ES3041785T3 - All-solid-state battery and method for manufacturing all-solid-state battery - Google Patents

All-solid-state battery and method for manufacturing all-solid-state battery

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ES3041785T3 ES21784121T ES21784121T ES3041785T3 ES 3041785 T3 ES3041785 T3 ES 3041785T3 ES 21784121 T ES21784121 T ES 21784121T ES 21784121 T ES21784121 T ES 21784121T ES 3041785 T3 ES3041785 T3 ES 3041785T3
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Abstract

Una batería de estado sólido, conforme a la presente solicitud, comprende un elemento protector de película de electrolito sólido dispuesto sobre la superficie de un electrodo. Este elemento compensa la diferencia de área superficial entre el electrodo y la película de electrolito sólido, de modo que el extremo de la película queda soportado por dicho elemento protector. En consecuencia, el extremo de la película de electrolito sólido puede mantenerse soportado incluso si presenta una baja estabilidad dimensional debido a su escasa resistencia mecánica y alta flexibilidad, resultado de la inclusión de un electrolito sólido a base de polímero. Por lo tanto, se evita el daño en el extremo de la película de electrolito sólido. Mientras tanto, la presente invención se refiere a un método para fabricar la batería de estado sólido y es altamente eficaz en términos de conveniencia del proceso, ya que el elemento protector de la película de electrolito de estado sólido se puede desechar de forma simple y sencilla, mediante el método anterior, en una porción que tiene la diferencia de área superficial entre el electrodo y la película de electrolito de estado sólido. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Batería de estado totalmente sólido y método para fabricar una batería de estado totalmente sólido
Sector de la técnica
La presente solicitud reivindica la prioridad de la solicitud de patente coreana n.° 10-2020-0041744, presentada el 6 de abril de 2020 en la República de Corea. La presente divulgación se refiere a una batería de estado sólido que incluye un electrodo negativo, un electrodo positivo y una membrana electrolítica sólida entre el electrodo negativo y el electrodo positivo, y un método para fabricarla. Particularmente, la presente divulgación se refiere a un método para fabricar una batería de estado sólido que incluye un miembro protector de membrana electrolítica sólida, que compensa una diferencia de área generada debido a una diferencia de área entre un electrodo y una membrana electrolítica sólida, para evitar que se dañe la porción del borde de la membrana electrolítica sólida.
Antecedentes de la invención
Una batería de iones de litio que utiliza un electrolito líquido tiene una estructura en la que un electrodo negativo y un electrodo positivo están divididos entre sí por un separador. Por tanto, cuando el separador se daña por deformación o impacto externo, puede producirse un cortocircuito, lo que entraña un riesgo, como sobrecalentamiento o explosión. Por tanto, puede decirse que el desarrollo de un electrolito sólido capaz de garantizar la seguridad es un problema muy importante en el campo de las baterías secundarias de iones de litio.
El documento US 2017/207482 divulga un método para fabricar una batería totalmente de estado sólido. El documento KR 2019 0056666 divulga una batería totalmente sólida y un método para fabricar la misma. El documento KR 2016 0091732 divulga un método para preparar un electrodo positivo que tiene una porción de recubrimiento aislante y un electrodo positivo preparado de esta manera.
Una batería secundaria de litio que utiliza un electrolito sólido tiene la ventaja de ser más segura, evita la fuga de electrolito para mejorar la fiabilidad de la batería, y facilita la fabricación de una batería delgada. Además, puede utilizarse litio metálico como electrodo negativo para mejorar la densidad energética. De este modo, se espera que este tipo de batería secundaria de litio que utiliza un electrolito sólido se aplique a baterías secundarias de alta capacidad para vehículos eléctricos, además de a baterías secundarias compactas, y se ha convertido en el centro de atención como batería de próxima generación.
Por lo general, se utilizan como materiales electrolíticos sólidos electrolitos sólidos poliméricos, electrolitos sólidos basados en óxidos y electrolitos sólidos basados en sulfuros. Cuando las membranas electrolíticas de tipo autónomo se fabrican utilizando únicamente dichos materiales electrolíticos sólidos, defectos, como el desgarro de la membrana electrolítica, pueden producirse durante la fabricación de una membrana electrolítica sólida o de una batería. Particularmente, al fabricar una batería, una membrana electrolítica generalmente tiene un área mayor que el área de un electrodo para evitar interferencias eléctricas entre un electrodo negativo y un electrodo positivo, y los electrodos están dispuestos dentro de la membrana electrolítica sólida. La FIG. 1 ilustra la vista en sección de una batería de estado sólido en la que un electrodo positivo, una membrana electrolítica sólida y un electrodo negativo se apilan sucesivamente. Haciendo referencia a la FIG. 1, la membrana electrolítica sólida tiene una longitud mayor en dirección transversal y/o longitudinal, en comparación con el electrodo positivo y el electrodo negativo. Por tanto, es probable que se dañe la membrana electrolítica sólida y, por ejemplo, la membrana electrolítica sólida puede ser empujada y rasgada por la porción de borde, es decir, el borde exterior, de los electrodos durante la fabricación, como la laminación, de los electrodos y/o debido a la deformación volumétrica del dispositivo de electrodos causada por la carga/descarga repetida de la batería. Como resultado, la membrana electrolítica sólida sufre una degradación de la propiedad aislante para provocar un cortocircuito entre el electrodo positivo y el electrodo negativo (véase, la FIG. 2). Para impedir el problema mencionado anteriormente, se han considerado métodos de introducción de un miembro protector de la membrana electrolítica sólida para eliminar tal diferencia de área entre los electrodos y la membrana electrolítica sólida y evitar que la membrana electrolítica sólida resulte dañada por las porciones de borde de los electrodos. Sin embargo, particularmente, una membrana electrolítica sólida que incluye un material electrolítico sólido polimérico es blanda y tiene una resistencia mecánica significativamente baja, por lo que no puede manipularse con facilidad. Además, es muy difícil, en términos de procesamiento, introducir un miembro protector de la membrana electrolítica sólida en la porción de la membrana electrolítica sólida, no cubierto con los electrodos, sino expuesto al exterior, después de apilar los electrodos y la membrana electrolítica sólida. Bajo estas circunstancias, se necesita un método novedoso para fabricar una batería de estado sólido que incluya la introducción de un miembro protector de la membrana electrolítica sólida en una membrana electrolítica sólida.
Explicación de la invención
Problema técnico
La presente divulgación está diseñada para resolver los problemas de la técnica relacionada, y por lo tanto la presente divulgación está dirigida a proporcionar una batería de estado sólido provista de un miembro de protección de membrana electrolítica sólida, que compensa una diferencia de área generada debido a una diferencia de área entre un electrodo y una membrana electrolítica sólida. La presente divulgación también se dirige a proporcionar un método para fabricar la batería de estado sólido provista de un miembro protector de membrana electrolítica sólida. Estos y otros objetos y ventajas de la presente divulgación pueden entenderse a partir de la siguiente descripción detallada. También, se entenderá fácilmente que los objetos y ventajas de la presente divulgación pueden materializarse mediante los medios mostrados en las reivindicaciones adjuntas y combinaciones de los mismos.
Solución técnica
De acuerdo con la primera realización de la presente divulgación, se proporciona una batería de estado sólido que tiene una estructura en la que un electrodo negativo, un electrodo positivo y una membrana electrolítica sólida interpuesta entre el electrodo negativo y el electrodo positivo se apilan sucesivamente, en donde la membrana electrolítica sólida tiene una superficie mayor que la del electrodo negativo y el electrodo positivo en función de la superficie apilada,
el electrodo negativo y el electrodo positivo están dispuestos dentro de la membrana electrolítica sólida sobre la base de la superficie apilada,
sobre al menos una parte o la totalidad de la porción no recubierta se forma un miembro protector de la membrana electrolítica sólida, que no está cubierto con el electrodo positivo y/o el electrodo negativo de la superficie apilada de la membrana electrolítica sólida debido a la diferencia de área,
el miembro protector de la membrana electrolítica sólida y el electrodo positivo y/o el electrodo negativo dispuestos en la misma superficie que el miembro protector de la membrana electrolítica sólida no están separados entre sí, sino que están en estrecho contacto entre sí en sus superficies laterales, y
la membrana electrolítica sólida incluye un material conductor de iones y aislante de la electricidad.
De acuerdo con la segunda realización de la presente divulgación, se proporciona la batería de estado sólido como se define en la primera realización, en donde el miembro protector de la membrana electrolítica sólida y el electrodo positivo y/o el electrodo negativo formados en la misma superficie de la membrana electrolítica sólida tienen la misma altura.
De acuerdo con la tercera realización de la presente divulgación, se proporciona la batería de estado sólido como se define en la primera o la segunda realización, en donde el miembro protector de la membrana electrolítica sólida tiene forma de marco que incluye una porción de borde con una anchura predeterminada y una abertura rodeada por la porción de borde.
De acuerdo con la cuarta realización de la presente divulgación, se proporciona la batería de estado sólido definida en una cualquiera de las realizaciones primera a tercera, en donde el electrodo positivo tiene un área menor que el electrodo negativo en función de la superficie apilada, el electrodo positivo está situado en el interior del electrodo negativo, el miembro protector de la membrana electrolítica sólida se forma en la porción no recubierta de la superficie de la membrana electrolítica sólida sobre la que se dispone al menos el electrodo positivo, y el electrodo positivo y el miembro protector de la membrana electrolítica sólida no están separados entre sí, sino que están en estrecho contacto.
De acuerdo con la quinta realización de la presente divulgación, se proporciona la batería de estado sólido como se define en la cuarta realización, en donde el miembro protector de la membrana electrolítica sólida se forma además en la porción no recubierta de la superficie de la membrana electrolítica sólida sobre la que se dispone el electrodo negativo, y el electrodo negativo y el miembro protector de la membrana electrolítica sólida no están separados entre sí, sino que están en estrecho contacto.
De acuerdo con la sexta realización de la presente divulgación, se proporciona la batería de estado sólido definida en una cualquiera de las realizaciones primera a quinta, en donde el miembro protector de la membrana electrolítica sólida incluye un material polimérico y tiene una mayor resistencia mecánica en comparación con el electrolito sólido.
De acuerdo con la séptima realización de la presente divulgación, se proporciona la batería de estado sólido definida en una cualquiera de las realizaciones primera a sexta, en donde el miembro protector de la membrana electrolítica sólida incluye un material polimérico, tiene una estructura porosa con una pluralidad de poros, y los poros tienen al menos poros abiertos.
Según la octava realización, se proporciona un método para fabricar la batería de estado sólido definida en una cualquiera de las realizaciones primera a séptima, que incluye las etapas de: preparar un miembro para una membrana electrolítica que incluye una lámina de liberación apilada con una membrana electrolítica sólida; retirar una porción central predeterminada de la lámina de liberación de modo que una parte de la membrana electrolítica sólida pueda quedar expuesta; e incrustar electrodos en la parte de la que se retira la lámina de liberación, en donde la parte restante de la lámina de liberación, que no se elimina, sino que se conserva, funciona como miembro protector de la membrana electrolítica sólida.
Según la novena realización, se proporciona el método para fabricar la batería de estado sólido como se define en la octava realización, en donde cada una de las partes retiradas de la lámina de liberación y la parte restante tiene una fuerza de desprendimiento diferente de la membrana electrolítica sólida, y la fuerza de desprendimiento entre la parte retirada y la membrana electrolítica sólida es menor que la fuerza de desprendimiento entre la parte restante y la membrana electrolítica sólida.
De acuerdo con la décima realización de la presente divulgación, se proporciona el método para fabricar la batería de estado sólido como se define en la novena realización, en donde la parte restante recibe un tratamiento superficial hidrófilo.
Efectos ventajosos
La batería de estado sólido según la presente divulgación está provista de un miembro protector de membrana electrolítica sólida, que compensa una diferencia de área entre un electrodo y una membrana electrolítica sólida, y así la porción extrema de la membrana electrolítica sólida está soportada por el miembro protector de la membrana electrolítica sólida. Por tanto, incluso cuando la membrana electrolítica sólida tiene baja resistencia mecánica debido al uso de un electrolito sólido polimérico, o similar, o tiene baja estabilidad de forma debido a su alta flexibilidad, la porción extrema de la membrana electrolítica sólida puede estar soportada por el miembro protector de la membrana electrolítica sólida. Como resultado, es posible evitar daños en la porción extrema de la membrana electrolítica sólida. Al mismo tiempo, según el método de fabricación de la batería de estado sólido desvela en el presente documento, el miembro protector de la membrana electrolítica sólida puede disponerse en la porción correspondiente a una diferencia de área entre el electrodo y la membrana electrolítica sólida mediante un proceso sencillo. Por tanto, es posible ofrecer una gran comodidad en el procesamiento.
Breve descripción de los dibujos
Los dibujos adjuntos ilustran una realización preferida de la presente divulgación y, junto con la divulgación anterior, sirven para proporcionar un mejor entendimiento de las características técnicas de la presente divulgación y, por lo tanto, la presente divulgación no se interpreta como limitada al dibujo. Al mismo tiempo, formas, tamaños, escalas o proporciones de algunos elementos constitucionales de los dibujos pueden estar exageradas para facilitar la descripción.
La FIG. 1 es una vista en sección que ilustra una batería de estado sólido convencional que incluye un electrodo negativo, una membrana electrolítica sólida y un electrodo positivo, apilados sucesivamente.
La FIG. 2 es una vista esquemática en sección que ilustra una batería de estado sólido convencional, en donde la membrana electrolítica sólida está dañada por la porción del borde del electrodo.
La FIG. 3a es una vista esquemática en sección de la batería de estado sólido según una realización de la presente divulgación, que incluye un electrodo negativo, una membrana electrolítica sólida y un electrodo positivo, apilados sucesivamente, en donde un miembro protector de la membrana electrolítica sólida está dispuesto en la porción correspondiente a una diferencia de área entre el electrodo positivo y la membrana electrolítica sólida.
La FIG. 3b es una vista en perspectiva de la batería de estado sólido mostrada en la FIG. 3a, en donde la línea de puntos representa la estructura interna.
La FIG. 4 es una vista esquemática que ilustra una membrana electrolítica sólida apilada con un electrodo positivo según una realización de la presente divulgación.
La FIG. 5a es una vista esquemática en sección de la batería de estado sólido según otra realización de la presente divulgación, que incluye un electrodo negativo, una membrana electrolítica sólida y un electrodo positivo, apilados sucesivamente, en donde un miembro protector de la membrana electrolítica sólida está dispuesto en la porción correspondiente a una diferencia de área entre los electrodos positivo y negativo y la membrana electrolítica sólida. La FIG. 5b es una vista en perspectiva de la batería de estado sólido mostrada en la FIG. 5a, en donde la línea de puntos representa la estructura interna.
La FIG. 6 es una vista esquemática en sección que ilustra la batería de estado sólido según una realización de la presente divulgación, en donde un miembro protector de la membrana electrolítica sólida sobresale de la membrana electrolítica sólida.
La FIG. 7 ilustra la lámina de liberación según una realización de la presente divulgación, en donde se muestran una porción que se va a desprender y un miembro protector de la membrana electrolítica sólida.
La FIG. 8 es una vista esquemática que ilustra la membrana electrolítica sólida a la que está unida una lámina de liberación según una realización de la presente divulgación.
La FIG. 9 ilustra una realización de la eliminación de una porción para ser desprendida de la lámina de liberación según una realización de la presente divulgación.
La FIG. 10 ilustra el material activo del electrodo incrustado en la parte de la que se retira la porción que se va a desprender según una realización de la presente divulgación.
Las FIG. 11a y FIG. 11b son gráficos que ilustran las características de ciclo de las baterías según los Ejemplos y los Ejemplos comparativos.
Realización preferente de la invención
En lo sucesivo en el presente documento, las realizaciones preferidas de la presente divulgación se describirán con detalle con referencia a los dibujos adjuntos. Antes de la descripción, debería entenderse que los términos usados en la memoria descriptiva y las reivindicaciones adjuntas no deberían interpretarse como limitados a los significados generales y de diccionario, sino interpretarse basándose en los significados y conceptos correspondientes a aspectos técnicos de la presente divulgación en función del principio de que se permite al inventor definir términos de forma apropiada para la mejor explicación. Por tanto, la descripción propuesta en el presente documento es solo un ejemplo preferible a efectos meramente ilustrativos, que no pretende limitar el alcance de la divulgación, por lo que debe entenderse que podrían realizarse otras equivalencias y modificaciones a la misma sin alejarse del alcance de la divulgación.
A lo largo de toda la memoria descriptiva, la expresión "una parte incluye un elemento" no excluye la presencia de elementos adicionales, sino que significa que la parte puede incluir además los demás elementos, a menos que se indique lo contrario.
Como se utiliza en el presente documento, los términos "aproximadamente", "sustancialmente", o similares, se utilizan con el significado de contiguo desde o hasta el valor numérico indicado, cuando se sugiere un error aceptable en la preparación y el material, exclusivo del significado indicado, y se utiliza con el fin de impedir que un invasor poco escrupuloso utilice indebidamente la divulgación indicada, incluido un valor numérico exacto o absoluto proporcionado para ayudar a comprender la presente divulgación.
Como se utiliza en el presente documento, la expresión "A y/o B" significa "A, B o ambos".
Los términos específicos utilizados en la siguiente descripción tienen carácter ilustrativo y no limitativo. Términos como "derecha", "izquierda", "superficie superior" y "superficie inferior" indican las direcciones en los dibujos a los que se refieren. Términos como "hacia dentro" y "hacia fuera" indican la dirección hacia el centro geométrico del aparato correspondiente, del sistema y sus miembros y la dirección de alejamiento del mismo, respectivamente. "Anterior", "posterior", "superior" e "inferior" y las palabras y expresiones relacionadas indican las posiciones y los puntos de los dibujos a los que se refieren y no deben ser limitativos. Estos términos incluyen las palabras enumeradas anteriormente, sus derivados y palabras de significado similar.
A menos que se indique lo contrario, el término "electrodo" se utiliza en un concepto que abarca tanto un electrodo negativo como un electrodo positivo.
La presente divulgación se refiere a una batería de estado sólido y a un método para fabricar la misma. En el presente documento, la batería es un sistema en el que la energía química se convierte en energía eléctrica mediante reacciones electroquímicas, y tiene un concepto que incluye una batería primaria y una batería secundaria, en la que la batería secundaria es capaz de cargarse y descargarse y tiene un concepto que abarca una batería de iones de litio, una batería de níquel-cadmio, una batería de níquel-hidruro metálico, o similar. De acuerdo con una realización de la presente divulgación, la batería es una batería de estado sólido que utiliza un material electrolítico sólido como material electrolítico.
La batería de estado sólido incluye electrodo(s) y membrana(s) de electrolito sólido apilados alternativamente, y un miembro protector de la membrana electrolítica sólida que compensa parcial o totalmente una diferencia de área entre el electrodo(s) y la membrana(s) de electrolito sólido. Particularmente, al menos una parte o la totalidad de la porción (porción no recubierta), no cubierta con el electrodo o electrodos de al menos una superficie de la membrana o membranas electrolíticas sólidas debido a una diferencia de área entre el electrodo o electrodos y la membrana o membranas electrolíticas sólidas, se cubre con el miembro protector de la membrana electrolítica sólida que compensa la diferencia de superficie con respecto al electrodo o electrodos. Dicho de otro modo, de acuerdo con una realización de la presente divulgación, el miembro protector de la membrana electrolítica sólida puede estar formado en al menos una parte de la porción no recubierta, en donde el miembro protector de la membrana electrolítica sólida y el electrodo o electrodos no están separados entre sí, sino que están en estrecho contacto. Dicho de otro modo, el electrodo (electrodo positivo o electrodo negativo) dispuesto en la misma superficie que el elemento protector de la membrana electrolítica sólida no está separado del elemento protector de la membrana electrolítica sólida, sino que está en estrecho contacto con él en sus superficies laterales. Al mismo tiempo, de acuerdo con una realización de la presente divulgación, el miembro protector puede tener la misma altura que el electrodo. Dicho de otro modo, el miembro protector de la membrana electrolítica sólida y el electrodo (electrodo negativo o electrodo positivo) formado en la misma superficie de la membrana electrolítica sólida pueden tener la misma altura. De acuerdo con la presente divulgación, el electrodo se refiere a un electrodo negativo y/o a un electrodo positivo. Por ejemplo, el electrodo negativo puede estar dispuesto en una superficie de la membrana electrolítica sólida, y el electrodo positivo puede estar dispuesto en la otra superficie de la membrana electrolítica sólida.
En la batería de estado sólido, entre los electrodos y la membrana electrolítica sólida, la membrana electrolítica sólida tiene el área más grande basada en el área de la superficie apilada, y los electrodos se preparan de tal manera que pueden tener un área menor que el área de la membrana electrolítica sólida. Dicho de otro modo, los electrodos están en contacto superficial con la membrana electrolítica sólida, con la condición de que los electrodos estén dispuestos en el interior de la membrana electrolítica sólida, de modo que no puedan sobresalir de la misma. Preferentemente, las porciones extremas de los electrodos están separadas de la porción extrema de la membrana electrolítica sólida por una anchura predeterminada.
Al mismo tiempo, de acuerdo con una realización de la presente divulgación, la batería de estado sólido incluye dos electrodos de polaridad opuesta a ambos lados de la membrana electrolítica sólida, en donde un electrodo tiene un área menor que el área del otro electrodo, y el electrodo que tiene un área menor puede introducirse en el plano del otro electrodo. Dicho de otro modo, el electrodo que tiene un área menor puede disponerse dentro de la anchura del electrodo que tiene un área mayor, en función de la sección de la batería. En el presente documento, el miembro protector de la membrana electrolítica sólida puede introducirse al menos en la superficie de la membrana electrolítica sólida sobre la que está dispuesto el electrodo que tiene un área menor, de manera que pueda compensar al menos parcialmente una diferencia de área entre el electrodo y la membrana electrolítica sólida.
A lo largo de toda la memoria descriptiva, "electrodo" se refiere a un electrodo positivo y/o a un electrodo negativo.
En lo sucesivo en el presente documento, la batería de estado sólido según la presente divulgación se explicará con más detalle haciendo referencia a los dibujos adjuntos.
La FIG. 3a es una vista esquemática en sección de la batería de estado sólido según una realización de la presente divulgación. Además, la FIG. 3b es una vista en perspectiva de la batería de estado sólido que incluye un miembro protector de membrana electrolítica sólida dispuesto totalmente en la porción circunferencial exterior de un electrodo positivo.
La batería de estado sólido incluye un electrodo positivo 10, un electrodo negativo 40 y una membrana electrolítica sólida 20, en donde el electrodo positivo y el electrodo negativo se apilan sucesivamente con la membrana electrolítica sólida interpuesta entre ellos. En el presente documento, el electrodo positivo tiene una superficie menor que el electrodo negativo y está situado dentro del plano del electrodo negativo. En el presente documento, el miembro protector de la membrana electrolítica sólida 30a se instala meramente en la superficie del lado del electrodo positivo, de modo que pueda compensar una diferencia de área entre el electrodo positivo 10 y la membrana electrolítica sólida 20. Como se ha mencionado anteriormente, dado que el electrodo positivo tiene un área menor en comparación con el electrodo negativo y el miembro protector de la membrana electrolítica sólida se instala en la parte donde se dispone el electrodo positivo para soportar la membrana electrolítica sólida, es posible reducir el problema de los daños de la membrana electrolítica sólida causados por la porción del borde del electrodo positivo. En resumen, el electrodo positivo tiene un área menor en comparación con el electrodo negativo en función de la superficie apilada, el electrodo positivo está situado en el interior del electrodo negativo, el miembro protector de la membrana electrolítica sólida se forma en la porción no recubierta de la superficie de la membrana electrolítica sólida sobre la que se dispone al menos el electrodo positivo, y el electrodo positivo y el miembro protector de la membrana electrolítica sólida no están separados entre sí, sino que están en estrecho contacto.
Al mismo tiempo, en los dibujos adjuntos, el número de dibujo 11 representa una capa de material activo de electrodo positivo, el número de dibujo 12 representa un colector de corriente de electrodo positivo, el número de dibujo 41 representa una capa de material activo de electrodo negativo, y el número de dibujo 42 representa un colector de corriente de electrodo negativo. Además, el número de dibujo 30a representa un miembro protector de membrana electrolítica sólida formado en la circunferencia exterior del electrodo positivo, y el número de dibujo 30b representa un miembro protector de membrana electrolítica sólida formado en la circunferencia exterior del electrodo negativo.
De este modo, en la batería de estado sólido según la presente divulgación, la membrana electrolítica sólida tiene un área mayor en comparación con el área de cada electrodo en función de la superficie apilada, y se genera una diferencia de área entre cada electrodo y la membrana electrolítica sólida, cuando la membrana electrolítica sólida se apila con los electrodos. Debido a tal diferencia de área, la superficie apilada de la membrana electrolítica sólida tiene una porción no recubierta, no cubierta con los electrodos, y el miembro protector de la membrana electrolítica sólida se proporciona además en la superficie de la porción no cubierta. El miembro protector de la membrana electrolítica sólida está destinado a eliminar una diferencia de área generada por el área de cada electrodo menor que el área de la membrana electrolítica sólida, parcial o totalmente, y puede estar dispuesta sobre al menos una parte o la totalidad de la porción no recubierta formada cuando los electrodos se apilan con la membrana electrolítica sólida. Dicho de otro modo, al menos una parte o la totalidad de la porción expuesta de la membrana electrolítica sólida, no cubierta con los electrodos, puede cubrirse con el miembro protector de la membrana electrolítica sólida.
Haciendo referencia a la FIG. 3a, el miembro protector de la membrana electrolítica sólida está dispuesto en la porción W correspondiente a una diferencia de área entre el electrodo positivo y la membrana electrolítica sólida. La porción extrema de la membrana electrolítica sólida está soportada por el miembro protector de la membrana electrolítica sólida y, por lo tanto, los daños de la porción extrema de la membrana electrolítica sólida pueden reducirse significativamente.
La FIG. 4 es una vista esquemática que ilustra un electrodo positivo dispuesto en la superficie de una membrana electrolítica sólida, en donde el área de cada electrodo es menor que el área de la membrana electrolítica sólida, y cada electrodo está dispuesto dentro de la membrana electrolítica sólida de modo que las porciones extremas de los electrodos pueden estar separadas de la porción extrema de la membrana electrolítica sólida.
Al mismo tiempo, de acuerdo con otra realización de la presente divulgación, los miembros de protección de la membrana electrolítica sólida están dispuestos en ambas porciones correspondientes a una diferencia de área entre un electrodo positivo y una membrana electrolítica sólida y una diferencia de área entre un electrodo negativo y una membrana electrolítica sólida, y pueden tener forma de marco que incluye una porción de borde con una anchura predeterminada y una abertura rodeada por la porción de borde. De este modo, se forma además un miembro protector de la membrana electrolítica sólida en la porción no recubierta de la superficie de la membrana electrolítica sólida sobre la que se dispone el electrodo negativo, y el electrodo negativo y el miembro protector de la membrana electrolítica sólida no están separados entre sí, sino que están en estrecho contacto. Las FIG. 5a y FIG. 5b muestran otra realización de la presente divulgación e ilustran una batería de estado sólido que incluye elementos protectores de membrana electrolítica sólida dispuestos totalmente en las porciones circunferenciales exteriores del electrodo positivo y del electrodo negativo.
De acuerdo con una realización de la presente divulgación, el miembro protector de la membrana electrolítica sólida puede coincidir con la membrana electrolítica sólida en sus porciones extremas. De acuerdo con otra realización de la presente divulgación, el miembro protector de la membrana electrolítica sólida puede tener un tamaño mayor o menor en comparación con la membrana electrolítica sólida. Cuando el miembro protector de la membrana electrolítica sólida es mayor que la membrana electrolítica sólida, al menos una parte o la totalidad de la porción extrema del miembro protector de la membrana electrolítica sólida puede sobresalir de la membrana electrolítica sólida en la batería de estado sólido. La FIG. 6 ilustra dicho miembro protector de la membrana electrolítica sólida que sobresale de la membrana electrolítica sólida.
Al mismo tiempo, de acuerdo con una realización de la presente divulgación, el miembro protector de la membrana electrolítica sólida tiene un espesor igual o inferior al espesor del electrodo positivo, y puede tener un espesor correspondiente al 30 % o más basado en el 100 % del espesor de la capa de material activo del electrodo positivo dentro del intervalo definido anteriormente. Cuando el miembro protector de la membrana electrolítica sólida tiene el mismo espesor que el espesor del electrodo positivo, puede disponerse como se muestra en las FIG. 3a y FIG. 6. Cuando el miembro protector de la membrana electrolítica sólida tiene un espesor menor que el espesor del electrodo positivo, el miembro protector de la membrana electrolítica sólida puede disponerse preferentemente de manera que pueda estar en contacto superficial con la membrana electrolítica sólida.
De acuerdo con una realización de la presente divulgación, la membrana electrolítica sólida se interpone entre un electrodo positivo y un electrodo negativo y desempeña la función de capa aislante eléctrica y conductora de iones entre el electrodo positivo y el electrodo negativo. La membrana electrolítica sólida tiene preferentemente una conductividad iónica de 1,0 x 10<-6>S/cm o más, o de 1,0 x 10<-3>S/cm o más, aunque no de forma limitativa. Además, de acuerdo con una realización de la presente divulgación, la membrana electrolítica sólida puede tener un espesor de unos 10-200 pm y puede prepararse preferentemente en forma de película independiente.
De acuerdo con una realización de la presente divulgación, el electrodo positivo incluye un colector de corriente de electrodo positivo, y una capa de material activo de electrodo positivo formada en al menos una superficie del colector de corriente y que contiene un material activo de electrodo positivo y un electrolito sólido. Si es necesario, la capa de material activo del electrodo positivo puede incluir además un material conductor, una resina aglutinante, o similares. El material activo del electrodo positivo puede incluir uno cualquiera seleccionado entre: compuestos estratificados, como el óxido compuesto de litio y manganeso (LiMn<2>Ü<4>, LiMnO<2>, etc.), óxido de litio y cobalto (LiCoCh) o un óxido de litio y níquel (UNÓ<2>), o aquellos compuestos sustituidos con uno o más metales de transición; óxidos de litio y manganeso, tales como aquellos representados por la fórmula química Li<1+x>Mn<2-x>O<4>(en donde x es de 0 a 0,33), LiMnO<3>, LiMn<2>O<3>o LiMnO<2>; óxido de litio y cobre (Li<2>CuO<2>); óxidos de vanadio tales como LiV<a>O<s>, LiV<3>O<4>, V<2>O<5>o Cu<2>V<2>O<7>; óxidos de litio-níquel ubicado en Ni representado por la fórmula química LiNi<1-x>M<x>O<2>(en donde M es Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B o Ga, y x es 0,01-0,3); óxidos compuestos de litio y manganeso representados por la fórmula química LiMn<2-x>M<x>O<2>(en donde M es Co, Ni, Fe, Cr, Zn o Ta, y x = 0,01-0,1) o Li<2>Mn<3>MO<s>(en donde M es Fe, Co, Ni, Cu o Zn); LiMn<2>O<4>en el que el Li está parcialmente sustituido por un ion de metal alcalinotérreo; compuestos de disulfuro; y Fe<2>(MoO<4>)<3>; o una mezcla de dos o más de los mismos. Sin embargo, el ámbito de la presente divulgación no se limita a esto. Aunque no existe ninguna limitación particular, el material activo del electrodo positivo puede tener un diámetro de partícula (D<50>) de 1-20 pm. En el presente documento, se entiende que "diámetro de partícula" se refiere al diámetro de partícula D<50>, que significa un diámetro de partícula correspondiente al 50 % del porcentaje en peso en una curva de distribución granulométrica.
De acuerdo con la presente divulgación, el electrodo negativo incluye un colector de corriente de electrodo negativo, y una capa de material activo de electrodo negativo formada en al menos una superficie del colector de corriente y que contiene un material activo de electrodo negativo. De acuerdo con la presente divulgación, la capa de material activo del electrodo negativo incluye metal de litio y puede prepararse uniendo una lámina de metal de litio de un espesor predeterminado con la superficie del colector de corriente, o depositando metal de litio sobre la superficie del colector de corriente mediante un proceso químico o físico. En una variante, la capa de material activo del electrodo negativo puede formarse formando polvo de metal de litio comprimido sobre la superficie del colector de corriente en forma de estructura estratificada. De acuerdo con una realización de la presente divulgación, la lámina metálica de litio puede tener un espesor de 1-20 pm.
El electrodo negativo puede incluir además otro material activo junto con el metal de litio. Ejemplos no limitantes de dicho material activo de electrodo negativo incluyen cualquiera seleccionado entre: óxido metálico de litio; carbono como el carbono no grafitizable o el carbono a base de grafito; óxidos compuestos metálicos, tal como Li<x>Fe<2>O<3>(0 < x < 1), Li<x>WO<2>(0 < x < 1), Sn<x>Me<1-x>Me'<y>O<z>(Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, elementos del Grupo 1,2 y 3 en la tabla periódica, halógeno; 0 < x < 1; 1 < y < 3; 1 < z < 8); metal de litio; aleación de litio; aleación a base de silicio; aleación a base de estaño; óxidos de metal, tales como SnO, SnO<2>, PbO, PbO<2>, Pb<2>O<3>, Pb<3>O<4>, Sb<2>O<3>, Sb<2>O<4>, Sb<2>O<5>, GeO, GeO<2>, Bi<2>O<3>, Bi<2>O<4>y B<b>O<s>; polímeros conductores, tales como poliacetileno; materiales de tipo Li-Co-Ni; y óxido de titanio; o una mezcla de dos o más de los mismos. Si es necesario, la capa de material activo del electrodo negativo incluye además un material conductor, una resina aglutinante, o similares.
De acuerdo con una realización de la presente divulgación, el material conductor puede ser cualquiera seleccionado del grupo que consiste en grafito, negro de carbón, fibras de carbono o metálicas, polvo metálico, triquita conductora, óxidos de metales conductores, carbón activado y derivados de polifenileno, o una mezcla de dos o más de estos materiales conductores. De manera más particular, el material conductor puede ser cualquiera seleccionado entre el grafito natural, grafito artificial, Super-P, negro de acetileno, negro Ketjen, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara, negro termal, negro denka, aluminio en polvo, níquel en polvo, óxido de zinc, titanato potásico y dióxido de titanio, o una mezcla de dos o más de estos materiales conductores.
El colector de corriente no está especialmente limitado, siempre que no provoque ningún cambio químico en la batería correspondiente y tenga una alta conductividad. Ejemplos particulares del colector de corriente pueden incluir acero inoxidable, cobre, aluminio, níquel, titanio, carbono cocido, aluminio o acero inoxidable tratado superficialmente con carbono, níquel, titanio o plata, o similares.
La resina aglutinante puede ser un polímero utilizado convencionalmente para un electrodo en la técnica. Ejemplos no limitantes de la resina aglutinante incluyen, pero no se limitan a: fluoruro de polivinilideno-co-hexafluoropropileno, fluoruro de polivinilideno-co-tricloroetileno, polimetacrilato de metilo, acrilato de polietilhexilo, acrilato de polibutilo, poliacrilonitrilo, polivinil pirrolidona, acetato de polivinilo, polietileno-co-acetato de vinilo, óxido de polietileno, poliarilato, acetato de celulosa, acetato butirato de celulosa, propionato de acetato de celulosa, cianoetilpululano, cianoetilpolivinilalcohol, cianoetilcelulosa, cianoetil sacarosa, pululano y carboximetilcelulosa.
Como se ha descrito anteriormente, la batería de estado sólido según la presente divulgación incluye un material electrolítico sólido. El material electrolítico sólido puede incorporarse al menos a uno del electrodo negativo, el electrodo positivo y la membrana electrolítica sólida. El material electrolítico sólido puede incluir al menos uno seleccionado de un electrolito sólido polimérico, un electrolito sólido a base de sulfuro y un electrolito sólido a base de óxido.
De acuerdo con una realización de la presente divulgación, el material electrolítico sólido polimérico puede incluir un material electrolítico polimérico formado por la adición de una resina polimérica a una sal de litio solvatada. La resina polimérica puede incluir cualquiera seleccionada del grupo que consiste en un polímero de poliéter, un polímero de policarbonato, un polímero de acrilato, un polímero de polisiloxano, un polímero de fosfazeno, un derivado del polietileno, óxido de polietileno, polietilenglicol, un derivado de óxido de alquileno, un polímero de polifosfato, lisina poliagitada, sulfuro de poliéster, alcohol polivinílico, fluoruro de polivinilideno y un polímero que contenga un grupo disociable iónicamente, o una mezcla de dos o más de los mismos.
En el electrolito según la presente divulgación, la sal de litio es una sal de litio ionizable y puede estar representada por Li<+>X<'>. El anión (X) de la sal de litio no está particularmente limitado y ejemplos particulares del mismo incluyen F<->, Cl<->, B<r>, I-, NO<3->, N(CN)<í>, BF<4->, ClO<4‘>, PF<6->, (CF<3>)<2>PF<4->, (CF<3>)<3>PF<3‘>, (CF<3>)<4>PF<í>, (CF<3>)<s>PF-, (CF<3>)<6>P, CF<3>SO<3->, CF<3>CF<2>SO<3->, (CF<3>SO<2>)<2>N-, (FSO<2>)<2>N-, CF<3>CF<2>(CF<3>)<2>CO<->, (CF<3>SO<2>)<2>CH<->, (SF<a>)<3>c<->, (CF<3>SO<2>)<3 C>, CF<3>(CF<2>)<7>SO<3->, CF<3>CO<2">, CH<3>CO<2">, SCN-, (CF<3>CF<2>SO<2>)<2>N<->, o similares.
El electrolito sólido a base de sulfuro contiene azufre (S), tiene la conductividad de iones metálicos que pertenecen al Grupo 1 o al Grupo 2 de la Tabla Periódica, y puede incluir vidrio Li-P-S o vitrocerámica Li-P-S. Ejemplos no limitantes del electrolito sólido a base de sulfuro incluyen al menos uno de LÍ<2>S-P<2>S<s>, Li<2>S-LiI-P<2>S<s>, Li<2>S-LiI-Li<2>O-P<2>S<5>, Li<2>S-LiBr-P<2>S<5>, Li<2>S-Li<2>O-P<2>S<5>, Li<2>S-Li<3>PO<4>-P<2>S<5>, Li<2>S-P<2>S<5>-P<2>O<5>, Li<2>S-P<2>S<5>-SiS<2>, Li<2>S-P<2>S<5>-SnS, Li<2>S-P<2>S<5>-Al<2>S<3>, Li<2>S-GeS<2>, Li<2>S-GeS<2>-ZnS, o similares.
El electrolito sólido a base de óxido contiene oxígeno (O), tiene la conductividad de los iones metálicos que pertenecen al Grupo 1 o al Grupo 2 de la Tabla Periódica. Ejemplos no limitantes del electrolito sólido basado en óxido incluyen al menos uno de los compuestos LLTO, Li<6>La<2>CaTa<2>O<12>, Li<6>La<2>ANb<2>O<12>(en donde A es Ca o Sr), Li<2>Nd<3>TeSbO<12>, Li<3>BO<2.5>N<0.5>, Li<g>SiAlO<a>, compuestos LAGP, compuestos LATP, Li<1+x>Ti<2-x>Al<x>Si<y>(PO<4>)<3-y>(en donde 0<x<1, 0<y<1), LiAl<x>Zr<2-x>(PO<4>)<3>(en donde 0<x<1, 0<y<1), LiTi<x>Zr<2-x>(PO<4>)<3>(en donde 0<x<1, 0<y<1), compuestos LISICON, compuestos LIPON, compuestos de perovskita, compuestos NASICON y compuestos LLZO.
De acuerdo con una realización de la presente divulgación, el miembro protector de la membrana electrolítica sólida puede ser una película delgada que incluya una resina polimérica. Particularmente, tal y como se describe más adelante, el miembro protector de la membrana electrolítica sólida puede ser una parte no retirada de una lámina de liberación para proteger la superficie de una membrana electrolítica sólida, cuando la membrana electrolítica sólida se prepara para fabricar una batería de estado sólido.
Al mismo tiempo, de acuerdo con una realización de la presente divulgación, la resina polimérica tiene preferentemente una reactividad baja o nula con la membrana electrolítica sólida. Además, la resina polimérica puede tener un punto de fusión de 100 °C o superior y una temperatura de transición vítrea de -30 a 200 °C con vistas a la resistencia mecánica, a la estabilidad y la seguridad durante el uso de una batería. De acuerdo con una realización de la presente divulgación, el miembro protector de la membrana electrolítica sólida tiene una mayor resistencia mecánica en comparación con la membrana electrolítica sólida utilizada en la batería correspondiente. Por ejemplo, el miembro protector de la membrana electrolítica sólida tiene preferentemente al menos una de las resistencias a la compresión más elevadas, mayor resistencia a la tracción y mayor resistencia a la penetración, en comparación con la membrana electrolítica sólida. Si la resistencia mecánica del miembro protector de la membrana electrolítica sólida es igual o inferior a la resistencia mecánica de la membrana electrolítica sólida, no es posible lograr un nivel deseado de efecto de protección de la membrana electrolítica sólida.
De acuerdo con una realización de la presente divulgación, el miembro protector de la membrana electrolítica sólida puede incluir al menos una seleccionada entre diversas resinas poliméricas que pertenecen a las resinas poliméricas poliolefínicas. Ejemplos particulares de las resinas poliméricas poliolefínicas incluyen polímeros o copolímeros de al menos uno seleccionado del grupo que consiste en etileno, propileno, 1-buteno, 4-metil-1-penteno, 1-hexeno, 1-octeno, o similares, o una combinación de dos o más de los mismos. Dichas resinas poliméricas poliolefínicas pueden utilizarse solas o combinadas. En combinación con las resinas poliméricas poliolefínicas o independientemente de ellas, el miembro protector de la membrana electrolítica sólida puede incluir al menos uno seleccionado del grupo formado por el tereftalato de polietileno, tereftalato de polibutileno, poliéster, poliacetal, poliamida, policarbonato, poliimida, poliéter cetona, polietersulfona, óxido de polifenileno, sulfuro de polifenileno, polietileno naftaleno, polisulfona, acetato de celulosa y poliestireno, o una mezcla de dos o más de los mismos. Sin embargo, los materiales que forman el miembro protector de la membrana electrolítica sólida no se limitan a los materiales mencionados, y puede utilizarse cualquier material sin limitación particular, siempre que tenga tal grado de estabilidad de forma que se pueda evitar la deformación de la membrana electrolítica sólida y sea un material electroquímicamente estable. Por ejemplo, el miembro protector de la membrana electrolítica sólida puede incluir al menos una de las resinas poliméricas a base de poliimida, polietileno y polipropileno.
De acuerdo con una realización de la presente divulgación, el miembro protector de la membrana electrolítica sólida incluye una resina polimérica a base de poliimida, que tiene al menos una mayor resistencia a la compresión, mayor resistencia a la tracción y mayor resistencia a la penetración, en comparación con la membrana electrolítica sólida.
Al mismo tiempo, de acuerdo con una realización de la presente divulgación, el miembro protector de la membrana electrolítica sólida puede tener una estructura porosa que incluya una pluralidad de poros en la misma, en donde los poros pueden incluir poros abiertos y/o poros cerrados. Preferentemente, la estructura porosa tiene poros abiertos para que los gases o fluidos puedan fluir de un lado del miembro protector al otro lado del mismo. Cuando el miembro protector de la membrana electrolítica sólida tiene una estructura porosa de este tipo, es posible mejorar las características de vida útil de una batería.
En lo sucesivo en el presente documento, se explicará el método de fabricación de una batería de estado sólido según la presente divulgación.
El método para fabricar una batería de estado sólido incluye las etapas de: preparar un miembro para una membrana electrolítica que incluye una lámina de liberación apilada con una membrana electrolítica sólida; retirar una porción central predeterminada de la lámina de liberación de modo que una parte de la membrana electrolítica sólida pueda quedar expuesta; e incrustar electrodos en la parte de la que se retira la lámina de liberación, en donde la parte restante de la lámina de liberación, que no se elimina, sino que se conserva, funciona como miembro protector de la membrana electrolítica sólida.
El método se explicará con más detalle a continuación.
En primer lugar, se prepara un miembro para una membrana electrolítica que incluye una lámina de liberación apilada con una membrana electrolítica sólida. En primer lugar, se prepara una película electrolítica que puede utilizarse como membrana electrolítica sólida. La película electrolítica puede prepararse como sigue. Por ejemplo, un material electrolítico polimérico se mezcla con un disolvente para obtener una pasta para preparar una película electrolítica. El disolvente puede seleccionarse adecuadamente en función del electrolito polimérico que vaya a utilizarse. Por ejemplo, cuando se utiliza un electrolito a base de óxido de alquileno, tal como óxido de polietileno (PEO), como resina polimérica, puede utilizarse acetonitrilo como disolvente. De acuerdo con una realización de la presente divulgación, la suspensión puede tener un contenido sólido de aproximadamente el 1-20 % en peso, y la suspensión puede estar presente a temperatura ambiente o puede calentarse a 30-80 °C para acelerar la mezcla homogénea del disolvente con el electrolito polimérico.
A continuación, la suspensión se aplica a una lámina de liberación 50 y se le da la forma de una película con un espesor predeterminado. La aplicación y la conformación de la película pueden llevarse a cabo mediante un proceso de recubrimiento conocido, como el recubrimiento con rasqueta. A continuación, la pasta se seca para eliminar el disolvente, proporcionando así una película electrolítica.
De acuerdo con una realización de la presente divulgación, la lámina de liberación 50 se prepara de tal manera que pueda dividirse en dos zonas diferentes entre sí en términos de fuerza de desprendimiento. Dicho de otro modo, una zona es la porción S51 a desprender que tiene una fuerza de desprendimiento relativamente menor de la película electrolítica, y la porción distinta de la porción que se va a desprender es una porción de miembro protector de la membrana electrolítica sólida S52 que tiene una fuerza de desprendimiento relativamente mayor de la película electrolítica. La porción que se va a desprender puede formarse dentro de la lámina de liberación, y se retira de la película de electrolito sólido al formarse una capa de material activo de electrodo, tal y como se describe a continuación. La porción que queda después de retirar la porción que se va a desprender se convierte en un miembro protector de la membrana electrolítica sólida y se forma en la porción del borde de la lámina de liberación.
La dimensión y el tamaño de la lámina de liberación pueden controlarse mediante un método adecuado teniendo en cuenta el tamaño de la batería que se va a fabricar, el tamaño de la membrana electrolítica sólida, el tamaño de la capa de material activo del electrodo y la anchura de la porción de miembro protector de la membrana electrolítica sólida.
Al mismo tiempo, la lámina de liberación puede tener una fuerza de desprendimiento reducida o aumentada mediante el tratamiento de la superficie de cualquiera de las porciones, a fin de proporcionar una diferencia de fuerza de desprendimiento entre la porción del miembro protector de la membrana electrolítica sólida y la porción que se va a retirar. Por ejemplo, puede llevarse a cabo un tratamiento superficial capaz de aumentar la adhesión a la membrana electrolítica sólida para aumentar la fuerza de desprendimiento de la porción de miembro protector de la membrana electrolítica sólida de la lámina de liberación. Por ejemplo, cuando se utiliza un material polimérico a base de PEO como material electrolítico sólido, se puede llevar a cabo un tratamiento de modificación de la superficie hidrófila para la porción del miembro protector de la membrana electrolítica sólida de la lámina de liberación, de modo que se pueda aumentar la afinidad con el óxido de polietileno (PEO). Cuando la afinidad de la porción de miembro protector de la membrana electrolítica sólida con el material electrolítico se incrementa como se ha mencionado anteriormente, la porción de miembro protector de la membrana electrolítica sólida no se retira junto con la porción que se va a desprender al retirar la porción que se va a desprender, sino que está en estrecho contacto con la película electrolítica para que pueda quedar bien retenida en la superficie de la película electrolítica. El tratamiento de modificación de la superficie hidrófila no está particularmente limitado. Por ejemplo, un método adecuado puede seleccionarse entre los métodos conocidos, como irradiación UV, tratamiento con plasma, tratamiento ácido y tratamiento con ozono.
La lámina de liberación puede incluir además una línea de corte para fijar la posición del miembro protector de la membrana electrolítica sólida de forma preliminar y cortar la línea de borde entre la porción del miembro protector de la membrana electrolítica sólida y la porción que se va a desprender con facilidad.
La FIG. 7 ilustra una lámina de liberación en la que se marca la posición de un miembro protector de la membrana electrolítica sólida y se forma una línea de corte en el borde entre la porción del miembro protector de la membrana electrolítica sólida y la porción que se va a desprender. De acuerdo con la presente divulgación, dado que la lámina de liberación debe utilizarse como miembro de soporte durante la fabricación de la membrana electrolítica sólida, se requiere que la línea de corte A no separe completamente la porción de miembro protector de la membrana electrolítica sólida de la porción a retirar. Dicho de otro modo, la línea de corte puede conformarse en forma de línea de puntos o de línea discontinua, de modo que la porción de miembro protector de la membrana electrolítica sólida pueda estar parcialmente conectada con la porción que se va a desprender, antes de retirar la porción que se va a desprender.
Además, de acuerdo con una realización de la presente divulgación, la membrana electrolítica sólida puede incluir la lámina de liberación descrita anteriormente en ambas superficies de la misma (véase, la FIG. 8). Por ejemplo, después de aplicar y secar la pasta sobre una superficie cualquiera de la lámina de liberación para obtener una membrana electrolítica sólida, la superficie de la membrana electrolítica sólida puede cubrirse y protegerse por otra lámina de liberación.
Después de preparar el miembro para una membrana electrolítica cubierta con la lámina de liberación en al menos una superficie de la misma, es decir, incluyendo la lámina de liberación apilada con la membrana electrolítica sólida, como se ha descrito anteriormente, el miembro se suministra a un proceso de fabricación de una batería que incluye una membrana electrolítica sólida. A continuación, la porción que se va a desprender se retira de la lámina de liberación (véase, la FIG. 9). Dado que la porción que se va a desprender se diferencia de la porción de miembro protector de la membrana electrolítica sólida por la línea de corte y tiene menor fuerza de desprendimiento en comparación con la porción de miembro protector de la membrana electrolítica sólida, puede retirarse fácilmente de la membrana electrolítica sólida. De esta forma, el miembro protector de la membrana electrolítica sólida puede conformarse de acuerdo con la dimensión de la porción de borde de la membrana electrolítica sólida.
Después de eso, se incrusta un material activo de electrodo en la parte de la que se retira la porción que se va a desprender para formar una capa de material activo de electrodo (FIG. 10). La parte de la que se extrae la porción que se va a desprender funciona como una especie de marco que define el área y la altura de la capa de material activo del electrodo. Dado que la capa de material activo de electrodo se forma incrustando un material activo de electrodo en la parte de la que se extrae la porción que se va a desprender, la capa de material activo del electrodo y el miembro protector de la membrana electrolítica sólida pueden no estar separados entre sí, sino en estrecho contacto.
Al mismo tiempo, de acuerdo con otra realización de la presente divulgación, se puede obtener una batería de estado sólido preparando un electrodo que tenga una dimensión conforme a la dimensión de la parte de la que se extrae la porción que se va a desprender, y disponiendo el electrodo en la misma parte. En el presente documento, el electrodo puede incluir un colector de corriente y una capa de material activo de electrodo formada en la superficie del colector de corriente. Cuando el electrodo se dispone en la parte de la que se extrae la porción que se va a desprender como se ha mencionado anteriormente, el electrodo se incrusta de tal manera que no puede estar separado del miembro protector de la membrana electrolítica sólida.
De esta forma, puede obtenerse un electrodo negativo apilado con una membrana electrolítica sólida y un electrodo positivo apilado con una membrana electrolítica sólida. A continuación, dichos electrodo negativo y electrodo positivo pueden apilarse sucesivamente con la membrana electrolítica sólida interpuesta entre ambos electrodos para obtener una batería de estado sólido.
Por tanto, es posible disponer un miembro protector de la membrana electrolítica sólida en la porción del borde de una membrana electrolítica sólida mediante un proceso sencillo utilizando una lámina de liberación en la que se dispone preliminarmente un miembro protector de la membrana electrolítica sólida, al fabricar una batería de estado sólido. Además, dado que el miembro protector de la membrana electrolítica sólida funciona como una especie de marco en la formación de una capa de material activo del electrodo, puede eliminarse la etapa de formar por separado una capa de material activo de electrodo y llevar a cabo la laminación, con la consiguiente mejora de la procesabilidad.
Todavía en otro aspecto de la presente divulgación, se proporciona un módulo de batería que incluye la batería como celda unitaria, un paquete de baterías que incluye el módulo de batería y un dispositivo que incluye el paquete de baterías como fuente de alimentación. En el presente documento, los ejemplos particulares del dispositivo pueden incluir, pero no se limitan a: herramientas eléctricas accionadas por un motor eléctrico; coches eléctricos, incluyendo vehículos eléctricos (EV), vehículos eléctricos híbridos (HEV), vehículos eléctricos híbridos enchufables (PRE<v>), o similares; coches eléctricos, incluidas las bicicletas eléctricas (E-bikes) y los escúteres eléctricos (E-scooters); carritos de golf eléctricos; sistemas de almacenamiento de energía eléctrica; o similares.
Los ejemplos se describirán más detalladamente a continuación para que la presente divulgación pueda entenderse con facilidad. Sin embargo, los siguientes ejemplos sirven solo con fines ilustrativos y el alcance de la presente divulgación no se limita a los mismos.
Ejemplo
En primer lugar, se preparó una membrana electrolítica sólida que tiene un espesor de 50 pm y que incluye un material electrolítico sólido polimérico (mezcla de PEO con LiFSI, relación molar de [EO]/[Li+] = 20:1). La membrana electrolítica sólida se preparó con un tamaño de 40 mm x 5 mm.
NCM811 (LiNi<0>,<8>Co<0>,<1>Mn<0>,<1>O<2>), fibras de carbono cultivadas con vapor (VGCF) como material conductor y un electrolito sólido polimérico (mezcla de PEO con LiFSI((LiCF3SO2)2N), relación molar de [EO]/[Li+] = 20:1) se mezclaron en una proporción ponderal de 80:3:17, y la mezcla resultante se introdujo en acetonitrilo, seguido de agitación, para proporcionar una pasta para formar un electrodo positivo. La pasta se aplicó a un colector de corriente de aluminio (espesor 20 pm), y el producto resultante se secó al vacío a 120 °C durante 4 horas. A continuación, se llevó a cabo el prensado utilizando una prensa de rodillos para obtener un electrodo positivo con una cantidad de carga de electrodo de 2 mAh/cm2, un espesor de la capa de electrodos de 48 pm y una porosidad del 10 %. El electrodo positivo se preparó con un tamaño de 36 mm x 46 mm.
A continuación, el electrodo positivo se dispuso en la superficie superior de la membrana electrolítica sólida, y un miembro protector de la membrana electrolítica sólida se dispuso en la porción correspondiente a una diferencia de área entre el electrodo positivo y la membrana electrolítica sólida. El miembro protector de la membrana electrolítica sólida se dispuso cortando una película de polipropileno con una forma correspondiente a la diferencia de área, y tenía el mismo espesor que el electrodo positivo. Al mismo tiempo, como contraelectrodo se preparó una lámina metálica de litio de 40 mm x 50 mm.
Después de eso, el electrodo negativo, la membrana electrolítica sólida y el electrodo positivo se apilaron sucesivamente para obtener una batería. La batería resultante se muestra esquemáticamente en la FIG. 3a.
Ejemplo comparativo
Se obtuvo una batería de la misma manera que en el Ejemplo, excepto por que se eliminó el miembro protector de la membrana electrolítica sólida.
Evaluación de las características del ciclo
Cada una de las baterías según el Ejemplo y el Ejemplo comparativo se cargó/descargó para evaluar la capacidad de carga/descarga y la retención de capacidad.
- Condición de carga: corriente constante (CC)/tensión constante (CV), 4,0 V o 4,25 V, Corte de corriente de 0,005 C, 60 °C
- Condición de descarga: corriente constante (CC), 3 V, 60 °C
La retención de capacidad se obtiene calculando una relación de la capacidad de descarga en cada ciclo basada en la capacidad de descarga en el primer ciclo. Los resultados se muestran en la FIG. 11a y la FIG. 11b.
De los resultados se desprende que la batería según el Ejemplo comparativo provoca un cortocircuito antes del 20° ciclo, mientras que la batería según el Ejemplo funciona normalmente durante 40 ciclos o más y garantiza una retención de capacidad de al menos el 80 % en el 40° ciclo.
La presente divulgación se ha descrito con detalle. Sin embargo, debe entenderse que la descripción detallada y los ejemplos específicos, aunque indican realizaciones preferidas de la divulgación, se dan solo a modo de ilustración, debido a que diversos cambios y modificaciones dentro del alcance de la divulgación serán evidentes para los expertos en la materia a partir de esta descripción detallada.
Descripción de los números de dibujo
10: Electrodo positivo 11: Capa de material activo del electrodo positivo
12: Colector de corriente del electrodo positivo
20: Membrana electrolítica sólida
40: Electrodo negativo 41: Capa de material activo del electrodo negativo
42: Colector de corriente del electrodo negativo
Miembro protector de la membrana electrolítica sólida formado en la circunferencia exterior del electrodo 30a:
positivo
Miembro protector de la membrana electrolítica sólida formado en la circunferencia exterior del electrodo 30b: negativo
W: Porción correspondiente a la diferencia de superficie entre el electrodo positivo y la membrana electrolítica sólida
50: Lámina de liberación
S51: Porción que se va a desprender con una fuerza de desprendimiento relativamente inferior
S52: Porción de la membrana electrolítica sólida con una fuerza de desprendimiento relativamente superior A: Línea de corte

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Una batería de estado sólido que tiene una estructura en la que un electrodo negativo (40), un electrodo positivo (10) y una membrana electrolítica sólida (20) interpuesta entre el electrodo negativo (40) y el electrodo positivo (10) se apilan sucesivamente,
en donde la membrana electrolítica sólida (20) tiene un área mayor que el electrodo negativo (40) y el electrodo positivo (10) en función de la superficie apilada, el electrodo negativo (40) y el electrodo positivo (10) están dispuestos dentro de la membrana electrolítica sólida (20) en función de la superficie apilada,
un miembro protector de la membrana electrolítica sólida (30a, 30b) se forma sobre al menos una parte o la totalidad de la porción no recubierta, que no está cubierto con el electrodo positivo (10) y/o el electrodo negativo (40) de la superficie apilada de la membrana electrolítica sólida (30) debido a la diferencia de área,
el miembro protector de la membrana electrolítica sólida (30a, 30b) y el electrodo positivo (10) y/o el electrodo negativo (40) dispuestos en la misma superficie que el miembro protector de la membrana electrolítica sólida (30a, 30b) no están separados entre sí, sino que están en estrecho contacto por sus superficies laterales, y la membrana electrolítica sólida (30) comprende un material conductor de iones y eléctricamente aislante.
2. La batería de estado sólido de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el miembro protector de la membrana electrolítica sólida (30a, 30b) y el electrodo positivo (10) y/o el electrodo negativo (40) formados en la misma superficie de la membrana electrolítica sólida (30) tienen la misma altura.
3. La batería de estado sólido de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el miembro protector de la membrana electrolítica sólida (30a, 30b) tiene forma de marco que comprende una porción de borde con una anchura predeterminada y una abertura rodeada por la porción de borde.
4. La batería de estado sólido de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el electrodo positivo (10) tiene un área menor en comparación con el electrodo negativo (40) en función de la superficie apilada, el electrodo positivo (10) está situado en el interior del electrodo negativo (40), el miembro protector de la membrana electrolítica sólida (30a, 30b) se forma en la porción no recubierta de la superficie de la membrana electrolítica sólida (30) sobre la que se dispone al menos el electrodo positivo (10), y el electrodo positivo (10) y el miembro protector de la membrana electrolítica sólida (30a) no están separados entre sí, sino que están en estrecho contacto.
5. La batería de estado sólido de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el miembro protector de la membrana electrolítica sólida (30a) se forma además en la porción no recubierta de la superficie de la membrana electrolítica sólida (30) sobre la que se dispone el electrodo negativo (40), y el electrodo negativo (40) y el miembro protector de la membrana electrolítica sólida (30b) no están separados entre sí, sino que están en estrecho contacto.
6. La batería de estado sólido de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el miembro protector de la membrana electrolítica sólida (30a, 30b) comprende un material polimérico y tiene una mayor resistencia mecánica en comparación con el electrolito sólido (30).
7. La batería de estado sólido de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el miembro protector de la membrana electrolítica sólida (30a, 30b) comprende un material polimérico, tiene una estructura porosa con una pluralidad de poros, y los poros tienen al menos poros abiertos.
8. Método de fabricación de la batería de estado sólido definida en la reivindicación 1, que comprende las etapas de:
preparar un miembro para una membrana electrolítica que incluye una lámina de liberación (50) apilada con una membrana electrolítica sólida (30);
retirar una porción central predeterminada de la lámina de liberación (50) para que una parte de la membrana electrolítica sólida (30) quede expuesta; e
incrustar electrodos en la parte de la que se retira la lámina de liberación (50),
en donde la parte restante de la lámina de liberación (50), que no se elimina, sino que se conserva, funciona como miembro protector de la membrana electrolítica sólida (30a, 30b).
9. El método para fabricar la batería de estado sólido de acuerdo con la reivindicación 8, en donde cada una de las partes retiradas de la lámina de liberación (50) y la parte restante tiene una fuerza de desprendimiento diferente de la membrana electrolítica sólida (30), y la fuerza de desprendimiento entre la parte retirada y la membrana electrolítica sólida (30) es menor que la fuerza de desprendimiento entre la parte restante y la membrana electrolítica sólida (30).
10. El método para fabricar la batería de estado sólido de acuerdo con la reivindicación 9, en donde la parte restante de la lámina de liberación (50) está tratada superficialmente de forma hidrófila.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4345930A3 (en) * 2022-09-30 2024-05-01 Ricoh Company, Ltd. Electrode stack, electrochemical element, method for producing electrode stack, electrode stack production apparatus
JP7734125B2 (ja) * 2022-11-30 2025-09-04 本田技研工業株式会社 固体電池およびその製造方法
US20240243437A1 (en) * 2023-01-17 2024-07-18 Ford Global Technologies, Llc Solid-State Traction Battery Having Battery Cells with Electrical Insulator Coated Electrode Edge
JP2024143622A (ja) * 2023-03-30 2024-10-11 株式会社Ａｅｓｃジャパン 全固体電池の製造方法
CN118659096B (zh) * 2024-08-19 2025-01-24 浙江久功新能源科技有限公司 复合聚合物防短路绝缘环、全固态锂电池及制备方法
KR20260044016A (ko) * 2024-09-25 2026-04-01 삼성에스디아이 주식회사 전고체 전지 및 이의 제조방법

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2544016B2 (ja) * 1990-10-11 1996-10-16 信越化学工業株式会社 リチウム電池
JP2000353529A (ja) * 1999-06-11 2000-12-19 Daihatsu Motor Co Ltd 高分子膜への炭素薄膜の形成方法およびこの方法を利用した固体高分子型燃料電池の製造方法
EP1357622A4 (en) * 2001-01-31 2008-12-24 Panasonic Corp HIGH POLYMER ELECTROLYTE FUEL CELL AND ELECTROLYTE FILM SEAL ASSEMBLY FOR THE FUEL CELL
JP4238645B2 (ja) 2003-06-12 2009-03-18 日産自動車株式会社 バイポーラ電池
US8076021B2 (en) * 2004-12-10 2011-12-13 Nissan Motor Co., Ltd. Bipolar battery
CN101790810A (zh) 2007-11-28 2010-07-28 丰田自动车株式会社 燃料电池的单电池
JP5268570B2 (ja) * 2008-10-31 2013-08-21 株式会社オハラ 固体電解質体の梱包体
JP2012084468A (ja) * 2010-10-14 2012-04-26 Fuji Electric Co Ltd 固体電解質形燃料電池
JP2015125893A (ja) 2013-12-26 2015-07-06 トヨタ自動車株式会社 全固体電池の製造方法
JP2015225776A (ja) * 2014-05-28 2015-12-14 トヨタ自動車株式会社 全固体電池の製造方法
US10122002B2 (en) * 2015-01-21 2018-11-06 GM Global Technology Operations LLC Thin and flexible solid electrolyte for lithium-ion batteries
KR101768195B1 (ko) * 2015-01-26 2017-08-16 주식회사 엘지화학 절연 코팅부를 포함하는 양극의 제조 방법 및 이를 사용하여 제조되는 양극
CH711942B1 (fr) * 2015-12-21 2022-01-31 Swatch Group Res & Dev Ltd Batterie avec joint d'étanchéité en un matériau élastomère.
JP6319335B2 (ja) * 2016-01-18 2018-05-09 トヨタ自動車株式会社 全固体電池の製造方法
JP6729716B2 (ja) * 2016-11-08 2020-07-22 株式会社村田製作所 固体電池、固体電池の製造方法、電池パック、車両、蓄電システム、電動工具及び電子機器
JP7065323B2 (ja) 2017-02-09 2022-05-12 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 全固体電池およびその製造方法
US20180309163A1 (en) 2017-04-24 2018-10-25 Korea Institute Of Industrial Technology Bipolar all solid-state battery
JP6962070B2 (ja) * 2017-08-29 2021-11-05 スズキ株式会社 空気電池およびそれに用いる負極複合体
KR102518686B1 (ko) * 2017-10-31 2023-04-05 현대자동차주식회사 전고체 전지의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 전고체 전지
KR102529492B1 (ko) * 2017-11-17 2023-05-04 현대자동차주식회사 전고체 전지의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 전고체 전지
CN111373595A (zh) 2017-11-21 2020-07-03 丰田自动车株式会社 全固体电池用电极体及其制造方法
EP3718156A1 (en) * 2017-11-28 2020-10-07 QuantumScape Corporation Catholyte management for a solid-state separator
CN111712942A (zh) * 2018-01-08 2020-09-25 24M技术公司 包括选择性渗透膜的电化学电芯、系统及其制造方法
JP2019145709A (ja) 2018-02-22 2019-08-29 株式会社フジクラ 蓄電デバイス及びその製造方法
JP7139923B2 (ja) 2018-06-26 2022-09-21 トヨタ自動車株式会社 全固体電池、樹脂塗布装置及び全固体電池の製造方法
KR102260429B1 (ko) * 2018-08-23 2021-06-03 주식회사 엘지에너지솔루션 리튬 금속을 음극으로 사용하는 전고체 전지
EP3852180A4 (en) * 2018-09-14 2022-07-20 Murata Manufacturing Co., Ltd. SOLID STATE BATTERY AND SOLID STATE BATTERY GROUP
JP2020045909A (ja) * 2018-09-14 2020-03-26 日本トムソン株式会社 保持器付きころ
JP2020044224A (ja) * 2018-09-21 2020-03-26 和男 米田 写真装飾額
KR20200041744A (ko) 2018-10-13 2020-04-22 서정선 고양이수건 자동배출함
JP7328167B2 (ja) 2020-03-13 2023-08-16 本田技研工業株式会社 固体蓄電装置及びその製造方法
JP7469086B2 (ja) 2020-03-17 2024-04-16 本田技研工業株式会社 蓄電装置及びその製造方法

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