ES3049591T3 - Apparatus for manufacturing positive electrode for lithium secondary battery and method for manufacturing same - Google Patents

Apparatus for manufacturing positive electrode for lithium secondary battery and method for manufacturing same

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ES3049591T3 ES22907765T ES22907765T ES3049591T3 ES 3049591 T3 ES3049591 T3 ES 3049591T3 ES 22907765 T ES22907765 T ES 22907765T ES 22907765 T ES22907765 T ES 22907765T ES 3049591 T3 ES3049591 T3 ES 3049591T3
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Abstract

La presente invención se refiere a un aparato para fabricar un electrodo positivo para una batería secundaria de litio y a un método para fabricarlo, y más específicamente, a un aparato para fabricar un electrodo positivo para una batería secundaria de litio y a un método para fabricarlo, siendo fabricado el electrodo positivo para la batería secundaria de litio mediante un proceso seco que comprende los pasos de suministrar un material de electrodo positivo en polvo y presurizar el material de electrodo positivo en polvo, en donde los pasos de suministrar el material de electrodo positivo en polvo y presurizar el material de electrodo positivo en polvo se realizan de forma independiente de modo que la cantidad de carga y la porosidad del electrodo positivo se controlan de manera eficiente. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0003] Aparato para la fabricación de electrodo positivo para batería secundaria de litio y método para fabricar el mismo
[0004] Campo de la invención
[0006] La presente invención se refiere a un aparato y a un método para fabricar un electrodo positivo para una batería secundaria de litio. La reivindicación de aparato adjunta 1 define un aspecto de la invención. La reivindicación de método 7 adjunta define otro aspecto de la invención.
[0008] Antecedentes
[0010] Recientemente, con el rápido desarrollo en el campo de los dispositivos electrónicos y los vehículos eléctricos, la demanda de baterías secundarias está aumentando. En particular, con la tendencia hacia la miniaturización y la reducción de peso de los dispositivos electrónicos portátiles, existe una creciente demanda de baterías secundarias que tienen una alta densidad de energía que pueden hacer frente con la tendencia.
[0012] Entre las baterías secundarias, una batería secundaria de litio-azufre es una batería secundaria que usa compuestos a base de azufre que tienen un enlace azufre-azufre como un material activo de electrodo positivo y usa metales alcalinos tales como litio, materiales a base de carbono en los que se produce la intercalación y desintercalación de iones de metal tales como litio, o silicio o estaño que forma una aleación con litio, como un material activo de electrodo negativo. Específicamente, en el caso de la batería secundaria de litio-azufre, durante la descarga, que es una reacción de reducción, como se corta el enlace azufre-azufre, disminuye el número de oxidación del azufre y, durante la carga, que es una reacción de oxidación, como aumenta el número de oxidación del azufre, se reforma el enlace azufre-azufre. Mediante esta reacción de oxidación-reducción, se almacena y genera energía eléctrica.
[0014] En particular, en el caso de las baterías secundarias de litio-azufre, el azufre usado como un material activo de electrodo positivo en las baterías secundarias de litio-azufre tiene una densidad de energía teórica de 1,675 mAh/g, que es una densidad de energía teórica aproximadamente cinco veces superior a la del material activo de electrodo positivo usado en baterías secundarias de litio convencionales y, por tanto, son baterías capaces de expresar alta potencia y alta densidad de energía. Además, dado que azufre tiene la ventaja de ser barato y rico en recursos y, por tanto, de estar fácilmente disponible y de ser respetuoso con el medio ambiente, el azufre está llamando la atención como una fuente de energía no solo para dispositivos electrónicos portátiles, sino también para dispositivos medianos y grandes, tales como vehículos eléctricos.
[0016] Dado que el azufre tiene una conductividad eléctrica de 5x10'30 S/cm, que es un no conductor sin conductividad eléctrica, existe el problema de que el movimiento de los electrones generado por la reacción electroquímica es difícil. Por consiguiente, el azufre está compuesto con un material eléctricamente conductor, tal como carbono, que puede proporcionar un sitio de reacción electroquímica, y se usa el compuesto de azufre-carbono producido de este modo.
[0018] Con el fin de usar el compuesto de azufre-carbono como un material activo de electrodo positivo, generalmente se usa un método de fabricación de un electrodo positivo mediante un proceso de recubrimiento de suspensión, es decir, un proceso húmedo de preparación de una suspensión, junto con un material eléctricamente conductor y un aglutinante, y después de aplicación de la suspensión a un colector de corriente.
[0020] Sin embargo, el electrodo positivo fabricado mediante este proceso húmedo tiene el problema de que se reduce la cantidad de carga del material activo de electrodo positivo en el electrodo positivo debido al material eléctricamente conductor y el aglutinante usados en la preparación de la suspensión, de modo que se reduce la densidad de energía. También, en el caso de fabricar el electrodo positivo mediante un proceso húmedo, existe el problema de que se incurre en costes adicionales debido a los procesos de mezclado, recubrimiento y secado, además del problema debido a la humedad que permanece en el electrodo positivo.
[0022] Por otro lado, en el caso de fabricar el electrodo positivo mediante un proceso en seco, dado que la fibrización del aglutinante es esencial, el tipo y el contenido del aglutinante que se puede utilizar están limitados. Además, dado que esto implica un proceso de premezclado del material activo de electrodo positivo, el material eléctricamente conductor y el aglutinante, y un proceso de molienda en el que se aplica una fuerza de cizallamiento elevada para la fibrización del aglutinante, existe el problema de que el proceso se complica y aumentan el coste y el tiempo. Además, existe el problema de que el material activo de electrodo positivo y el material eléctricamente conductor pueden aplastarse por la alta energía aplicada durante el proceso de fibrización del aglutinante.
[0024] Además, el polvo del aglutinante fibrizado se moldea generalmente mediante un proceso de laminado por calandrado y, en este momento, dado que la velocidad de rotación del rodillo y la distancia de pasada variable afectan a la carga y la porosidad del electrodo positivo a la vez, puede ser difícil ajustar de manera independiente las condiciones durante el proceso para controlar las características del electrodo positivo a fabricar.
[0025] Por lo tanto, en el método de fabricación de un electrodo positivo mediante un proceso en seco, es necesario desarrollar una tecnología para fabricar un electrodo positivo en un proceso en seco sin un aglutinante, con el fin de evitar problemas provocados por el aglutinante.
[0027] Técnica relacionada
[0029] Solicitud de patente japonesa n.° 2014-078497
[0031] El documento US 2014/023922 A1 divulga un aparato para fabricar un electrodo positivo para una batería secundaria de litio, comprendiendo el aparato: una unidad de dispensación de material de electrodo positivo que dispensa un material de electrodo positivo en forma de polvo a una superficie de un colector de corriente de electrodo positivo transportado mediante medios de transporte; y una unidad de formación de material de electrodo positivo que calienta y presuriza el colector de corriente de electrodo positivo dispensado con el material de electrodo positivo en forma de polvo, en donde se realiza la presurización usando un molde que tiene la forma del electrodo positivo, y un método para su preparación.
[0033] El documento EP 4456202 A1 es un documento de la técnica anterior de conformidad con el artículo 54(3) del Convenio sobre la Patente Europea (EPC) y divulga un método para fabricar un electrodo positivo para una batería secundaria de litio, comprendiendo el método: dispensar un material de electrodo positivo en forma de polvo a una superficie de un colector de corriente de electrodo positivo transportado por medios de transporte; y presurizar el colector de corriente de electrodo positivo dispensado con el material de electrodo positivo en forma de polvo transportado desde la etapa anterior aplicando presión en una dirección usando un molde que tiene una forma de un electrodo positivo.
[0035] Sumario
[0037] Por consiguiente, los inventores de un aspecto de la presente divulgación han realizado diversos estudios para solucionar los problemas anteriores y, como resultado, han confirmado que configurando la unidad de dispensación de material de electrodo positivo que dispensa un material de electrodo positivo en forma de polvo y la unidad de formación de material de electrodo positivo que lo presuriza para que funcionen de manera independiente, pero usando de manera simultánea presión y temperatura en la unidad de formación de material de electrodo positivo, en el dispositivo para fabricar un electrodo positivo a través de un proceso en seco, es posible moldear el electrodo positivo sin usar un aglutinante, y es fácil controlar la carga y porosidad del electrodo positivo durante el proceso de fabricación del electrodo positivo y, por tanto, han completado un aspecto de la presente divulgación.
[0039] Por lo tanto, un objeto de un aspecto de la presente divulgación es proporcionar un aparato y método para fabricar un electrodo positivo para una batería secundaria de litio mediante un proceso en seco sin usar un aglutinante.
[0040] Con el fin de lograr el objeto anterior, un aspecto de la presente divulgación proporciona un aparato para fabricar un electrodo positivo para una batería secundaria de litio, incluyendo el aparato una unidad de dispensación de material de electrodo positivo que dispensa un material de electrodo positivo en forma de polvo a una superficie de un colector de corriente de electrodo positivo transportado por medios de transporte; y una unidad de formación de material de electrodo positivo que presuriza el colector de corriente de electrodo positivo dispensado con el material de electrodo positivo en forma de polvo, en donde la presurización se realiza usando un molde con la forma del electrodo positivo, en donde el aparato comprende además una unidad de recuperación de material de electrodo positivo que transporta el material de electrodo positivo en forma de polvo que permanece en el colector de corriente de electrodo positivo, después de la presurización por la unidad de formación de material de electrodo positivo, a la unidad de dispensación de material de electrodo positivo.
[0042] La unidad de dispensación de material de electrodo positivo puede incluir una máquina tamizadora ultrasónica, un dispensador vibratorio o un dispensador giratorio.
[0044] La unidad de formación de material de electrodo positivo puede presurizar a una temperatura de 60 a 130 °C y a una presión de 0,2 MPa a 10 MPa usando una prensa en caliente.
[0046] Puede formarse una capa de recubrimiento de imprimación que incluye un aglutinante sobre una superficie del colector de corriente de electrodo positivo.
[0048] El aglutinante puede incluir uno o más seleccionado del grupo que consiste en aglutinantes a base de fluororresina que comprenden fluoruro de polivinilideno (PVdF) o politetrafluoroetileno (PTFE); aglutinantes a base de caucho que comprenden caucho de estireno-butadieno (SBR), caucho de acrilonitrilo-butadieno y caucho de estirenoisopreno; aglutinantes a base de celulosa que comprenden carboximetilcelulosa (CMC), almidón, hidroxipropilcelulosa y celulosa regenerada; aglutinantes a base de polialcohol; aglutinantes a base de poliolefina que comprenden polietileno y polipropileno; aglutinantes a base de poliimida; aglutinantes a base de poliéster; y aglutinantes a base de silano.
[0049] El material de electrodo positivo en forma de polvo puede incluir un compuesto de azufre-carbono compuesto por entre el 50 y el 90 % en peso de azufre y entre el l0 y el 50 % en peso de un material de carbono poroso.
[0050] Además, un aspecto de la presente divulgación proporciona un método para fabricar un electrodo positivo para una batería secundaria de litio, que comprende las etapas de: (S1) dispensar un material de electrodo positivo en forma de polvo a un lado del colector de corriente de electrodo positivo transportado por medios de transporte; y (S2) presurizar el colector de corriente de electrodo positivo dispensado con el material de electrodo positivo en forma de polvo transportado desde la etapa (S1) aplicando presión en una dirección usando un molde que tiene una forma del electrodo positivo, en donde el método comprende además (S3) recuperar el material de electrodo positivo en forma de polvo que permanece en el colector de corriente de electrodo positivo después de la presurización de la etapa (S2) a la unidad de dispensación de material de electrodo positivo.
[0051] Las etapas (S1) a (S2) anteriores pueden repetirse dos veces y las etapas (S1) y (S2) anteriores pueden realizarse alternativamente.
[0052] Según un aspecto de la presente divulgación, puede fabricarse un electrodo positivo mediante un proceso en seco sin usar a aglutinante mediante el uso de un aparato para fabricar un electrodo positivo para una batería secundaria de litio.
[0053] Además, dado que la unidad de dispensación para dispensar el material de electrodo positivo en forma de polvo y la unidad de formación para formar el material de electrodo positivo para presurizarlo, que se proporcionan en el dispositivo de fabricación del electrodo positivo para la batería secundaria de litio, están proporcionadas para funcionar de manera independiente, la cantidad de carga del electrodo positivo puede ajustarse en la unidad de dispensación de material de electrodo positivo y la porosidad del electrodo positivo puede ajustarse en la unidad de formación de material de electrodo positivo y, por tanto, la cantidad de carga y la porosidad del electrodo positivo pueden ajustarse de manera independiente en el proceso de fabricación del electrodo positivo.
[0054] Además, dado que la presurización se realiza usando el molde con la forma del electrodo positivo en la unidad de formación de material de electrodo positivo, el polvo del material de electrodo positivo que permanece sin presurizar puede recuperarse y usarse de nuevo.
[0055] Breve descripción de los dibujos
[0056] La figura 1 es un diagrama esquemático de un aparato para fabricar un electrodo positivo para una batería secundaria de litio según una realización de un aspecto de la presente divulgación.
[0057] Descripción detallada
[0058] A continuación en el presente documento, la presente divulgación se describirá con mayor detalle para ayudar a comprender la presente invención.
[0059] Los términos y palabras usados en la presente memoria descriptiva y reivindicaciones no deben entenderse como que están limitados a términos ordinarios o de diccionario, y deben interpretarse en un sentido y concepto coherentes con la idea técnica de un aspecto de la presente divulgación, basándose en el principio de que el inventor puede definir adecuadamente el concepto de un término para describir su invención de la mejor manera posible.
[0060] Como se usa en el presente documento, el término "proceso en seco" significa un proceso que no usa un disolvente.
[0061] Método de fabricación de electrodo positivo para batería secundaria de litio
[0062] Un aspecto de la presente divulgación se refiere a un aparato para fabricar un electrodo positivo para una batería secundaria de litio, en donde el electrodo positivo se produce mediante un proceso en seco mientras no se usa un aglutinante en la fabricación del electrodo positivo.
[0063] La figura 1 es un diagrama esquemático de un aparato para fabricar un electrodo positivo para una batería secundaria de litio según una realización de un aspecto de la presente divulgación.
[0064] Haciendo referencia a la figura 1, el aparato para fabricar el electrodo positivo para la batería secundaria de litio 1 incluye la unidad de dispensación de material de electrodo positivo 10 que dispensa un material de electrodo positivo P en forma de polvo a una superficie de un colector de corriente de electrodo positivo 50 transportado por medios de transporte 30; y la unidad de formación de material de electrodo positivo 20 que presuriza el colector de corriente de electrodo positivo 50 dispensado con el material de electrodo positivo P en forma de polvo, en donde la presurización se realiza usando el molde 21 con la forma del electrodo positivo, y el aparato para fabricar el electrodo positivo para la batería secundaria de litio 1 incluye además la unidad de recuperación de material de electrodo positivo 40 para transportar el material de electrodo positivo P en forma de polvo que permanece en el colector de corriente de electrodo positivo 50, después de la presurización por la unidad de formación de material de electrodo positivo 20, a la unidad de dispensación de material de electrodo positivo 10.
[0066] En el aparato para fabricar el electrodo positivo para la batería secundaria de litio 1 según una realización de un aspecto de la presente divulgación, dado que una serie de procesos, en los que el colector de corriente de electrodo positivo 50 transportado en una dirección por los medios de transporte 30 y, al mismo tiempo, el material de electrodo positivo P en forma de polvo se dispensa desde la unidad de dispensación de material de electrodo positivo 10, y luego se presuriza por la unidad de formación de material de electrodo positivo 20 para producir un electrodo positivo 60, se realizan como un proceso continuo, la eficacia y productividad del proceso pueden mejorarse. El proceso continuo descrito anteriormente también comprende un proceso de transporte del material de electrodo positivo P que permanece, en forma de polvo, a la unidad de dispensación de material de electrodo positivo 10 por la unidad de recuperación de material de electrodo positivo 40.
[0068] Los medios de transporte 30 pueden permitir el proceso continuo como se ha descrito anteriormente transportando el colector de corriente de electrodo positivo 50 y/o el colector de corriente de electrodo positivo 50 recubierto con el material de electrodo positivo P en forma de polvo a lo largo de una trayectoria de transporte predeterminada en una dirección. Por ejemplo, los medios de transporte 30 pueden formar una trayectoria de transporte para transportar el colector de corriente de electrodo positivo 50 en la dirección de la flecha A, y los medios de transporte 30 pueden pasar secuencialmente a través de la unidad de dispensación de material de electrodo positivo 10 y la unidad de formación de material de electrodo positivo 20 a una velocidad constante bajo el control de la porción de accionamiento. Como ejemplo, los medios de transporte 30 no están particularmente limitados siempre que sea un dispositivo capaz de transportar un objeto de transporte en la técnica. Por ejemplo, los medios de transporte pueden ser un dispositivo que permita el proceso de rodillo a rodillo (“roll-to-roll” en inglés) y el proceso de rodillo a rodillo puede usar una desbobinadora y una rebobinadora para transportar los medios de transporte.
[0070] El colector de corriente de electrodo positivo 50 soporta la capa de material activo de electrodo positivo 52 y no está particularmente limitado siempre que tenga una alta conductividad eléctrica sin provocar cambios químicos en la batería. Por ejemplo, puede usarse cobre, acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio, paladio, carbono sinterizado; superficie de cobre o acero inoxidable- tratada con carbono, níquel, plata o similares; aleación de aluminio y cadmio o similares. Además, el colector de corriente de electrodo positivo 50 puede mejorar la resistencia a la unión con el material activo de electrodo positivo al tener irregularidades finas en su superficie y puede formarse con diversas formas tales como película, lámina, hoja, malla, red, cuerpo poroso, espuma o material textil no tejido.
[0072] Además, puede formarse una capa de recubrimiento de imprimación 51 que comprende un aglutinante y un material eléctricamente conductor en la superficie del colector de corriente de electrodo positivo 50. La capa de recubrimiento de imprimación 51 puede desempeñar un papel al permitir que el material de electrodo positivo P en forma de polvo se una mejor al colector de corriente de electrodo positivo 50.
[0074] El aglutinante no está particularmente limitado siempre que sea un aglutinante de uso común en la técnica. Por ejemplo, el aglutinante puede ser uno cualquiera seleccionado de aglutinantes a base de fluororresina que incluyen fluoruro de polivinilideno (PVdF) o politetrafluoroetileno (PTFE); aglutinantes a base de caucho que incluyen caucho de estireno-butadieno (SBR), caucho de acrilonitrilo-butadieno y caucho de estireno-isopreno; aglutinantes a base de celulosa que incluyen carboximetilcelulosa (CMC), almidón, hidroxipropilcelulosa y celulosa regenerada; aglutinantes a base de polialcohol; aglutinantes a base de poliolefina que comprenden polietileno y polipropileno; aglutinantes a base de poliimida; aglutinantes a base de poliéster; y aglutinantes a base de silano o mezclas o copolímeros de dos o más de los mismos.
[0076] Además, el aglutinante puede estar incluido en una cantidad de entre el 10 y el 30 % en peso basándose en el peso total de la capa de recubrimiento de imprimación 51 y, específicamente, el contenido del aglutinante puede ser del 10 % en peso o más, el 12 % en peso o más o el 15 % en peso o más, y puede ser del 25 % en peso o menos, del 28 % en peso o menos o del 30 % en peso o menos. Si el contenido del aglutinante es menor que el 10 % en peso, la fuerza adhesiva del material de electrodo positivo P en forma de polvo al colector de corriente de electrodo positivo 50 puede disminuir. Si el contenido del aglutinante supera el 30 % en peso, el rendimiento y la vida útil de la batería puede reducirse actuando como resistencia.
[0078] El material eléctricamente conductor puede desempeñar un papel de impartir conductividad eléctrica al electrodo positivo.
[0080] El material eléctricamente conductor no está particularmente limitado siempre que pueda impartir conductividad eléctrica al electrodo positivo sin provocar cambios químicos en la batería.
[0082] Por ejemplo, como el material eléctricamente conductor, puede usarse grafito, tal como grafito natural y grafito artificial; negro de carbón, tal como negro de acetileno, negro Ketjen, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara y negro térmico; fibras eléctricamente conductoras, tal como fibra de carbono y fibra metálica; tubos eléctricamente conductores, tales como nanotubos de carbono; fluorocarbonos; polvos metálicos, tales como polvo de aluminio y níquel; filamentos eléctricamente conductores, tales como óxido de zinc y titanato de potasio; óxidos metálicos eléctricamente conductores, tales como óxido de titanio; o polímeros eléctricamente conductores, tales como derivados de polifenileno.
[0084] Además, el material eléctricamente conductor puede estar incluido en una cantidad de entre el 70 y el 90 % en peso basándose en el peso total de la capa de recubrimiento de imprimación y, específicamente, el contenido del material eléctricamente conductor puede ser del 70 % en peso o más, el 72 % en peso o más o el 75 % en peso o más, y puede ser del 85 % en peso o menos, del 88 % en peso o menos o del 90 % en peso o menos. Si el contenido del material eléctricamente conductor es menor que el 70 % en peso, el contenido del aglutinante en la capa de recubrimiento de imprimación es relativamente alto y la capa de recubrimiento de imprimación actúa como una capa de resistencia y, por tanto, pueden deteriorarse el rendimiento y la vida útil de la batería, y puede deteriorarse la conductividad eléctrica del electrodo positivo. Si el contenido del material eléctricamente conductor supera el 90 % en peso, el contenido del aglutinante es relativamente pequeño y, por tanto, puede deteriorarse la conformabilidad.
[0086] La capa de recubrimiento de imprimación 51 puede formarse añadiendo el aglutinante y el material eléctricamente conductor a un disolvente y después aplicándolo a una superficie o ambas superficies del colector de corriente de electrodo positivo 50.
[0088] En este caso, puede usarse agua o un disolvente orgánico como el disolvente. Si el aglutinante es un aglutinante acuoso, puede usarse agua como el disolvente. Si el aglutinante es un aglutinante no acuoso, puede usarse un disolvente orgánico.
[0090] El disolvente orgánico no está particularmente limitado siempre que sea de uso común en la técnica. Por ejemplo, el disolvente orgánico puede comprender uno o más seleccionados del grupo que consiste en carbonato de propileno (PC), carbonato de etileno (EC), carbonato de dietilo (DEC), carbonato de dimetilo (DMC), carbonato de etilmetilo (EMC), carbonato de metilpropilo, carbonato de dipropilo, dimetiléter de tetraetilenglicol (TEGDME), dioxolano (DOL), dimetilsulfuróxido, acetonitrilo, dimetoxietano, dietoxietano, carbonato de vinileno, sulfolano, gamma-butirolactona, sulfito de propileno y tetrahidrofurano, y una mezcla de dos o más de estos, y similares.
[0091] En un aspecto de la presente divulgación, el material de electrodo positivo P en forma de polvo incluye un compuesto de azufre-carbono compuesto por entre el 50 % en peso y el 90 % en peso de azufre y entre el 10 % en peso y el 50 % en peso de un material de carbono poroso.
[0093] Además, el material de electrodo positivo en forma de polvo incluye el compuesto de azufre-carbono en una cantidad de entre el 90 y el 100 % en peso, preferiblemente de entre el 95 y el 100 % en peso y más preferiblemente de entre el 97 y el 100 % en peso, basándose en el peso total del material de electrodo positivo.
[0095] El compuesto de azufre-carbono significa una forma en la que el azufre está soportado en el material de carbono poroso. Por ejemplo, el compuesto de azufre-carbono puede estar en un estado en el que el azufre está unido o recubierto en la superficie del material de carbono poroso. Además, el compuesto de azufre-carbono puede estar en un estado en el que el azufre está unido a, relleno en o recubierto hasta los poros internos del material de carbono poroso; o el azufre está infiltrado y unido al interior del material de carbono poroso.
[0097] Es decir, la batería secundaria de litio según un aspecto de la presente divulgación puede ser una batería secundaria de litio-azufre que comprende el compuesto de azufre-carbono en un material de electrodo positivo.
[0098] La unidad de dispensación de material de electrodo positivo 10 es para dispensar el material de electrodo positivo P en forma de polvo a una superficie de un colector de corriente de electrodo positivo 50 transportado por los medios de transporte 30, y no está particularmente limitada en su configuración, dispositivo y similares. Por ejemplo, la unidad de dispensación de material de electrodo positivo 10 puede comprender una máquina tamizadora ultrasónica, un dispensador vibratorio o un dispensador giratorio para retirar partículas gruesas del material de electrodo positivo P en forma de polvo.
[0100] También, en la unidad de dispensación de material de electrodo positivo 10, no solo puede ajustarse fácilmente la cantidad de carga del material de electrodo positivo P en forma de polvo al objetivo, sino que también puede mejorarse la desviación de la cantidad de carga y, por tanto, la cantidad de carga del electrodo positivo finalmente fabricado puede ajustarse fácilmente según la aplicación y puede mejorarse la fiabilidad del proceso de fabricación.
[0101] La unidad de formación de material de electrodo positivo 20 es para aplicar presión a y formar el material de electrodo positivo P en forma de polvo dispensado a la superficie del colector de corriente de electrodo positivo 50 mientras pasa a través de la unidad de dispensación de material de electrodo positivo 10, y no está particularmente limitada en su configuración, dispositivo y similares. Por ejemplo, la unidad de formación de material de electrodo positivo 20 puede incluir una prensa en caliente capaz de aplicar tanto temperatura como presión. En este caso, la presión puede aplicarse desde la dirección superior del material de electrodo positivo P en forma de polvo dispensado a la superficie del colector de corriente de electrodo positivo 50 mediante la prensa en caliente.
[0102] La unidad de formación de material de electrodo positivo 20 se puede presurizar a una temperatura de 60 °C a 130 °C y a una presión de 0,2 MPa a 10 MPa usando la prensa en caliente. La fuerza adhesiva entre el material de electrodo positivo P en forma de polvo y el colector de corriente de electrodo positivo 50 puede mejorarse adicionalmente no solo aplicando presión en la unidad de formación de material de electrodo positivo 20, sino también calentándola al mismo tiempo.
[0104] Específicamente, la temperatura aplicada por la prensa en caliente puede ser de 60 °C o más, 70 °C o más u 80 °C o más, y puede ser de 110 °C o menos, 120 °C o menos o 130 °C o menos. Si la temperatura es inferior a 60 °C, el efecto de mejorar la fuerza adhesiva entre el material de electrodo positivo P en forma de polvo y el colector de corriente de electrodo positivo 50 puede ser insignificante. Si la temperatura supera 130 °C, el polvo se funde y por tanto puede deteriorarse la conformabilidad.
[0106] Además, la presión aplicada por la prensa en caliente puede ser de 0,2 MPa o más, 0,5 MPa o más o 1 MPa o más, y puede ser de 8 MPa o menos, 9 MPa o menos o 10 MPa o menos. Si la presión es inferior a 0,2 MPa, el material de electrodo positivo P en forma de polvo no se prensa lo suficiente y, por tanto, el electrodo positivo puede no formarse o puede aumentar excesivamente la porosidad del electrodo positivo, dando como resultado de este modo en una disminución de la durabilidad. Si la presión supera 10 MPa, el laminado se vuelve excesivo y, por tanto, puede haber un problema en el rendimiento de la celda, y puede reducirse excesivamente la porosidad o las partículas del material de electrodo positivo pueden destruirse.
[0108] También, en la unidad de formación de material de electrodo positivo 20, la presión puede aplicarse usando el molde 21 que tiene forma del electrodo positivo. Dado que las especificaciones tales como el tamaño y la forma del electrodo positivo están prescritas antes del proceso de fabricación del electrodo positivo, si la presión se aplica usando el molde 21 que tiene la forma del electrodo positivo fabricado según las especificaciones prescritas, la pieza a la que se le ha aplicado presión puede obtenerse como un electrodo positivo.
[0110] Por ejemplo, la unidad de formación de material de electrodo positivo 20 sobresale de manera convexa en una dirección e incluye una porción que entra en contacto directo con el material de electrodo positivo, y la porción prensada de la unidad de formación de material de electrodo positivo 20 mediante la aplicación de presión puede moldearse con la forma de un electrodo positivo y, al mismo tiempo, adherirse a la capa de recubrimiento de imprimación 51. También, después de la formación, el material de electrodo positivo que permanece puede recuperarse en la unidad de dispensación de material de electrodo positivo 10 y reutilizarse.
[0112] A continuación, un proceso de entalladura del colector de corriente de electrodo positivo en la forma de un electrodo positivo puede realizarse adicionalmente.
[0114] La unidad de recuperación de material de electrodo positivo 40 recupera el material de electrodo positivo P en forma de polvo desde el colector de corriente de electrodo positivo 50 en la unidad de dispensación de material de electrodo positivo 10, con el fin de reutilizar el material de electrodo positivo P en forma de polvo que permanece en el colector de corriente de electrodo positivo 50, después de que el proceso de aplicar presión de la unidad de formación de material de electrodo positivo 20 esté completo.
[0116] La unidad de recuperación de material de electrodo positivo 40 no está particularmente limitada siempre que sea un dispositivo capaz de recuperar el polvo que casi no tiene fuerza adhesiva. Por ejemplo, la unidad de recuperación de material de electrodo positivo 40 puede ser un rascador, una pistola de aire o similares.
[0118] Además, la unidad de recuperación de material de electrodo positivo 40 puede estar montada en una posición correspondiente antes de que el electrodo positivo fabricado pasando a través de la unidad de formación de material de electrodo positivo 30 se enrolle alrededor del rodillo de bobinado 70.
[0120] Además, el electrodo positivo fabricado pasando a través de la unidad de formación de material de electrodo positivo 20 puede enrollarse alrededor del rodillo de bobinado 70.
[0122] Método de fabricación de electrodo positivo para batería secundaria de litio
[0124] Un aspecto de la presente divulgación se refiere a un método para fabricar un electrodo positivo para la batería secundaria de litio, que incluye las etapas de (S1) dispensar un material de electrodo positivo en forma de polvo a una superficie de colector de corriente de electrodo positivo transportado por medios de transporte; y (S2) presurizar el colector de corriente de electrodo positivo dispensado con el material de electrodo positivo en forma de polvo transportado desde la etapa (S1) aplicando presión en una dirección usando un molde que tiene una forma del electrodo positivo, e incluye además (S3) recuperar el material de electrodo positivo en forma de polvo que permanece en el colector de corriente de electrodo positivo después de la presurización a la unidad de dispensación de material de electrodo positivo.
[0125] A continuación en el presente documento, el método para fabricar el electrodo positivo para la batería secundaria de litio según una realización de la presente divulgación se describirá en detalle para cada etapa.
[0126] En la etapa (S1) del método para fabricar un electrodo positivo para una batería secundaria de litio según una realización de un aspecto de la presente divulgación, el material de electrodo positivo en forma de polvo se dispensa a la superficie del colector de corriente de electrodo positivo transportado por los medios de transporte. La etapa (S1) se realiza en la unidad de dispensación de material de electrodo positivo como se ha descrito anteriormente, y el contenido de los medios de transporte, el colector de corriente de electrodo positivo y el material de electrodo positivo en forma de polvo son como se ha descrito anteriormente.
[0127] En la etapa (S2) del método para fabricar un electrodo positivo para una batería secundaria de litio según una realización de un aspecto de la presente divulgación, el colector de corriente de electrodo positivo transportado en la etapa (S1) y dispensado con el material de electrodo positivo en forma de polvo puede presurizarse aplicando presión en una dirección usando el molde que tiene la forma de un electrodo positivo.
[0128] La etapa (S2) se realiza en la unidad de formación de material de electrodo positivo como se ha descrito anteriormente, y el contenido del dispositivo se proporcionado en la unidad de formación de material de electrodo positivo, las condiciones de temperatura y presión y el molde son como se ha descrito anteriormente.
[0129] En la etapa (S3) del método para fabricar un electrodo positivo para una batería secundaria de litio según la presente divulgación, el material de electrodo positivo en forma de polvo que permanece en el colector de corriente de electrodo positivo después de la presurización se recupera a la unidad de dispensación de material de electrodo positivo.
[0130] La etapa (S3) se realiza usando una unidad de recuperación de material de electrodo positivo, y el contenido de la unidad de recuperación de material de electrodo positivo es como se ha descrito anteriormente.
[0131] En el método para fabricar el electrodo positivo para la batería secundaria de litio según una realización de un aspecto de la presente divulgación, las etapas (S1) a (S2) anteriores pueden repetirse dos veces y las etapas (S1) y (S2) anteriores se realizan alternativamente.
[0132] Después de que las etapas (S1) y (S2) anteriores se hayan realizado una vez, puede fabricarse un electrodo positivo que tiene una capa de material activo de electrodo positivo formada sobre la superficie del colector de corriente de electrodo positivo.
[0133] A continuación, las etapas (S1) a (S2) anteriores se repiten dos veces en total realizando las etapas (S1) y (S2) una vez más y, por tanto, puede fabricarse un electrodo positivo que tiene una capa de material activo de electrodo positivo formada en ambas superficies del colector de corriente de electrodo positivo.
[0134] Como alternativa, después de configurar la unidad de dispensación de material de electrodo positivo y la unidad de formación de material de electrodo positivo en dos capas, el material de electrodo positivo puede dispensarse simultáneamente a ambas superficies del colector de corriente de electrodo positivo, fabricando de este modo, al mismo tiempo, un electrodo positivo que tiene una capa de material activo de electrodo positivo formada en ambas superficies. En este caso, la capa de material activo de electrodo positivo en la superficie superior del colector de corriente de electrodo positivo puede formarse de la misma manera que en las etapas (S1) y (S2) anteriores, y la capa de material activo de electrodo positivo en la superficie inferior del colector de corriente de electrodo positivo puede formarse transportando una hoja en lugar del colector de corriente de electrodo positivo y después transfiriéndola al colector de corriente de electrodo positivo en la unidad de formación de material de electrodo positivo. Es decir, el material de electrodo positivo en forma de polvo no se dispensa por separado de la unidad de dispensación de material de electrodo positivo a la superficie inferior del colector de corriente de electrodo positivo, y el material de electrodo positivo se transfiere en forma de una hoja.
[0135] Descripción de los números de referencia
[0136] 1: Aparato para fabricar electrodo positivo para batería secundaria de litio
[0137] 10: Unidad de dispensación de material de electrodo positivo
[0138] 20: Unidad de formación de material de electrodo positivo
[0139] 21: Molde
[0140] 30: Medios de transporte
[0141] 40: Unidad de recuperación de material de electrodo positivo
[0142] 50: Colector de corriente de electrodo positivo
[0143] 51: Capa de recubrimiento de imprimación
[0144] 52: Capa de material activo de electrodo positivo
[0145] 60: Electrodo positivo
[0146] 70: Rodillo de bobinado
[0147] P: Material de electrodo positivo en forma de polvo

Claims (8)

1. REIVINDICACIONES
1. Un aparato (1) para fabricar un electrodo positivo para una batería secundaria de litio, comprendiendo el aparato (1):
una unidad de dispensación de material de electrodo positivo (10) que dispensa un material de electrodo positivo en forma de polvo (P) a una superficie de un colector de corriente de electrodo positivo (50) transportado por los medios de transporte (30); y
una unidad de formación de material de electrodo positivo (20) que calienta y presuriza el colector de corriente de electrodo positivo (50) dispensado con el material de electrodo positivo en forma de polvo (P), en donde la presurización se realiza usando un molde (21) que tiene forma del electrodo positivo (60),
caracterizado por que el aparato (1) comprende además una unidad de recuperación de material de electrodo positivo (40) que transporta el material de electrodo positivo en forma de polvo (P) que permanece en el colector de corriente de electrodo positivo (50) después de la presurización por la unidad de formación de material de electrodo positivo (20), a la unidad de dispensación de material de electrodo positivo (10).
2. El aparato (1) según la reivindicación 1, en donde la unidad de dispensación de material de electrodo positivo (10) comprende una máquina tamizadora ultrasónica, un dispensador vibratorio o un dispensador giratorio.
3. El aparato (1) según la reivindicación 1, en donde la unidad de formación de material de electrodo positivo (20) presuriza a una temperatura de 60 a 130 °C y a una presión de 0,2 MPa a 10 MPa usando una prensa en caliente.
4. El aparato (1) según la reivindicación 1, en donde una capa de recubrimiento de imprimación (51) que comprende un aglutinante está formada sobre la superficie del colector de corriente de electrodo positivo (50).
5. El aparato (1) según la reivindicación 4, en donde el aglutinante comprende uno o más seleccionado de entre el grupo que consiste en fluoruro de polivinilideno (PVdF) o politetrafluoroetileno (PTFE); aglutinantes a base de caucho que comprenden caucho de estireno-butadieno (SBR), caucho de acrilonitrilo-butadieno y caucho de estireno-isopreno; aglutinantes a base de celulosa que comprenden carboximetilcelulosa (CMC), almidón, hidroxipropilcelulosa y celulosa regenerada; aglutinantes a base de polialcohol; aglutinantes a base de poliolefina que comprenden polietileno y polipropileno; aglutinantes a base de poliimida; aglutinantes a base de poliéster; y aglutinantes a base de silano.
6. El aparato (1) según la reivindicación 1, en donde el material de electrodo positivo en forma de polvo (P) comprende un compuesto de azufre-carbono compuesto por entre el 50 y el 90 % en peso de azufre y entre el 10 y el 50 % en peso de un material de carbono poroso.
7. Un método para fabricar un electrodo positivo para una batería secundaria de litio, comprendiendo el método: (51) dispensar un material de electrodo positivo en forma de polvo (P) a una superficie de un colector de corriente de electrodo positivo (50) transportado por los medios de transporte (30); y
(52) presurizar el colector de corriente de electrodo positivo (50) dispensado con el material de electrodo positivo en forma de polvo (P) transportado desde la etapa (S1) aplicando presión en una dirección usando un molde (21) que tiene una forma del electrodo positivo (60),
caracterizado por que el método comprende además (S3) usar una unidad de recuperación de material de electrodo positivo (40) para recuperar el material de electrodo positivo en forma de polvo (P) que permanece en el colector de corriente de electrodo positivo (50) después de la presurización de la etapa (S2) a la unidad de dispensación de material de electrodo positivo (10), transportando la unidad de recuperación de material de electrodo positivo (40) el material de electrodo positivo en forma de polvo (P) a la unidad de dispensación (10).
8. El método según la reivindicación 7, en donde las etapas (S1) a (S2) se repiten dos veces y las etapas (S1) y (S2) se realizan alternativamente.
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