ES3041797T3 - Negative electrode and secondary battery comprising the negative electrode - Google Patents

Negative electrode and secondary battery comprising the negative electrode

Info

Publication number
ES3041797T3
ES3041797T3 ES21862148T ES21862148T ES3041797T3 ES 3041797 T3 ES3041797 T3 ES 3041797T3 ES 21862148 T ES21862148 T ES 21862148T ES 21862148 T ES21862148 T ES 21862148T ES 3041797 T3 ES3041797 T3 ES 3041797T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
negative electrode
active material
particles
sio
electrode according
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
ES21862148T
Other languages
English (en)
Inventor
Su Min Lee
Yong Ju Lee
Sun Young Shin
Jung Hyun Choi
Hyun Min Jun
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 ES3041797T3 publication Critical patent/ES3041797T3/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
    • 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
    • H01M4/62—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
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • 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
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • 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
    • 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
    • H01M4/58—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
    • 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
    • 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
    • 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
    • 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
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • 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)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

La presente invención se refiere a un electrodo negativo y una batería secundaria que lo comprende. El electrodo negativo comprende una capa de material activo que incluye un material activo y un material conductor. El material activo del electrodo negativo comprende un primer material activo y un segundo material activo. El primer material activo comprende partículas de SiOx (0<x<2) y el segundo material activo comprende partículas de SiOy (0<y<2). El D50 de las partículas de SiOx es de 0,1 a 0,6 μm, el D50 de las partículas de SiOy es de 3 a 8 μm y la relación en peso de las partículas de SiOx a las partículas de SiOy es de 1:2 a 1:100. El material conductor comprende nanotubos de carbono de pared simple. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Electrodo negativo y batería secundaria que comprende el electrodo negativo
Campo técnico
Referencia cruzada a solicitudes relacionadas
Esta solicitud reivindica prioridad de la solicitud de patente coreana n.° 10-2020-0109527, presentada el 28 de agosto de 2020.
Campo técnico
La presente invención se refiere a un electrodo negativo que comprende diferentes tipos de partículas a base de silicio y nanotubos de carbono y a una batería secundaria que comprende el mismo.
Antecedentes de la técnica
Los requisitos para el uso de energía alternativa o energía limpia han aumentado debido al rápido aumento en el uso de combustibles fósiles y, como parte de esta tendencia, la generación de energía y el almacenamiento de electricidad usando una reacción electroquímica son las áreas investigadas más activamente.
Actualmente, un ejemplo típico de un dispositivo electroquímico que usa energía electroquímica puede ser una batería secundaria y existe una tendencia a que su área de uso esté expandiéndose cada vez más. En los últimos años, la demanda de baterías secundarias como fuente de energía ha aumentado significativamente a medida que han aumentado el desarrollo tecnológico y la demanda con respecto a dispositivos portátiles, tales como ordenadores portátiles, teléfonos móviles, y cámaras, y, entre estas baterías secundarias, las baterías secundarias de litio que tienen alta densidad de energía, es decir, alta capacidad, han sido objeto de considerable investigación y se han comercializado y usado ampliamente.
En general, una batería secundaria está compuesta por un electrodo positivo, un electrodo negativo, un electrolito, y un separador. El electrodo negativo incluye un material activo de electrodo negativo en el que se intercalan y desintercalan iones de litio procedentes del electrodo positivo, y pueden usarse partículas a base de silicio que tienen alta capacidad de descarga como material activo de electrodo negativo. Sin embargo, la partícula a base de silicio tiene una baja eficiencia inicial, y su volumen cambia excesivamente durante un procedimiento de carga y descarga. Por tanto, existe una limitación en el sentido de que se reduce la vida útil de la batería. En particular, dado que se producen grietas en las partículas de silicio a medida que se repiten los ciclos de carga y descarga, se degrada la estabilidad mecánica mientras que se reduce la vida útil.
Normalmente, para abordar esta limitación, se han usado técnicas de formación de una capa de recubrimiento de carbono sobre superficies de las partículas a base de silicio. Sin embargo, incluso si se forma la capa de recubrimiento de carbono, la eficiencia inicial y la reducción en la vida útil de la batería no se mejoran significativamente, y el efecto de reducción de la resistencia de la batería no es significativo. También se ha usado un método de control de las propiedades físicas de un aglutinante o un espesante de manera que las partículas a base de silicio no se desprendan del electrodo negativo, pero su efecto no es grande.
Por tanto, existe la necesidad de un electrodo negativo que use partículas de material activo a base de silicio, pero que pueda mejorar las características de vida útil. El documento EP 2555660 A1 divulga un electrodo negativo que comprende dos tipos de materiales de polvo de óxido de silicio.
Divulgación de la invención
Problema técnico
Un aspecto de la presente invención proporciona un electrodo negativo que puede mejorar las características de vida útil de una batería.
Otro aspecto de la presente invención proporciona una batería secundaria que comprende el electrodo negativo.Solución técnica
Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un electrodo negativo que incluye una capa de material activo de electrodo negativo que comprende un material activo de electrodo negativo y un agente conductor, en donde el material activo de electrodo negativo incluye un primer material activo y un segundo material activo, en donde el primer material activo incluye partículas de SiO<x>(0<x<2), y el segundo material activo incluye partículas de SiO<y>(0<y<2), en donde las partículas de SiO<x>tienen un D<50>de 0,1 pm a 0,6 pm, las partículas de SiO<y>tienen un D<50>de 3 |jm a 8 |jm, la razón en peso de las partículas de SiO<x>con respecto a las partículas de SiO<y>está en el intervalo de 1:2 a 1:100, y el agente conductor incluye nanotubos de carbono de pared simple.
Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona una batería secundaria que comprende el electrodo negativo.
Efectos ventajosos
Según la presente invención, dado que un electrodo negativo incluye una cantidad apropiada de diferentes tipos de partículas a base de silicio (partículas de SiO<x>, partículas de SiO<y>) que tienen tamaños específicos, se aumenta el área de contacto entre las partículas a base de silicio para facilitar el movimiento de electrones en el electrodo negativo y, por tanto, pueden mejorarse las características de vida de una batería. Además, dado que los nanotubos de carbono de pared simple conectan eléctrica y físicamente las partículas de silicio entre sí, pueden mejorarse adicionalmente las características de vida útil de la batería.
Modo para llevar a cabo la invención
A continuación en el presente documento, se describirá con más detalle la presente invención para permitir una comprensión más clara de la presente invención.
Se entenderá que las expresiones o términos usados en la memoria descriptiva y las reivindicaciones no deben interpretarse como el significado definido en los diccionarios de uso común, y se entenderá además que las expresiones o términos deben interpretarse como si tuvieran un significado que sea coherente con su significado en el contexto de la técnica relevante y la idea técnica de la invención, basándose en el principio de que un inventor puede definir adecuadamente el significado de las expresiones o términos para explicar mejor la invención.
La terminología usada en el presente documento tiene únicamente el propósito de describir realizaciones de ejemplo particulares y no pretende limitar la presente invención. En la memoria descriptiva, los términos en forma singular pueden incluir formas plurales a menos que se indique lo contrario.
Se entenderá además que los términos “incluir”, “comprender”, o “tener”, cuando se usan en esta memoria descriptiva, especifican la presencia de características, números, etapas, elementos, o combinaciones de los mismos indicados, pero no excluyen la presencia o adición de una o más de otras características, números, etapas, elementos, o combinaciones de los mismos.
La expresión “D<50>” en la presente memoria descriptiva puede definirse como un diámetro de partícula en un volumen acumulado del 50 % en una curva de distribución de tamaño de partícula de las partículas. El D<50>, por ejemplo, puede medirse usando un método de difracción láser. El método de difracción láser generalmente puede medir un diámetro de partícula que oscila desde un nivel submicrométrico hasta unos pocos mm y puede obtener resultados altamente repetibles y de alta resolución.
En la presente memoria descriptiva, se midió el área de superficie específica desgasificando a 200 °C durante 8 horas y realizando adsorción/desorción de N<2>a 77 K usando un instrumento de medición Brunauer-Emmett-Teller (BET) (BEL-SORP-MAX, Nippon Bell).
Un electrodo negativo según la presente invención incluye una capa de material activo de electrodo negativo que comprende un material activo de electrodo negativo y un agente conductor, en donde el material activo de electrodo negativo incluye un primer material activo y un segundo material activo, en donde el primer material activo incluye partículas de SiO<x>(0<x<2), y el segundo material activo incluye partículas de SiO<y>(0<y<2), en donde las partículas de SiO<x>tienen un D<50>de 0,1 jm a 0,6 jm, las partículas de SiO<y>tienen un D<50>de 3 jm a 8 jm, la razón en peso de las partículas de SiO<x>con respecto a las partículas de SiO<y>está en el intervalo de 1:2 a 1:100, y el agente conductor puede incluir nanotubos de carbono de pared simple.
El electrodo negativo incluye una capa de material activo de electrodo negativo.
La capa de material activo de electrodo negativo puede estar dispuesta sobre un colector de corriente, y alternativamente, la propia capa de material activo de electrodo negativo puede ser el electrodo negativo.
El colector de corriente no está particularmente limitado siempre que tenga conductividad sin provocar cambios químicos adversos en la batería. Por ejemplo, como colector de corriente puede usarse cobre, acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio, carbono cocido, aluminio o acero inoxidable que tiene la superficie tratada con uno de carbono, níquel, titanio, plata, o similares. Específicamente, como colector de corriente puede usarse un metal de transición que adsorba bien el carbono, tal como cobre y níquel. El colector de corriente puede tener un grosor de 6 jm a 20 jm, pero el grosor del colector de corriente no se limita a ello.
La capa de material activo de electrodo negativo puede estar dispuesta sobre una superficie o ambas superficies del colector de corriente.
La capa de material activo de electrodo negativo incluye un material activo de electrodo negativo y un agente conductor.
El material activo de electrodo negativo incluye un primer material activo y un segundo material activo.
El primer material activo incluye partículas de SiO<x>(0<x<2), y puede estar compuesto específicamente por partículas de SiO<x>(0<x<2). El segundo material activo incluye partículas de SiO<y>(0<y<2), y puede estar compuesto específicamente por partículas de SiO<y>(0<y<2). x e y corresponden a una razón del número de átomos de oxígeno (O) con respecto a átomos de silicio (Si) incluidos en la partícula de SiO<x>(0<x<2) y la partícula de SiO<y>(0<y<2), respectivamente. La capacidad de la batería puede mejorarse usando la partícula de SiO<x>(0<x<2) y la partícula de SiO<y>(0<y<2).
Las partículas de SiO<x>(0<x<2) tienen un D<50>de 0,1 pm a 0,6 pm, por ejemplo, de 0,2 pm a 0,4 pm. En un caso en el que el D<50>de las partículas de SiO<x>(0<x<2) es menor de 0,1 pm, dado que su área de superficie específica es excesivamente grande, se produce en gran medida una reacción secundaria con una disolución de electrolito y, por tanto, se degradan las características de vida útil de la batería. Por el contrario, en un caso en el que el D<50>de las partículas de SiO<x>(0<x<2) es mayor de 0,6 pm, dado que no puede esperarse un efecto de aumento del área de contacto entre las partículas cuando las partículas de SiO<x>se mezclan con las partículas de SiO<y>(0<y<2), se degradan las características de vida útil de la batería.
Las partículas de SiO<y>(0<y<2) tienen un D<50>de 3 pm a 8 pm, por ejemplo, de 5,2 pm a 7 pm. En un caso en el que el D<50>de las partículas de SiO<y>(0<y<2) es menor de 3 pm, dado que no puede esperarse el efecto de aumento del área de contacto entre las partículas cuando las partículas de SiO<y>se mezclan con las partículas de SiO<x>(0<x<2), se degradan las características de vida útil de la batería. Por el contrario, en un caso en el que el D<50>de las partículas de SiO<y>(0<y<2) es mayor de 8 pm, dado que la variación de volumen durante la carga y descarga de la batería es excesivamente grande, se degradan las características de vida útil de la batería.
La razón del D<50>de las partículas de SiO<x>con respecto al D<50>de las partículas de SiO<y>puede estar en el intervalo de 1:5 a 1:40, particularmente de 1:7 a 1:37, y más particularmente de 1:15 a 1:35. En un caso en el que la razón satisface el intervalo anterior, dado que el área de contacto entre las partículas de SiO<x>y las partículas de SiO<y>puede satisfacer el nivel más deseable, pueden mejorarse más eficazmente las características de vida útil de la batería.
La razón en peso de las partículas de SiO<x>con respecto a las partículas de SiO<y>está en el intervalo de 1:2 a 1:100, particularmente de 1:10 a 1:50, y más particularmente de 1:10 a 1:20. En un caso en el que la razón en peso de las partículas de SiO<x>con respecto a las partículas de SiO<y>está fuera del intervalo de 1:2 a 1:100, dado que el área de contacto entre las partículas de SiO<x>y las partículas de SiO<y>no es suficiente, se degradan las características de vida útil de la batería.
El área de superficie específica de las partículas de SiO<x>puede estar en el intervalo de 1 m<2>/g a 10 m<2>/g, por ejemplo, de 2 m<2>/g a 7 m<2>/g. El área de superficie específica de las partículas de SiO<y>puede estar en el intervalo de 4 m<2>/g a 20 m<2>/g, por ejemplo, de 9 m<2>/g a 18 m<2>/g. Cuando se satisfacen los intervalos anteriores, dado que el área de contacto entre las partículas de SiO<x>y las partículas de SiO<y>puede satisfacer el nivel más deseable, pueden mejorarse más eficazmente las características de vida útil de la batería.
El agente conductor puede incluir nanotubos de carbono de pared simple, y el agente conductor puede estar compuesto específicamente por nanotubos de carbono de pared simple.
Los nanotubos de carbono de pared simple pueden tener un diámetro promedio de 1 nm a 30 nm, por ejemplo, de 5 nm a 12 nm. Cuando el diámetro promedio satisface el intervalo anterior, dado que la flexibilidad de los nanotubos de carbono de pared simple es alta, puede formarse más eficazmente una red conductora entre las partículas de SiO<x>y las partículas de SiO<y>y, por tanto, pueden mejorarse más eficazmente las características de vida útil de la batería. Después de medir los diámetros de 100 nanotubos de carbono de pared simple en el electrodo negativo a través de un microscopio electrónico de barrido (SEM), puede obtenerse el diámetro promedio promediando los diámetros.
Los nanotubos de carbono de pared simple pueden tener una longitud promedio de 2 pm a 100 pm, por ejemplo, de 3 pm a 12 pm. Cuando la longitud promedio satisface el intervalo anterior, dado que la red conductora que conecta las partículas de SiO<x>y las partículas de SiO<y>puede mantenerse fácilmente incluso si cambian los volúmenes de las partículas de SiO<x>y las partículas de SiO<y>, pueden mejorarse las características de vida útil de la batería. Después de medir las longitudes de 100 nanotubos de carbono de pared simple en el electrodo negativo a través de un SEM, puede obtenerse la longitud promedio promediando las longitudes.
Los nanotubos de carbono de pared simple pueden tener un área de superficie específica de 500 m<2>/g a 1.500 m<2>/g, por ejemplo, de 600 m<2>/g a 1.000 m<2>/g. Cuando el área de superficie específica satisface el intervalo anterior, dado que los nanotubos de carbono de pared simple pueden minimizar la reacción secundaria con la disolución de electrolito al tiempo que tienen una alta flexibilidad, pueden mejorarse adicionalmente las características de vida útil de la batería.
Los nanotubos de carbono de pared simple pueden incluirse en una cantidad del 0,001 % en peso al 0,5 % en peso en la capa de material activo de electrodo negativo, y pueden incluirse específicamente en una cantidad del 0,02 % en peso al 0,1 % en peso. En un caso en el que se satisface el intervalo anterior, puede formarse eficazmente la red conductora que conecta las partículas de SiO<x>y las partículas de SiO<y>, y puede minimizarse la reacción secundaria con la disolución de electrolito.
La capa de material activo de electrodo negativo puede incluir además un aglutinante.
El aglutinante puede incluir al menos uno seleccionado del grupo que consiste en un copolímero de poli(fluoruro de vinilideno-hexafluoropropileno) (PVDF-co-HFP), poli(fluoruro de vinilideno), poliacrilonitrilo, poli(metacrilato de metilo), poli(alcohol vinílico), carboximetilcelulosa (CMC), almidón, hidroxipropilcelulosa, celulosa regenerada, polivinilpirrolidona, politetrafluoroetileno, polietileno, polipropileno, un monómero de etileno-propileno-dieno (EPDM), un EPDM sulfonado, un caucho de estireno-butadieno (SBR), un caucho fluorado, poli(ácido acrílico), y un material que tiene el hidrógeno del mismo sustituido por litio (Li), sodio (Na), o calcio (Ca), o puede incluir diversos varios copolímeros de los mismos.
Una batería secundaria según otra realización de la presente invención puede incluir el electrodo negativo de la realización descrita anteriormente. Específicamente, la batería secundaria puede incluir el electrodo negativo de la realización descrita anteriormente, un electrodo positivo, un separador dispuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, y un electrolito, en donde el electrodo negativo es el mismo que el electrodo negativo descrito anteriormente. Dado que el electrodo negativo se ha descrito anteriormente, se omitirán descripciones detalladas del mismo.
El electrodo positivo puede incluir un colector de corriente de electrodo positivo y una capa de material activo de electrodo positivo que se forma sobre el colector de corriente de electrodo positivo e incluye el material activo de electrodo positivo.
En el electrodo positivo, el colector de corriente de electrodo positivo no está particularmente limitado siempre que tenga conductividad sin provocar cambios químicos adversos en las baterías y, por ejemplo, puede usarse acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio, carbono cocido, o aluminio o acero inoxidable que tiene la superficie tratada con uno de carbono, níquel, titanio, o plata. Además, el colector de corriente de electrodo positivo puede tener normalmente un grosor de 3 pm a 500 pm y puede tener una superficie con rugosidad fina para mejorar la adhesión al material activo de electrodo positivo. El colector de corriente de electrodo positivo puede usarse en diversas formas, por ejemplo, una película, una lámina, una hoja, una red, un cuerpo poroso, un cuerpo de espuma, un cuerpo de material textil no tejido, y similares.
El material activo de electrodo positivo puede ser un material activo de electrodo positivo usado normalmente. Específicamente, el material activo de electrodo positivo puede incluir un compuesto en capas, tal como óxido de litio-cobalto (LiCoO<2>) u óxido de litio-níquel (LiNiO<2>), o un compuesto sustituido con uno o más metales de transición; óxidos de litio-hierro tales como LiFe<3>O<4>; óxidos de litio-manganeso tales como Li<i+ c i>Mn<2-ci>O<4>(0<c1<0,33), LiMnO<3>, LiMn<2>O<3>, y LiMnO<2>; óxido de litio-cobre (Li<2>CuO<2>); óxidos de vanadio tales como LiV<3>O<8>, V<2>O<5>, y Cu<2>V<2>O<7>; óxido de litio-níquel de tipo sitio de níquel (Ni) expresado por la fórmula química de LiNi<i-c2>M<c2>O<2>(donde M es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en cobalto (Co), manganeso (Mn), aluminio (Al), cobre (Cu), hierro (Fe), magnesio (Mg), boro (B), y galio (Ga), y c2 satisface 0,01<c2<0,3); óxido compuesto de litio-manganeso expresado por la fórmula química de LiMn<2-c3>M<c3>O<2>(donde M es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Co, Ni, Fe, cromo (Cr), zinc (Zn), y tántalo (Ta), y c3 satisface 0,01<c3<0,1) o Li<2>Mn<3>MO<8>(donde M es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Fe, Co, Ni, Cu, y Zn); y LiMn<2>O<4>que tiene una parte de Li sustituido por iones de metales alcalinotérreos, pero el material activo de electrodo positivo no se limita a ello. El electrodo positivo puede ser metal de Li.
La capa de material activo de electrodo positivo puede incluir un agente conductor de electrodo positivo y un aglutinante de electrodo positivo, así como el material activo de electrodo positivo descrito anteriormente.
En este caso, el agente conductor de electrodo positivo se usa para proporcionar conductividad al electrodo, en donde puede usarse cualquier agente conductor sin limitación particular siempre que tenga conductividad electrónica sin provocar cambios químicos adversos en la batería. Ejemplos específicos del agente conductor de electrodo positivo pueden ser grafito, tal como grafito natural y grafito artificial; un material a base de carbono, tal como negro de carbono, negro de acetileno, negro de Ketjen, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara, negro térmico, y fibras de carbono; polvo de metal o fibras de metal, tal como cobre, níquel, aluminio, y plata; fibras cortas monocristalinas conductoras, tales como fibras cortas monocristalinas de óxido de zinc y fibras cortas monocristalinas de titanato de potasio; óxido de metal conductor, tal como óxido de titanio; o polímeros conductores, tales como derivados de polifenileno, y puede usarse uno solo o una mezcla de dos o más de los mismos.
Además, el aglutinante de electrodo positivo funciona para mejorar la unión entre las partículas de material activo de electrodo positivo y la adhesión entre el material activo de electrodo positivo y el colector de corriente de electrodo positivo. Ejemplos específicos del aglutinante de electrodo positivo pueden ser poli(fluoruro de vinilideno) (PVDF), un copolímero de poli(fluoruro de vinilideno-hexafluoropropileno) (PVDF-co-HFP), poli(alcohol vinílico), poliacrilonitrilo, carboximetilcelulosa (CMC), almidón, hidroxipropilcelulosa, celulosa regenerada, polivinilpirrolidona, politetrafluoroetileno, polietileno, polipropileno, un monómero de etileno-propileno-dieno (EPDM), un EPDM sulfonado, un caucho de estireno-butadieno (SBR), un caucho fluorado, o diversos copolímeros de los mismos, y puede usarse uno solo o una mezcla de dos o más de los mismos.
El separador separa el electrodo negativo y el electrodo positivo y proporciona una trayectoria de movimiento de iones de litio, en donde como separador puede usarse cualquier separador sin limitación particular siempre que se use normalmente en una batería secundaria, y particularmente, puede usarse un separador que tenga alta capacidad de retención de humedad para un electrolito, así como baja resistencia a la transferencia de iones de electrolito. Específicamente, puede usarse una película polimérica porosa, por ejemplo, una película polimérica porosa preparada a partir de un polímero a base de poliolefina, tal como un homopolímero de etileno, un homopolímero de propileno, un copolímero de etileno/buteno, un copolímero de etileno/hexeno, y un copolímero de etileno/metacrilato, o una estructura laminada que tenga dos o más capas de los mismos. También puede usarse un material textil no tejido poroso típico, por ejemplo, un material textil no tejido formado por fibras de vidrio de alto punto de fusión o fibras de poli(tereftalato de etileno). Además, puede usarse un separador recubierto que comprende un componente cerámico o un componente polimérico para garantizar la resistencia al calor o la resistencia mecánica, y puede usarse opcionalmente un separador que tenga una estructura de monocapa o multicapa.
El electrolito puede incluir un electrolito líquido orgánico, un electrolito líquido inorgánico, un electrolito polimérico sólido, un electrolito polimérico de tipo gel, un electrolito inorgánico sólido, o un electrolito inorgánico de tipo masa fundida que puede usarse en la preparación de la batería secundaria de litio, pero la presente invención no se limita a ello.
Específicamente, el electrolito puede incluir un disolvente orgánico no acuoso y una sal de metal.
Ejemplos del disolvente orgánico no acuoso pueden ser disolventes orgánicos apróticos, tales como N-metil-2-pirrolidona, carbonato de propileno, carbonato de etileno, carbonato de butileno, carbonato de dimetilo, carbonato de dietilo, Y-butirolactona, 1,2-dimetoxietano, tetrahidrofurano, 2-metil-tetrahidrofurano, dimetilsulfóxido, 1,3-dioxolano, formamida, dimetilformamida, dioxolano, acetonitrilo, nitrometano, formiato de metilo, acetato de metilo, triéster fosfato, 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, y propionato de etilo.
En particular, dado que el carbonato de etileno y el carbonato de propileno, que son carbonatos de tipo anillo entre los disolventes orgánicos a base de carbonato, disocian bien una sal de litio debido a las altas constantes dieléctricas como disolventes orgánicos de alta viscosidad, puede usarse preferiblemente el carbonato de tipo anillo. Dado que puede prepararse una disolución de electrolito que tiene alta conductividad eléctrica cuando el carbonato de tipo anillo se mezcla con carbonato lineal de baja viscosidad y baja constante dieléctrica, tal como carbonato de dimetilo y carbonato de dietilo, en una razón apropiada, puede usarse más preferiblemente el carbonato de tipo anillo.
Como sal de metal puede usarse una sal de litio, y la sal de litio es un material fácilmente soluble en la disolución de electrolito no acuoso, en donde, por ejemplo, como anión de la sal de litio puede usarse uno cualquiera seleccionado del grupo que consiste en P, Ct, |-, NO<3->, N(CN)^, BF<4->, CO<4->, PF<a '>, (CF<a>^PF^, (CF<a>)<a>PF<a->, (CF<a>^PF^, (CF<a>)<a>PF-, (CF<a>)<a>P-, CF<3>SO<3->, CF<3>CF<2>SO<3>-, (CF<a>SO<2>)<2>N-, (FSO<2>)<2>N CF<a>CF<2>(CF<a>)<2>CO<'>, (CF<a>SO<2>)<2>CH<‘>, (SF<a>)<a>C-, (CF<a>SO<2>)<a>C<'>, CF<a>(CF<2>)<7>SO<a‘>, CF<3>CO<2->, CH<3>CO<2->, SCN<‘>, y (CF<a>CF<2>SO<2>)<2>N-En el electrolito puede incluirse además al menos un aditivo, por ejemplo, un compuesto a base de carbonato de haloalquileno tal como carbonato de difluoroetileno, piridina, fosfito de trietilo, trietanolamina, éter cíclico, etilendiamina, n-glima, triamida hexafosfórica, 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, además de los componentes del electrolito descritos anteriormente, con el fin de mejorar las características de vida útil de la batería, prevenir una disminución en la capacidad de la batería, y mejorar la capacidad de descarga de la batería.
Según otra realización de la presente invención, el primer material activo puede ser el mismo que el electrodo negativo de la realización descrita anteriormente excepto que incluye una capa de recubrimiento de carbono dispuesta sobre la partícula de SiO<x>.
La capa de recubrimiento de carbono puede incluir un material a base de carbono. El material a base de carbono puede incluir al menos uno de carbono amorfo y carbono cristalino.
El carbono cristalino puede mejorar adicionalmente la conductividad del material activo de electrodo negativo. El carbono cristalino puede incluir al menos uno seleccionado del grupo que consiste en fullerenos, nanotubos de carbono, y grafeno.
El carbono amorfo puede suprimir la expansión del núcleo manteniendo adecuadamente la resistencia de la capa de recubrimiento de carbono. El carbono amorfo puede ser un carburo de al menos uno seleccionado del grupo que consiste en alquitrán, brea, y otros materiales orgánicos, o puede ser un material a base de carbono formado usando un hidrocarburo como fuente de deposición química en fase de vapor.
El carburo de los otros materiales orgánicos puede ser un carburo de sacarosa, glucosa, galactosa, fructosa, lactosa, manosa, ribosa, aldohexosa, o cetohexosa, y un carburo de un material orgánico seleccionado de una combinación de los mismos.
El hidrocarburo puede ser un hidrocarburo alifático o alicíclico sustituido o no sustituido, o un hidrocarburo aromático sustituido o no sustituido. El hidrocarburo alifático o alicíclico sustituido o no sustituido puede incluir metano, etano, etileno, acetileno, propano, butano, buteno, pentano, isobutano, o hexano. El hidrocarburo aromático sustituido o no sustituido puede incluir benceno, tolueno, xileno, estireno, etilbenceno, difenilmetano, naftaleno, fenol, cresol, nitrobenceno, clorobenceno, indeno, cumarona, piridina, antraceno, o fenantreno.
La capa de recubrimiento de carbono puede tener un grosor de 1 nm a 1.000 nm, particularmente de 50 nm a 800 nm, y más particularmente de 100 nm a 500 nm. En un caso en el que se satisface el intervalo anterior, pueden mejorarse adicionalmente las características de vida útil y las características de salida de la batería. Aunque no se limita a ello, el grosor de la capa de recubrimiento de carbono puede medirse mediante un SEM o un microscopio electrónico de transmisión (TEM).
Según otra realización de la presente invención, el segundo material activo puede ser el mismo que el electrodo negativo de la realización descrita anteriormente excepto que incluye una capa de recubrimiento de carbono dispuesta sobre la partícula de SiO<y>. La capa de recubrimiento de carbono puede ser la misma que la capa de recubrimiento de carbono de la realización descrita anteriormente.
Según otra realización de la presente invención, el primer material activo y el segundo material activo pueden ser los mismos que el electrodo negativo de la realización descrita anteriormente excepto que el primer material activo incluye una capa de recubrimiento de carbono dispuesta sobre la partícula de SiO<x>y el segundo material activo incluye una capa de recubrimiento de carbono dispuesta sobre la partícula de SiO<y>. La capa de recubrimiento de carbono puede ser la misma que la capa de recubrimiento de carbono de la realización descrita anteriormente. Según otra realización de la presente invención, el primer material activo puede incluir además un metal dispuesto o distribuido sobre una superficie, en el interior, o la superficie y el interior de la partícula de SiO<x>. Específicamente, el primer material activo puede incluir además un metal dopado en el interior de la partícula de SiO<x>.
Dado que el metal puede controlar la expansión/contracción del volumen de la partícula de SiO<x>a un nivel apropiado al distribuirse sobre la superficie y/o en el interior de la partícula de SiO<x>, el metal puede desempeñar un papel en la prevención de daños al primer material activo. Además, el metal puede incluirse en el primer material activo en cuanto a aumentar la eficiencia del primer material activo reduciendo la razón de una fase irreversible (por ejemplo, SiO<2>) de la partícula de SiO<x>.
El metal puede incluir al menos uno seleccionado del grupo que consiste en litio (Li), magnesio (Mg), calcio (Ca), y aluminio (Al). En cuanto al hecho de que el control de la expansión del volumen de la partícula de SiO<x>, la prevención de daños, y el efecto de mejora de la eficiencia inicial pueden lograrse a un nivel excelente, el metal puede incluir específicamente al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Li y Mg, y puede incluir más específicamente Mg.
El metal puede incluirse en una cantidad del 0,1 % en peso al 30 % en peso, por ejemplo, del 2 % en peso al 6 % en peso en el primer material activo. Cuando la cantidad del metal está dentro del intervalo anterior, el efecto de mejora de la eficiencia inicial del primer material activo puede lograrse a un nivel excelente.
En un caso en el que el primer material activo incluye el metal, el primer material activo puede prepararse mediante un método que comprende las etapas de: generar un primer vapor vaporizando un compuesto representado por SiO<a>(0<a<2); generar un segundo vapor vaporizando un metal que comprende al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Li, Mg, Ca, y Al; mezclar el primer vapor y el segundo vapor para realizar una reacción en fase gaseosa; obtener polvo enfriando después de la reacción en fase gaseosa; y ajustar el D<50>del polvo a de 0,1 pm a 0,6 pm, pero la presente invención no se limita a ello. El ajuste del D<50>del polvo, por ejemplo, puede realizarse usando un método de molienda con flujo de aire, pero no se limita a ello.
Según otra realización de la presente invención, el segundo material activo puede incluir además un metal dispuesto o distribuido sobre una superficie, en el interior, o la superficie y el interior de la partícula de SiO<y>. Específicamente, el segundo material activo puede incluir además un metal dopado en el interior de la partícula de SiO<y>.
Dado que el metal puede controlar la expansión/contracción del volumen de la partícula de SiO<y>a un nivel apropiado al distribuirse sobre la superficie y/o en el interior de la partícula de SiO<y>, el metal puede desempeñar un papel en la prevención de daños al segundo material activo. Además, el metal puede incluirse en el segundo material activo en cuanto a aumentar la eficiencia del segundo material activo reduciendo la razón de una fase irreversible (por ejemplo, SO<2>) de la partícula de SiO<y>.
El metal puede incluir al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Li, Mg, Ca, y Al. En cuanto al hecho de que el control de la expansión del volumen de la partícula de SiO<y>, la prevención de daños, y el efecto de mejora de la eficiencia inicial pueden lograrse a un nivel excelente, el metal puede incluir específicamente al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Li y Mg, y más específicamente, Mg.
El metal puede incluirse en una cantidad del 0,1 % en peso al 30 % en peso, por ejemplo, del 2 % en peso al 15 % en peso en el segundo material activo. Cuando la cantidad de metal está dentro del intervalo anterior, el efecto de mejora de la eficiencia inicial del segundo material activo puede lograrse a un nivel excelente.
En un caso en el que el segundo material activo incluye el metal, el segundo material activo puede prepararse mediante un método que comprende los etapas de: generar un primer vapor vaporizando un compuesto representado por SiO<b>(0<b<2); generar un segundo vapor vaporizando un metal que comprende al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Li, Mg, Ca, y Al; mezclar el primer vapor y el segundo vapor para realizar una reacción en fase gaseosa; obtener polvo enfriando después de la reacción en fase gaseosa; y ajustar el D<50>del polvo a de 0,3 pm a 8 pm, pero la presente invención no se limita a ello.
Según otra realización de la presente invención, el material activo de electrodo negativo puede ser el mismo que el electrodo negativo de la realización descrita anteriormente excepto que incluye además un material activo a base de carbono.
El material activo a base de carbono puede ser al menos uno seleccionado del grupo que consiste en grafito artificial, grafito natural, fibras de carbono grafitizadas, y microperlas de mesocarbono grafitizadas.
La cantidad total de las primeras partículas de material activo y las segundas partículas de material activo y la cantidad de material activo a base de carbono en el material activo de electrodo negativo pueden tener una razón en peso de 1:99 a 70:30, por ejemplo, de 5:95 a 30:70. Cuando se satisface el intervalo anterior, se mejoran adicionalmente las características de carga y descarga de la batería, y pueden mejorarse adicionalmente las características de vida útil de la batería debido a la excelente conductividad eléctrica del material activo a base de carbono.
Según otra realización de la presente invención, se proporcionan un módulo de batería que comprende la batería secundaria como celda unitaria y un bloque de baterías que comprende el módulo de batería. Dado que el módulo de batería y el bloque de baterías incluyen la batería secundaria que tiene alta capacidad, alta capacidad de tasa, y altas características de ciclo, el módulo de batería y el bloque de baterías pueden usarse como fuente de alimentación de un dispositivo de tamaño mediano y grande seleccionado del grupo que consiste en un vehículo eléctrico, un vehículo eléctrico híbrido, un vehículo eléctrico híbrido enchufable, y un sistema de almacenamiento de energía.
A continuación en el presente documento, se proporcionarán ejemplos preferidos para una mejor comprensión de la presente invención. Será evidente para los expertos en la técnica que estos ejemplos sólo se proporcionan para ilustrar la presente invención y son posibles diversas modificaciones y alteraciones dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Ejemplos
Ejemplo 1: Preparación de la batería
(1) Formación del electrodo negativo
Se usó una mezcla (razón en peso de 1:19) de un primer SiO (primer material activo) que tenía un D<50>de 0,2 pm y un segundo SiO (segundo material activo) que tenía un D<50>de 7 pm como material activo de electrodo negativo. Se usaron carboximetilcelulosa (CMC) y un caucho de estireno-butadieno (SBR) como aglutinante. Se usaron nanotubos de carbono de pared simple que tenían un diámetro promedio de 5 nm y una longitud promedio de 8 pm como agente conductor.
Se preparó una dispersión de nanotubos de carbono, en la que se dispersaron los nanotubos de carbono de pared simple en CMC como disolvente. Se añadieron el material activo de electrodo negativo, el aglutinante, y la dispersión de nanotubos de carbono a agua, como disolvente, y luego se mezclaron para preparar una suspensión de electrodo negativo.
Se recubrió la suspensión de electrodo negativo sobre una película delgada de metal de cobre (Cu) de 20 pm de grosor, como colector de corriente de electrodo negativo, y luego se secó. En este caso, la temperatura del aire de circulación fue de 60 °C. Posteriormente, se prensó con rodillo el colector de corriente de electrodo negativo recubierto con la suspensión de electrodo negativo, se secó en un horno de vacío a 130 °C durante 12 horas y, luego se troqueló en forma de un círculo que tenía un área de 1,4875 cm<2>para preparar un electrodo negativo. La cantidad total del primer SiO y del segundo SiO en el electrodo negativo fue del 95,4 % en peso.
(2) Preparación de la batería
Como electrodo positivo se usó una película delgada de metal de litio (Li) cortada en forma de un círculo de 1,7671 cm<2>. Se dispuso un separador de polietileno poroso entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, y se inyectó una disolución de electrolito, en la que se disolvió el 0,5 % en peso de carbonato de vinileno en una disolución mixta, en la que la razón en volumen mixto de carbonato de etilmetilo (EMC) con respecto a carbonato de etileno (EC) era de 7:3, y se disolvió LiPF<6>1 M, para preparar una semicelda de tipo botón de litio.
Ejemplos 2 a 8 y ejemplos comparativos 1 a 11: Preparación de la batería
Se prepararon baterías de la misma manera que en el ejemplo 1 excepto que se modificaron las condiciones tal como se ilustra en las tablas 1 y 2 a continuación.
Ejemplo 9: Preparación de la batería
Se prepararon un electrodo negativo y una batería del ejemplo 9 de la misma manera que en el ejemplo 1 excepto que se usaron el primer material activo y el segundo material activo siguientes en lugar del primer SiO y el segundo SiO usados en el ejemplo 1.
Como primer material activo, se preparó SiO (diámetro de partícula promedio (D<50>): 0,2 pm), en el que se distribuyó o dopó Mg sobre una superficie y/o en el interior del mismo. Se incluyó el 6 % en peso de Mg en el primer material activo.
Además, como segundo material activo, se preparó SiO (diámetro de partícula promedio (D<50>): 7 pm), en el que se distribuyó o dopó Mg sobre una superficie y/o en el interior del mismo. Se incluyó el 6 % en peso de Mg en el segundo material activo.
[Tabla 1]
[Tabla 2]
Ejemplos experimentales
Ejemplo experimental 1: Evaluación de las características de vida útil (retención de capacidad)
Se cargaron y descargaron las baterías de los ejemplos y los ejemplos comparativos para evaluar las características de vida útil (retención de capacidad), y los resultados de las mismas se presentan en la tabla 3 a continuación. Se realizaron la carga y descarga a 0,1 C en un 1er ciclo y un 2° ciclo, y se realizaron la carga y descarga a 0,5 C desde un 3er ciclo hasta un 100° ciclo.
Condiciones de carga: Cco (corriente constante)/Tco (tensión constante), corte de corriente de 5 mV/0,005 C Condiciones de descarga: condición Cco (corriente constante), corte de 1,5 V
La retención de capacidad se obtuvo mediante el siguiente cálculo.
Retención de capacidad (%) = (capacidad de descarga del 100° ciclo / capacidad de descarga del 1er ciclo) * 100 Ejemplo experimental 2: Evaluación de la eficiencia inicial
Se realizó un ciclo de carga y descarga en las baterías de los ejemplos y los ejemplos comparativos en las siguientes condiciones para evaluar la eficiencia inicial, y los resultados de la misma se presentan en la tabla 3 a continuación.
Condiciones de carga: 0,1 C, Cco (corriente constante)/Tco (tensión constante), corte de corriente de 5 mV/0,005 C Condiciones de descarga: 0,1 C, condición Cco (corriente constante), corte de 1,5 V
La eficiencia inicial se obtuvo mediante el siguiente cálculo.
Eficiencia inicial (%) = (capacidad de descarga del 1er ciclo / capacidad de carga del 1er ciclo) * 100
[Tabla 3]
*SWCNT: nanotubos de carbono de pared simple
*MWCNT: nanotubos de carbono de pared múltiple
Se midió el D50 a través de un método de difracción láser, y se midió el área de superficie específica según el método BET. El diámetro promedio y la longitud promedio significan cada uno un valor promedio de 100 nanotubos de carbono que se obtuvieron mediante observación por SEM del electrodo negativo.
Según la tabla 3, puede confirmarse que las baterías de los ejemplos presentaron un mejor rendimiento de vida útil que las baterías de los ejemplos comparativos.
Con respecto al ejemplo 9, dado que el metal se dispuso sobre la superficie y/o en el interior del primer SiO y del segundo SiO, puede confirmarse que se mejoraron simultáneamente el rendimiento de vida útil y la eficiencia inicial.

Claims (14)

  1. REIVINDICACIONES
    i.Electrodo negativo que comprende una capa de material activo de electrodo negativo que comprende un material activo de electrodo negativo y un agente conductor,
    en donde el material activo de electrodo negativo comprende un primer material activo y un segundo material activo,
    en donde el primer material activo comprende partículas de SiO<x>(0<x<2), y
    el segundo material activo comprende partículas de SiO<y>(0<y<2),
    en donde las partículas de SiO<x>tienen un D<50>medido mediante difracción láser de 0,1 pm a 0,6 pm, las partículas de SiO<y>tienen un D<50>medido mediante difracción láser de 3 pm a 8 pm,
    la razón en peso de las partículas de SiO<x>con respecto a las partículas de SiO<y>está en el intervalo de 1:2 a 1:100, y
    el agente conductor comprende nanotubos de carbono de pared simple.
  2. 2. Electrodo negativo según la reivindicación 1, en donde la razón en peso de las partículas de SiO<x>con respecto a las partículas de SiO<y>está en el intervalo de 1:10 a 1:20.
  3. 3. Electrodo negativo según la reivindicación 1, en donde la razón del D<50>de las partículas de SiO<x>con respecto al D<50>de las partículas de SiO<y>está en el intervalo de 1:5 a 1:40.
  4. 4. Electrodo negativo según la reivindicación 1, en donde el área de superficie específica BET de las partículas de SiO<x>está en el intervalo de 1 m<2>/g a 10 m<2>/g, y
    el área de superficie específica BET de las partículas de SiO<y>está en el intervalo de 4 m<2>/g a 20 m<2>/g.
  5. 5. Electrodo negativo según la reivindicación 1, en donde el primer material activo comprende además un metal dispuesto sobre una superficie, en el interior, o sobre la superficie y el interior de la partícula de SiO<x>, y
    el metal comprende al menos uno seleccionado del grupo que consiste en litio (Li), magnesio (Mg), calcio (Ca), y aluminio (Al).
  6. 6. Electrodo negativo según la reivindicación 5, en donde el metal se incluye en una cantidad del 0,1 % en peso al 30 % en peso en el primer material activo.
  7. 7. Electrodo negativo según la reivindicación 1, en donde el segundo material activo comprende además un metal dispuesto sobre una superficie, en el interior, o sobre la superficie y el interior de la partícula de SiO<y>, y
    el metal comprende al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Li, Mg, Ca, y Al.
  8. 8. Electrodo negativo según la reivindicación 7, en donde el metal se incluye en una cantidad del 0,1 % en peso al 30 % en peso en el segundo material activo.
  9. 9. Electrodo negativo según la reivindicación 1, en donde los nanotubos de carbono de pared simple tienen una longitud promedio de 2 pm a 100 pm.
  10. 10. Electrodo negativo según la reivindicación 1, en donde los nanotubos de carbono de pared simple tienen una longitud promedio de 3 pm a 20 pm.
  11. 11. Electrodo negativo según la reivindicación 1, en donde los nanotubos de carbono de pared simple tienen un área de superficie específica BET de 500 m<2>/g a 1.500 m<2>/g.
  12. 12. Electrodo negativo según la reivindicación 1, en donde los nanotubos de carbono de pared simple se incluyen en una cantidad del 0,001 % en peso al 0,5 % en peso en la capa de material activo de electrodo negativo.
  13. 13.Electrodo negativo según la reivindicación 1, en donde el material activo de electrodo negativo comprende además un material activo a base de carbono.
  14. 14. Batería secundaria que comprende el electrodo negativo según la reivindicación 1.
ES21862148T 2020-08-28 2021-08-30 Negative electrode and secondary battery comprising the negative electrode Active ES3041797T3 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20200109527 2020-08-28
PCT/KR2021/011601 WO2022045852A1 (ko) 2020-08-28 2021-08-30 음극 및 상기 음극을 포함하는 이차 전지

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES3041797T3 true ES3041797T3 (en) 2025-11-14

Family

ID=80355438

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES21862148T Active ES3041797T3 (en) 2020-08-28 2021-08-30 Negative electrode and secondary battery comprising the negative electrode

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20230317936A1 (es)
EP (1) EP4174981B1 (es)
JP (1) JP7466982B2 (es)
KR (1) KR102764102B1 (es)
CN (1) CN116057723B (es)
ES (1) ES3041797T3 (es)
HU (1) HUE072851T2 (es)
PL (1) PL4174981T3 (es)
WO (1) WO2022045852A1 (es)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102891895B1 (ko) * 2022-03-25 2025-11-26 주식회사 엘지에너지솔루션 음극 조성물, 리튬 이차 전지용 음극 및 음극을 포함하는 리튬 이차 전지
KR102661927B1 (ko) * 2023-05-04 2024-04-26 얼티머스 주식회사 음극 활물질 및 이를 포함하는 음극
JP7752654B2 (ja) * 2023-05-22 2025-10-10 プライムプラネットエナジー＆ソリューションズ株式会社 二次電池の負極、当該負極の製造方法、および当該負極を用いた二次電池

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004063433A (ja) * 2001-12-26 2004-02-26 Shin Etsu Chem Co Ltd 導電性酸化珪素粉末、その製造方法及び該粉末を用いた非水電解質二次電池用負極材
JP5406799B2 (ja) * 2010-07-29 2014-02-05 信越化学工業株式会社 非水電解質二次電池用負極材とその製造方法及びリチウムイオン二次電池
US20130045419A1 (en) * 2011-08-15 2013-02-21 Hee-Joon Chun Negative active material for rechargeable lithium battery, negative electrode including the same and method of preparing the same, and rechargeable lithium battery including the same
JP6599106B2 (ja) * 2014-02-12 2019-10-30 大阪瓦斯株式会社 リチウム二次電池用負極材料及びその製造方法、並びに該負極材料を用いたリチウム二次電池用の負極活物質層用組成物、リチウム二次電池用負極及びリチウム二次電池
WO2017007013A1 (ja) * 2015-07-09 2017-01-12 日本電気株式会社 リチウムイオン二次電池
JP2017084759A (ja) * 2015-10-30 2017-05-18 大阪瓦斯株式会社 電極活物質−カーボンナノチューブコンポジット及びその製造方法
KR102307911B1 (ko) * 2017-04-27 2021-10-01 삼성에스디아이 주식회사 리튬이차전지용 음극 활물질 및 이를 포함하는 음극을 구비한 리튬이차전지
PL3678228T3 (pl) * 2017-12-01 2023-01-16 Lg Energy Solution, Ltd. Elektroda ujemna i zawierający ją akumulator
KR102690388B1 (ko) * 2018-01-31 2024-08-01 주식회사 엘지에너지솔루션 도전재 분산액 및 음극 슬러리 제조 방법
WO2019194662A1 (ko) * 2018-04-06 2019-10-10 주식회사 엘지화학 전극, 상기 전극을 포함하는 이차 전지, 및 상기 전극의 제조 방법
KR102285981B1 (ko) * 2018-04-06 2021-08-05 주식회사 엘지에너지솔루션 전극, 상기 전극을 포함하는 이차 전지, 및 상기 전극의 제조 방법
US11554957B2 (en) * 2018-05-22 2023-01-17 Molecular Rebar Design, Llc Lithium ion battery using high surface area nanotubes
JP6683221B2 (ja) * 2018-07-26 2020-04-15 トヨタ自動車株式会社 負極、非水電解液二次電池、および負極の製造方法
CN110797520B (zh) * 2019-11-14 2021-06-25 宁德新能源科技有限公司 负极材料及包含其的电化学装置和电子装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220029488A (ko) 2022-03-08
WO2022045852A1 (ko) 2022-03-03
PL4174981T3 (pl) 2025-10-13
JP7466982B2 (ja) 2024-04-15
CN116057723B (zh) 2025-07-04
US20230317936A1 (en) 2023-10-05
HUE072851T2 (hu) 2025-12-28
JP2023534856A (ja) 2023-08-14
EP4174981A1 (en) 2023-05-03
EP4174981B1 (en) 2025-08-06
EP4174981A4 (en) 2024-08-21
CN116057723A (zh) 2023-05-02
KR102764102B1 (ko) 2025-02-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2986090T3 (es) Material activo de electrodo negativo, método de preparación del mismo, electrodo negativo que incluye el material activo de electrodo negativo, y batería secundaria que incluye el electrodo negativo
ES3029637T3 (en) Negative electrode active material, negative electrode comprising the negative electrode active material, and secondary battery comprising the negative electrode
ES3050100T3 (en) Anode and secondary battery comprising said anode
ES2976034T3 (es) Electrodo negativo, método de producción del mismo y batería secundaria que comprende el mismo
ES3062960T3 (en) Negative electrode and method for manufacturing same
ES3060415T3 (en) Negative electrode and secondary battery comprising the same
ES2940321T3 (es) Material activo de electrodo negativo, electrodo negativo que comprende el mismo material activo de electrodo negativo y batería secundaria que comprende el mismo electrodo negativo
ES2943089T3 (es) Material activo de electrodo negativo, electrodo negativo que incluye el mismo, y batería secundaria que incluye el electrodo negativo
US12614715B2 (en) Negative electrode active material, negative electrode including the same, and secondary battery including the negative electrode
ES3040122T3 (en) Negative electrode active material, negative electrode including the negative electrode active material, and secondary battery including the negative electrode
ES3041797T3 (en) Negative electrode and secondary battery comprising the negative electrode
KR102729985B1 (ko) 음극 조성물, 이를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 및 음극을 포함하는 리튬 이차 전지
US12444733B2 (en) Negative electrode and secondary battery including the negative electrode
US20240194885A1 (en) Negative electrode and secondary battery including the same
US11495797B2 (en) Negative electrode active material, negative electrode including the same, secondary battery including the negative electrode, and preparation method of the negative electrode active material
ES3036235T3 (en) Negative electrode and secondary battery including same
ES2953152T3 (es) Anodo que incluye material a base de grafito y silicio que tiene diferentes diámetros y batería secundaria de litio que incluye el mismo
US20250096247A1 (en) Anode composition, anode for lithium secondary battery comprising same, and lithium secondary battery comprising anode
ES3062862T3 (en) Negative active material, and negative electrode and secondary battery comprising same
EP4614597A1 (en) Anode active material, anode composition, lithium secondary battery anode comprising same, and lithium secondary battery comprising anode
KR20250083797A (ko) 리튬 이차 전지
EP4641684A1 (en) Anode composition, anode for lithium secondary battery, comprising same, lithium secondary battery, and method for preparing anode composition
CN121532859A (zh) 负极活性材料、包含其的锂二次电池用负极和包含负极的锂二次电池
KR20250011081A (ko) 음극 활물질, 음극 조성물, 이를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 및 음극을 포함하는 리튬 이차 전지