ES3050100T3 - Anode and secondary battery comprising said anode - Google Patents

Anode and secondary battery comprising said anode

Info

Publication number
ES3050100T3
ES3050100T3 ES20741904T ES20741904T ES3050100T3 ES 3050100 T3 ES3050100 T3 ES 3050100T3 ES 20741904 T ES20741904 T ES 20741904T ES 20741904 T ES20741904 T ES 20741904T ES 3050100 T3 ES3050100 T3 ES 3050100T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
negative electrode
active material
electrode active
natural graphite
material particles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES20741904T
Other languages
English (en)
Inventor
Li Lin Piao
Je Young Kim
Sang Wook Woo
Hee Won Choi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Energy Solution Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LG Energy Solution Ltd filed Critical LG Energy Solution Ltd
Application granted granted Critical
Publication of ES3050100T3 publication Critical patent/ES3050100T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

La presente invención se refiere a un ánodo y a una batería secundaria que lo comprende. El ánodo comprende un colector de corriente y una capa de material activo anódico, la cual está compuesta por partículas de material activo anódico. Cada una de estas partículas está compuesta por grafito natural y una capa de carbono dispuesta sobre el grafito natural. Según la distribución granulométrica, el D50 de las partículas de material activo anódico está entre 6 μm y 9,2 μm, la anchura de valor medio está entre 5,0 μm y 5,5 μm, y la superficie específica de las partículas es de 0,6 m2/g y 2,2 m2/g. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Ánodo y batería secundaria que comprende dicho ánodo
[0003] Campo técnico
[0004] Referencia cruzada a solicitudes relacionadas
[0005] Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud de patente coreana n.° 10-2019-0004798, presentada el 14 de enero de 2019 en la Oficina de Propiedad Intelectual de Corea.
[0006] Campo técnico
[0007] La presente invención se refiere a un electrodo negativo y a una batería secundaria que incluye el mismo, incluyendo el electrodo negativo un colector de corriente y una capa de material activo de electrodo negativo, en donde la capa de material activo de electrodo negativo incluye partículas de material activo de electrodo negativo, las partículas de material activo de electrodo negativo incluyen grafito natural y una capa de recubrimiento de carbono dispuesta sobre el grafito natural, en una distribución de tamaño de partícula, las partículas de material activo de electrodo negativo tienen un D<50>de 6 pm a 9,2 pm y una anchura a mitad de altura de 5,0 pm a 5,5 pm, y el área de superficie específica de las partículas de material activo de electrodo negativo es de 0,6 m2/g a 2,2 m2/g.
[0008] Antecedentes de la técnica
[0009] Las demandas para el uso de energía alternativa o energía limpia están aumentando debido al rápido aumento en el uso de combustibles fósiles, y como parte de esta tendencia, el campo más activamente estudiado es un campo de generación de electricidad y almacenamiento de electricidad usando una reacción electroquímica.
[0010] Actualmente, un ejemplo típico de un dispositivo electroquímico que usa tal energía electroquímica es una batería secundaria y las áreas de uso de la misma están aumentando cada vez más. En los últimos años, a medida que ha aumentado el desarrollo tecnológico y la demanda de dispositivos portátiles, tales como ordenadores portátiles, teléfonos móviles y cámaras, han aumentado significativamente las demandas de baterías secundarias como fuente de energía. En general, una batería secundaria está compuesta por un electrodo positivo, un electrodo negativo, un electrolito, y un separador. El electrodo negativo incluye un material activo de electrodo negativo para intercalar y desintercalar iones de litio procedentes del electrodo positivo, y como material activo de electrodo negativo, puede usarse un material activo a base de grafito, por ejemplo, grafito natural o grafito artificial.
[0011] A medida que continúa la carga y descarga de la batería, se expande el volumen del grafito natural, deteriorando de ese modo el rendimiento de vida útil de la batería. Normalmente, para controlar la expansión de volumen, se ha dispuesto una capa de recubrimiento de carbono sobre el grafito natural. Sin embargo, es difícil reducir la tensión en el interior del grafito natural usando sólo una capa de recubrimiento de carbono, y una región en la que se produce la reacción secundaria del electrolito no está suficientemente controlada, de modo que el control de la expansión de volumen está limitado.
[0012] El documento US 2014/0356707 A1 describe un material activo de electrodo negativo para una batería de litio recargable, que comprende una parte de núcleo que incluye un grafito esférico, y una capa de recubrimiento que contiene un material de carbono de baja cristalinidad y está recubierta sobre una superficie de la parte de núcleo, en donde el volumen de poro menor de o igual a 2000 nm es de 0,08 ml/g o menos, y la densidad de compactación es de 1,1 g/cm3 o más.
[0013] El documento EP 3 168 909 A1 describe un material de carbono para una batería secundaria no acuosa, que comprende un grafito capaz de ocluir y liberar iones de litio, teniendo el material de carbono un volumen de poro acumulado a diámetros de poro en un intervalo de 0,01 pm a 1 pm de 0,08 ml/g o más y una razón de diámetro de poro con respecto a diámetro de partícula (PD/d50 (%)) de 1,8 o menos.
[0014] El documento EP 3136481 A1 describe un material de carbono de electrodo negativo para una batería secundaria de litio que comprende una partícula de grafito que tiene una primera película de carbono amorfo recubierta sobre una superficie de la misma, que tiene una cavidad que tiene un tamaño de abertura en el intervalo de 10 nm a 1 pm. Por tanto, existe una demanda de un nuevo método que sea capaz de controlar eficazmente la expansión de volumen del grafito natural durante la carga/descarga de una batería.
[0015] Divulgación de la invención
[0016] Problema técnico
[0017] Un aspecto de la presente invención proporciona un electrodo negativo y una batería secundaria que incluye el mismo, siendo el electrodo negativo capaz de mejorar el rendimiento de carga rápida y las propiedades de vida útil de una batería al controlar eficazmente la expansión de volumen y las reacciones secundarias con el electrolito del grafito natural cuando se carga y descarga la batería.
[0018] Solución técnica
[0019] Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un electrodo negativo que incluye un colector de corriente y una capa de material activo de electrodo negativo, en donde la capa de material activo de electrodo negativo incluye partículas de material activo de electrodo negativo, las partículas de material activo de electrodo negativo incluyen grafito natural y una capa de recubrimiento de carbono dispuesta sobre el grafito natural, en una distribución de tamaño de partícula, las partículas de material activo de electrodo negativo tienen un D<50>de 6 pm a 9,2 pm y una anchura a mitad de altura de 5,0 pm a 5,5 pm, y el área de superficie específica de las partículas de material activo de electrodo negativo es de 0,6 m2/g a 2,2 m2/g, tal como se define adicionalmente en las reivindicaciones.
[0020] Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona una batería secundaria que incluye el electrodo negativo.
[0021] Efectos ventajosos
[0022] Según la presente invención, se usan partículas de material activo de electrodo negativo de un tamaño apropiado, de modo que puede mitigarse la tensión en el interior de las partículas de material activo de electrodo negativo. Por tanto, puede reducirse el grado de expansión de volumen del grafito natural en las partículas de material activo de electrodo negativo durante la carga y descarga de una batería. Además, dado que se usan partículas de material activo de electrodo negativo que tienen una anchura a mitad de altura apropiada en una distribución de tamaño de partícula, puede transmitirse de manera uniforme una corriente a un electrodo negativo, de modo que puede reducirse un problema de que se produce fácilmente la precipitación de litio de una porción específica. Por consiguiente, puede mejorarse el rendimiento de carga rápida de la batería. Además, dado que se controlan los poros internos para permitir el uso de partículas de material activo de electrodo negativo que tienen una baja área de superficie específica, puede controlarse adicionalmente la expansión de volumen del grafito natural en las partículas de material activo de electrodo negativo. Pueden mejorarse las propiedades de vida útil de la batería a través del control de la expansión de volumen.
[0023] Breve descripción de los dibujos
[0024] La figura 1 es un gráfico que muestra la distribución de tamaño de partícula de las partículas de material activo de electrodo negativo usadas en cada uno del ejemplo 1, el ejemplo comparativo 1, el ejemplo comparativo 2, y el ejemplo comparativo 3; y
[0025] La figura 2 es un gráfico que muestra el cambio en la tensión cuando se carga una batería fabricada usando el electrodo negativo de cada uno del ejemplo 1 y el ejemplo comparativo 1.
[0026] Modo de llevar a cabo la invención
[0027] A continuación en el presente documento, se describirá con más detalle la presente invención para facilitar la comprensión de la presente invención.
[0028] Se entenderá que las expresiones o los términos usados en la presente memoria descriptiva y las reivindicaciones no se interpretarán como que tienen el significado definido en diccionarios de uso común. Se entenderá además que las expresiones o los términos deben interpretarse como que tienen un significado que es consistente con su significado en el contexto de la técnica relevante y la idea técnica de la invención, basándose en el principio de que un inventor puede definir adecuadamente el significado de las expresiones o los términos para explicar mejor la invención.
[0029] La terminología usada en el presente documento tiene el único propósito de describir realizaciones a modo de ejemplo particulares. Los términos de una forma en singular pueden incluir las formas en plural a menos que el contexto indique claramente lo contrario.
[0030] En la presente memoria descriptiva, debe entenderse que se pretende que los términos “incluir”, “comprender” o “tener” especifiquen la presencia de características, números, etapas, elementos o combinaciones de los mismos indicados, pero no excluyen la presencia o adición de una o más de otras características, números, etapas, elementos o combinaciones de los mismos.
[0031] En la presente memoria descriptiva, D<10>, D<50>, y D<90>pueden definirse respectivamente como un diámetro de partícula correspondiente al 10 %, al 50 %, y al 90 % del volumen acumulado en la curva de distribución de tamaño de partícula de las partículas. D<10>, D<50>, y D<90>pueden medirse, por ejemplo, mediante un método de difracción láser. El método de difracción láser permite generalmente la medición de un diámetro de partícula desde una región submicrométrica hasta varios milímetros, de modo que pueden obtenerse resultados de alta reproducibilidad y alta resolución.
[0032] En la presente memoria descriptiva, el área de superficie específica (específicamente el área de superficie específica de las partículas de material activo de electrodo negativo) puede medirse mediante el método de Brunauer-Emmett-Teller (BET). Por ejemplo, usando un analizador de porosimetría (Bell Japan Inc., Belsorp-II mini), el área de superficie específica puede medirse mediante el método BET de 6 puntos mediante el método de adsorción/distribución de gas de nitrógeno.
[0033] En la presente memoria descriptiva, el volumen de poro (en particular, el volumen de poro de las partículas de material activo de electrodo negativo) puede medirse a través de un analizador de porosimetría (Bell Japan Inc., Belsorp-II mini).
[0034] En la presente memoria descriptiva, la densidad de compactación puede ser una densidad calculada colocando 40 g de partículas de material activo de electrodo negativo en un recipiente y compactándolo 1000 veces.
[0035] <Electrodo negativo>
[0036] Un electrodo negativo según una realización de la presente invención puede incluir un colector de corriente y una capa de material activo de electrodo negativo, en donde la capa de material activo de electrodo negativo incluye partículas de material activo de electrodo negativo, las partículas de material activo de electrodo negativo incluyen grafito natural y una capa de recubrimiento de carbono dispuesta sobre el grafito natural, en una distribución de tamaño de partícula, las partículas de material activo de electrodo negativo tienen un D<50>de 6 pm a 9,2 pm y una anchura a mitad de altura de 5,0 pm a 5,5 pm, y el área de superficie específica de las partículas de material activo de electrodo negativo es de 0,6 m2/g a 2,2 m2/g.
[0037] El colector de corriente no está particularmente limitado siempre que tenga conductividad sin provocar ningún cambio químico en una batería. Por ejemplo, como colector de corriente, puede usarse cobre, acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio, carbono cocido, o aluminio o acero inoxidable cuya superficie se ha tratado con uno de carbono, níquel, titanio, plata, y similares. Específicamente, como colector de corriente, puede usarse un metal de transición que adsorba bien el carbono tal como cobre y níquel. El grosor del colector de corriente puede ser de desde 6 pm hasta 20 pm, pero el grosor del colector de corriente no se limita a ello.
[0038] La capa de material activo de electrodo negativo puede estar dispuesta sobre el colector de corriente. La capa de material activo de electrodo negativo puede estar dispuesta sobre al menos una superficie del colector de corriente, específicamente sobre una superficie o ambas superficies del mismo.
[0039] La capa de material activo de electrodo negativo puede incluir partículas de material activo de electrodo negativo. Las partículas de material activo de electrodo negativo pueden incluir grafito natural y una capa de recubrimiento de carbono.
[0040] Dado que el grafito natural se incluye en las partículas de material activo de electrodo negativo, puede mejorarse la capacidad de la batería.
[0041] El grafito natural puede ser grafito natural formado modificando partículas de grafito natural en forma de escamas y que tienen una forma esférica o una forma cercana a una forma esférica. Específicamente, el grafito natural puede formarse por agregación de las partículas de grafito natural en forma de escamas. Más específicamente, el grafito natural puede formarse por laminación o desgaste de partículas de grafito natural en forma de escamas a través de un procedimiento mecánico. Por consiguiente, cuando se observa el interior del grafito natural, puede haber superficies de límite presentes en el mismo que muestran que se agrega el grafito natural en forma de escamas. El grafito natural puede tener un diámetro de partícula promedio (D<50>) de 5,8 pm a 9,2 pm, específicamente de 7 pm a 9 pm, más específicamente de 8 pm a 9 pm. Cuando se satisface el intervalo anterior, puede suprimirse la expansión de volumen del electrodo negativo durante la carga/descarga de la batería.
[0042] La capa de recubrimiento de carbono puede incluir al menos uno cualquiera de carbono amorfo y carbono cristalino. El carbono cristalino puede mejorar adicionalmente la conductividad del grafito natural. El carbono cristalino puede incluir al menos uno cualquiera seleccionado del grupo que consiste en fluoreno, un nanotubo de carbono, y grafeno. El carbono amorfo puede mantener de manera apropiada la resistencia de la capa de recubrimiento, suprimiendo de ese modo la expansión del grafito natural. El carbono amorfo puede ser al menos un carburo cualquiera seleccionado del grupo que consiste en alquitrán, brea, y otros materiales orgánicos, o un material a base de carbono formado usando un hidrocarburo como fuente de deposición química en fase de vapor.
[0043] El carburo de los otros materiales orgánicos puede ser un carburo de un material orgánico seleccionado del grupo que consiste en carburos de sacarosa, glucosa, galactosa, fructosa, lactosa, manosa, ribosa, aldohexosa o cetohexosa, y combinaciones de los mismos.
[0044] El hidrocarburo puede ser un hidrocarburo alifático o alicíclico sustituido o no sustituido, o un hidrocarburo aromático sustituido o no sustituido. El hidrocarburo alifático o alicíclico del hidrocarburo alifático o alicíclico sustituido o no sustituido puede ser metano, eteno, etileno, acetileno, propeno, butano, buteno, penteno, isobuteno o hexano, y similares. El hidrocarburo aromático del hidrocarburo aromático sustituido o no sustituido puede ser benceno, tolueno, xileno, estireno, etilbenceno, difenilmetano, naftaleno, fenol, cresol, nitrobenceno, clorobenceno, indeno, cumarona, piridina, antraceno o fenantreno, y similares.
[0045] La capa de recubrimiento de carbono puede incluirse en las partículas de material activo de electrodo negativo en una cantidad del 1 % en peso al 15 % en peso, específicamente del 2 % en peso al 10 % en peso, más específicamente del 3 % en peso al 7 % en peso. Cuando se satisface el intervalo anterior, se reduce el área de superficie específica de las partículas de material activo de electrodo negativo, de modo que pueden reducirse las reacciones secundarias de las partículas de material activo de electrodo negativo y un electrolito y puede suprimirse una excesiva expansión de volumen del electrodo negativo.
[0046] En una distribución de tamaño de partícula, las partículas de material activo de electrodo negativo pueden tener un D<50>de 6 pm a 9,2 pm, específicamente de 7 pm a 9,2 pm, más específicamente de 8 pm a 9,1 pm. Cuando se satisface el intervalo anterior, significa que el diámetro de partícula del grafito natural en las partículas de material activo de electrodo negativo es pequeño, y además, significa que el tamaño de las partículas de grafito natural en forma de escamas que constituyen el grafito natural es pequeño. Por tanto, cuando se satisface el intervalo anterior, durante la carga/descarga de la batería, puede mitigarse fácilmente la tensión interna de las partículas de material activo de electrodo negativo, específicamente, del grafito natural, de modo que puede suprimirse la expansión de volumen de las partículas de material activo de electrodo negativo.
[0047] Específicamente, cuando las partículas de material activo de electrodo negativo tienen un D<50>de menos de 6 pm, es difícil realizar un tratamiento de esferoidización para satisfacer el tamaño anterior, de modo que puede deteriorarse el rendimiento o puede haber un aumento del precio. Además, se aumentan las reacciones secundarias entre las partículas de material activo de electrodo negativo y un electrolito, de modo que se reduce la eficiencia de la batería. Por otro lado, cuando las partículas de material activo de electrodo negativo tienen un D<50>de más de 9,2 pm, significa que el tamaño de las partículas de grafito natural en forma de escamas que constituyen el grafito natural en el interior de las partículas de material activo de electrodo negativo es grande. Cuando las partículas de grafito natural en forma de escamas que tienen un gran tamaño se convierten en grafito natural esférico después de someterse a un procedimiento de esferoidización, hay demasiadas superficies de contacto presentes en el interior del grafito natural esférico y, por consiguiente, se aumenta excesivamente la tensión interna. Por tanto, durante la carga y descarga de la batería, se expande excesivamente el volumen del electrodo negativo, de modo que puede producirse un problema de que se deteriora la vida útil de la batería.
[0048] En una distribución de tamaño de partícula, las partículas de material activo de electrodo negativo pueden tener una anchura a mitad de altura de 5,0 pm a 5,5 pm, específicamente de 5,2 pm a 5,4 pm, más específicamente de 5,2 pm a 5,3 pm. Cuando la anchura a mitad de altura es tan pequeña como de menos de 5,0 pm, en un procedimiento de fabricación de las partículas de material activo de electrodo negativo, existe un problema en que el rendimiento es demasiado bajo. Por otro lado, cuando la anchura a mitad de altura es mayor de 5,5 pm, dado que la distribución de tamaño de partícula no es uniforme, no se transmite de manera uniforma una corriente dentro del electrodo negativo, de modo que se generan muchas porciones en las que se produce fácilmente la precipitación de litio, deteriorando de ese modo el rendimiento de carga rápida de la batería. Además, el electrodo negativo se expande excesivamente, de modo que puede producirse un problema de que se deteriora la vida útil de la batería. Cuando se preparan las partículas de material activo de electrodo negativo, se usan partículas de grafito natural en forma de escamas que tienen un tamaño pequeño y se realiza una etapa de eliminación de los poros internos del grafito natural esférico, de modo que se resuelve un problema de tamaño no uniforme según los poros internos y, por tanto, la anchura a mitad de altura puede satisfacer 5,5 pm o menos. La anchura a mitad de altura corresponde a una anchura de eje horizontal de un punto correspondiente al valor medio del valor de eje vertical máximo del pico más alto en la distribución de tamaño de partícula.
[0049] En una distribución de tamaño de partícula, D<90>/D<10>de las partículas de material activo de electrodo negativo puede satisfacer 1,5<D90/Diü<2,3, específicamente 1,8<D90/Diü<2,3, más específicamente 2,0<D90/Diü<2,3. Dado que el volumen de los poros internos en el interior de las partículas de material activo de electrodo negativo se encuentra a un nivel bajo, puede satisfacerse el intervalo anterior. Cuando se satisface el intervalo anterior, la distribución de tamaño de partícula se vuelve uniforme, de modo que puede mejorarse la carga rápida de la batería.
[0050] El material activo de electrodo negativo puede tener un área de superficie específica de 0,6 m2/g a 2,2 m2/g, específicamente de 0,8 m2/g a 2,1 m2/g, más específicamente de 0,9 m2/g a 2,1 m2/g. Dado que el volumen de los poros internos en el interior de las partículas de material activo de electrodo negativo se encuentra a un nivel bajo, puede satisfacerse el intervalo anterior. Dicho de otro modo, es difícil lograr el área de superficie específica simplemente formando una capa de recubrimiento de carbono sobre grafito natural típico o controlando la forma del grafito natural (por ejemplo, una forma esférica). Dado que viene acompañada una técnica de aplicar presión al grafito natural para controlar los poros internos del grafito natural, es posible lograr el área de superficie específica. Cuando se satisface el intervalo anterior, se reducen los poros internos en las partículas de material activo de electrodo negativo y, por tanto, pueden reducirse las reacciones secundarias entre las partículas de material activo de electrodo negativo y un electrolito y puede suprimirse una excesiva expansión de volumen del electrodo negativo. Por consiguiente, pueden mejorarse las propiedades de vida útil de la batería.
[0051] Específicamente, cuando el área de superficie específica es menor de 0,6 m2/g, dado que se reducen en gran medida los poros internos y el área de superficie específica de las partículas de material activo de electrodo negativo, se aumenta excesivamente la resistencia interfacial del electrodo negativo durante la carga y descarga de la batería, y no se facilita la intercalación/desintercalación de iones de litio, de modo que se deteriora el rendimiento de carga rápida y puede reducirse la capacidad de la batería. Por otro lado, cuando el área de superficie específica es mayor de 2,2 m2/g, se aumentan las reacciones secundarias entre las partículas de material activo de electrodo negativo y un electrolito, provocando que se expanda excesivamente el volumen del electrodo negativo durante la carga y descarga de la batería, de modo que puede reducirse la vida útil de la batería.
[0052] El volumen de poro de las partículas de material activo de electrodo negativo puede ser de 1*10'3 cm3/g a 14,8*10'3 cm3/g, específicamente de 3*10'3 cm3/g a 14*10'3 cm3/g, más específicamente de 5*10'3 cm3/g a 14*10'3 cm3/g. Fue posible satisfacer el intervalo anterior dado que venía acompañada una técnica de aplicar presión al grafito natural para controlar los poros internos del grafito natural. Por tanto, el volumen de poro puede ser más pequeño que el volumen de poro de un grafito natural típico al que no se le ha aplicado una técnica de este tipo. Cuando se satisface el intervalo de volumen de poro anterior, durante la carga y descarga de la batería, pueden suprimirse eficazmente las reacciones secundarias entre un electrolito y las partículas de material activo de electrodo negativo y se suprime la expansión de volumen de las partículas de material activo de electrodo negativo, de modo que pueden mejorarse las propiedades de vida útil de la batería.
[0053] La densidad de compactación de las partículas de material activo de electrodo negativo puede ser de 1000 kg/m3 a 1200 kg/m3 (de 1,00 g/cm3 a 1,20 g/cm3), específicamente de 1050 kg/m3 a 1150 kg/m3 (de 1,05 g/cm3 a 1,15 g/cm3), más específicamente de 1050 kg/m3 a 1100 kg/m3 (de 1,05 g/cm3 a 1,10 g/cm3). Cuando se satisface el intervalo anterior, la forma de las partículas de material activo de electrodo negativo es una forma esférica o una forma cercana a una forma esférica, de modo que significa que puede mejorarse la fuerza adhesiva del electrodo negativo. El electrodo negativo puede incluir además al menos uno de un aglutinante y un material conductor.
[0054] El aglutinante puede incluir al menos uno cualquiera seleccionado del grupo que consiste en un copolímero de poli(fluoruro de vinilideno-hexafluoropropileno) (PVDF-co-HFP), poli(fluoruro de vinilideno), poliacrilonitrilo, poli(metacrilato de metilo), poli(alcohol vinílico), carboximetilcelulosa (CMC), almidón, hidroxipropilcelulosa, celulosa regenerada, polivinilpirrolidona, politetrafluoroetileno, polietileno, polipropileno, poli(ácido acrílico), un monómero de etileno-propileno-dieno (EPDM), un EPDM sulfonado, caucho de estireno-butadieno (SBR), caucho fluorado, poli(ácido acrílico), materiales que tienen su hidrógeno sustituido por Li, Na, o Ca, y similares, y una combinación de los mismos. Además, el aglutinante puede incluir diversos copolímeros de los mismos.
[0055] El material conductor no está particularmente limitado siempre que tenga conductividad sin provocar ningún cambio químico en la batería. Por ejemplo, puede usarse grafito tal como grafito natural o grafito artificial; un material a base de carbono tal como negro de carbono, negro de acetileno, negro de Ketjen, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara, y negro térmico; fibra conductora tal como fibra de carbono y fibra de metal; un tubo conductor tal como un nanotubo de carbono; polvo de fluorocarbono; polvo de metal tal como polvo de aluminio y polvo de níquel; una fibra corta monocristalina conductora tal como óxido de zinc y titanato de potasio; un óxido de metal conductor tal como óxido de titanio; un material conductor tal como un derivado de polifenileno, y similares.
[0056] <Método para fabricar un electrodo negativo>
[0057] Aunque no se limita al mismo, el material activo de electrodo negativo de una realización descrita anteriormente puede prepararse de la siguiente manera. El método puede incluir preparar grafito natural en forma de escamas, modificar el grafito natural en forma de escamas para dar grafito natural esférico, formar una capa de recubrimiento sobre la superficie del grafito natural esférico, y eliminar los poros internos del grafito natural esférico.
[0058] En la preparación del grafito natural en forma de escamas, el tamaño del grafito natural en forma de escamas es más pequeño que el del grafito natural en forma de escamas típico. Por consiguiente, en la etapa de modificar el grafito natural en forma de escamas para dar grafito natural esférico, el tamaño del grafito natural esférico que va a formarse puede ser pequeño.
[0059] En la modificación del grafito natural en forma de escamas para dar grafito natural esférico, el método de modificación puede realizarse, por ejemplo, usando un pulverizador de flujo en vórtice.
[0060] La etapa de formar una capa de recubrimiento sobre la superficie del grafito natural esférico puede realizarse disponiendo un precursor de carbono sobre el grafito natural esférico y sometiendo el mismo a tratamiento térmico. Una capa de recubrimiento formada de ese modo es la misma que la capa de recubrimiento de carbono descrita en la realización mencionada anteriormente y, por tanto, se omitirá una descripción de la misma. Como se forma la capa de recubrimiento de carbono, puede reducirse adicionalmente el área de superficie específica del grafito natural esférico sobre el que se forma la capa de recubrimiento de carbono.
[0062] En la etapa de eliminar los poros internos del grafito natural esférico, un método para eliminar los poros internos puede ser prensado isostático en frío (CIP). Específicamente, se coloca el grafito natural esférico sobre el que se forma la capa de recubrimiento de carbono en un molde, y se sumerge el molde en agua. Después de eso, usando el agua como medio, se aplica presión al molde en el que existe el grafito natural esférico sobre el que se forma la capa de recubrimiento de carbono. La presión puede ser de 85 MPa a 95 MPa, específicamente de 85 MPa a 90 MPa. El tiempo durante el cual se aplica la presión puede ser de 60 segundos a 120 segundos, específicamente de 90 segundos a 100 segundos. Mediante el método anterior, se aplica presión isotrópica al grafito natural esférico sobre el que se forma la capa de recubrimiento de carbono y, por tanto, puede eliminarse los poros internos del grafito natural esférico. Por consiguiente, pueden reducirse el área de superficie específica y el volumen de poro interno de las partículas de material activo de electrodo negativo que van a prepararse. Además, dado que se eliminan los poros internos, puede ajustarse la distribución de tamaño de partícula de las partículas de material activo de electrodo negativo, de modo que pueden satisfacerse el intervalo de anchura a mitad de altura, el intervalo de D<50>, y el intervalo de área de superficie específica de las partículas de material activo de electrodo negativo de la realización descrita anteriormente.
[0064] <Batería secundaria>
[0066] Una batería secundaria según aún otra realización de la presente invención puede incluir un electrodo negativo, y el electrodo negativo puede ser el mismo que el electrodo negativo de la realización descrita anteriormente.
[0068] Específicamente, la batería secundaria puede incluir el electrodo negativo, un electrodo positivo, un separador interpuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, y un electrolito. El electrodo negativo es el mismo que el electrodo negativo descrito anteriormente. Dado que el electrodo negativo se ha descrito anteriormente, se omitirá una descripción detallada del mismo.
[0070] El electrodo positivo puede incluir un colector de corriente de electrodo positivo, y una capa de material activo de electrodo positivo formada sobre el colector de corriente de electrodo positivo y que incluye el material activo de electrodo positivo.
[0072] En el electrodo positivo, el colector de corriente de electrodo positivo no está particularmente limitado siempre que tenga conductividad sin provocar ningún cambio químico en la batería. Por ejemplo, puede usarse acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio, carbono cocido, o aluminio o acero inoxidable cuya superficie se ha tratado con uno de carbono, níquel, titanio, plata, y similares. Además, el colector de corriente de electrodo positivo puede tener normalmente un grosor de 3 pm a 500 pm, y pueden formarse irregularidades microscópicas sobre la superficie del colector de corriente de electrodo positivo para mejorar la adhesión del material activo de electrodo positivo. Por ejemplo, el colector de corriente de electrodo positivo puede usarse en diversas formas tales como una película, una lámina, una hoja, una red, un cuerpo poroso, una espuma, y un cuerpo no tejido.
[0074] El material activo de electrodo positivo puede ser un material activo de electrodo positivo usado comúnmente en la técnica. Específicamente, el material activo de electrodo positivo puede ser un compuesto en capas tal como un óxido de litio-cobalto (LiCoÜ<2>) y un óxido de litio-níquel (LiNiÜ<2>), o un compuesto sustituido con uno o más metales de transición; un óxido de litio-hierro tal como LiFe<3>Ü<4>; un óxido de litio-manganeso tal como Lh+c<1>Mn<2>-c<1>O<4>(0<c1<0,33), LiMnO<3>, LiMn<2>O<3>, y LiMnO<2>; óxido de litio-cobre (Li<2>CuO<2>); un óxido de vanadio tal como LiV<3>Os, V<2>O<5>, y Cu<2>V<2>O<7>; un óxido de litio-níquel de tipo sitio de Ni representado por la fórmula LiNh-c<2>Mc<2>O<2>(en donde M es uno cualquiera de Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B o Ga, y 0,01<c2<0,3); un óxido compuesto de litio-manganeso representado por la fórmula LiMn<2>-c<3>Mc<3>O<2>(en donde M es uno cualquiera de Co, Ni, Fe, Cr, Zn, o Ta, y 0,01<c3<0,1), o por la fórmula Li<2>Mn<3>MOs (en donde M es uno cualquiera de Fe, Co, Ni, Cu, o Zn); LiMn<2>O<4>que tiene una parte del Li en la fórmula sustituido por un ion de metal alcalinotérreo, y similares, pero no se limita a los mismos. El electrodo positivo puede ser un metal de Li.
[0076] La capa de material activo de electrodo positivo puede incluir un material conductor de electrodo positivo y un aglutinante de electrodo positivo, junto con el material activo de electrodo positivo descrito anteriormente.
[0078] En este momento, el material conductor de electrodo positivo se usa para conferir conductividad a un electrodo, y puede usarse cualquier material conductor de electrodo positivo sin limitación particular siempre que tenga conductividad electrónica sin provocar ningún cambio químico en una batería que va a constituirse. Los ejemplos específicos del mismo pueden incluir grafito tal como grafito natural o grafito artificial; un material a base de carbono tal como negro de carbono, negro de acetileno, negro de Ketjen, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara, negro térmico, y fibra de carbono; polvo de metal o fibra de metal tal como cobre, níquel, aluminio, y plata; una fibra corta monocristalina conductora tal como una fibra corta monocristalina de óxido de zinc y una fibra corta monocristalina de titanato de potasio; un óxido de metal conductor tal como óxido un titanio; o un polímero conductor tal como un derivado de polifenileno, y puede usarse uno cualquiera de los mismos o una mezcla de dos o más de los mismos.
[0079] Además, el aglutinante de electrodo positivo sirve para mejorar la unión entre las partículas de material activo de electrodo positivo y la adhesión entre el material activo de electrodo positivo y el colector de corriente de electrodo positivo. Los ejemplos específicos del mismo pueden incluir poli(fluoruro de vinilideno) (PVDF), un copolímero de poli(fluoruro de vinilideno-hexafluoropropileno) (PVDF-co-HFP), poli(alcohol vinílico), poliacrilonitrilo, carboximetilcelulosa (CMC), almidón, hidroxipropilcelulosa, celulosa regenerada, polivinilpirrolidona, politetrafluoroetileno, polietileno, polipropileno, un monómero de etileno-propileno-dieno (EPDM), un EPDM sulfonado, caucho de estireno-butadieno (SBR), caucho fluorado, o diversos copolímeros de los mismos, y puede usarse uno cualquiera de los mismos o una mezcla de dos o más de los mismos.
[0080] El separador es para separar el electrodo negativo y el electrodo positivo y para proporcionar una trayectoria de movimiento para los iones de litio. Puede usarse cualquier separador sin limitación particular siempre que sea un separador usado comúnmente en una batería secundaria. Particularmente, es preferible un separador que tiene una excelente retención de humedad de un electrolito, así como una baja resistencia al movimiento de iones en el electrolito. Específicamente, puede usarse una película polimérica porosa, por ejemplo, una película polimérica porosa fabricada usando un polímero a base de poliolefina tal como un homopolímero de etileno, un homopolímero de propileno, un copolímero de etileno/buteno, un copolímero de etileno/hexeno, y un copolímero de etileno/metacrilato, o una estructura laminada que tiene dos o más capas de los mismos. Además, como separador puede usarse un material textil no tejido poroso típico, por ejemplo, un material textil no tejido formado por fibra de vidrio que tiene un alto punto de fusión, o fibra de poli(tereftalato de etileno), y similares. Además, puede usarse un separador recubierto que incluye un componente cerámico o un material polimérico para garantizar la resistencia al calor o la resistencia mecánica, y puede usarse selectivamente teniendo una estructura monocapa o multicapa. El electrolito puede ser un electrolito líquido orgánico, un electrolito líquido inorgánico, un electrolito polimérico sólido, un electrolito polimérico de tipo gel, un electrolito inorgánico sólido, un electrolito inorgánico de tipo masa fundida, y similares, que puede usarse en la preparación de una batería secundaria de litio, pero no se limita a los mismos.
[0081] Específicamente, el electrolito puede incluir un disolvente orgánico no acuoso y una sal de litio.
[0082] Como disolvente orgánico no acuoso, por ejemplo, puede usarse un disolvente orgánico aprótico, tal como N-metil-2-pirrolidona, carbonato de propileno, carbonato de etileno, carbonato de butileno, carbonato de dimetilo, carbonato de dietilo, Y-butirolactona, 1,2-dimetoxietano, tetrahidrofurano, 2-metiltetrahidrofurano, dimetilsulfóxido, 1,3-dioxolano, formamida, dimetilformamida, dioxolano, acetonitrilo, nitrometano, formiato de metilo, acetato de metilo, triéster fosfato, trimetoximetano, un derivado de dioxolano, sulfolano, metilsulfolano, 1,3-dimetil-2-imidazolidinona, un derivado de carbonato de propileno, un derivado de tetrahidrofurano, éter, propionato de metilo, y propionato de etilo.
[0083] En particular, entre los disolventes orgánicos a base de carbonato, pueden usarse preferiblemente los carbonatos cíclicos carbonato de etileno y carbonato de propileno dado que son disolventes orgánicos de alta viscosidad que tienen una alta permitividad para disociar bien una sal de litio. Además, cuando se mezcla un carbonato cíclico de este tipo con un carbonato lineal de baja viscosidad y baja permitividad tal como carbonato de dimetilo y carbonato de dietilo en una razón apropiada, es posible preparar un electrolito que tiene alta conductividad eléctrica, de manera que el electrolito puede usarse más preferiblemente.
[0084] Como sal de metal, puede usarse una sal de litio. La sal de litio es un material que se disuelve fácilmente en el electrolito no acuoso. Por ejemplo, como anión de la sal de litio, puede usarse uno o más seleccionados del grupo que consiste en P, Cf, I-, NO<3>-, N(CN)^, BF<4>-, CO<4>', PF^, (CF3)2PF^, (CF3)3PF^ (CF3)4PF^ (CF3)sPF', (CF3^P‘, CF<3>SO<3>-, CF<3>CF<2>SO<3>-, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SFa)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3-, CF<3>CO<2>-, CH<3>CO<2>-, SCN-, y (CF3CF2SO2)2N-En el electrolito, con el fin de mejorar las propiedades de vida útil de una batería, para suprimir la disminución de la capacidad de la batería, y para mejorar la capacidad de descarga de la batería, pueden incluirse uno o más aditivos distintos de los componentes de electrolito anteriores, por ejemplo, un compuesto a base de carbonato de haloalquileno tal como carbonato de difluoroetileno, piridina, fosfito de trietilo, trietanolamina, éter cíclico, etilendiamina, n-glima, triamida hexafosfórica, un derivado de nitrobenceno, azufre, un colorante de quinona-imina, oxazolidinona N-sustituida, imidazolidina N,N-sustituida, dialquil éter de etilenglicol, una sal de amonio, pirrol, 2-metoxietanol, o tricloruro de aluminio, y similares.
[0085] Según aún otra realización de la presente invención, se proporcionan un módulo de batería que incluye la batería secundaria como celda unitaria, y un bloque de baterías que incluye el mismo. El módulo de batería y el bloque de baterías incluyen la batería secundaria que tiene alta capacidad, propiedades de alta tasa, y propiedades de ciclo, y, por tanto, puede usarse como fuente de alimentación de un dispositivo de tamaño mediano y grande seleccionado del grupo que consiste en un vehículo eléctrico, un vehículo eléctrico híbrido, un vehículo eléctrico híbrido enchufable, y un sistema de almacenamiento de energía.
[0086] A continuación en el presente documento, se describirán con detalle las realizaciones preferidas de la presente invención para facilitar la comprensión de la presente invención. Sin embargo, las realizaciones son simplemente ilustrativas de la presente invención y, por tanto, resultará evidente para los expertos en la técnica que pueden realizarse diversas modificaciones y variaciones sin apartarse del alcance y espíritu de la presente invención tal como se divulga en las reivindicaciones adjuntas. Es obvio que tales variaciones y modificaciones se encuentran dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
[0087] Ejemplos y ejemplos comparativos
[0088] Ejemplo 1: Fabricación de electrodo negativo
[0089] (1) Preparación de suspensión de electrodo negativo
[0090] Se usaron partículas que contienen grafito natural esférico formado modificando grafito natural en forma de escamas e incluyendo una capa de recubrimiento (5 % en peso en las partículas de material activo de electrodo negativo) dispuesta sobre el grafito natural esférico como partículas de material activo de electrodo negativo (sometidas a un procedimiento (CIP) para controlar los poros internos). Las partículas de material activo de electrodo negativo tenían un D<50>de 9,0 pm, una anchura a mitad de altura de 5,3 pm, y un D<90>/D<10>de 2,3 en una distribución de tamaño de partícula medida a través de un medidor de distribución de tamaño de partícula (Microtrac S3500), una densidad de compactación de 1070 kg/m3 (1,07 g/cm3), y un volumen de poro de 14,0*10-3 cm3/g.
[0091] Se mezclaron las partículas de material activo de electrodo negativo, Super C65 como material conductor, caucho de estireno-butadieno (SBR) como aglutinante, y carboximetilcelulosa (CMC) como agente espesante en una razón en peso de 96,6:1:1,3:1,1, y luego se añadió agua para preparar una suspensión de electrodo negativo.
[0092] (2) Fabricación de electrodo negativo
[0093] Se aplicó la suspensión de electrodo negativo sobre una hoja (colector de corriente) de cobre a una cantidad de carga de 3,6 mAh/cm2 y luego se prensó con rodillo de manera que la porosidad del electrodo negativo fuera del 28 %, seguido de secado a vacío a aproximadamente 130 °C durante 8 horas para fabricar un electrodo negativo del ejemplo 1.
[0094] Ejemplo 2 y ejemplos comparativos 1 a 8: Fabricación de electrodo negativo
[0095] Se fabricó un electrodo negativo de la misma manera que en el ejemplo 1, excepto porque se usaron las partículas de material activo de electrodo negativo que se muestran en la tabla 1. Los ejemplos comparativos 1, 2, 4, y 7 no se sometieron a ningún procedimiento de CIP, y el ejemplo comparativo 7 es grafito natural que tiene una brea insertada en el mismo.
[0096] [Tabla 1]
[0099]
[0100]
[0102] En la tabla 1, D<10>, D<90>/D<10>, la anchura a mitad de altura son valores identificados en una distribución de tamaño de partícula que se ha derivado a través de un medidor de distribución de tamaño de partícula (Microtrac S3500). En particular, la anchura a mitad de altura corresponde a una anchura de eje horizontal de un punto correspondiente al valor medio del valor de eje vertical máximo del pico más alto en la distribución de tamaño de partícula (véase la figura 1). En la tabla 1, la densidad de compactación es una densidad calculada colocando 40 g de partículas de material activo de electrodo negativo en un recipiente y compactándolo 1000 veces. En la tabla 1, el volumen de poro y el área de superficie específica se midieron a través de un analizador de porosimetría (Bell Japan Inc., Belsorp-II mini).
[0103] Ejemplo experimental 1: Identificación del grado de expansión de volumen según el ciclo de carga/descarga de la batería
[0104] Usando el electrodo negativo de cada uno de los ejemplos 1 y 2 y los ejemplos comparativos 1 a 8, se fabricó una batería de la siguiente manera.
[0105] Como material activo de electrodo positivo, se usó LiCoO<2>. Se mezclaron el material activo de electrodo positivo, negro de carbono que es un material conductor, y poli(fluoruro de vinilideno) (PVDF) que es un aglutinante en una razón en peso de 97,68:1,2:1,12 con N-metil-2-pirrolidona (NMP) que es un disolvente para preparar una suspensión de electrodo positivo.
[0106] Se aplicó la suspensión de electrodo positivo preparada sobre una película delgada de metal de aluminio que tenía un grosor de 20 pm, que es un colector de corriente de electrodo positivo, y luego se secó. En este momento, la temperatura del aire circulado era de 110 °C. Después de eso, se prensó con rodillo la película delgada de metal de aluminio a la que se le aplicó la suspensión de electrodo positivo y luego secada, y luego se secó en un horno de vacío de 130 °C durante 2 horas para fabricar un electrodo positivo que incluía una capa de material activo de electrodo positivo.
[0107] Se ensamblaron el electrodo negativo (el electrodo negativo de cada uno del ejemplo 1 y los ejemplos comparativos 1 a 3), el electrodo positivo fabricado, y un separador de polietileno poroso usando un método de apilamiento, y a la batería ensamblada se le inyectó una disolución de electrolito (carbonato de etileno (EC)/carbonato de etilo y metilo (EMC)=2/8 (razón en volumen), hexafluorofosfato de litio (1 M de LiPF6), y el 0,5 % de carbonato de vinileno (VC)) para fabricar una batería secundaria de litio.
[0108] Se cargó/descargó la batería secundaria en las siguientes condiciones para evaluar la tasa de expansión de volumen del electrodo negativo después de 30 ciclos, y los resultados se muestran en la tabla 2.
[0109] Tasa de expansión de volumen del electrodo negativo (%) = [(grosor del electrodo negativo después del 30° ciclo)/grosor inicial del electrodo negativo]*100
[0110] Condiciones de carga/descarga: a 25 °C, se realizaron la carga y descarga a 0,1 C durante el primer ciclo, a 0,2 C durante el segundo ciclo, y a 0,5 C desde el ciclo 3 hasta el ciclo 30. Después de cada carga y descarga, el tiempo de inactividad antes del siguiente ciclo se ajustó a 1 hora.
[0111] Condiciones de carga: modo CC-CV (corte de tensión de 4,35 V, 0,05 C)
[0112] Condiciones de descarga: modo CC (corte de tensión de 2,75 V)
[0113] [Tabla 2]
[0116]
[0117]
[0119] Haciendo referencia a la tabla 2, puede observarse que, en el caso de los ejemplos 1 y 2 en los que se usaron partículas de material activo de electrodo negativo que satisfacen un D<50>, una anchura a mitad de altura, y un área de superficie específica apropiados, la tasa de expansión de volumen del electrodo negativo fue baja.
[0120] Ejemplo experimental 2: Evaluación del rendimiento de carga rápida de la batería
[0121] Se preparó una película delgada de metal de litio (Li) cortada en una forma circular de 1,7671 cm2 como electrodo positivo. Se interpuso un separador de polietileno poroso entre el electrodo positivo y el electrodo negativo (los electrodos negativos del ejemplo 1 y el ejemplo comparativo 1), y luego se inyectó un electrolito, en el que se disolvió carbonato de vinileno al 0,5 % en peso en una disolución mixta en la que se mezclaron carbonato de metilo y etilo (EMC) y carbonato de etileno (EC) en una razón en volumen de mezclado de 7:3 y LiPF6 a una concentración de 1,0 M. Después de eso, se dejó reposar durante 24 horas para fabricar una semicelda de botón de litio.
[0122] Se cargo/descargó la semicelda fabricada a 0,1 C tres veces, y luego, mientras se realizaba la carga durante 15 minutos en un modo CC (3 C) basándose en la capacidad de descarga después del tercer ciclo de 1 C, se representó gráficamente la tensión de salida según el cambio del SOC (véase la figura 2). El eje X muestra el SOC y el eje Y muestra la tensión de salida medida en el gráfico, y usando un método para determinar el SOC de chapado de Li localizando un punto de cambio de pendiente a través de la derivada dV/dQ, se evaluó el rendimiento de carga rápida.
[0123] Haciendo referencia a la tabla 2, puede observarse que, en el caso del ejemplo 1 en el que se usaron partículas de material activo de electrodo negativo que satisfacen un D<50>, una anchura a mitad de altura, y un área de superficie específica apropiados, tardó en producirse la precipitación de litio.

Claims (10)

1. REIVINDICACIONES
1. Electrodo negativo que comprende:
un colector de corriente; y
una capa de material activo de electrodo negativo, en donde
la capa de material activo de electrodo negativo incluye partículas de material activo de electrodo negativo, las partículas de material activo de electrodo negativo incluyen grafito natural y una capa de recubrimiento de carbono dispuesta sobre el grafito natural,
en una distribución de tamaño de partícula, las partículas de material activo de electrodo negativo tienen un D<50>de<6>pm a 9,2 pm y una anchura a mitad de altura de 5,0 pm a 5,5 pm, identificados tal como se especifica en la descripción, y
el área de superficie específica de las partículas de material activo de electrodo negativo es de<0 , 6>m2/g a<2 , 2>m2/g, medida tal como se especifica en la descripción.
2. Electrodo negativo según la reivindicación 1, en donde, en una distribución de tamaño de partícula, las partículas de material activo de electrodo negativo tienen un D<50>de 7 pm a 9,2 pm.
3. Electrodo negativo según la reivindicación 1, en donde el área de superficie específica de las partículas de material activo de electrodo negativo es de<0 , 8>m2/g a<2 ,1>m2/g.
4. Electrodo negativo según la reivindicación 1, en donde, en una distribución de tamaño de partícula, las partículas de material activo de electrodo negativo tienen un D<90>/D<10>de 1,5<D90/D10<2,3, identificado tal como se especifica en la descripción.
5. Electrodo negativo según la reivindicación 1, en donde el grafito natural es grafito natural formado por agregación de partículas de grafito natural en forma de escamas.
6. Electrodo negativo según la reivindicación 1, en donde la densidad de compactación de las partículas de material activo de electrodo negativo es de<1 00 0>kg/m<3>a<1 20 0>kg/m<3>(de<1 , 0 0>g/cm<3>a<1 , 2 0>g/cm3), calculada tal como se especifica en la descripción.
7. Electrodo negativo según la reivindicación 1, en donde el volumen de poro de las partículas de material activo de electrodo negativo es de 1*10<' 3>cm3/g a 14,8*10'3 cm<3>/g, medido tal como se especifica en la descripción.
<8>. Electrodo negativo según la reivindicación 1, en donde la capa de recubrimiento de carbono se incluye en las partículas de material activo de electrodo negativo en una cantidad del 1 % en peso al 15 % en peso.
9. Electrodo negativo según la reivindicación 1, en donde la capa de recubrimiento de carbono incluye al menos uno cualquiera de carbono amorfo y carbono cristalino.
10. Batería secundaria que comprende el electrodo negativo según la reivindicación 1.
ES20741904T 2019-01-14 2020-01-14 Anode and secondary battery comprising said anode Active ES3050100T3 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20190004798 2019-01-14
PCT/KR2020/000695 WO2020149622A1 (ko) 2019-01-14 2020-01-14 음극 및 상기 음극을 포함하는 이차 전지

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES3050100T3 true ES3050100T3 (en) 2025-12-19

Family

ID=71613928

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES20741904T Active ES3050100T3 (en) 2019-01-14 2020-01-14 Anode and secondary battery comprising said anode

Country Status (8)

Country Link
US (1) US12080873B2 (es)
EP (1) EP3890061B1 (es)
KR (1) KR102466851B1 (es)
CN (1) CN113614950B (es)
ES (1) ES3050100T3 (es)
HU (1) HUE073410T2 (es)
PL (1) PL3890061T3 (es)
WO (1) WO2020149622A1 (es)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102673790B1 (ko) * 2020-07-28 2024-06-07 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 이차 전지
CN114171738B (zh) * 2020-09-10 2023-11-17 贝特瑞新材料集团股份有限公司 石墨负极材料及其制备方法和锂离子电池
KR102836629B1 (ko) * 2020-09-18 2025-07-21 주식회사 엘지에너지솔루션 음극 및 이를 포함하는 이차전지
KR102664903B1 (ko) * 2021-09-29 2024-05-14 주식회사 엘지에너지솔루션 음극 활물질, 이의 제조방법, 이를 포함하는 음극 및 이차전지
CN114156446B (zh) * 2021-11-11 2024-09-06 珠海冠宇电池股份有限公司 一种负极活性材料及含有该负极活性材料的负极片和锂离子电池
CN114122329A (zh) * 2021-11-11 2022-03-01 珠海冠宇电池股份有限公司 一种负极片和包括该负极片的锂离子电池
KR102705366B1 (ko) * 2021-12-21 2024-09-11 주식회사 엘지에너지솔루션 음극 및 이를 포함하는 이차전지
CN114530597A (zh) * 2022-01-26 2022-05-24 内蒙古斯诺新材料科技有限公司 一种改性天然石墨及其制备方法
EP4394947A4 (en) * 2022-11-16 2025-03-26 Kaifeng Ruifeng New Material Co., Ltd. NEGATIVE ELECTRODE MATERIAL AND BATTERY
WO2024103272A1 (zh) * 2022-11-16 2024-05-23 开封瑞丰新材料有限公司 负极材料、电池
KR20240094884A (ko) * 2022-12-16 2024-06-25 포스코홀딩스 주식회사 리튬 이차전지용 음극재, 상기 음극재용 전구체, 리튬 이차전지 및 음극재의 제조방법
CN116387447A (zh) * 2023-04-18 2023-07-04 兰钧新能源科技有限公司 一种锂离子电池快充负极片、电化学装置及电子装置
GB2634562A (en) * 2023-10-13 2025-04-16 Nyobolt Ltd Graphite electrochemical cell
WO2025211331A1 (ja) * 2024-04-03 2025-10-09 株式会社Ｇｓユアサ 非水電解質蓄電素子用負極及び非水電解質蓄電素子
WO2026023958A1 (ko) * 2024-07-24 2026-01-29 주식회사 엘지에너지솔루션 리튬 이차전지용 음극 및 이의 제조방법
KR102886362B1 (ko) * 2024-07-24 2025-11-17 주식회사 엘지에너지솔루션 리튬 이차전지용 음극 및 이의 제조방법

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7563543B2 (en) * 2003-07-16 2009-07-21 The Kansai Coke And Chemicals Co., Ltd. Negative electrode of lithium ion secondary battery obtained by isostatically pressing a spherical graphite to eliminate voids therein
JP5082207B2 (ja) * 2004-06-30 2012-11-28 三菱化学株式会社 リチウム二次電池用負極材料の製造方法、並びにそれを用いたリチウム二次電池用負極及びリチウム二次電池
EP2600449A4 (en) 2010-07-30 2016-09-28 Hitachi Chemical Co Ltd MINUS POLYMER FOR A LITHIUMION SECONDARY BATTERY, MINUS POLICE FOR A LITHIUMION SECONDARY BATTERY, AND A LITHIUMION SECONDARY BATTERY
KR101419792B1 (ko) 2011-08-05 2014-07-17 강원대학교산학협력단 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
JP5903959B2 (ja) 2012-03-16 2016-04-13 三菱化学株式会社 非水系二次電池用炭素材、非水系二次電池用負極及び非水系二次電池
KR101446698B1 (ko) 2012-08-28 2014-10-06 강원대학교산학협력단 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법, 및 이로부터 제조된 음극 활물질 및 리튬 이차 전지
KR20140132791A (ko) * 2013-05-06 2014-11-19 주식회사 엘지화학 리튬 이차 전지용 음극재 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
KR101631735B1 (ko) 2013-05-27 2016-06-17 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 음극재 및 이의 제조방법
KR20140140323A (ko) * 2013-05-29 2014-12-09 (주)포스코켐텍 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR20140140952A (ko) 2013-05-30 2014-12-10 (주)포스코켐텍 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 음극, 및 상기 음극을 포함하는 리튬 이차 전지
KR101790400B1 (ko) 2013-12-20 2017-10-25 주식회사 엘지화학 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
WO2015146900A1 (ja) 2014-03-26 2015-10-01 日本電気株式会社 負極炭素材料、負極炭素材料の製造方法、リチウム二次電池用負極およびリチウム二次電池
KR102823784B1 (ko) 2014-07-07 2025-06-20 미쯔비시 케미컬 주식회사 탄소재, 탄소재의 제조 방법 및 탄소재를 사용한 비수계 2 차 전지
WO2016113952A1 (ja) * 2015-01-16 2016-07-21 三菱化学株式会社 炭素材及び炭素材を用いた非水系二次電池
JP6548959B2 (ja) * 2015-06-02 2019-07-24 信越化学工業株式会社 非水電解質二次電池用負極活物質、非水電解質二次電池用負極、及び非水電解質二次電池、並びに負極活物質粒子の製造方法
CN107408729B (zh) * 2015-09-17 2020-08-25 株式会社东芝 二次电池用复合电解质、二次电池及电池包
EP3336938B1 (en) 2016-02-05 2023-04-12 LG Energy Solution, Ltd. Negative electrode active material, and negative electrode and lithium secondary battery which include the same
KR102640199B1 (ko) 2016-06-22 2024-02-22 에스케이온 주식회사 리튬 이차 전지
JP6519571B2 (ja) * 2016-11-25 2019-05-29 トヨタ自動車株式会社 リチウムイオン二次電池およびその製造方法
KR20180130182A (ko) 2017-05-29 2018-12-07 에스케이이노베이션 주식회사 리튬 이차 전지
JP6838521B2 (ja) * 2017-08-10 2021-03-03 トヨタ自動車株式会社 全固体電池および負極
CN113228351B (zh) * 2019-01-04 2024-12-27 株式会社力森诺科 锂离子二次电池用负极材、锂离子二次电池用负极及锂离子二次电池
WO2022158526A1 (ja) * 2021-01-20 2022-07-28 三菱ケミカル株式会社 フィルム状グラファイト、その製造方法及びそれを用いた電池
US20230322572A1 (en) * 2022-04-11 2023-10-12 Sila Nanotechnologies, Inc. Fabrication of porous aluminum and its transformation to aluminum-based nanowires and aerogels

Also Published As

Publication number Publication date
EP3890061A4 (en) 2021-12-29
KR20200088237A (ko) 2020-07-22
KR102466851B1 (ko) 2022-11-16
EP3890061A1 (en) 2021-10-06
CN113614950A (zh) 2021-11-05
PL3890061T3 (pl) 2025-12-15
WO2020149622A1 (ko) 2020-07-23
EP3890061B1 (en) 2025-10-01
US12080873B2 (en) 2024-09-03
CN113614950B (zh) 2025-02-14
HUE073410T2 (hu) 2026-01-28
US20220077451A1 (en) 2022-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES3050100T3 (en) Anode and secondary battery comprising said anode
ES2986090T3 (es) Material activo de electrodo negativo, método de preparación del mismo, electrodo negativo que incluye el material activo de electrodo negativo, y batería secundaria que incluye el electrodo negativo
KR102264739B1 (ko) 음극 활물질 및 이의 제조 방법, 상기 음극 활물질을 포함하는 음극 및 리튬 이차전지
US12034165B2 (en) Negative electrode active material, negative electrode including negative electrode active material, and secondary battery including negative electrode
US11322734B2 (en) Negative electrode active material, negative electrode comprising the negative electrode active material, and secondary battery comprising the negative electrode
JP6138960B2 (ja) 負極活物質及びこの製造方法
CN108352505B (zh) 负极和包含其的二次电池
ES2943089T3 (es) Material activo de electrodo negativo, electrodo negativo que incluye el mismo, y batería secundaria que incluye el electrodo negativo
ES2986501T3 (es) Material activo de electrodo negativo para batería secundaria de litio, y electrodo negativo y batería secundaria de litio que incluyen el mismo
KR20150032015A (ko) 다공성 실리콘계 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
US11894558B2 (en) Positive electrode active material, method of preparing the same, positive electrode including the positive electrode active material, and secondary battery including the positive electrode
KR101656552B1 (ko) 다공성 실리콘계 음극 활물질, 이의 제조 방법
KR20170109293A (ko) 음극 및 이를 포함하는 이차 전지
CN113646927B (zh) 负极和包含所述负极的二次电池
ES3040122T3 (en) Negative electrode active material, negative electrode including the negative electrode active material, and secondary battery including the negative electrode
KR102285979B1 (ko) 음극 활물질, 상기 음극 활물질을 포함하는 음극, 및 상기 음극을 포함하는 이차 전지
US20240194885A1 (en) Negative electrode and secondary battery including the same
CN111480252A (zh) 制备用于锂二次电池的负极的方法
ES3041797T3 (en) Negative electrode and secondary battery comprising the negative electrode
ES3036235T3 (en) Negative electrode and secondary battery including same
EP4340060A1 (en) Anode composition, anode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery comprising anode
CN118575300A (zh) 负极组合物、包含其的锂二次电池用负极和包含负极的锂二次电池
US20240234690A9 (en) Negative electrode composition, method for preparing same, negative electrode and lithium secondary battery comprising same
EP4641684A1 (en) Anode composition, anode for lithium secondary battery, comprising same, lithium secondary battery, and method for preparing anode composition
KR20250011081A (ko) 음극 활물질, 음극 조성물, 이를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 및 음극을 포함하는 리튬 이차 전지