ES3045143T3 - Device and method for measuring resistance of pressurized separator - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un dispositivo y método que puede medir, en tiempo real, la resistencia, en función de los cambios de presión, de un separador que está sumergido en un electrolito, y permite el análisis de las propiedades de resistencia de un separador que reflejan el estado de funcionamiento real de una batería secundaria. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0003] Dispositivo y método de medición de la resistencia de un separador presurizado

[0005] Sector de la técnica

[0007] La presente invención se refiere a un aparato y a un método de tipo prensa para medir una resistencia de un separador.

[0008] Esta solicitud reivindica el beneficio de prioridad basándose en la solicitud de patente coreana n.° 10-2019-0132213, presentada el 23 de octubre de 2019.

[0010] Antecedentes de la invención

[0012] A medida que incrementa el precio de las fuentes de energía debido al agotamiento de los combustibles fósiles y se aumenta el interés por la contaminación ambiental, la demanda de fuentes de energía alternativas respetuosas con el medio ambiente está aumentando. En particular, a medida que aumenta el desarrollo tecnológico y la demanda de dispositivos móviles, la demanda de baterías secundarias como fuentes de energía está aumentando rápidamente. En cuanto a la forma de la batería secundaria, existe una gran demanda de baterías secundarias de tipo bolsa, ya que pueden aplicarse a productos móviles, tales como teléfonos móviles de pequeño espesor.

[0014] Tal batería secundaria de tipo bolsa tiene una estructura en la que un conjunto de electrodos está incorporado en una caja de batería de tipo bolsa formada por una lámina laminada de aluminio. Específicamente, en la batería secundaria de tipo bolsa, se aloja un conjunto de electrodos de tipo apilado o apilado y plegado en el que un electrodo positivo, un separador, y un electrodo negativo se apilan secuencialmente en la caja de batería. Cada electrodo positivo y cada electrodo negativo están conectados eléctricamente mediante lengüetas de electrodo, y los cables de electrodo que se extraen se conectan a las lengüetas de electrodo. Después de colocar el conjunto de electrodos, al que se conectan la lengüeta de electrodo y el cable de electrodo, en una caja de batería de tipo bolsa, se inyecta un electrolito, y la caja de batería se sella con parte del cable de electrodo expuesto al exterior, con lo que, así, se ensambla una batería secundaria.

[0016] Convencionalmente, las propiedades aislantes del propio separador se midieron para evaluar las características de resistencia del separador. Específicamente, se sujetó un separador entre la plantilla superior y la plantilla inferior, y se aplicó una tensión entre las dos plantillas para medir así una tensión cuando una corriente superior a un valor de referencia fluyó por el separador, como la tensión de ruptura dieléctrica.

[0018] Sin embargo, con el método descrito anteriormente, sólo se pueden medir las características de aislamiento del propio separador, y no se pueden medir las características de aislamiento que reflejan las características de carga/descarga del conjunto de electrodos en tiempo real. El conjunto de electrodos que incluye el separador se aloja en la caja de batería en un estado impregnado en la solución electrolítica. De forma adicional, la dendrita generada durante el proceso de carga y descarga de la batería secundaria provoca un cambio de volumen, lo que provoca presión en el separador. Por lo tanto, se necesita una tecnología capaz de confirmar las características de resistencia del separador que reflejen las condiciones reales de uso de la batería secundaria.

[0020] La técnica anterior adicional se describe en los documentos CN 108110342 A; CN 101 576607 A, CN 104678 173 A, CN 102998534 A y US 2016/116540 A.

[0022] Explicación de la invención

[0024] Problema técnico

[0026] La presente invención se inventó para resolver los problemas anteriores, y un objeto de la presente invención es proporcionar un aparato como se define en la reivindicación 1 y un método como se define en la reivindicación 5 para evaluar la resistencia de un separador que refleja el estado de funcionamiento real de una batería secundaria.

[0028] [Solución técnica]

[0030] Un aparato de tipo prensa para medir una resistencia de un separador de acuerdo con la presente invención incluye: una porción de recepción que tiene una estructura en la que una parte superior está abierta y una parte inferior y una superficie lateral están cerradas, y que aloja un separador sumergido en una solución electrolítica; una unidad de moldeo configurada para ser insertada a través de una parte superior abierta de la porción de recepción para presionar el separador recibido; una unidad de control de la presión configurada para controlar una presión aplicada al separador mediante un ajuste de la altura de al menos una de la porción de recepción y de la unidad de moldeo; una unidad de electrodos que incluye un primer electrodo conectado eléctricamente a una superficie inferior interna de la porción de recepción, que sobresale hacia el exterior de la porción de recepción y conectado eléctricamente a una unidad de medición de la resistencia, y un segundo electrodo conectado eléctricamente a una superficie inferior de la unidad de moldeo, que sobresale hacia el exterior de la unidad de moldeo y conectado eléctricamente a la unidad de medición de la resistencia; y una unidad de medición de la resistencia configurada para conectarse a los electrodos primero y segundo de la unidad de electrodos, respectivamente, para medir así una resistencia del separador, en donde la porción de recepción tiene una estructura que incluye: una parte superior abierta; y una parte inferior y superficies laterales, que están cerradas, y reciben así un separador sumergido en una solución electrolítica, en donde la unidad de medición de la resistencia está configurada para medir la resistencia del separador durante un cambio de presión en tiempo real, en donde la unidad de control de la presión aumenta la presión de forma continua o secuencial de P<0>a P<1>y, a continuación, disminuye la presión de forma continua o secuencial de P<1>a P<0>, y P<0>representa una presión en un estado en el que el separador no ha sido presurizado, y P<1>representa una presión de referencia preestablecida, y la unidad de medición de la resistencia mide una resistencia del separador en tiempo real según un cambio de presión por la unidad de control de presión.

[0032] En otro ejemplo, el aparato de tipo prensa para medir una resistencia de un separador incluye además una unidad de medición de la presión configurada para situarse debajo de la porción de recepción y medir una presión transmitida a la porción de recepción por presurización de la unidad de moldeo.

[0034] En un ejemplo, el aparato de tipo prensa para medir una resistencia de un separador incluye además al menos una de: una unidad de visualización de la presión configurada para indicar un valor de presión controlado por la unidad de control de la presión; y una unidad de visualización de resistencia configurada para indicar un valor de resistencia medido por la unidad de medición de la resistencia.

[0036] El aparato de tipo prensa para medir una resistencia de un separador incluye además una junta configurada para formarse en el exterior de una parte inferior de la unidad de moldeo insertada en la porción de recepción, y mantener la hermeticidad al aire de un espacio interior dividido por un lado interior de la porción de recepción y una superficie inferior de la unidad de moldeo, en donde la junta comprende de una a cinco juntas tóricas formadas en paralelo en el exterior de la porción inferior de la unidad de moldeo.

[0038] La presente invención proporciona un método mediante el uso del aparato de tipo prensa para medir una resistencia de un separador, en donde el método comprende las siguientes etapas: proporcionar un aparato de tipo presión como se ha descrito anteriormente, sumergir el separador en una solución electrolítica alojada en la porción de recepción del aparato de tipo prensa, y cambiar una presión aplicada al separador recibido por una unidad de moldeo insertada a través de la parte superior abierta de la porción de recepción y medir una resistencia del separador en tiempo real mientras se cambia la presión, en donde la presión aplicada al separador recibido se aumenta continua o secuencialmente de P<0>a P<1>y, a continuación, disminuye continua o secuencialmente de P<1>a P<0>, y en donde P<0>representa una presión en un estado en el que el separador no ha sido presurizado, y P<1>representa una presión de referencia preestablecida. En el presente documento, P<0>representa una presión en un estado en el que el separador no está presurizado, y P<1>representa una presión de referencia preestablecida.

[0040] En un ejemplo, el método para medir una resistencia de un separador incluye una etapa que consiste en determinar que el separador es defectuoso si se cumple uno cualquiera o más de: una resistencia inicial (R<s>) medida en P<0>en un proceso de aumento de la presión; una resistencia medida en la presión P<1>(R<h>); y una última resistencia (R<f>) medida en P<0>durante la reducción de la presión se encuentra fuera de un intervalo de referencia predeterminado.

[0042] En otro ejemplo, el método para medir una resistencia de un separador incluye una etapa que consiste en determinar que el separador es defectuoso si una diferencia (R<d>) entre la resistencia inicial (R<s>) medida en P<0>en el proceso de aumento de la presión y la última resistencia (R<f>) medida en P<0>en el proceso de disminución de la presión se encuentra fuera del intervalo de referencia predeterminado.

[0044] En un ejemplo, en el método para medir una resistencia de un separador, la presión aplicada al separador recibido se modifica de forma continua o secuencial, y la resistencia del separador según el cambio de presión se mide en tiempo real.

[0046] Efectos ventajosos

[0048] Según el aparato de tipo prensa y método para medir una resistencia de un separador de acuerdo con la presente invención, la resistencia según el cambio de presión se mide en tiempo real para el separador impregnado con la solución electrolítica, y a través de ello, es posible analizar las características de resistencia del separador que reflejan el estado de funcionamiento real de la batería secundaria.

[0050] Breve descripción de los dibujos

[0052] La FIG. 1 es una vista esquemática que muestra una estructura en sección transversal de un aparato de medición según un ejemplo de la presente invención.

[0053] La FIG. 2 es un gráfico que muestra el resultado de la medición de la resistencia según la presión para una muestra de separador según el Ejemplo 1 de la presente invención.

[0054] La FIG. 3 es un gráfico que muestra el resultado de la medición de la resistencia según la presión para una muestra de separador según el Ejemplo 2 de la presente invención.

[0055] La FIG. 4 es un gráfico que muestra el resultado de la medición de la resistencia según la presión para una muestra de separador según el Ejemplo 3 de la presente invención.

[0056] La FIG. 5 es un gráfico que muestra el resultado de la medición de la resistencia según la presión para una muestra de separador según el Ejemplo 4 de la presente invención.

[0058] Descripción detallada de las realizaciones preferidas

[0060] En lo sucesivo en el presente documento, la presente invención se describirá en detalle con referencia a los dibujos. Los términos y palabras usados en la presente memoria descriptiva y en las reivindicaciones no deben interpretarse como limitados a términos ordinarios o de diccionario y el inventor puede definir adecuadamente el concepto de los términos para describir su invención de la mejor manera. Los términos y palabras deben interpretarse como significado y concepto de manera coherente con la idea técnica de la presente invención.

[0062] La presente invención proporciona un aparato de tipo prensa para medir una resistencia de un separador. Específicamente, el aparato incluye:

[0064] una porción de recepción que tiene una estructura en la que una parte superior está abierta y una parte inferior y una superficie lateral están cerradas, y que aloja un separador sumergido en una solución electrolítica;

[0065] una unidad de moldeo configurada para ser insertada a través de una parte superior abierta de la porción de recepción para presionar el separador recibido;

[0066] una unidad de control de la presión configurada para controlar una presión aplicada al separador mediante un ajuste de la altura de al menos una de la porción de recepción y de la unidad de moldeo;

[0067] una unidad de electrodos que incluye un primer electrodo conectado eléctricamente a una superficie inferior interna de la porción de recepción, que sobresale hacia el exterior de la porción de recepción y conectado eléctricamente a una unidad de medición de la resistencia, y un segundo electrodo conectado eléctricamente a una superficie inferior de la unidad de moldeo, que sobresale hacia el exterior de la unidad de moldeo y conectado eléctricamente a la unidad de medición de la resistencia; y

[0068] una unidad de medición de la resistencia configurada para conectarse a los electrodos primero y segundo de la unidad de electrodos, respectivamente, para medir así una resistencia del separador.

[0070] La porción de recepción tiene una parte superior abierta, una parte inferior cerrada y una superficie lateral cerrada. A través de esto, el separador sumergido en la solución electrolítica se aloja en la porción de recepción. La unidad de moldeo se inserta a través de la parte superior abierta de la porción de recepción para presionar el separador recibido.

[0071] Generalmente, el conjunto de electrodos que incluye el separador se aloja en la caja de batería en un estado impregnado en la solución electrolítica. De forma adicional, la dendrita generada durante el proceso de carga y descarga de la batería secundaria provoca un cambio de volumen, lo que provoca presión en el separador. En la presente invención, se aplica presión al separador sumergido en la solución electrolítica, que refleja las condiciones reales de uso de la batería secundaria.

[0073] Un primer electrodo conectado eléctricamente a una superficie inferior interna de la porción de recepción y un segundo electrodo conectado eléctricamente a una superficie inferior de la unidad de moldeo están formados respectivamente para sobresalir del aparato. Una unidad de medición de la resistencia está conectada a los electrodos primero y segundo. Por consiguiente, el aparato de acuerdo con la presente invención puede medir la resistencia del separador según la presión aplicada en tiempo real mientras se aplica presión al separador.

[0075] De forma adicional, la unidad de medición de la resistencia no está particularmente limitada siempre que mida la resistencia del separador impregnado con la solución electrolítica. Por ejemplo, la unidad de medición de la resistencia calcula una resistencia mediante la medición de la impedancia de CA.

[0077] En un ejemplo, el aparato incluye además una junta configurada para formarse en el exterior de una parte inferior de la unidad de moldeo insertada en la porción de recepción, y mantener la hermeticidad al aire de un espacio interior dividido por un lado interior de la porción de recepción y una superficie inferior de la unidad de moldeo. La junta se forma fuera de la porción inferior de la unidad de moldeo insertada en la porción de recepción. El material de la junta no está particularmente limitado siempre que pueda mantener la hermeticidad al aire del espacio interior dividido por el lado interior de la porción de recepción y la superficie inferior de la unidad de moldeo. Por ejemplo, la junta puede tener la forma de una junta tórica hecha de un material de caucho. Se pueden formar de una a cinco juntas tóricas en paralelo fuera de la porción inferior de la unidad de moldeo.

[0079] En un ejemplo, el aparato de medición incluye además una unidad de medición de la presión situada en la porción inferior de la porción de recepción y que mide una presión transmitida a la porción de recepción por presurización de la unidad de moldeo. Dado que la unidad de medición de la presión se encuentra debajo de la porción de recepción, es posible medir eficazmente la presión transmitida a la porción de recepción. Por ejemplo, la unidad de medición de la presión adopta la forma de una célula de carga de compresión ultracompacta situada debajo de la porción de recepción.

[0080] En un ejemplo, el aparato incluye además al menos una de: una unidad de visualización de la presión configurada para indicar un valor de presión controlado por la unidad de control de la presión; y una unidad de visualización de resistencia configurada para indicar un valor de resistencia medido por la unidad de medición de la resistencia. La unidad de visualización de la presión muestra un valor de presión medido por la unidad de medición de la presión descrita anteriormente. Por ejemplo, la unidad de visualización de la presión es un dispositivo de visualización digital. De forma adicional, la unidad de visualización de la resistencia muestra un valor de resistencia medido por una unidad de medición de la resistencia. Por ejemplo, la unidad de visualización de la resistencia puede calcular un valor de resistencia para cada valor de presión.

[0082] En otro ejemplo más, la unidad de control de presión aumenta continua o secuencialmente la presión de P<0>a P<1>y, a continuación, disminuye continua o secuencialmente la presión de P<1>a P<0>. De forma adicional, la unidad de medición de la resistencia mide la resistencia del separador según el cambio de presión por la unidad de control de la presión en tiempo real.

[0084] En el presente documento, P<0>representa una presión en un estado en el que el separador no está presurizado, y P<1>representa una presión de referencia preestablecida. Por ejemplo, P<0>puede expresarse como 0 Mpa como la presión en un estado en el que el separador no ha sido presionado, y P<1>representa una presión de referencia preestablecida y puede establecerse en un intervalo desde 4 a 8 Mpa.

[0086] Específicamente, aunque hay diferencias según el tipo de conjunto o el tipo de batería, se aplica una presión de aproximadamente 4 Mpa al cargar una célula a un nivel de 2,1 Ah por célula de apilamiento (11 apilamientos). En este caso, P<1>puede ajustarse en el intervalo de 4 a 5 Mpa.

[0088] La presente invención también proporciona un método para medir una resistencia de un separador, y el método de medición puede realizarse usando el aparato de medición descrito anteriormente.

[0090] En un ejemplo, según el método para medir la resistencia de un separador, en un estado en el que el separador sumergido en una solución electrolítica se aloja en una porción de recepción que tiene una estructura en la que una parte superior está abierta y una parte inferior y una superficie lateral están cerradas, el método incluye una etapa que consiste en cambiar una presión aplicada al separador recibido por una unidad de moldeo insertada a través de la parte superior abierta de la porción de recepción y medir una resistencia del separador mientras se cambia la presión.

[0091] En un ejemplo, una presión aplicada al separador recibido se aumenta continua o secuencialmente de P<0>a P<1>, y a continuación se disminuye continua o secuencialmente de P<1>a P<0>, y en el presente documento, P<0>representa una presión en un estado en el que el separador no ha sido presurizado, y P<1>representa una presión de referencia preestablecida. La descripción de P<0>y P<1>es la misma que antes.

[0093] En otra realización más, en el método de medición de la resistencia del separador de acuerdo con la presente invención, también es posible determinar si el separador está defectuoso midiendo la resistencia del separador.

[0094] En un ejemplo específico, el método incluye una etapa que consiste en determinar que el separador es defectuoso si se produce uno cualquiera o más de: una resistencia inicial (R<s>) medida en P<0>en un proceso de aumento de la presión; una resistencia medida en la presión P1 (R<h>); y una última resistencia (R<f>) medida en P<0>durante la reducción de la presión se encuentra fuera de un intervalo de referencia predeterminado. Se trata de establecer el intervalo de resistencia de referencia para cada presión en el separador, y si el valor medido está fuera de este intervalo, se determina como un defecto.

[0096] En otro ejemplo, el método incluye una etapa que consiste en determinar que el separador es defectuoso si una diferencia (R<d>) entre la resistencia inicial (R<s>) medida en P<0>en el proceso de aumento de la presión y la última resistencia (R<f>) medida en P<0>en el proceso de disminución de la presión se encuentra fuera del intervalo de referencia predeterminado. Al eliminar la presión aplicada después de aplicar presión al separador, la existencia o no de un cambio en las propiedades físicas con respecto a la presión del separador se confirma comparando el valor de resistencia inicial y el valor de resistencia tardía del separador. Si el cambio en el valor de la resistencia supera el intervalo de referencia, se determina como un defecto.

[0098] En una realización, en el método de medición, la presión aplicada al separador proporcionado se modifica de forma continua o secuencial, y la resistencia del separador según el cambio de presión se mide en tiempo real. El método de medición de acuerdo con la presente invención tiene la ventaja de poder comprobar en tiempo real un cambio de resistencia de un separador según un cambio de presión continuo o secuencial.

[0100] En la presente invención, el separador sujeto a evaluación puede estar hecho de cualquier sustrato poroso utilizado en una batería secundaria y, por ejemplo, se puede usar una membrana porosa a base de poliolefina o una tela no tejida, pero la presente invención no está particularmente limitada a ello.

[0102] Los ejemplos de la membrana porosa a base de poliolefina incluyen polietileno tal como polietileno de alta densidad, polietileno lineal de baja densidad, polietieleno de baja densidad, polietileno de peso molecular ultra alto, y una membrana en la que los polímeros a base de poliolefina, tal como polipropileno, polibutileno y polipenteno, cada uno se forma solo o en una mezcla de los mismos.

[0104] De forma adicional, el separador incluye un caso en el que se forma una capa de recubrimiento porosa que incluye partículas inorgánicas en una o ambas superficies del sustrato poroso. En una realización, el separador incluye un sustrato polimérico poroso y una capa de recubrimiento porosa formada sobre una o ambas superficies del sustrato poroso. El sustrato polimérico puede tener una estructura en la que los poros se forman durante la polimerización o una estructura en la que los poros se forman por estiramiento. De forma adicional, la capa de recubrimiento porosa puede tener una estructura en la que las partículas inorgánicas se recubren sobre la superficie de un sustrato polimérico. La capa de recubrimiento de partículas inorgánicas sirve para aumentar la conductividad de los iones sin inhibir la porosidad del sustrato polimérico.

[0106] Por ejemplo, el sustrato polimérico poroso está formado por una resina de poliolefina, la capa de recubrimiento porosa incluye partículas inorgánicas, una sal de litio, y una resina aglutinante, y las partículas inorgánicas están conectadas y fijadas entre sí por una resina aglutinante para formar una estructura porosa. Específicamente, el sustrato de polímero poroso es una película fina en forma de lámina y puede aplicarse si tiene una permeabilidad iónica y una resistencia mecánica excelentes. El material de tal base polimérica puede incluir una película a base de poliolefina, tal como polipropileno, con una excelente resistencia química, y una lámina o tela no tejida de fibra de vidrio o poliolefina, etc. Como productos disponibles en el mercado, por ejemplo, Celgard TM2400, 2300 (fabricado por Hoechest Celanse corp), pueden usarse membranas de polipropileno (fabricadas por Ube Industrial Ltd. o Pall RAI) o productos del grupo del polietileno (Tonen o Entek), aunque no de forma limitativa. De forma adicional, la capa de recubrimiento porosa sirve para complementar la resistencia mecánica del material de refuerzo poroso y conferir resistencia al calor.

[0107] Las partículas inorgánicas se conectan y fijan entre sí mediante una resina aglutinante descrita a continuación para formar una estructura porosa. La capa de recubrimiento porosa tiene una estructura porosa por un volumen intersticial entre las partículas inorgánicas, y el volumen intersticial es un espacio definido por partículas inorgánicas sustancialmente en contacto con la superficie en una estructura empaquetada cerrada o una estructura densamente empaquetada.

[0109] La resina aglutinante no está particularmente limitada siempre que presente una fuerza de unión con la capa de mezcla de electrodos laminada sobre el colector de corriente y una fuerza de unión entre los componentes inorgánicos y las sales de litio en la capa de recubrimiento mixta y no se disuelva fácilmente con una solución electrolítica. Por ejemplo, la resina aglutinante puede ser una o una mezcla de dos o más seleccionadas del grupo que consiste en fluoruro de polivinilideno (PVdF), fluoruro de polivinilideno-cohexafluoropropileno, fluoruro de polivinilideno-tricloroetileno, fluoruro de polivinilideno-clorotrifluoroetileno (PVdF-CTFE), polimetacrilato de metilo, poliacrilonitrilo, polivinilpirrolidona, acetato de polivinilo, copolímero de etileno-acetato de vinilo (polietileno-co-acetato de vinilo), óxido de polietileno, acetato de celulosa, acetato butirato de celulosa, acetato propionato de celulosa, cianoetilpululano, cianoetil alcohol polivinílico, cianoetil celulosa, cianoetil sacarosa, pululano, carboxil metil celulosa, copolímero de acrilonitrilo-estirenobutadieno, y poliimida, y puede ser específicamente PVdF o PVdF-CTFE.

[0111] El contenido de la resina aglutinante puede estar en el intervalo de 0,1 a 20 % en peso o de 1 a 10 % en peso del 100 % en peso de la capa de recubrimiento porosa, teniendo en cuenta la fuerza de unión entre las partículas inorgánicas y/o las sales de litio, y la fuerza de unión entre el colector de corriente y la mezcla de electrodos.

[0113] De forma adicional, la presente invención mide la resistencia del separador impregnado en la solución electrolítica. Puede aplicarse la misma composición que la de la solución electrolítica aplicada a la batería secundaria. En un ejemplo, un electrolito no acuoso que contiene una solución de electrolito no acuosa puede usarse como la solución de electrolito. Los ejemplos del electrolito no acuoso incluyen N-metil-2-pirrolidinona, carbonato de propileno, carbonato de etileno, carbonato de butileno, carbonato de dimetilo, carbonato de dietilo, gamma-butirolactona, 1,2-dimetoxietano, tetrahidroxifurano, 2-metiltetrahidrofurano, dimetilsulfóxido, 1,3-dioxolano, formamida, dimetilformamida, dioxolano, acetonitrilo, nitrometano, formiato de metilo, acetato de metilo, triéster de ácido fosfórico, trimetoximetano, derivados de dioxolano, sulfolano, metil sulfolano, 1,3-dimetil-2-imidazolidinona, derivados de carbonato de propileno, derivados de tetrahidrofurano, éteres, pirofosfato de metilo, propionato de etilo, etc. Sin embargo, no se limita particularmente a los mismos, y se pueden agregar o restar varios componentes electrolíticos comúnmente utilizados en el campo de las baterías secundarias de litio dentro de un intervalo apropiado.

[0115] El aparato de medición y el método de medición de acuerdo con la presente invención pueden aplicarse a varios tipos de separadores para baterías secundarias. Por ejemplo, el separador es un separador para una batería secundaria de litio.

[0117] La batería secundaria de litio incluye, por ejemplo, un conjunto de electrodos que incluye un electrodo positivo, un electrodo negativo y un separador interpuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo; un electrolito no acuoso que impregna el conjunto de electrodos; y una caja de batería que contiene el conjunto de electrodos y el electrolito no acuoso.

[0119] El electrodo positivo tiene una estructura en la que una capa de material activo de electrodo positivo se apila en uno o ambos lados de un colector de corriente de electrodo positivo. Los materiales activos de electrodo positivo pueden ser cada uno independientemente un óxido que contiene litio, y pueden ser iguales o diferentes. Se puede usar un óxido de metal de transición que contiene litio como el óxido que contiene litio. En un ejemplo, la capa de material activo del electrodo positivo incluye un material activo del electrodo positivo, un material conductor, y un polímero aglutinante, y si es necesario, puede incluir además un aditivo de electrodo positivo comúnmente usado en la técnica.

[0120] El colector de corriente usado para el electrodo positivo es un metal que tiene alta conductividad, y puede usarse cualquier metal al que se pueda unir fácilmente la suspensión de material activo de electrodo positivo y que no sea reactivo en el intervalo de tensión del dispositivo electroquímico. Específicamente, los ejemplos no limitantes del colector de corriente para el electrodo positivo incluyen aluminio, níquel o una lámina fabricada mediante una combinación de los mismos.

[0122] El electrodo negativo puede incluir un material de carbono, litio metálico, silicio o estaño como material activo de electrodo negativo. Cuando se usa un material de carbono como material activo de electrodo negativo, se pueden usar carbono poco cristalino y carbono altamente cristalino. Los típicos ejemplos representativos de carbono poco cristalino incluyen carbono blando y carbono duro. Los ejemplos representativos de carbono altamente cristalino incluyen grafito natural, grafito Kish, carbón pirolítico, fibra de carbono a base de brea de mesofase, microesferas de mesocarbono, breas de mesofase y carbono cocido a alta temperatura, tales como coques derivados de brea de alquitrán de hulla o petróleo.

[0124] Los ejemplos no limitantes del colector de corriente utilizado para el electrodo negativo incluyen cobre, oro, níquel o una lámina fabricada con una aleación de cobre o una combinación de los mismos. De forma adicional, el colector de corriente puede usarse apilando sustratos hechos de los materiales anteriores.

[0126] De forma adicional, el electrodo negativo puede incluir un material conductor y un aglutinante comúnmente utilizado en la técnica.

[0128] En lo sucesivo en el presente documento, la presente invención se describirá con más detalle a través de los dibujos y similares.

[0130] La FIG. 1 es una vista esquemática que muestra una estructura en sección transversal de un aparato de medición según un ejemplo de la presente invención. Haciendo referencia a la FIG. 1, el aparato de acuerdo con la presente invención incluye una porción de recepción 100 que tiene una estructura en la que una parte superior está abierta y una parte inferior y una superficie lateral están cerradas, y que aloja un separador sumergido en una solución electrolítica, una unidad de moldeo 200 configurada para ser insertada a través de una parte superior abierta de la porción de recepción 100 para presionar el separador recibido, y una unidad de control de la presión 220 configurada para controlar una presión aplicada al separador mediante el ajuste de una altura de al menos una de la porción de recepción y de la unidad de moldeo. Además, un primer electrodo 130 conectado eléctricamente a una superficie inferior interna de la porción de recepción 100, que sobresale hacia el exterior de la porción de recepción y conectado eléctricamente a una unidad de medición de la resistencia, y un segundo electrodo 230 conectado eléctricamente a una superficie inferior de la unidad de moldeo 200 y que sobresale hacia el exterior de la unidad de moldeo 200 están colocados en el exterior del aparato. El primer electrodo 130 y el segundo electrodo 230 están respectivamente conectados eléctricamente a una unidad de medición de la resistencia (no mostrada).

[0132] Una junta tórica 210 se forma fuera de la unidad de moldeo 200. La junta 210 sirve para mantener la hermeticidad al aire de un espacio interno dividido por un lado interno de la porción de recepción 100 y una superficie inferior de la unidad de moldeo 200.

[0134] De forma adicional, las unidades de medición de la presión 110 y 120 están situadas debajo de la porción de recepción 100. Las unidades de medición de la presión 110 y 120 miden la presión transmitida a la porción de recepción 100 por presurización de la unidad de moldeo 200. En un ejemplo, puede aplicarse una célula de carga de microcompresión a las unidades de medición de la presión 110 y 120.

[0136] En lo sucesivo en el presente documento, la presente invención se describirá con más detalle a través de los ejemplos y dibujos.

[0138] Ejemplo 1: Fabricación del separador

[0140] Tras añadir un 5 % en peso del copolímero de fluoruro de polivinilideno-hexafluoropropileno (PVdF-HFP) a acetona, y disolverlo a 50 °C durante aproximadamente 12 horas o más, se añadió polvo de AhO<3>para que el polímero aglutinante:Al2O3) = relación en peso 10:90.

[0142] Posteriormente, el polvo de Al<2>O<3>se trituró y dispersó usando un método de molino de bolas durante 12 horas o más para preparar así una suspensión polimérica aglutinante. El diámetro de las partículas de Al<2>O<3>de la suspensión polimérica aglutinante era de aproximadamente 400 nm.

[0143] Por lo tanto, se preparó un separador de material compuesto orgánico e inorgánico recubriendo ambos lados de una membrana porosa de polietileno con un espesor de 18 pm (porosidad del 45 %) hasta un espesor de 3 pm mediante un método de recubrimiento por inmersión. Como resultado de la medición del separador de material compuesto orgánico e inorgánico con un porosímetro, el tamaño de los poros y la porosidad en la capa de recubrimiento porosa recubierta sobre la membrana porosa de polietileno fueron de 0,4 pm y 55 %, respectivamente.

[0145] Ejemplo 2: Fabricación del separador

[0147] Se preparó un separador de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que una suspensión que contenía un componente cerámico se recubrió con un espesor de 2,5 pm en ambos lados de una membrana porosa de polietileno de 7 pm de espesor.

[0149] Ejemplo 3: Fabricación del separador

[0151] Se fabricó un separador de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que una suspensión que contenía componentes cerámicos se recubrió con un espesor de 1,5 pm a ambos lados de una membrana porosa de 9 pm de espesor seleccionando una con un alto peso molecular entre las membranas porosas de polietileno disponibles en el mercado.

[0153] Ejemplo 4: Fabricación del separador

[0155] Se preparó un separador sin teja de 15 pm de espesor con excelentes propiedades de resistencia a la compresión fabricado con una combinación de cerámica y aglutinante sin teja de membrana porosa de polietileno.

[0157] Ejemplo experimental: Medición de la resistencia de un separador en función de la presión

[0159] La muestra de separador preparada en el Ejemplo 1 se impregnó lo suficiente en la solución electrolítica (relación de volumen EC/EMC = 1:2), 1 mol de LiPF6). La muestra de separador impregnada con la solución electrolítica se cargó en la porción de recepción del aparato de medición mostrado en la FIG. 1, y se midió la resistencia del separador en función de la presión.

[0161] Para medir la resistencia del separador, se midió la resistencia mientras se aumentaba secuencialmente la presión de P<0>a P<1>, y se midió la resistencia mientras se volvía a disminuir secuencialmente la presión de P<1>a P<0>. En este ejemplo experimental, la presión P<0>es 0 Mpa, que es la presión en un estado en el que el separador no está presurizado, y la presión P<1>se establece en 4,8 Mpa. Los resultados de la medición de la resistencia al separador se muestran en la FIG. 2.

[0163] Haciendo referencia a la FIG. 2, el valor de resistencia del separador aumentó de 2,8 O a 3,15 O durante el proceso de prensado. Durante el proceso de despresurización, el valor de resistencia al separador disminuyó de 3,15O a 2,95O. A partir de los resultados de la FIG. 2, cuando se presiona el separador impregnado con la solución electrolítica, la resistencia aumenta debido a la destrucción de los poros internos y similares. A continuación, aunque se reduzca o elimine la presión aplicada al separador, se observa que la resistencia del separador no vuelve a disminuir hasta el nivel de resistencia inicial.

[0165] De forma adicional, haciendo referencia al resultado de la FIG. 2, la resistencia inicial del separador es de 2,8 O, y la resistencia final mediante el proceso de aplicación de presión es de 2,95 O. En el caso del separador de este Ejemplo, se calcula que la diferencia entre la resistencia inicial y la resistencia final es de 0,15O. Cuando el criterio para determinar el defecto del separador se establece en 0,2 O basándose en la diferencia entre la resistencia inicial y la resistencia final del separador, se determina que el separador según el presente Ejemplo es bueno.

[0167] Además del Ejemplo 1, la resistencia del separador en función de la presión se midió de la misma manera para los Ejemplos 2 a 4, y los resultados se muestran en las FIGS. 3 a 5, respectivamente.

[0169] Como resultado de la medición, en el caso del Ejemplo 2 mostrado en la FIG. 3, la resistencia inicial fue de 2,24 O y la resistencia final de 3,23 O, y el aumento de la resistencia respecto a la resistencia inicial fue muy significativo. Además, aunque la presión se redujera secuencialmente, la resistencia en el estado aumentado no se recuperó. Por lo tanto, cuando el criterio para determinar el defecto del separador se establece en 0,2 O basándose en la diferencia entre la resistencia inicial y la resistencia final del separador, se determina que es defectuoso.

[0171] En el caso del Ejemplo 3 mostrado en la FIG. 4, como separador que usa una tela de polietileno resistente a la compresión con un peso molecular elevado, se puede observar que las características de resistencia son excelentes ya que apenas aumenta la resistencia aunque aumente la presión a 0,48 O, que es una resistencia inicial. Por lo tanto, en el caso del separador del Ejemplo 3, es preferible establecer el valor del valor de referencia de determinación de defectos en un valor más bajo.

[0173] En el caso del Ejemplo 4 mostrado en la FIG. 5, como separador no textil hecho de una combinación de cerámica y un aglutinante, tiene una excelente resistencia a la compresión. Por consiguiente, aunque la presión aumente en la resistencia inicial 1,61 O, hay poco aumento de la resistencia, e incluso si la presión disminuye, el cambio no es grande. Por lo tanto, es preferible establecer el valor del valor de referencia de determinación de defectos en un valor más bajo, de forma similar al separador del Ejemplo 3.

[0175] En lo anterior, la presente invención se ha descrito con más detalle a través de los dibujos y ejemplos. Sin embargo, las realizaciones descritas en la memoria descriptiva y las configuraciones descritas en los dibujos son únicamente las realizaciones más preferidas de la presente invención, y no representan todas las ideas técnicas de la presente invención.

[0177] Descripción de los números de referencia

[0179] 100: porción de recepción

[0180] 110, 120: unidad de medición de la presión

[0181] 230: primer electrodo

[0182] 200: unidad de moldeo

[0183] 210: junta

[0184] 220: unidad de control de la presión

[0185] 230: segundo electrodo

Claims (7)

1. REIVINDICACIONES

1. Aparato de tipo prensa para medir una resistencia de un separador, comprendiendo el aparato:

una parte de recepción (100);

una unidad de moldeo (200) configurada para ser insertada a través de la parte superior abierta de la porción de recepción para presionar el separador recibido;

una unidad de control de presión (220) configurada para controlar una presión aplicada al separador ajustando una altura de al menos una de la porción de recepción (100) y de la unidad de moldeo (200);

una unidad de electrodos que incluye un primer electrodo (130) conectado eléctricamente a una superficie inferior interna de la porción de recepción (100), que sobresale hacia el exterior de la porción de recepción (100) y conectado eléctricamente a una unidad de medición de la resistencia, y un segundo electrodo (230) conectado eléctricamente a una superficie inferior de la unidad de moldeo (200), que sobresale hacia el exterior de la unidad de moldeo (200) y conectado eléctricamente a la unidad de medición de la resistencia; y

la unidad de medición de la resistencia conectada a los electrodos primero y segundo (130, 230) de la unidad de electrodos para así modo una resistencia del separador,

en donde la porción de recepción (100) tiene una estructura que incluye: una parte superior abierta; y una parte inferior y superficies laterales, que están cerradas, y reciben así el separador sumergido en una solución electrolítica,

en donde la unidad de medición de la resistencia está configurada para medir la resistencia del separador durante un cambio de presión en tiempo real,

caracterizada por quela unidad de control de la presión (220) aumenta la presión aplicada al separador de forma continua o secuencial de P<0>a P<1>y disminuye la presión de forma continua o secuencial de P<1>a P<0>,

en donde P<0>representa una presión en un estado en el que el separador no está presurizado, y P<1>representa una presión de referencia preestablecida, y

en donde la unidad de medición de la resistencia mide la resistencia del separador en tiempo real según el cambio de presión por la unidad de control de la presión (220).

2. El aparato de la reivindicación 1, que comprende además una unidad de medición de la presión (110, 120) situada debajo de la porción de recepción (100), que mide la presión transmitida a la porción de recepción (100) por presurización de la unidad de moldeo (200).

3. El aparato de la reivindicación 1, que comprende, además, al menos una de:

una unidad de visualización de la presión configurada para indicar un valor de presión controlado por la unidad de control de la presión (220); y

una unidad de visualización de la resistencia configurada para indicar un valor de resistencia medido por la unidad de medición de la resistencia.

4. El aparato de la reivindicación 1, que comprende además:

una junta (210) formada en el exterior de una parte inferior de la unidad de moldeo (200) insertada en la porción de recepción (100), que mantiene la hermeticidad al aire de un espacio interno dividido por un lado interno de la porción de recepción (100) y una superficie inferior de la unidad de moldeo (200),

en donde la junta (210) comprende de una a cinco juntas tóricas formadas en paralelo en el exterior de la porción inferior de la unidad de moldeo (200).

5. Un método de tipo prensa para medir una resistencia de un separador, comprendiendo el método las siguientes etapas:

proporcionar el aparato de tipo prensa de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores; sumergir el separador en una solución electrolítica alojada en la porción de recepción (100) del aparato de tipo prensa;

cambiar una presión aplicada al separador recibido por la unidad de moldeo (200) insertada a través de la parte superior abierta de la porción de recepción (100); y

medir la resistencia del separador en tiempo real mientras se cambia la presión,

caracterizado por que

la presión aplicada al separador recibido aumenta continua o secuencialmente de P<0>a P<1>, y disminuye continua o secuencialmente de P<1>a P<0>, y en donde P<0>representa la presión en el estado en el que el separador no está presurizado, y P<1>representa la presión de referencia preestablecida.

6. El método de la reivindicación 5, que comprende además determinar que el separador es defectuoso cuando se cumple una cualquiera o más de las siguientes condiciones:

una resistencia inicial (R<s>) medida en P<0>en un proceso de aumento de la presión se encuentra fuera de un intervalo de referencia predeterminado;

una resistencia medida en la presión P1 (R<h>) se encuentra fuera de un intervalo de referencia predeterminado; o una última resistencia (R<f>) medida en P<0>en un proceso de disminución de la presión se encuentra fuera de un intervalo de referencia predeterminado.

7. El método de la reivindicación 5, que comprende además determinar que el separador es defectuoso cuando una diferencia (R<d>) entre una resistencia inicial (R<s>) medida en P<0>en un proceso de aumento de la presión y una última resistencia (R<f>) medida en P<0>en un proceso de disminución de la presión se encuentra fuera de un intervalo de referencia predeterminado.