeno debido al aditivo de electrodo positivo según la siguiente fórmula de reacción, y se confirmó que la cantidad de generación de gas de oxígeno fue pequeña en los conjuntos de electrodos de los ejemplos incluso cuando la misma cantidad del aditivo de electrodo positivo estaba contenida en la capa de mezcla de electrodo positivo en comparación con los conjuntos de electrodos de los ejemplos comparativos.
A partir de los resultados anteriores, en el conjunto de electrodos para una batería secundaria de litio según la presente tecnología, al controlar la razón CRLip/CRSi entre el porcentaje de contenido de un aditivo de electrodo positivo y un material que contiene Si que es un material activo de electrodo negativo, que están contenidos en una capa de mezcla de electrodo positivo y una capa de mezcla de electrodo negativo, respectivamente, a un intervalo específico, es posible controlar la tasa de reacciones reversibles e irreversibles de iones de litio en el conjunto de electrodos y/o la eficiencia, de modo que existe la ventaja de que pueden lograrse una capacidad de carga/descarga y una eficiencia de carga/descarga altas durante la carga/descarga inicial, la tasa de retención de capacidad puede ser excelente durante la carga/descarga posterior, y una batería secundaria de litio que incluye el conjunto de electrodos puede presentar una alta densidad de energía y una larga vida útil.
Aunque la descripción anterior se ha realizado con referencia a realizaciones a modo de ejemplo de la presente invención, debe entenderse que los expertos en la técnica a la que pertenece la presente invención pueden idear diversas alteraciones y modificaciones de la presente invención sin apartarse del espíritu y alcance de la presente invención, que se definen en las reivindicaciones adjuntas.
Por tanto, el alcance técnico de la presente invención no debe limitarse a los contenidos descritos en la descripción detallada de esta memoria descriptiva, sino que debe estar determinado por el alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Conjunto de electrodos para una batería secundaria de litio, que comprende:
un electrodo positivo en el que una capa de mezcla de electrodo positivo incluye un material activo de electrodo positivo y un aditivo de electrodo positivo representado por la siguiente fórmula química 1; un electrodo negativo en el que una capa de mezcla de electrodo negativo incluye un material de carbono y un material que contiene silicio (Si) como material activo de electrodo negativo; y
un separador ubicado entre el electrodo positivo y el electrodo negativo,
en donde el contenido del aditivo de electrodo positivo oscila desde 0,01 hasta 5 partes en peso basándose en 100 partes en peso de la capa de mezcla de electrodo positivo, y
la razón de CRup/CRsi entre el porcentaje de contenido del aditivo de electrodo positivo CRup basándose en el peso total de la capa de mezcla de electrodo positivo y el porcentaje de contenido del material que contiene Si CRsi basándose en el peso total de la capa de mezcla de electrodo negativo oscila desde 0,03 hasta 0,30:
[Fórmula química 1]
LipCo(<1>-q)M1qÜ<4>,
en la fórmula química 1,
M1 denota al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, y Mo, y
p y q son 5<p<7 y 0<q<0,5, respectivamente.
2. Conjunto de electrodos según la reivindicación 1, en donde la razón de CR<líp>/CR<sí>entre el porcentaje de contenido del aditivo de electrodo positivo CRLip basándose en el peso total de la capa de mezcla de electrodo positivo y el porcentaje de contenido del material que contiene Si CR<sí>basándose en el peso total de la capa de mezcla de electrodo negativo oscila desde 0,05 hasta 0,20.
3. Conjunto de electrodos según la reivindicación 1, en donde el aditivo de electrodo positivo tiene una estructura tetragonal con un grupo espacial de P42/nmc.
4. Conjunto de electrodos según la reivindicación 1, en donde el material activo de electrodo positivo es un óxido compuesto de litio-metal representado por la siguiente fórmula química 2:
[Fórmula química 2]
Lix[NiyCozMnwM2v]Ou,
en la fórmula química 2,
M2 denota al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, y Mo, y
x, y, z, w, v, y u son 1,0<x<1,30, 0<y<0,95, 0<z<0,5, 0<w<0,5, 0<v<0,2, y 1,5<u<4,5, respectivamente.
5. Conjunto de electrodos según la reivindicación 1, en donde el material de carbono incluye uno o más seleccionados del grupo que consiste en grafito natural, grafito artificial, grafeno, y nanotubos de carbono.
6. Conjunto de electrodos según la reivindicación 5, en donde el material de carbono incluye uno o más de grafeno y nanotubos de carbono incluidos en una cantidad de 0,1 a 10 partes en peso basándose en 100 partes en peso de la cantidad total del material de carbono.
7. Conjunto de electrodos según la reivindicación 1, en donde la capa de mezcla de electrodo positivo incluye de 0,1 a 5 partes en peso de un material conductor basándose en el peso total de la capa de mezcla de electrodo positivo.
8. Conjunto de electrodos según la reivindicación 1, en donde la capa de mezcla de electrodo positivo incluye uno o más materiales conductores seleccionados del grupo que consiste en grafito natural, grafito artificial, negro de carbono, negro de acetileno, negro de Ketjen, y una fibra de carbono.
9. Conjunto de electrodos según la reivindicación 1, en donde el material que contiene Si incluye uno o más entre Si, monóxido de silicio (SiO), y dióxido de silicio (SO<2>).
10. Conjunto de electrodos según la reivindicación 1, en donde:
el grosor promedio de la capa de mezcla de electrodo positivo oscila desde 50 pm hasta 300 pm; y el grosor promedio de la capa de mezcla de electrodo negativo oscila desde 100 pm hasta 300 pm.
11. Batería secundaria de litio que comprende el conjunto de electrodos según la reivindicación 1.
ES22811518T 2021-05-26 2022-05-06 Electrode assembly for lithium secondary battery, and lithium secondary battery comprising same Active ES3037508T3 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210067353A KR20220160140A (ko) 2021-05-26 2021-05-26 리튬 이차전지용 전극 조립체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
PCT/KR2022/006456 WO2022250325A1 (ko) 2021-05-26 2022-05-06 리튬 이차전지용 전극 조립체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES3037508T3 true ES3037508T3 (en) 2025-10-02

Family

ID=84230027

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES22811518T Active ES3037508T3 (en) 2021-05-26 2022-05-06 Electrode assembly for lithium secondary battery, and lithium secondary battery comprising same

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20230343948A1 (es)
EP (1) EP4191730B1 (es)
JP (1) JP7551216B2 (es)
KR (1) KR20220160140A (es)
CN (1) CN115989609A (es)
ES (1) ES3037508T3 (es)
HU (1) HUE072225T2 (es)
WO (1) WO2022250325A1 (es)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA3204051A1 (en) 2021-01-20 2022-07-28 Brian Lian Compositions and methods for the treatment of metabolic and liver disorders
JP7642830B2 (ja) 2021-09-15 2025-03-10 バイキング・セラピューティクス・インコーポレイテッド 代謝及び肝臓障害の処置のための組成物及び方法
KR20240104322A (ko) * 2022-12-27 2024-07-05 주식회사 엘지에너지솔루션 리튬 이차 전지

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6121454B2 (ja) * 2013-01-31 2017-04-26 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池用正極及び非水電解質二次電池
JP6058151B2 (ja) * 2013-09-05 2017-01-11 エルジー・ケム・リミテッド 高容量リチウム二次電池用正極添加剤
JP6201642B2 (ja) 2013-10-29 2017-09-27 株式会社豊田自動織機 蓄電装置
JPWO2017183653A1 (ja) 2016-04-21 2019-02-28 株式会社豊田自動織機 正極用材料
KR20180023696A (ko) 2016-08-26 2018-03-07 주식회사 엘지화학 이차전지 제조 방법
JP6944641B2 (ja) 2017-04-24 2021-10-06 トヨタ自動車株式会社 リチウムイオン二次電池およびその製造方法
CN107104245A (zh) * 2017-05-03 2017-08-29 南京安普瑞斯有限公司 一种锂离子电池
KR102394782B1 (ko) * 2017-07-06 2022-05-04 현대자동차주식회사 전고체 전지의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 전고체 전지
JP2019046689A (ja) 2017-09-04 2019-03-22 株式会社豊田自動織機 リチウムイオン二次電池
KR102308723B1 (ko) * 2017-10-19 2021-10-05 주식회사 엘지에너지솔루션 음극 활물질, 상기 음극 활물질을 포함하는 음극, 및 상기 음극을 포함하는 이차 전지
JP6962154B2 (ja) 2017-11-27 2021-11-05 株式会社豊田自動織機 リチウムイオン二次電池
KR102653787B1 (ko) * 2017-11-29 2024-04-02 주식회사 엘지에너지솔루션 양극 첨가제, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 양극 및 리튬 이차 전지
KR102073951B1 (ko) * 2017-11-30 2020-02-05 주식회사 엘지화학 양극 첨가제, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 양극 및 리튬 이차 전지
KR102398571B1 (ko) * 2017-12-26 2022-05-13 주식회사 엘지에너지솔루션 양극 첨가제, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 양극 및 리튬 이차 전지
JP2019145402A (ja) 2018-02-22 2019-08-29 株式会社豊田自動織機 リチウムイオン二次電池
CN110224169B (zh) * 2018-03-01 2021-09-14 安普瑞斯（南京）有限公司 一种高能量密度锂离子电池
KR102644858B1 (ko) * 2018-11-30 2024-03-06 주식회사 엘지에너지솔루션 양극 합제용 첨가제 조성물, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 양극 합제 슬러리 조성물
KR102874983B1 (ko) 2019-01-15 2025-10-22 테슬라, 인크. 에너지 저장 장치를 전리튬화하기 위한 조성물 및 방법
KR102631720B1 (ko) * 2019-11-07 2024-01-31 주식회사 엘지에너지솔루션 리튬 이차전지의 제조방법
KR20210067353A (ko) 2019-11-29 2021-06-08 주식회사 아우룸블록체인 블록체인 상의 다중서명 전자계약으로 개인의 통제권을 강화하여 의료기록을 저장하고 정보제공하는 방법 및 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
JP7551216B2 (ja) 2024-09-17
JP2023541806A (ja) 2023-10-04
CN115989609A (zh) 2023-04-18
US20230343948A1 (en) 2023-10-26
HUE072225T2 (hu) 2025-11-28
EP4191730A4 (en) 2024-08-14
KR20220160140A (ko) 2022-12-06
EP4191730B1 (en) 2025-07-09
WO2022250325A1 (ko) 2022-12-01
EP4191730A1 (en) 2023-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101452029B1 (ko) 고용량 양극활물질 및 이를 포함하는 리튬이차전지
KR101139972B1 (ko) 출력 향상을 위한 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
EP2696402B1 (en) Positive electrode material for a lithium secondary battery for improving output, and lithium secondary battery comprising same
KR102010014B1 (ko) 리튬 이차전지 및 그의 구동방법
ES3037508T3 (en) Electrode assembly for lithium secondary battery, and lithium secondary battery comprising same
KR20110097719A (ko) 고용량의 양극활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
JP6749692B2 (ja) リチウム二次電池、電池モジュール、電池パック、及び電池パックを含むデバイス
KR20150015086A (ko) 젖음성이 향상된 이차전지용 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR20110081107A (ko) 4ｖ 영역과 3ｖ 영역에서 우수한 충방전 특성을 발휘할 수 있는 리튬 망간 산화물을 포함하는 양극 활물질
KR101252988B1 (ko) 고용량의 리튬 망간 산화물계 양극활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
JP2013537357A (ja) リチウムマンガン酸化物を含む正極活物質および非水電解質二次電池
JP6037586B2 (ja) リチウム二次電池用電解液及びそれを含むリチウム二次電池
JP7584849B2 (ja) リチウム二次電池用負極およびそれを含むリチウム二次電池
JP7594098B2 (ja) 正極活物質と非可逆添加剤を含むマスターバッチおよびそれを含有するリチウム二次電池用正極スラリー
CN115443557B (zh) 具有高能量密度的电极组件和包含其的锂二次电池
JPWO2011114433A1 (ja) リチウム二次電池
JP2025063216A (ja) 寿命特性が向上したリチウム二次電池、その駆動方法、それを含む電池モジュールおよび電池モジュールを含む電池パック
KR101852762B1 (ko) 다공성 실리콘을 포함하는 이차전지용 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR101264497B1 (ko) 출력 향상을 위한 리튬이차전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬이차전지
KR20110110729A (ko) 이차전지용 신규 양극
JP7531971B2 (ja) 正極スラリーおよびそれを用いたリチウム二次電池用正極
JP7551212B2 (ja) ガス発生量が低減された犠牲正極材およびこれを含むリチウム二次電池
KR20110124145A (ko) 이차전지용 양극 활물질
JP7666845B2 (ja) 正極添加剤を含有するリチウム二次電池
JP7607877B2 (ja) 犠牲正極材およびこれを含むリチウム二次電池