ES3049199T3

ES3049199T3 - Method for patterning lithium metal surface and electrode for lithium secondary battery using the same

Info

Publication number: ES3049199T3
Application number: ES18846398T
Authority: ES
Inventors: Yoon-Ah Kang; Eun-Kyung Kim; Sang-Wook Woo; Oh-Byong Chae; Soo-Hee Kang; Geun-Sik Jo; So-Young Choo
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2017-08-17
Filing date: 2018-08-17
Publication date: 2025-12-15
Anticipated expiration: 2038-08-17
Also published as: CN110537273A; US20200052293A1; EP3624238A4; WO2019035692A2; CN110537273B; EP3624238B1; WO2019035692A3; US11271199B2; KR102259963B1; PL3624238T3; EP3624238A2; KR20190019873A

Abstract

La presente invención se refiere a un método para el modelado de superficies de metal litio y un electrodo de batería secundaria de litio que lo utiliza, comprendiendo el método los pasos de: formar un patrón en hueco o relieve que tiene un tamaño predeterminado sobre un sustrato de modelado (S1); presionar físicamente el metal litio contra la superficie del sustrato de modelado sobre el cual se forma el patrón, o aplicar litio líquido sobre la superficie del sustrato de modelado y luego solidificarlo para formar un patrón predeterminado sobre la superficie del metal litio (S2); y separar el metal litio que tiene el patrón predeterminado formado sobre el mismo del sustrato de modelado (S3). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Método para formar patrones en una superficie de metal de litio y electrodo para batería secundaria de litio que usa la misma

[0003] Campo técnico

[0004] La presente solicitud reivindica prioridad sobre la solicitud de patente coreana n.° 10-2017-0104306 presentada el 17 de agosto de 2017 y la solicitud de patente coreana n.° 10-2017-0104307 presentada el 17 de agosto de 2017 en la República de Corea, cuyas descripciones se incorporan en el presente documento como referencia. La presente divulgación se refiere a un método para formar patrones en una superficie de metal de litio ya un electrodo para una batería secundaria de litio que usa la misma. En particular, la presente divulgación se refiere a un método para formar patrones en una superficie de metal de litio mediante el uso de un sustrato de formación de patrones que tiene alta capacidad de liberación del metal de litio, y a un electrodo para una batería secundaria de litio usando la misma.

[0005] Antecedentes de la técnica

[0006] Como las industrias eléctrica, electrónica, de comunicaciones e informática se han desarrollado rápidamente, cada vez se demandan más baterías que tengan alta capacidad. Para satisfacer tal demanda, se ha prestado mucha atención a las baterías secundarias de metal de litio que usan metal de litio o una aleación de litio como electrodo negativo que tienen alta densidad de energía.

[0007] Una batería secundaria de metal de litio se refiere a una batería secundaria que usa metal de litio o una aleación de litio como electrodo negativo. El metal de litio tiene una baja densidad de 0,54 g/cm3 y un potencial de reducción convencional significativamente bajo de -3,045 V (SHE: basándose en el electrodo de hidrógeno convencional) y, por tanto, se ha destacado como material de electrodo para una batería de alta densidad de energía.

[0008] Cuando se usa metal de litio como electrodo negativo, el metal de litio reacciona con un electrolito, impurezas, tales como agua o un disolvente orgánico, una sal de litio, o similares, para formar una capa de interfase de sólidoelectrolito (SEI). Tal capa de SEI provoca una diferencia local en la densidad de corriente para acelerar la formación de dendritas resinosas provocadas por el metal litio durante la carga. A continuación, tal dendrita crece gradualmente durante la carga/descarga provocando un cortocircuito interno entre un electrodo positivo y un electrodo negativo. Además, la dendrita tiene una porción de cuello de botella mecánicamente débil que forma litio inactivo, que pierde contacto eléctrico con un colector de corriente durante la descarga. Como resultado, la capacidad de la batería disminuye, la vida útil de la batería se reduce y la estabilidad de la batería se degrada. Para lograr el alto rendimiento de un instrumento portátil, se han realizado diversos intentos para mejorar el material de electrodo negativo de metal litio hasta alcanzar un nivel aceptable en la práctica. Se han realizado muchos intentos para aumentar el área superficial de un material de electrodo negativo de metal de litio. La figura 1 ilustra un procedimiento de tratamiento de superficie de metal litio utilizando microagujas. El tratamiento de superficie del metal de litio usando microagujas puede tratar una gran área superficial mediante un simple laminado que puede llevarse a cabo de manera económica y eficiente. Por tanto, es posible mejorar las características de carga/descarga y ciclo, reducir la resistencia de superficie de contacto e inhibir la precipitación de litio en la superficie del electrodo. Sin embargo, dado que las microagujas hacen rotar un rodillo de manera continua, el procesamiento del rodillo es muy importante. Cuando el eje 103 de un rodillo no está dispuesto perfectamente en el centro del rodillo tal como se muestra en la figura 2, la superficie del rodillo realiza realmente un laminado 101 elíptico, no un laminado 102 circular perfecto durante el laminado y, por tanto, la superficie puede no tratarse uniformemente. Un tratamiento no uniforme de este tipo también se produce cuando las microagujas procesadas en la superficie del rodillo no son uniformes. Teniendo en cuenta que el tratamiento superficial usando microagujas es a escala nanométrica o micrométrica, dicha falta de uniformidad superficial da como resultado directamente la degradación de la vida útil y el rendimiento de la batería. Además, dado que el rodillo es más pequeño que la lámina de metal de litio convencional, es difícil procesar una lámina de metal de litio que tengan un área grande de una vez. Por tanto, es necesario llevar a cabo el laminado muchas veces para una lámina, lo que puede dar como resultado un tratamiento de superficie no uniforme. El procesamiento mencionado anteriormente puede no ser problemático en el caso de láminas que tengan un área pequeña. Sin embargo, cuando los productos disponibles comercialmente se producen en una gran cantidad, puede provocar un problema grave.

[0009] Divulgación

[0010] Problema técnico

[0011] La presente divulgación se refiere a proporcionar un método para formar patrones en una superficie de metal de litio que mejora la reversibilidad del metal de litio, permite la formación de patrones uniforme del metal de litio con un área grande, en comparación con los métodos de formación de patrones convencionales, y en particular usa un sustrato de formación de patrones que tiene alta capacidad de liberación del metal de litio, y un electrodo para una batería secundaria de litio que usa la misma.

[0012] Solución técnica

[0013] Para resolver el problema técnico mencionado anteriormente, se proporciona un método para formar patrones en una superficie de metal de litio según la primera realización de la presente divulgación, incluyendo el método las etapas de: (S1) formar un patrón en hueco o en relieve que tiene un tamaño predeterminado sobre un sustrato de formación de patrones; (S2) comprimir físicamente el metal de litio contra la superficie del sustrato de formación de patrones que tiene el patrón formado sobre el mismo, o aplicar litio líquido al mismo y solidificarlo para formar un patrón predeterminado sobre la superficie de metal de litio; y (S3) separar el metal de litio que tiene el patrón predeterminado formado sobre el mismo del sustrato de formación de patrones.

[0014] El sustrato de formación de patrones es al menos uno seleccionado de una oblea de silicio o sustrato de policarbonato.

[0015] Cuando el sustrato de formación de patrones es una oblea de silicio, el método incluye además una etapa de formar una capa de recubrimiento de material fotosensible sobre la superficie de la oblea de silicio que tiene el patrón formado sobre la misma, antes de llevar a cabo la etapa (S2). En una variante, el sustrato de formación de patrones es un sustrato de policarbonato, y la etapa (S1) puede llevarse a cabo preparando una oblea de silicio que tiene un patrón en relieve o en hueco con un tamaño predeterminado y comprimiendo físicamente el sustrato de policarbonato contra la misma para formar el sustrato de policarbonato que tiene el patrón formado sobre el mismo. Según una realización preferida de la presente divulgación, se proporciona el método para formar patrones en una superficie de metal de litio tal como se define en una cualquiera de las realizaciones primera a tercera, en el que la sección horizontal del patrón en hueco o en relieve que tiene un tamaño predeterminado puede tener un tamaño de 10-900 |im.

[0016] Según una realización preferida de la presente divulgación, se proporciona el método para formar patrones en una superficie de metal de litio tal como se define en una cualquiera de las realizaciones primera a cuarta, en el que la sección horizontal del patrón en hueco o en relieve que tiene un tamaño predeterminado puede tener una forma poligonal, circular o elíptica.

[0017] Según una realización preferida de la presente divulgación, se proporciona el método para formar patrones en una superficie de metal de litio tal como se define en una cualquiera de las realizaciones primera a quinta, en el que el patrón en hueco o en relieve que tiene un tamaño predeterminado puede tener una profundidad o altura correspondiente a 0,01-1 veces el tamaño de la sección horizontal del patrón en hueco o en relieve que tiene un tamaño predeterminado.

[0018] Según una realización preferida de la presente divulgación, se proporciona el método para formar patrones en una superficie de metal de litio tal como se define en una cualquiera de las realizaciones primera a sexta, en el que la capa de recubrimiento de material fotosensible puede tener un grosor de 0,7-1,5 |im.

[0019] Efectos ventajosos

[0020] Según una realización de la presente divulgación, se forma un patrón predeterminado sobre la superficie de metal de litio comprimiendo físicamente el metal de litio contra un sustrato de formación de patrones que tiene un patrón predeterminado, o aplicando litio líquido al mismo y solidificándolo. Por tanto, es posible producir una lámina de metal de litio con patrón en una gran cantidad. Dado que el sustrato de formación de patrones tiene alta capacidad de liberación del metal de litio, es posible separar el metal de litio con facilidad del sustrato de formación de patrones, una vez que se ha formado un patrón en la superficie de metal de litio. Particularmente, cuando el sustrato de formación de patrones es una oblea de silicio, se forma una capa de recubrimiento de material fotosensible sobre la superficie de la oblea de silicio para aumentar la capacidad de liberación del metal de litio. Por tanto, cuando se separa metal de litio de la oblea de silicio, es posible separar el metal de litio con facilidad.

[0021] Además, es posible llevar a cabo formación de patrones con diversas formas y un área grande. Ventajosamente, es posible minimizar un patrón no uniforme que puede generarse por una diferencia en la presión.

[0022] Además, el metal de litio con patrón tiene una reversibilidad más alta en comparación con el metal de litio convencional. Por tanto, es posible mejorar significativamente la vida útil de una batería.

[0023] Descripción de los dibujos

[0024] Los dibujos adjuntos ilustran una realización preferida de la presente divulgación y, junto con la divulgación anterior, sirven para proporcionar una comprensión adicional de las características técnicas de la presente divulgación y, por tanto, la presente divulgación no se considera limitada a los dibujos.

[0025] La figura 1 es una vista esquemática que ilustra una realización del método convencional para tratar una superficie de metal de litio mediante el uso de microagujas.

[0026] La figura 2 es una vista esquemática que ilustra el motivo por el cual se genera una presión no uniforme cuando se usan las microagujas convencionales.

[0027] La figura 3 es una imagen de microscopía electrónica de barrido (SEM) que ilustra la superficie de una oblea de silicio que tiene una capa de recubrimiento de material fotosensible formada sobre el mismo según una realización de la presente divulgación.

[0028] La figura 4 es una imagen de SEM que ilustra metal de litio con patrón según una realización de la presente divulgación.

[0029] La figura 5 es un gráfico que ilustra la capacidad de carga y la capacidad de descarga determinadas durante la carga/descarga en una realización de la presente divulgación y en un ejemplo comparativo.

[0030] La figura 6a es una vista esquemática que ilustra la formación de un patrón sobre un sustrato de policarbonato usando una oblea de silicio según una realización de la presente divulgación.

[0031] La figura 6b es una vista esquemática que ilustra la sección del sustrato de policarbonato que tiene un patrón predeterminado preparado según la figura 6a.

[0032] Mejor modo

[0033] Debe entenderse que no debe interpretarse que los términos usados en la memoria descriptiva y las reivindicaciones adjuntas estén limitados a significados generales y de diccionario, sino que deben interpretarse basándose en los significados y conceptos correspondientes a aspectos técnicos de la presente divulgación basándose en el principio de que el inventor tiene derecho a definir los términos de manera apropiada para realizar la mejor explicación. Por tanto, la descripción propuesta en el presente documento es tan sólo un ejemplo preferible con el propósito únicamente de ilustración, no se pretende que limite el alcance de la divulgación, por lo que debe entenderse que podrían realizarse otros equivalentes y modificaciones en la misma sin apartarse del alcance de la divulgación. La presente divulgación se refiere a un método para proporcionar un electrodo negativo modelado con un patrón predeterminado en hueco y/o en relieve, y un electrodo negativo obtenido de ese modo. El electrodo negativo incluye metal de litio como material activo de electrodo negativo. Tal como se describió anteriormente, el metal de litio tiene baja capacidad de liberación, y por tanto se une fácilmente a la superficie de otro material que esté en contacto con el mismo o no se separa completamente de la superficie de un electrodo negativo, sino que sobresale de la superficie para formar rebabas de manera indeseable. La presente divulgación proporciona un método para formar patrones en la superficie de un electrodo negativo que incluye metal de litio con baja capacidad de liberación de manera suave y uniforme, y un electrodo negativo obtenido de ese modo.

[0034] En un aspecto de la presente divulgación, se proporciona un método para formar patrones en una superficie de metal de litio que incluye las etapas de: (S1) formar un patrón en hueco o en relieve que tiene un tamaño predeterminado sobre un sustrato de formación de patrones; (S2) comprimir físicamente el metal de litio contra la superficie del sustrato de formación de patrones que tiene el patrón formado sobre el mismo, o aplicar litio líquido al mismo y solidificarlo para formar un patrón predeterminado sobre la superficie de metal de litio; y (S3) separar el metal de litio que tiene el patrón predeterminado formado sobre el mismo del sustrato de formación de patrones. Por tanto, se forma un patrón predeterminado sobre la superficie de metal de litio comprimiendo físicamente el metal de litio contra un sustrato de formación de patrones que tiene un patrón predeterminado, o aplicando litio líquido al mismo y solidificándolo. Como resultado, es posible producir una lámina de metal de litio con patrón en una gran cantidad.

[0035] Según una realización de la presente divulgación, el sustrato de formación de patrones tiene alta capacidad de liberación del metal de litio. Por ejemplo, el sustrato de formación de patrones es al menos uno seleccionado de una oblea de silicio y un sustrato de policarbonato.

[0036] Según la presente divulgación, cuando el sustrato de formación de patrones es una oblea de silicio, se prefiere que la superficie del sustrato se recubra totalmente con una capa de recubrimiento de material fotosensible, en el que la capa de recubrimiento de material fotosensible se forma con un grosor uniforme a lo largo de la diferencia de altura del patrón formado sobre el sustrato de oblea de silicio. El sustrato de formación de patrones que incluye una oblea de silicio cuya superficie se recubre con una capa de recubrimiento de material fotosensible puede prepararse mediante el método siguiente.

[0037] En primer lugar, se realiza la formación de un patrón en la oblea de silicio de manera que tenga un patrón predeterminado. Según una realización de la presente divulgación, la formación del patrón puede llevarse a cabo sin ninguna limitación particular, siempre que pueda aplicarse a un procedimiento para fabricar un sustrato semiconductor y permita la formación de patrones en la superficie de una oblea de silicio. Según otra realización de la presente divulgación, puede usarse un procedimiento de fotolitografía para llevar a cabo la formación de patrones. Por ejemplo, el procedimiento de fotolitografía puede incluir las etapas de: preparar una oblea de silicio de tipo placa que no tenga un patrón de superficie y llevar a cabo recubrimiento por centrifugación de una capa de material fotosensible sobre la superficie de la misma; exponer la capa de material fotosensible selectivamente mediante el uso de una fotomáscara, o similar; revelar la capa de material fotosensible expuesta para generar un patrón de máscara; llevar a cabo grabado químico o dopaje en la región del sustrato semiconductor no protegido por el material fotosensible; y llevar a cabo incineración para retirar el patrón de material fotosensible usado como máscara durante la etapa de grabado químico y dopaje. Se forma un patrón predeterminado sobre la superficie de la oblea de silicio a través de las etapas mencionadas anteriormente.

[0039] El patrón no se limita a ninguna forma específica o intervalo de valores específico. El patrón puede depender del diseño de una batería, tal como el propósito de uso o la aplicación de una batería, y la forma de patrón, la anchura de línea o la profundidad del patrón en hueco o en relieve, o similares, pueden ser variables.

[0041] Cuando se obtiene una oblea de silicio dotada de un patrón predeterminado sobre la superficie de la misma según el método descrito anteriormente, se forma una capa de recubrimiento de material fotosensible sobre la superficie. La capa de recubrimiento puede tener componentes iguales o diferentes en comparación con la capa de material fotosensible en el procedimiento de fotolitografía mencionado anteriormente. Según una realización de la presente divulgación, la capa de recubrimiento de material fotosensible puede incluir un compuesto de polímero que experimenta una reacción química por los haces de luz y electrones, y se usa de manera convencional para una capa de material fotosensible en el campo de los semiconductores. Los ejemplos particulares de un polímero de este tipo incluyen copolímero de norborneno/anhídrido maleico, copolímero de norborneno/maleato, y polímero de metacrilato que tiene una estructura alicíclica colgante. La capa de recubrimiento de material fotosensible puede incluir al menos uno de los polímeros enumerados anteriormente, pero no se limita a ello. La superficie de la oblea de silicio está dotada de capacidad de liberación del metal de litio en virtud de la capa de recubrimiento de material fotosensible. Es importante formar una capa fina y uniforme dependiendo de la diferencia de altura del patrón, de modo que no pueda disminuirse la resolución del patrón debido a la formación de la capa de recubrimiento. Se prefiere que la capa de recubrimiento de material fotosensible tenga un grosor suficiente para proporcionar la superficie con capacidad de liberación.

[0043] Por tanto, dado que la capa de recubrimiento de material fotosensible formada sobre la superficie de la oblea de silicio aumenta la capacidad de liberación del metal de litio, es posible separar fácilmente el metal de litio de la oblea de silicio cuando se separa metal de litio de la oblea de silicio.

[0045] Según una realización de la presente divulgación, la capa de recubrimiento de material fotosensible puede tener un grosor de 0,7-1,5 |im. Cuando la capa de recubrimiento de material fotosensible satisface el intervalo de grosor definido anteriormente, es posible garantizar la capacidad de liberación del metal de litio, mientras que no se afecta significativamente al tamaño del patrón formado sobre la oblea de silicio.

[0047] Cuando la capa de recubrimiento de material fotosensible tiene un grosor menor de 0,7 |im, no puede recubrirse bien sobre la oblea de silicio con patrón, haciendo de ese modo que sea difícil garantizar la capacidad de liberación del metal de litio. Además, cuando la capa de recubrimiento de material fotosensible tiene un grosor mayor de 1,5 |im, se vuelve excesivamente grueso para provocar la deformación de la forma original del patrón formado sobre la oblea de silicio, haciendo de ese modo que sea difícil formar un patrón sobre el metal de litio.

[0049] Mientras tanto, según una realización de la presente divulgación, el sustrato de formación de patrones puede ser un sustrato de polímero. El sustrato de polímero tiene preferiblemente una resistencia mayor en comparación con el metal de litio con el fin de formar un patrón sobre la superficie del metal de litio a través de compresión, después de formar un patrón predeterminado sobre la superficie del mismo. Además, el sustrato de polímero tiene preferiblemente alta capacidad de liberación del metal de litio para impedir la generación de rebabas sobre la superficie del metal de litio después de la compresión, o para impedir que el metal de litio se una al sustrato de formación de patrones. Por ejemplo, el sustrato de polímero puede ser un sustrato de policarbonato que incluye un material de policarbonato. Dado que el policarbonato tiene alta capacidad de liberación del metal de litio, puede separarse metal de litio con facilidad cuando se separa del sustrato de policarbonato. En particular, dado que el propio sustrato de policarbonato es flexible, es posible llevar a cabo la formación de patrones de metal de litio a través de un simple procedimiento de laminación, y es posible retirar el sustrato de policarbonato de manera eficiente del metal de litio después de formar un patrón.

[0051] Según una realización de la presente divulgación, la formación de patrones del sustrato de policarbonato puede llevarse a cabo mediante el uso de un molde realizado de material cerámico o metálico. Tal como se describió anteriormente, dado que el policarbonato es un material flexible que tiene ductilidad, es posible introducir un patrón predeterminado en el sustrato de policarbonato comprimiendo el sustrato de policarbonato de tipo placa contra el molde. De otro modo, la formación de patrones del sustrato de policarbonato puede llevarse a cabo fundiendo policarbonato o disolviendo policarbonato en un disolvente deseado para formar una disolución de polímero y colando la disolución de polímero en el molde.

[0052] Según una realización de la presente divulgación, el molde usado en el presente documento puede ser una oblea de silicio que tiene el patrón obtenido mediante el método descrito anteriormente. Por ejemplo, puede usarse un sustrato de oblea de silicio obtenido a partir del procedimiento de fotolitografía para comprimir físicamente el sustrato de policarbonato de modo que el sustrato de policarbonato pueda dotarse del patrón. En este caso, dado que no se requiere considerar la capacidad de liberación del sustrato de oblea de silicio del sustrato de policarbonato, no hay necesidad de formar una capa de recubrimiento de material fotosensible sobre la superficie del sustrato de oblea de silicio.

[0053] Mientras tanto, según la presente divulgación, la formación del patrón se ajusta al patrón de electrodo negativo deseado y se determina la anchura del patrón o la profundidad según el propósito de uso del electrodo negativo o las características que se desea obtener, y por tanto la formación de patrones no se limita a ningún patrón en particular. En el presente documento, la sección horizontal del patrón en hueco o en relieve formado en el patrón modelado con un tamaño predeterminado puede tener un tamaño de 10-900 |im de manera independiente. Además, en el caso de un patrón en hueco, el patrón puede tener una profundidad de 10-20 |im, pero no se limita a ello. Según una realización, el patrón del electrodo negativo puede tener una anchura de línea de 10 |im o más, o de 20 |im, y un intervalo de 10 |im o más, o de 20 |im.

[0054] El patrón formado sobre el sustrato de formación de patrones puede tener diversas formas y es posible formar un patrón con un área mayor en comparación con las microagujas de tipo rodillo convencionales. El patrón más fundamental puede ser cuadrados o hexágonos repetidos (estructura de panal). Además de esto, pueden formarse diversos polígonos, tales como triángulos, y formas circulares o elípticas, o diversos patrones de retícula geométricos.

[0055] Además, la profundidad o altura del patrón en hueco o en relieve con un tamaño predeterminado puede corresponder a 0,01-1 veces el tamaño de la sección horizontal del patrón en hueco o en relieve con un tamaño predeterminado.

[0056] Mientras tanto, en la etapa (S2), puede disponerse una lámina de litio sobre un sustrato de formación de patrones que tiene un patrón en hueco o en relieve formado sobre el mismo, y luego puede aplicarse al mismo un nivel predeterminado de presión física mediante el uso de un rodillo, prensa, o similar. En el presente documento, la presión física aplicada a la lámina de metal de litio puede variar según el grosor de la lámina de metal de litio y la altura del patrón en hueco y en relieve del sustrato de formación de patrones. Cuando la lámina de metal de litio se separa del sustrato de formación de patrones después de retirar la presión física, es posible obtener finalmente el metal de litio con patrón. En este caso, cuando el sustrato de formación de patrones es un sustrato de policarbonato, el policarbonato tiene alta capacidad de liberación del metal de litio, y por tanto es posible llevar a cabo la separación del metal de litio con facilidad. Además, cuando el sustrato de formación de patrones es una oblea de silicio, es posible llevar a cabo la separación del metal de litio con facilidad en virtud de la capa de recubrimiento de material fotosensible formada sobre la superficie del mismo.

[0057] Es posible obtener una batería secundaria de litio mediante el uso del metal de litio con patrón según la presente divulgación. En el presente documento, pueden usarse un electrodo positivo, un separador y un electrolito no acuoso usados de manera convencional para una batería secundaria de litio.

[0058] Cuando se usa el metal de litio con patrón como electrodo negativo, es posible mejorar la capacidad de carga/descarga y la eficiencia de una batería.

[0059] El metal de litio con patrón tiene un área superficial mayor en comparación con el metal de litio no tratado. Cuando se lleva a cabo la carga/descarga a la misma densidad de corriente, el metal de litio con patrón proporciona una densidad de corriente relativamente más baja para permitir la carga/descarga estable.

[0060] Una batería secundaria de metal de litio experimenta carga/descarga, mientras que el litio se intercala en/se desintercala de la superficie de metal de litio. Cuando una batería secundaria de metal de litio de este tipo se somete a carga/descarga a alta densidad de corriente, el metal de litio crece de manera no ideal y la desintercalación de la porción correspondiente provoca la degradación de la reversibilidad de una celda y afecta de manera adversa a la estabilidad de una celda.

[0061] El metal de litio con patrón según la presente divulgación tiene un área superficial aumentada y proporciona una densidad de corriente relativamente más baja, inhibiendo de ese modo el crecimiento no ideal del metal de litio. Por tanto, es posible mejorar el rendimiento general de la batería, lo que se vuelve significativo a medida que se repiten los ciclos de carga/descarga.

[0062] El metal de litio con patrón según la presente divulgación puede obtenerse de manera uniforme con un área mayor en comparación con la formación de patrones convencional usando microagujas. Además, no hay ningún problema provocado por una diferencia en la presión durante el laminado. Además, es posible llevar a cabo la formación de patrones con un área grande. Por tanto, el metal de litio con patrón según la presente divulgación puede aplicarse realmente a un procedimiento disponible comercialmente.

[0063] Mientras tanto, según una realización de la presente divulgación, cuando el sustrato de formación de patrones es una oblea de silicio, es posible separar el metal de litio con facilidad cuando se separa el metal de litio de la oblea de silicio, dado que la capa de recubrimiento de material fotosensible formada sobre la superficie de la misma aumenta la capacidad de liberación del metal de litio.

[0064] Modo para la divulgación

[0065] A continuación en el presente documento se describirán ejemplos más completamente de manera que la presente divulgación pueda entenderse con facilidad. Sin embargo, los siguientes ejemplos pueden realizarse de muchas formas diferentes y no deben interpretarse como limitados a las realizaciones a modo de ejemplo expuestas en los mismos. Más bien, estas realizaciones a modo de ejemplo se proporcionan de modo que la presente divulgación sea minuciosa y completa, y transmita completamente el alcance de la presente divulgación a los expertos en la técnica. Ejemplo 1

[0066] <Formación de patrones en metal de litio>

[0067] Una oblea de silicio con micropatrón que tenía una anchura de 100 |im, una longitud de 100 |im y una altura de 17 |im se recubrió con una capa de recubrimiento de material fotosensible.

[0068] La figura 3 es una imagen de microscopía electrónica de barrido (SEM) que ilustra la superficie de una oblea de silicio que tiene una capa de recubrimiento de material fotosensible formada sobre la misma según una realización de la presente divulgación.

[0069] En el presente documento, la capa de recubrimiento de material fotosensible tenía un grosor de 1,0 |im. Entonces, se colocó el metal de litio sobre la oblea de silicio con patrón y se prensó bajo una presión determinada. El metal de litio prensado se separó de la oblea de silicio. De esta manera, se obtuvo metal de litio con micropatrón a una anchura de 20 |im, una longitud de 20 |im y una altura de 20 |im.

[0070] Ejemplo 2

[0071] <Fabricación del sustrato de policarbonato>

[0072] Se permitió que el policarbonato entrara en estrecho contacto con la oblea de silicio con micropatrón que tenía una anchura de 100 |im, una longitud de 100 |im y una altura de 17 |im, y se aplicó presión a la misma para obtener un sustrato de policarbonato que tenía un patrón opuesto al patrón formado sobre la oblea de silicio. La figura 6a es una vista esquemática que ilustra la formación de un patrón sobre un sustrato de policarbonato usando una oblea de silicio según una realización de la presente divulgación, y la figura 6b es una vista esquemática que ilustra la sección del sustrato de policarbonato que tiene un patrón predeterminado preparado según la figura 6a.

[0073] <Formación de patrones en metal de litio >

[0074] Se permitió que el sustrato de policarbonato que tenía el micropatrón entrara en contacto con el metal de litio, y se usó un prensador para formar un patrón sobre la superficie de metal de litio. Entonces, se retiró el sustrato de policarbonato. De esta manera, se obtuvo metal de litio con micropatrón a una anchura de 20 |im, una longitud de 20 |im y una altura de 20 |im.

[0075] Prueba

[0076] 1. Fabricación de batería secundaria de litio

[0077] En primer lugar, se añadió un 96 % en peso de LiCoO<2>como material activo de electrodo positivo, un 2 % en peso de negro Denka (material conductor) y un 2 % en peso de poli(fluoruro de vinilideno) (PVdF, aglutinante) a N-metil-2-pirrolidona (NMP) para obtener una suspensión de material de electrodo positivo. Con la suspensión de material de electrodo positivo obtenida se recubrió una superficie de un colector de corriente de aluminio, seguido por secado, prensado y troquelado para dar un tamaño predeterminado. De esta manera, se obtuvo un electrodo positivo.

[0078] Como contraelectrodo, se usó cada lámina de metal de litio con patrón según los ejemplos 1 y 2. Se interpuso un separador a base de poliolefina entre el electrodo positivo y el contraelectrodo, y luego se inyectó un electrolito que contenía LiPF61 M en un disolvente mixto que incluía carbonato de etileno (EC) y carbonato de etilmetilo (EMC) a una razón en volumen de 50:50 para obtener una semicelda de tipo botón.

[0079] <Carga/descarga>

[0080] La semicelda de tipo botón obtenida se cargó/descargó mediante el uso de un cargador/descargador electroquímico. La carga se llevó a cabo a 4,4 V frente a Li/Li+ y la descarga se llevó a cabo a 3,0 V frente a Li/Li+, y la densidad de corriente se aplicó a una tasa de 0,5 C.

[0081] Ejemplo comparativo

[0082] Se utilizó una semicelda de tipo botón obtenida mediante el mismo método que en el ejemplo, excepto en que se usó una lámina de metal de litio sin someter a tratamiento de formación de patrones, como contraelectrodo, en lugar de la lámina de metal de litio con patrón. La semicelda de tipo botón se cargó/descargó en la misma condición de carga/descarga que en el ejemplo.

[0083] Ejemplo de prueba 1: Observación de la superficie de metal de litio

[0084] Se observó el metal de litio con patrón según el ejemplo 1 mediante microscopía electrónica de barrido (SEM). La imagen de SEM se muestra en la figura 4. El intervalo entre una retícula y otra retícula es de aproximadamente 100 |im, lo que sugiere que se forma uniformemente un micropatrón que tiene una forma predeterminada.

[0085] Ejemplo de prueba 2: Comparación de las características electroquímicas de carga/descarga

[0086] Se midió la capacidad de carga y la capacidad de descarga durante la carga/descarga en cada uno de los ejemplos 1 y 2 y el ejemplo comparativo. Los resultados se muestran en la figura 5.

[0087] Tal como se muestra en la figura 5, los ejemplos y el ejemplo comparativo muestran características de ciclo similares en la etapa inicial de los ciclos. Sin embargo, después del ciclo 100°, puede observarse una diferencia en las características del ciclo. Los ejemplos 1 y 2 muestran características de ciclo excelentes en comparación con el ejemplo comparativo, y tal diferencia en las características de ciclo aumenta a medida que se repiten los ciclos. Por tanto, a partir de los resultados anteriores puede observarse que el uso del metal de litio con patrón mejora significativamente la capacidad de carga/descarga y la eficiencia de una batería.

[0088] La presente divulgación se ha descrito en detalle con referencia a ejemplos específicos y dibujos. Sin embargo, debe entenderse que el alcance de la presente divulgación no se limita a ello. Además, a los expertos en la técnica les resultarán evidentes diversos cambios y modificaciones dentro del alcance de la divulgación a partir de esta descripción detallada.

[0089] [Descripción de los números de los dibujos]

[0090] 101: Laminación elíptica

[0091] 102: Círculo perfecto

[0092] 103: Eje del rodillo

Claims

1. REIVINDICACIONES

i. Método para formar patrones en una superficie de metal de litio, que comprende las etapas de:

(51) formar un patrón en hueco o en relieve que tiene un tamaño predeterminado sobre un sustrato de formación de patrones;

(52) comprimir físicamente el metal de litio contra la superficie del sustrato de formación de patrones que tiene el patrón formado sobre el mismo, o aplicar litio líquido al mismo y solidificarlo para formar un patrón predeterminado sobre la superficie de metal de litio; y

(53) separar el metal de litio que tiene el patrón predeterminado formado sobre el mismo del sustrato de formación de patrones, en el que el sustrato de formación de patrones es al menos uno seleccionado de una oblea de silicio o sustrato de policarbonato;

con la condición de que

cuando el sustrato de formación de patrones es una oblea de silicio, el método comprende además una etapa de formar una capa de recubrimiento de material fotosensible sobre la superficie de la oblea de silicio que tiene el patrón formado sobre la misma, antes de llevar a cabo la etapa (S2); y que

cuando el sustrato de formación de patrones es un sustrato de policarbonato, la etapa (Si) se lleva a cabo preparando una oblea de silicio que tiene un patrón en relieve o en hueco con un tamaño predeterminado y comprimiendo físicamente el sustrato de policarbonato contra la misma para formar el sustrato de policarbonato que tiene el patrón formado sobre el mismo.

2. Método para formar patrones en una superficie de metal de litio según la reivindicación 1, en el que la sección horizontal del patrón en hueco o en relieve que tiene un tamaño predeterminado tiene un tamaño de 10-900 |im.

3. Método para formar patrones en una superficie de metal de litio según la reivindicación 1, en el que la sección horizontal del patrón en hueco o en relieve que tiene un tamaño predeterminado tiene una forma poligonal, circular o elíptica.

4. Método para formar patrones en una superficie de metal de litio según la reivindicación 1, en el que el patrón en hueco o en relieve que tiene un tamaño predeterminado tiene una profundidad o altura correspondiente a 0,01-1 veces el tamaño de la sección horizontal del patrón en hueco o en relieve que tiene un tamaño predeterminado.

5. Método para formar patrones en una superficie de metal de litio según la reivindicación 1, en el que la capa de recubrimiento de material fotosensible tiene un grosor de 0,7-1,5 |im.