ES3050690T3 - Swelling tape for secondary battery and cylindrical secondary battery comprising same - Google Patents

Swelling tape for secondary battery and cylindrical secondary battery comprising same

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ES3050690T3 ES21785670T ES21785670T ES3050690T3 ES 3050690 T3 ES3050690 T3 ES 3050690T3 ES 21785670 T ES21785670 T ES 21785670T ES 21785670 T ES21785670 T ES 21785670T ES 3050690 T3 ES3050690 T3 ES 3050690T3
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Duk Hyun Ryu
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Abstract

La presente invención se refiere a una cinta hinchable, a un conjunto de electrodos que tiene la cinta hinchable unida a su superficie circunferencial exterior y a una batería secundaria que lo comprende, comprendiendo la cinta hinchable una capa de sustrato y una capa hinchable adhesiva, en donde la capa hinchable adhesiva comprende un aglutinante autocurativo acuoso. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0003] Cinta expansiva para batería secundaria y batería secundaria cilindrica que comprende la misma
[0005] Campo técnico
[0007] La presente invención se refiere a una cinta expansiva para una batería secundaria y una batería secundaria de tipo cilíndrico que incluye la misma.
[0009] Antecedentes de la técnica
[0011] Existe la necesidad de desarrollar tecnología para almacenar y utilizar de manera eficiente la energía eléctrica a medida que se desarrollan dispositivos de TI personales y redes informáticas con el desarrollo de la sociedad de la información y el aumento de la dependencia de la sociedad en su conjunto de la energía eléctrica.
[0013] Entre las tecnologías desarrolladas para este propósito, una tecnología basada en baterías secundarias es la tecnología más adecuada para diversas aplicaciones, y entre estas tecnologías de baterías secundarias, las baterías secundarias de litio que presentan la densidad de energía teóricamente más alta están centrando el interés.
[0015] Una batería secundaria de litio presenta una tensión de funcionamiento de aproximadamente 3, 6 V, en la que, dado que presenta una capacidad de aproximadamente tres veces la de una batería de níquel-cadmio o una batería de níquel-hidrógeno, que se utiliza frecuentemente como fuente de energía para equipos electrónicos, y presenta una alta densidad de energía por unidad de peso, existe una tendencia a que el grado de utilización de la batería secundaria de litio se incremente rápidamente.
[0017] Una batería secundaria de litio está compuesta por un ensamblaje de electrodos, en el que una placa de electrodo positivo recubierta con un material activo de electrodo positivo y una placa de electrodo negativo recubierta con un material activo de electrodo negativo están dispuestas con un separador dispuesto entre ellas, un electrolito y una carcasa que los sella y aloja
[0018] juntos.
[0020] La batería secundaria de litio puede clasificarse en una batería secundaria tipo contenedor metálico y una batería secundaria tipo bolsa según la forma de la carcasa de la batería. La batería secundaria tipo contenedor metálico puede clasificarse además en baterías secundarias tipo cilíndrico y baterías secundarias tipo prismático según la forma del contenedor metálico, y puede prepararse mediante el alojamiento de un ensamblaje de electrodos tipo «rollo de gelatina», en el que un electrodo positivo, un separador y un electrodo negativo están enrollados dentro del contenedor metálico. La batería secundaria tipo bolsa se puede preparar mediante la introducción de un ensamblaje de electrodos tipo apilado, en el que se apilan secuencialmente una pluralidad de electrodos positivos, separadores y electrodos negativos, en una bolsa compuesta por una hoja laminada de aluminio, y sellando después la bolsa.
[0022] Debido a que la batería secundaria de litio puede estar alojada en aparatos que son frecuentemente móviles y que están sometidos a fuertes vibraciones, tales como los automóviles, se requieren propiedades de portabilidad y resistencia a vibraciones fuertes.
[0024] Sin embargo, con respecto a la batería secundaria cilíndrica, debido a que el ensamblaje de electrodos se forma en un tamaño más pequeño que el de una carcasa de batería cilíndrica (contenedor metálico) con el fin de alojar el ensamblaje de electrodos dentro de la carcasa de batería cilíndrica, se forma un espacio entre el ensamblaje de electrodos y una pared interna de la carcasa de la batería. Este espacio hace que el ensamblaje de electrodos se mueva hacia arriba y hacia abajo, o hacia la izquierda y la derecha, dentro de la carcasa de la batería cuando se aplican vibraciones o impacto desde el exterior debido a una caída o similar.
[0026] El movimiento del ensamblaje de electrodos puede incrementar la resistencia interna de la batería o puede causar un fenómeno de insensibilidad de potencia de la batería secundaria debido al corte de una pestaña conectada entre el ensamblaje de electrodos y el conjunto de tapa. Además, debido a que una parte de sellado puede resultar dañada o separada al aplicar un impacto en el conjunto de la tapa acoplado a una abertura en el extremo superior de la batería secundaria, puede ocurrir un problema de fuga del electrolito en la batería secundaria. Con el fin de evitar el movimiento del ensamblaje de electrodos, se ha aplicado recientemente un método que utiliza una cinta especial, tal como una cinta expansiva.
[0028] Tal como se ilustra en la FIG. 1, si se inyecta un electrolito después de que una cinta expansiva compuesta por una capa adhesiva 110 y una capa expansiva 120 se adhiere a una superficie perimetral exterior de un ensamblaje de electrodos de tipo rollo de gelatina 100, en el que un electrodo positivo, un separador y un electrodo negativo están enrollados, y todo ello está alojado dentro de una batería cilíndrica, la capa expansiva se expande y llena un hueco existente entre el ensamblaje de electrodos y la carcasa de la batería, y de esta manera, se puede prevenir el movimiento del ensamblaje de electrodos.
[0029] Se está utilizando una resina de uretano, tal como el poliuretano termoplástico (TPU) convencional o el uretano curable, como capa expansiva. Sin embargo, con respecto a la resina de poliuretano, debido a que la resistencia al calor y al fuego son reducidas y transmiten fácilmente vibraciones o impactos al ensamblaje de electrodos, existe la desventaja de que es vulnerable a la prevención de vibraciones o impactos en la batería.
[0030] Por lo tanto, es necesario desarrollar una nueva cinta expansiva que pueda prevenir eficazmente el movimiento del ensamblaje de electrodos incluso con vibraciones o impactos fuertes.
[0031] El documento n.° KR 2020 0017291 A divulga una batería que comprende una bolsa; un ensamblaje de electrodos alojado en la bolsa mientras un sustrato de electrodo positivo, un sustrato de electrodo negativo dispuesto bajo el sustrato de electrodo positivo, y un separador dispuesto entre el sustrato de electrodo positivo y el sustrato de electrodo negativo están enrollados juntos; un primer elemento adhesivo para fijar al menos una parte de un extremo del ensamblaje de electrodos a la superficie exterior sobre el que el ensamblaje de electrodos está enrollado; y un segundo elemento adhesivo fijado entre el ensamblaje de electrodos y la bolsa en una zona diferente de la zona en donde se dispone el primer elemento adhesivo.
[0032] El documento n.° KR 20190066410 A divulga una batería secundaria que incluye una carcasa que presenta un espacio en su interior; un ensamblaje de electrodos que se inserta en la carcasa con electrolito; una cinta preventiva de flujo que circunda al menos una parte del ensamblaje de electrodos y se expande en volumen al reaccionar con el electrolito, y una placa de tapa que sella una carcasa al combinarse con la parte superior de la carcasa. En la batería secundaria, la cinta preventiva de flujo incluye al menos dos capas de capas preventivas de flujo que se expanden en volumen al reaccionar con el electrolito, en donde las tasas de expansión de las dos capas preventivas de flujo son diferentes.
[0033] El documento n.° JP 2006 202577 A divulga una batería que presenta una estructura laminada compuesta por una lámina de metal, un adhesivo que contiene quitosano o un derivado del mismo, y una película de polímero. La estructura laminada resulta adecuada para un material envolvente para la batería de electrolito no acuoso.
[0034] Exposición de la invención
[0035] Problema técnico
[0036] Un aspecto de la presente invención proporciona una cinta expansiva para una batería secundaria que puede prevenir eficazmente el movimiento de un ensamblaje de electrodos en una batería.
[0037] Otro aspecto de la presente invención proporciona un ensamblaje de electrodos, en el que la cinta expansiva para una batería secundaria está adherida a una superficie perimetral exterior del ensamblaje de electrodos, y una batería secundaria de tipo cilíndrico que incluye la misma.
[0038] Solución técnica
[0039] Según un aspecto de la presente invención, se proporciona una cinta expansiva para una batería secundaria que incluye: una capa base y una capa expansiva adhesiva, en donde la capa expansiva adhesiva contiene un aglutinante autorreparable de base acuosa y el aglutinante autorreparable de base acuosa comprende alginato.
[0040] La cinta expansiva para una batería secundaria puede incluir, además, al menos una capa seleccionada de una capa adhesiva y una capa de recubrimiento posterior.
[0041] Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona un ensamblaje de electrodos en el que la cinta expansiva para una batería secundaria está adherida a una superficie perimetral externa del ensamblaje de electrodos.
[0042] Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona una batería secundaria de tipo cilíndrico que incluye: el ensamblaje de electrodos, un electrolito y una carcasa de batería cilíndrica que aloja el ensamblaje de electrodos y el electrolito.
[0043] Efectos ventajosos
[0044] Debido a que una cinta expansiva de la presente invención incluye una capa expansiva adhesiva que contiene un aglutinante autorreparable de base acuosa en al menos una superficie de ambas superficies de una capa base, evita el desenrollado de un ensamblaje de electrodos en un estado enrollado y simultáneamente llena un espacio entre el ensamblaje de electrodos y una pared interior de una carcasa de batería a bajo coste, y, de esta manera, puede evitar eficazmente el movimiento del ensamblaje de electrodos. De acuerdo con lo anteriormente expuesto, puede evitar que una batería secundaria se dañe, se incendie y explote debido a un cortocircuito causado por la deformación del ensamblaje de electrodos, y también puede evitar la fuga de electrolito debido a daños en una parte de acoplamiento de un conjunto de tapa. Como resultado, se puede conseguir una batería secundaria con alta estabilidad y una tasa de incremento de la resistencia y un fenómeno de insensibilidad a la potencia efectivamente mejorados.
[0045] Breve descripción de los dibujos
[0046] Los siguientes dibujos adjuntos a la especificación ilustran ejemplos preferentes de la presente invención a modo de ejemplo, y sirven para permitir que los conceptos técnicos de la presente invención se comprendan mejor junto con la descripción detallada de la invención proporcionada posteriormente, y por lo tanto la presente invención no debe interpretarse solo a partir de lo que aparece en dichos dibujos.
[0047] La FIG. 1 es una vista esquemática de la utilización de una cinta expansiva en un ensamblaje convencional de electrodos de tipo rollo de gelatina.
[0048] La FIG. 2 son vistas en sección transversal de cintas expansivas según las realizaciones de la presente invención, y
[0049] la FIG. 3 es una vista esquemática que ilustra a modo de ejemplo un procedimiento en el que la cinta expansiva se conforma en una forma tridimensional durante un procedimiento de preparación de una batería secundaria según una realización de la presente invención.
[0050] Descripción de los símbolos
[0051] 100, 330: Ensamblaje de electrodos
[0052] 110, 201: Capa adhesiva
[0053] 120: Capa expansiva
[0054] 200: Cinta expansiva
[0055] 202: Capa base
[0056] 203: Capa de recubrimiento posterior
[0057] 220, 220(a), 220(b): Capa expansiva adhesiva que contiene aglutinante autorreparable de base acuosa 300: Batería secundaria tipo cilíndrico
[0058] 310(a):Cinta expansiva
[0059] 310(b): Cinta expansiva hinchada
[0060] 320: Carcasa de batería cilíndrica (lata cilíndrica)
[0061] Modo para llevar a cabo la invención
[0062] A continuación, se describirán en detalle diversos ejemplos de la presente invención en referencia a los dibujos adjuntos, de tal manera que pueda ser llevada a cabo fácilmente por un experto habitual en la materia a la que se refiere la presente invención. Sin embargo, la presente invención puede realizarse en muchas formas diferentes y no debe interpretarse como limitada a las ejemplos proporcionados en la presente memoria.
[0063] La expresión «cinta expansiva» en la presente especificación puede referirse a una cinta que se encuentra en un espacio entre dos objetos separados entre sí para llenar el espacio y desempeñar un papel en la capacidad de fijar los dos objetos entre sí, en caso necesario. En un ejemplo, en un estado en el que la cinta expansiva está adherida a cualquiera de los dos objetos a través de una capa adhesiva, la cinta expansiva se refiere a una cinta que puede conseguir una forma tridimensional capaz de llenar el espacio mediante un equilibrio mutuo entre una fuerza generada por la expansión de una capa expansiva y una fuerza de fijación de la capa adhesiva.
[0064] Cinta expansiva
[0065] Una cinta expansiva según la presente invención incluye una capa base y una capa expansiva adhesiva, en donde la capa expansiva adhesiva contiene un aglutinante autorreparable de base acuosa y el aglutinante autorreparable de base acuosa comprende alginato.
[0066] (1) Capa base
[0067] La capa base es una capa en forma de película o lámina que presenta propiedades de deformación (expansión) cuando está en contacto con un fluido, tal como un líquido, tal como un electrolito, en donde puede presentar una forma, tal como una forma circular, triangular o amorfa, además de una forma cuadrada.
[0068] Diversas capas base utilizadas normalmente en una cinta expansiva convencional pueden utilizarse, aunque sin limitación, como la capa base, y la capa base puede incluir específicamente al menos un material polimérico seleccionado de poliacrilato, poliuretano termoplástico (TPU) cloruro de polivinilo, tereftalato de polietileno, polietileno, polipropileno, poliamida, policarbonato, poliimida y poliestireno, y puede incluir preferentemente al menos uno seleccionado del grupo que consiste en poliuretano y poliestireno.
[0070] El grosor de la capa base puede seleccionarse considerando la forma tridimensional a conseguir o el tamaño del espacio a llenar, y la capa base puede formarse específicamente con un grosor de 10 jm a 40 |jm, por ejemplo, de 20 |jm a 40 jm .
[0072] (2) Capa expansiva adhesiva
[0074] La capa expansiva adhesiva de la presente invención es una capa capaz de llenar el espacio entre el ensamblaje de electrodos y una carcasa de batería mediante hinchado cuando se impregna el electrolito o se aplica calor, en donde puede alcanzar una tasa de incremento de volumen máxima del 100% o mayor.
[0076] Un aglutinante autorreparable de base acuosa con una temperatura de transición vitrea de -50°C a -30°C puede incluirse como componente de la capa expansiva adhesiva.
[0078] El aglutinante autorreparable de base acuosa es un polímero que presenta la propiedad de hincharse (expandirse) mediante el contacto con un solvente orgánico contenido en el electrolito, o mediante hinchado por calor, etc., en el que se incluye alginato.
[0080] Debido que el alginato, como polímero de muy alto peso molecular, presenta una excelente capacidad de autorrecuperación, presenta un excelente efecto de relleno del espacio interno durante el impacto en el caso de que se utilice en la cinta expansiva, y de esta manera, puede suprimir eficazmente el movimiento del ensamblaje de electrodos. Además, debido a que presenta un componente aniónico fuerte en una cadena lateral, resulta ventajoso porque las características de funcionamiento de la batería pueden expresarse incluso bajo un campo eléctrico mediante facilitación del movimiento de iones en el electrolito. El alginato se refiere específicamente al alginato sódico y, además, se puede utilizar alginato de etil-lauroílo o alginato de propilenglicol.
[0082] En la presente invención, debido a que se puede garantizar una alta adhesividad mediante la utilización del aglutinante autorreparable de base acuosa en la cinta expansiva, se puede omitir la utilización de un adhesivo adicional, tal como un adhesivo sensible a la presión acrílico (PSA, por sus siglas en inglés), y el espacio entre el ensamblaje de electrodos y la carcasa de la batería puede llenarse completamente por las propiedades físicas expansivas debido al calor o al impacto. De esta manera, debido a que el movimiento del ensamblaje de electrodos puede evitarse incluso cuando se aplica vibración o impacto desde el exterior debido a una caída de la batería, se puede conseguir una batería secundaria estable con mayor resistencia al impacto.
[0084] La capa expansiva adhesiva puede formarse sobre al menos una superficie de ambas superficies de la capa base.
[0085] Después de disolver el aglutinante autorreparable de base acuosa en agua para preparar una composición de aglutinante, se puede preparar la capa expansiva adhesivo mediante recubrimiento de la capa base con la composición de aglutinante y secando la capa base recubierta.
[0087] La capa expansiva adhesiva puede formarse a un grosor de aproximadamente 10% a 50%, por ejemplo de 10% a 30% del grosor total de la capa base. En el caso de que el grosor de la capa expansiva adhesiva satisfaga el intervalo anteriormente mencionado, el espacio entre el ensamblaje de electrodos (tipo rollo de gelatina) y la carcasa de la batería puede llenarse para proporcionar una batería que es resistente a un impacto externo, tal como vibraciones. Es decir, en el caso de que el grosor de la capa expansiva adhesiva sea de aproximadamente 10% o superior con respecto al grosor total de la capa base, se puede conseguir el objetivo de evitar el movimiento del ensamblaje de electrodos mediante el llenado suficiente del espacio. En el caso de que el grosor de la capa expansiva adhesiva sea mayor que aproximadamente el 50% del grosor total de la capa base, debido a que el diámetro exterior del ensamblaje de electrodos (J/R) se incrementa debido a un incremento del grosor de la cinta expansiva, se produce una deformación de la batería debido a la expansión del ensamblaje de electrodos durante una operación de ciclo, y de esta manera, podría verse degradado el rendimiento de la celda. La capa expansiva adhesiva puede formarse en una superficie comprendida entre 50% y 99% por ejemplo, 70% a 95% del área total de una superficie de la capa base.
[0089] En el caso de que la superficie de la capa expansiva adhesiva satisfaga el intervalo anteriormente mencionado, se puede conseguir una resistencia a las vibraciones eficaz respecto a los costes. Si, en el caso de que la superficie de la capa expansiva adhesiva sea mayor del 99% de la superficie total de la capa base, no resulta económicamente favorable, y, en el caso de que la superficie de la capa expansiva adhesiva sea menor del 50%, debido que la superficie de la capa expansiva adhesiva es excesivamente pequeña, el efecto de prevención del movimiento del ensamblaje de electrodos puede ser insignificante.
[0091] La cinta expansiva de la presente invención puede incluir, además, al menos una capa seleccionada de una capa adhesiva y una capa de recubrimiento posterior, que se describirán posteriormente, en caso necesario, para mejorar adicionalmente los efectos de adhesión e hinchado.
[0092] (3) Capa adhesiva
[0094] La capa adhesiva es una capa añadida para mejorar adicionalmente la adhesión de la cinta expansiva al ensamblaje de electrodos, en donde puede estar diseñada para conseguir una fuerza adhesiva adecuada, en otras palabras, una fuerza de despegue adecuada, al ensamblaje de electrodos.
[0096] La fuerza de despegue de la capa adhesiva puede modificarse según el tamaño de la forma tridimensional que se desee conseguir o el espacio que se deba llenar, en donde un límite inferior puede ser qf/25 mm o mayor, 200 gf/25 mm o mayor, 400 gf/25 mm o mayor, 600 gf/25 mm o mayor, 800 gf/25 mm o mayor, 1.000 gf/25 mm o mayor, 1.200 gf/25 mm o mayor, 1.400 gf/25 mm o mayor, 1.600 gf/25 mm o mayor, o 1.800 gf/25 mm o mayor. Además, el límite superior de la fuerza de despegue de la capa adhesiva no está particularmente limitado siempre que presente un intervalo general, pero puede ser de aproximadamente 5.000 gf/25 mm o menor, en donde 1 gf=0,0098 N.
[0098] La fuerza de despegue es una fuerza de despegue medida a temperatura ambiente, y es un resultado medido a una tasa de despegue de 5 mm/s y un ángulo de pelado de 180°. La «temperatura ambiente» es una temperatura natural que no está calentada ni enfriada, en donde, por ejemplo, puede significar una temperatura de aproximadamente 10°C a aproximadamente 30°C, particularmente de aproximadamente 20°C a aproximadamente 30°C, y más particularmente de aproximadamente 25°C.
[0100] En el caso de que la fuerza de despegue de la capa adhesiva sea mayor que el intervalo anteriormente indicado, puede resultar difícil conseguir la forma tridimensional mediante la supresión en exceso de la deformación de la capa expansiva. Además, en el caso de que la fuerza de despegue de la capa adhesiva sea menor que el intervalo mencionado, el efecto de conseguir adhesividad con seguridad al expandir la cinta expansiva puede ser insignificante.
[0101] La capa adhesiva puede incluir un polímero acrílico con un peso molecular medio en peso (Mw, por sus siglas en inglés) de 400.000 o mayor. Específicamente, el polímero acrílico puede incluir un polímero en una forma en la que se polimeriza un monómero de éster de ácido (meta)acrílico y un monómero copolimerizable que presenta un grupo funcional reticulable. En este caso, la proporción en peso de cada monómero no se encuentra particularmente limitada y puede diseñarse adecuadamente considerando una fuerza de despegue deseada.
[0103] Se puede utilizar un (meta)acrilato de alquilo que presente un grupo alquilo de 1 a 15 átomos de carbono como monómero de éster de ácido (meta)acrílico, considerando la cohesión del adhesivo, la temperatura de transición vítrea o la adhesividad. Como monómero, se puede proporcionar como ejemplo uno tal como (meta)acrilato de metilo, (meta)acrilato de etilo, (meta)acrilato de n-propilo, isopropil(meta)acrilato, (meta)acrilato de n-butilo, (meta)acrilato de t-butilo, (meta)acrilato de sec-butilo, (meta)acrilato de pentilo, (meta)acrilato de 2-etilhexilo, (meta)acrilato de 2-etilbutilo, (meta)acrilato de n-octilo, (meta)acrilato de isooctilo, (meta)acrilato de isononilo, (meta)acrilato de laurilo y (meta)acrilato de tetradecilo, o dos o más de los mismos, aunque la presente invención no se encuentra limitada a los mismos.
[0105] El monómero copolimerizable que presenta un grupo funcional reticulable puede incluir un monómero que puede ser copolimerizado con el monómero éster de ácido (meta)acrílico
[0107] mediante reticulación y puede proporcionar un punto de reticulación capaz de reaccionar con un agente reticulante multifuncional en una cadena principal del polímero después de la copolimerización. El grupo funcional reticulable puede ser un grupo hidroxi, un grupo carboxilo, un grupo isocianato, un grupo glicidilo o un grupo amida y, en algunos casos, puede ser un grupo funcional fotorreticulable, tal como un grupo acriloílo o un grupo metacriloílo. Pueden ser ejemplos típicos del monómero copolimerizable que presenta un grupo funcional reticulable, monómeros que presentan un grupo hidroxi, tal como (meta)acrilato de 2-hidroxietilo, (meta)acrilato de 2-hidroxipropilo, (meta)acrilato de 4-hidroxibutilo, (meta)acrilato de 6-hidroxihexilo, (meta)acrilato de 8-hidroxioctilp, (meta)acrilato de 2-hidroxietilenglicol, o (meta)acrilato de 2-hidroxipropilenglicol; monómeros que presentan un grupo carboxilo, tales como ácido (meta)acrílico, ácido 2-(meta)acriloiloxiacético, ácido 3(meta)acriloiloxipropílico, ácido 4-(meta)acriloiloxibutílico, ácido acrílico dúplex, ácido itacónico, ácido maleico y anhídrido maleico; (meta)acrilato de glicidilo, (meta)acrilamida, N-vinilpirrolidona, o N-vinilcaprolactamo, aunque la presente invención no se encuentra limitada a los mismos. Al menos uno de dichos monómeros puede incluirse en el polímero.
[0109] La capa adhesiva puede formarse con un grosor de 5 pm a 20 pm, por ejemplo, de 10 pm a 20 pm. Si el grosor de la capa adhesiva es mayor de 20 pm, debido a que el diámetro exterior (volumen) del ensamblaje de electrodos tipo rollo de gelatina se incrementa para reducir la dispersabilidad del electrolito debido a problemas de productividad y una disminución del espacio en la celda, la seguridad y el rendimiento general de la batería secundaria pueden verse degradados.
[0111] La capa adhesiva puede formarse i) entre la capa base y la capa expansiva adhesiva, o puede formarse ii) en al menos una superficie seleccionada de la capa base y la capa expansiva adhesiva con el fin de garantizar una adhesividad más mejorada.
[0112] (4) Capa de recubrimiento posterior
[0114] La capa de recubrimiento posterior es una capa añadida para mejorar adicionalmente el efecto de relleno de espacios, en donde puede estar formada por un material adhesivo termoendurecible que se expande a la vez que la orientación se reduce parcialmente por contacto e impregnación con el electrolito, o muestra adhesividad cuando se aplica calor en un nivel predeterminado o superior.
[0116] Específicamente, la capa de recubrimiento posterior puede incluir un único material seleccionado del grupo que consiste en poliimida, tereftalato de polibutileno (PBT), poliamidaimida (PAI), perfluoroalcoxi (PFA), polisulfona (PSF), poliarilsulfona (PAS), politetrafluoroetileno (PTFE), etileno-propileno fluorado (FEP), etileno-tetrafluoroetileno (ETFE), y naftalato de polietileno (PEN) o una mezcla de dos o más de los mismos (todas las siglas son en inglés).
[0118] Con respecto a la capa de recubrimiento posterior, debido a que la adhesividad se expresa por calor, la adhesividad no se expresa cuando el ensamblaje de electrodos, al que se adhiere la cinta expansiva utilizando la capa de recubrimiento posterior, se inserta en una carcasa de batería, y de esta manera, el ensamblaje de electrodos puede ser fácilmente alojado.
[0120] Posteriormente, cuando se inyecta un electrolito en la carcasa de la batería, puede llenarse el espacio a la vez que se expande la capa de recubrimiento posterior. Además, si se lleva a cabo un proceso de aplicación de calor en un procedimiento de preparación de la batería secundaria, debido a que se expresa la adhesividad de la capa de recubrimiento posterior, el movimiento del ensamblaje de electrodos puede mejorarse más eficazmente a la vez que se mejora la adhesión de la cinta expansiva. En este caso, el proceso de aplicación de calor puede ser un proceso de envejecimiento realizado durante un procedimiento de preparación de batería secundaria convencional, o se puede añadir un procedimiento adicional separado.
[0122] La capa de recubrimiento posterior puede formarse i) entre la capa base y la capa expansiva adhesiva, o puede formarse ii) sobre la capa expansiva adhesiva con el fin de garantizar una adhesividad más mejorada, en donde la capa adhesiva y la capa de recubrimiento posterior se forman sobre una superficie y la otra superficie de la capa base, respectivamente.
[0124] Resulta deseable que la cinta expansiva de la presente invención se forme con un grosor total de 200 pm o menor, particularmente de 20 pm a 200 pm, y más particularmente de 20 pm a 150 pm, por ejemplo, de 40 pm a 120 pm. Si, en el caso de que el grosor de la cinta expansiva sea inferior a 20 pm, debido a que resulta difícil garantizar un grosor suficiente ni siquiera con calor o con el contacto con el electrolito, puede resultar difícil garantizar el efecto de evitar el movimiento del ensamblaje de electrodos. Además, en el caso de que el grosor de la cinta expansiva sea mayor de 200 pm, debido a que el alojamiento del ensamblaje de electrodos en la carcasa de la batería no solo no resulta fácil, sino que también se reduce el espacio entre la carcasa de la batería y el ensamblaje de electrodos para reducir la dispersabilidad del electrolito y reducir la cantidad de electrolito inyectada en esa medida, existe la desventaja de que resulta difícil garantizar la capacidad de la batería secundaria.
[0126] La cinta expansiva de la presente invención puede prepararse en diversas estructuras que incluyen la capa base y la capa expansiva adhesiva, así como selectivamente la capa adhesiva y/o la capa de recubrimiento posterior. Específicamente, la FIG. 2 ilustra esquemáticamente ejemplos de diversas configuraciones de las cintas expansivas según realizaciones de la presente invención, respectivamente.
[0128] Es decir, tal como se ilustra en la FIG. 2 a, una cinta expansiva 200 de la presente invención según una realización puede incluir una capa base 202 y una capa expansiva adhesiva 220 formada sobre una superficie de la capa base.
[0129] Además, tal como se ilustra en la FIG. 2b, una cinta expansiva 200 de la presente invención según una realización puede incluir capas de hinchado adhesivas 220(a) y 220(b) formadas sobre ambas superficies de la capa base 202.
[0130] Además, tal como se ilustra en la FIG. 2c, una cinta expansiva 200 de la presente invención según una realización puede incluir una capa adhesiva 201, la capa base 202, una capa de recubrimiento posterior 203, y la capa expansiva adhesiva 220, en donde la capa de recubrimiento posterior 203 puede estar formada entre la capa base 202 y la capa expansiva adhesiva 220.
[0132] Ensamblaje de electrodos en el que la cinta expansiva está adherida a la superficie perimetral exterior
[0134] A continuación, se describirá un ensamblaje de electrodos, en el que la cinta expansiva para una batería secundaria según la presente invención está adherida a una superficie perimetral exterior de la misma.
[0136] (1) Cinta expansiva para batería secundaria
[0137] Debido a que la configuración de la cinta expansiva para una batería secundaria ha sido descrita anteriormente, se omitirá una descripción de la misma y, a continuación en el presente documento, se describirá una forma de la cinta expansiva adherida a la superficie perimetral exterior del ensamblaje de electrodos.
[0139] La cinta expansiva de la presente invención puede disponerse sobre la superficie perimetral exterior del ensamblaje de electrodos enrollados para mantener la forma del ensamblaje de electrodos, y puede disponerse simultáneamente entre la superficie perimetral exterior del ensamblaje de electrodos y una superficie interior de la carcasa de la batería para evitar el movimiento del ensamblaje de electrodos en la carcasa de la batería.
[0141] Específicamente, la cinta expansiva de la presente invención puede adherirse para rodear toda la altura de la superficie perimetral exterior del ensamblaje de electrodos, y,
[0143] más preferentemente, puede unirse a una porción que excluye las porciones de una porción de extremo superior y una porción de extremo inferior de la superficie perimetral externa del ensamblaje de electrodos.
[0145] La porción de extremo superior del ensamblaje de electrodos es una porción que actúa como un espacio a través del cual el electrolito puede permear entre la carcasa de la batería y el ensamblaje de electrodos, y la porción de extremo inferior es una porción en la que el electrolito inyectado en el fondo de la carcasa de la batería está en contacto con el ensamblaje de electrodos. De esta manera, en consideración de la impregnabilidad del electrolito impregnado en el ensamblaje de electrodos, resulta deseable que la cinta expansiva no esté fijada a las porciones de la porción de extremo superior y la porción de extremo inferior del ensamblaje de electrodos.
[0147] Además, la cinta expansiva puede enrollarse y fijarse para cubrir toda la longitud de la superficie perimetral exterior del ensamblaje de electrodos y, con el fin de evitar el movimiento del ensamblaje de electrodos, resulta deseable fijar la cinta expansiva mediante envoltura de la cinta expansiva una o más veces dentro de un intervalo que cubra toda la longitud de la superficie perimetral exterior del ensamblaje de electrodos. La longitud y el grosor de la cinta expansiva de la presente invención no están necesariamente limitados debido a que pueden deformarse de manera variable según las especificaciones de la batería, aunque, por ejemplo, la longitud del eje menor (anchura) de la cinta expansiva puede ser la misma que la altura (longitud) del ensamblaje de electrodos que se describirá posteriormente, o puede ser menor o mayor en aproximadamente 1% a 10% o menos, en donde resulta lo más deseable que sea menor en aproximadamente 10% o menos. Si, en el caso de que la longitud del eje menor (anchura) de la cinta expansiva sea menor en 10% o más en función de la altura (longitud) del ensamblaje de electrodos que se describirá posteriormente, existe la desventaja de que el efecto de prevenir el movimiento del ensamblaje de electrodos puede no conseguirse suficientemente. Además, en el caso de que la longitud del eje menor (anchura) de la cinta expansiva sea mayor en 1% o más en función de la altura (longitud) del ensamblaje de electrodos que se describirá posteriormente, debido a que la cinta expansiva se adhiere a las porciones de la porción de extremo superior y la porción de extremo inferior del ensamblaje de electrodos, existe la desventaja de que se reduce la impregnabilidad del electrolito.
[0149] (2) Ensamblaje de electrodos
[0151] A continuación, se describe el ensamblaje de electrodos.
[0153] El ensamblaje de electrodos según la presente invención incluye un electrodo positivo, un electrodo negativo y un separador (no mostrado) dispuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo para aislarlos eléctricamente, y, en este caso, el electrodo positivo, el separador y el electrodo negativo pueden enrollarse juntos y conformarse en una forma de rollo de gelatina.
[0155] i) Electrodo positivo
[0157] El electrodo positivo que constituye el ensamblaje de electrodos según la presente invención puede incluir una capa de material activo de electrodo positivo que incluye un material activo de electrodo positivo y, si es necesario, la capa de material activo de electrodo positivo puede incluir, además, un agente conductor y/o un aglutinante.
[0159] El material activo del electrodo positivo puede incluir un óxido de metal litio que incluye litio y al menos un metal tal como cobalto, manganeso, níquel o aluminio. Específicamente, el óxido de metal litio puede incluir óxido de litiomanganeso (p. ej., LiMnO2, LiMn2O4, etc.), óxido de litio-cobalto (p. ej., LiCoO2, etc.), óxido de litio-níquel (p. ej., LiNiO2, etc.), óxido de litio-níquel-manganeso (p. ej., LiNi1-YMnYO2 (en donde 0<Y<1), LiMn2-zNizO4 (en donde 0<Z<2)), óxido de litio-níquel-cobalto (p. ej., LiNii-YiCoYiO2 (en donde 0<Yi<1)), óxido de litio-manganeso-cobalto (p. ej., LiCoi-Y2MnY2O2 (en donde 0<Y2<1), LiMn2-ziCoziO4 (en donde 0<Zi<2)), óxido de litio-níquel-manganeso-cobalto (p. ej., Li(NipCoqMnri)O2 (en donde 0<p<1, 0<q<1, 0<ri<1, y p+q+ri=1) o Li(NipiCoqiMnr2)O4 (en donde 0<pi<2, 0<qi<2, 0<r2<2, y pi+qi+r2)), u óxido de litio-níquel-cobalto-metal de transición (M) (p. ej., Li(Nip2Coq2Mnr3Ms2)O2 (en donde M se selecciona del grupo que consiste en aluminio (Al), hierro (Fe), vanadio (V), cromo (Cr), titanio (Ti), tántalo (Ta), magnesio (Mg) y molibdeno (Mo), y p2, q2, r3 y s2 son fracciones atómicas de cada elemento independiente, en donde 0<q2<1, 0<r3<1, 0<s2<1, y p2+q2+0+s2=1)), y cualquiera de los mismos o una mezcla de dos o más de los mismos puede estar incluido.
[0160] El material activo del electrodo positivo puede incluirse en una cantidad de 90% en peso a 99% en peso, por ejemplo, de 93% en peso a 98% en peso, respecto al peso total del contenido sólido en la capa de material activo del electrodo positivo.
[0162] El agente conductor no se encuentra particularmente limitado siempre que presente conductividad sin causar cambios químicos adversos en la batería y, por ejemplo, se pueda utilizar un material conductor, tal como: polvo de carbono, tal como negro de humo, negro de acetileno, negro de Ketjen, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara o negro térmico; polvo de grafito, tal como grafito natural con una estructura cristalina bien desarrollada, grafito artificial o grafito; fibras conductoras, tales como fibras de carbono o fibras metálicas; polvo metálico, tal como polvo de fluorocarburo, polvo de aluminio y polvo de níquel; cristales conductores, tales como cristales de óxido de zinc y cristales de titanato de potasio; óxido metálico conductor, tal como óxido de titanio, o derivados de polifenileno.
[0163] El agente conductor se añade comúnmente en una cantidad de 1 a 30 respecto al peso total del contenido sólido en la capa de material activo del electrodo positivo.
[0165] El aglutinante es un componente que mejora la adhesión entre las partículas del material activo del electrodo positivo y la adhesión entre el material activo del electrodo positivo y el colector de corriente, en donde el aglutinante se añade habitualmente en una cantidad de 1% en peso a 30% en peso respecto al peso total de contenido de sólidos en la capa de material activo del electrodo positivo. Pueden ser ejemplos del aglutinante un aglutinante a base de resina de fluoruro, incluyendo fluoruro de polivinilideno (PVDF) o un aglutinante a base de caucho de politetrafluoroetileno (PTFE) que incluye un caucho de estireno-butadieno (SBR), un caucho de acrilonitrilo-butadieno o un caucho de estireno-isopreno; un aglutinante a base de celulosa, incluyendo carboximetilcelulosa (CMC) almidón, hidroxipropilcelulosa o celulosa regenerada; un aglutinante a base de polialcohol, incluyendo alcohol polivinílico; aglutinante a base de poliolefina, incluyendo polietileno o polipropileno; un aglutinante a base de poliimida; un aglutinante a base de poliéster; y un aglutinante a base de silano (todas las siglas son en inglés).
[0167] El electrodo positivo de la presente invención puede prepararse mediante un método de preparación de un electrodo positivo que es conocido de la técnica. Por ejemplo, el electrodo positivo puede prepararse mediante un método en el que un colector de corriente del electrodo positivo se recubre con una suspensión de electrodo positivo, que se prepara mediante disolución o dispersión del material activo del electrodo positivo, el aglutinante y/o el agente conductor en un solvente, se seca y después se lamina para formar una capa de material activo del electrodo positivo, o un método en el que el material activo del electrodo positivo se moldea sobre un soporte separado y una película separada del soporte se lamina después sobre el colector de corriente del electrodo positivo.
[0169] El colector de corriente de electrodo positivo no está particularmente limitado siempre que presente conductividad sin causar cambios químicos adversos en la batería, y, por ejemplo, se puede utilizar acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio, carbono calcinado o aluminio o acero inoxidable que esté tratado en superficie con uno de carbono, níquel, titanio, plata o similar. Pueden formarse irregularidades microscópicas en la superficie del colector de corriente del electrodo positivo para potenciar la fuerza de unión con el material activo del electrodo positivo indicado anteriormente.
[0170] El solvente puede incluir un solvente orgánico, tal como N-metil-2-pirrolidona (NMP), y puede utilizarse en una cantidad tal que se obtenga la viscosidad deseable cuando se incluye el material activo del electrodo positivo, así como selectivamente el aglutinante y el agente conductor. Por ejemplo, el solvente puede incluirse en una cantidad tal que la concentración del contenido de sólidos en la suspensión del material activo, incluyendo el material activo del electrodo positivo, así como selectivamente el aglutinante y el agente conductor, esté comprendida en un intervalo de 10% en peso a 70% en peso, por ejemplo, de 20% a 60% en peso.
[0172] ii) Electrodo negativo
[0174] A continuación, el electrodo negativo que constituye el ensamblaje de electrodos según la presente invención incluye una capa de material activo de electrodo negativo que incluye un material activo de electrodo negativo, y la capa de material activo de electrodo negativo puede incluir, además, un agente conductor y/o un aglutinante, si es necesario.
[0175] El material activo del electrodo negativo puede incluir al menos un material activo del electrodo negativo seleccionado del grupo que consiste en un material carbonoso, tal como grafito natural y grafito artificial; óxido compuesto de titanio que contiene litio (LTO); metales tales como silicio (Si), estaño (Sn), litio (Li), zinc (Zn), Mg, cadmio (Cd), cerio (Ce), níquel (Ni) o Fe; aleaciones compuestas de los metales (Me); óxidos de los metales; y compuestos de los metales y carbono.
[0177] El material activo del electrodo negativo puede incluirse en una cantidad de 80% en peso a 99% en peso respecto al peso total del contenido de sólidos en la capa de material activo del electrodo negativo. Se pueden utilizar el material conductor y el aglutinante, que son iguales o diferentes de los utilizados en la preparación del electrodo positivo. En este caso, el agente conductor puede añadirse en una cantidad de 1% a 20% en peso respecto al peso total del contenido de sólidos en la capa de material activo del electrodo negativo, y el aglutinante puede añadirse en una cantidad de 1% a 30% respecto al peso total del contenido de sólidos en la capa de material activo del electrodo negativo.
[0179] El electrodo negativo puede prepararse mediante un método de preparación de un electrodo negativo que es conocido de la técnica. Por ejemplo, el electrodo negativo puede prepararse mediante un método en el que se recubre un colector de corriente de electrodo negativo con una suspensión de material activo de electrodo negativo, que se prepara mediante disolución o dispersión del material activo de electrodo negativo así como, selectivamente, el aglutinante y el agente conductor en un solvente, se enrolla y se seca para formar una capa de material activo de electrodo negativo, o puede prepararse mediante moldeo del material activo de electrodo negativo sobre un soporte separado, seguido de laminación de una película separada del soporte sobre el colector de corriente de electrodo negativo.
[0181] El colector de corriente del electrodo negativo no está particularmente limitado siempre que presente alta conductividad sin causar cambios químicos adversos en la batería, y, por ejemplo, se pueden utilizar cobre, acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio, carbono calcinado, cobre o acero inoxidable tratado en superficie con uno de carbono, níquel, titanio, plata o similar, y una aleación de aluminio-cadmio. Además, de manera similar al colector de corriente del electrodo positivo, se pueden formar irregularidades microscópicas en la superficie del colector de corriente para potenciar la fuerza de unión con el material activo del electrodo negativo, y el colector de corriente del electrodo negativo se puede utilizar en diversas formas, tales como la de una película, una lámina, una hoja, una red, un cuerpo poroso, un cuerpo de espuma, un cuerpo de tela no tejida y similares.
[0183] El solvente puede incluir agua o un solvente orgánico, tal como NMP y alcohol, y puede utilizarse en una cantidad tal que se obtenga la viscosidad deseada cuando se incluye el material activo del electrodo negativo, así como selectivamente el aglutinante y el agente conductor. Por ejemplo, el solvente puede estar incluido en una cantidad tal que la concentración del contenido de sólidos en la suspensión de material activo del electrodo negativo, incluyendo el material activo del electrodo negativo así como, selectivamente, el aglutinante y el agente conductor, esté comprendida en un intervalo de 50% en peso a 75% en peso, por ejemplo, de 50% en peso a 65% en peso.
[0185] iii) Separador
[0187] Una película de polímero poroso típica utilizada como separador típico, por ejemplo, una película de polímero poroso preparada a partir de un
[0188] polímero basado en 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, puede utilizarse solo o en una laminación con el mismo como el separador incluido en el ensamblaje de electrodos según la presente invención, y puede utilizarse una película de polímero poroso basada en poliolefina recubierta con partículas inorgánicas (p. ej.:
[0189] AbO3) o una tela no tejida porosa típica, por ejemplo, una tela no tejida formada por fibras de vidrio o fibras de tereftalato de polietileno de alto punto de fusión, aunque la presente invención no se encuentra limitada a las mismas.
[0191] Batería secundaria
[0193] A continuación, se describirá una batería secundaria de litio según la presente invención.
[0195] La batería secundaria de litio según la presente invención proporciona una batería secundaria de tipo cilíndrico que incluye un ensamblaje de electrodos que presenta una cinta expansiva para una batería secundaria adherida a una superficie perimetral externa de la misma, un electrolito y una carcasa de batería cilíndrica que aloja el ensamblaje de electrodos y el electrolito. Debido a que el ensamblaje de electrodos que presenta la cinta expansiva para una batería secundaria unida a la superficie perimetral exterior de la misma ha sido descrito anteriormente, se omitirá la descripción del mismo, y se describirán otros componentes a continuación.
[0197] (1) Electrolito
[0199] La batería secundaria de tipo cilíndrico según la presente invención incluye un electrolito para que los iones de litio generados por una reacción electroquímica en un electrodo puedan moverse durante la carga y descarga.
[0201] Como el electrolito se puede utilizar, aunque sin limitación, un electrolito líquido que contiene un solvente orgánico no acuoso en el que se disuelve una sal de litio, o un electrolito de polímero en gel que contiene una resina polimérica capaz de gelificarse en el solvente orgánico no acuoso.
[0203] Se pueden utilizar diversas sales de litio que normalmente se utilizan en un electrolito para una batería secundaria de litio como la sal de litio sin limitación. Por ejemplo, la sal de litio puede incluir Li+ como un catión, y puede incluir al menos uno seleccionado de F - Cl“ , Br“ , I- NO3“ , N(CN)2“ , BF4“ , ClO4“ , AlO4“ , AlCl4“ , PF6“ , SbF BF2C2O4-, BC4O8-, PF4C2O4-, PF2C4O8-, (CF3)2PF4- , (CF3)3PF3-, (CF3)4PF2-, (CF3)sPF-, (CF3)6P-, CF3SO3-, C4F9SO3-, CF3CF2SO3-, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, CH3SO3-, CF3(CF2)7SO3-, CF3CO2-, CH3CO2-, SCN- y (CF3CF2SO2)2N- como un anión.
[0204] Específicamente, la sal de litio puede incluir al menos uno seleccionado del grupo que consiste en: LiCl, LiBr, LiI, LÍBF4, UClO4, LiAlO4, LiAlCl4, LiPF6, LiSbF6, LiAsF6, LiB10a 10, LiBOB (LiB(C2O4)2), LÍCF3SO3, LiTFSI (LiN(SO2CF3)2), LiFSI (LiN(SO2F)2), LiCH3SO3, LiCF3CO2, LiCH3CO2 y LiBETI (LiN(SO2CF2CF3)2). Específicamente, la sal de litio puede incluir un único material seleccionado del grupo que consiste en LiBF4, LiClO4, LiPF6, LiBOB (LiB(C2O4)2), UCF3SO3, LiTFSI (LiN(SO2CF3)2), LiFSI (LiN(SO2F)2) y LiBETI (LiN(SO2CF2CF3)2), o una mezcla de dos o más de los mismos.
[0205] La sal de litio puede cambiarse adecuadamente en un intervalo normalmente utilizable, aunque puede incluirse en una concentración de 0,8 M a 4,0 M, por ejemplo, de 1,0 M a 3, 0 M en el electrolito para obtener un efecto óptimo de formación de una película para prevenir la corrosión de una superficie de un electrodo.
[0206] El solvente orgánico no acuoso puede incluir un solvente orgánico basado en carbonato cíclico, un solvente orgánico basado en carbonato lineal, o un solvente orgánico mixto de los mismos.
[0207] El solvente orgánico a base de carbonato cíclico es un solvente orgánico que podría disociar una sal de litio en un electrolito debido a su alta permitividad como solvente orgánico altamente viscoso, en donde podrían ser ejemplos específicos del solvente orgánico a base de carbonato cíclico al menos un solvente orgánico seleccionado del grupo que consiste en carbonato de etileno, carbonato de propileno, carbonato de 1,2-butileno, carbonato de 2,3-butileno, carbonato de 1,2-pentileno, carbonato de 2,3-pentileno y carbonato de vinileno, y, entre ellos, el solvente orgánico a base de carbonato cíclico puede incluir carbonato de etileno.
[0208] Además, el solvente orgánico a base de carbonato lineal es un solvente orgánico de baja viscosidad y baja permitividad, en donde los ejemplos típicos del solvente orgánico a base de carbonato lineal pueden ser al menos un solvente orgánico seleccionado del grupo que consiste en carbonato de dimetilo (DMC), carbonato de dietilo (DEC), carbonato de dipropilo, carbonato de etilmetilo (EMC), carbonato de metilpropilo y carbonato de etilpropilo, y el solvente orgánico a base de carbonato lineal puede incluir específicamente al menos uno seleccionado de carbonato de dimetilo, carbonato de etilmetilo y carbonato de dipropilo.
[0209] El electrolito puede penetrar fácilmente entre los polímeros que constituyen la cinta expansiva para una batería secundaria de la presente invención para expandirlos.
[0210] (2) Carcasa de batería cilindrica
[0211] La batería secundaria de tipo cilíndrico según la presente invención puede incluir una carcasa de batería cilíndrica que aloja el ensamblaje de electrodos y un conjunto de tapa para sellar la carcasa de batería cilíndrica en una porción superior de la carcasa de batería cilíndrica.
[0212] El conjunto de tapa puede incluir, además, una junta aislante, y puede permitir que una corriente generada en el ensamblaje de electrodos fluya hacia un dispositivo externo.
[0213] Una superficie interior de la carcasa cilíndrica de la batería de la presente invención puede estar formada por un material que presente una afinidad relativamente buena con el electrolito, tal como aluminio (Al) o hierro (Fe).
[0214] Una batería secundaria de tipo cilíndrico 300 según la presente invención puede prepararse mediante un método convencional.
[0215] Tal como se ilustra en la FIG. 3, después de que una cinta expansiva 310a para una batería secundaria de la presente invención se fije a una superficie perimetral exterior de un ensamblaje de electrodos 330, el ensamblaje de electrodos 330, al que se está fijado la cinta expansiva 310a, se aloja en una carcasa de batería cilíndrica (contenedor metálico cilíndrico) 320.
[0216] A continuación, el electrolito descrito anteriormente (no mostrado) se inyecta en la carcasa cilíndrica de la batería 320. Como resultado, mientras la cinta expansiva 310a unida al exterior del ensamblaje de electrodos 330 y el electrolito están en contacto entre sí, debido a que el solvente orgánico no acuoso incluido en el electrolito penetra en la capa base que constituye la cinta expansiva 310a y entre los polímeros que constituyen la capa expansiva adhesiva o similar, la cinta expansiva se expande principalmente (no mostrada). De acuerdo con lo anteriormente expuesto, se puede llenar un espacio entre el ensamblaje de electrodos 330 y la carcasa de la batería 320.
[0217] A continuación, después de ensamblar una batería secundaria mediante un método conocido de fijación del conjunto de tapa a una abertura de la carcasa de la batería, se puede llevar a cabo un proceso de postratamiento convencional, por ejemplo, un proceso de formación y un proceso de envejecimiento, para preparar una batería secundaria.
[0218] En este caso, el proceso de formación es un proceso de activación de la batería mediante la repetición de carga y descarga después de ensamblar la batería. En el proceso de formación, los iones de litio de un óxido de metal de litio utilizado como electrodo positivo se mueven e intercalan en un electrodo de carbono utilizado como electrodo negativo durante la carga, en donde, en este caso, debido a que el litio es altamente reactivo, reacciona con el electrodo negativo de carbono para formar compuestos, tales como U<2>CO<3>, LiO y LiOH, y de esta manera, estos compuestos forman una película denominada IES (interfaz de electrolito sólido) sobre una superficie del electrodo de carbono.
[0219] Además, el proceso de envejecimiento es un proceso en el que la batería se deja reposar durante un determinado período de tiempo para estabilizar la IES. En general, el proceso de envejecimiento se lleva a cabo mediante exposición de la batería secundaria (5) sometida al proceso de ensamblaje en un medio a una temperatura de 50°C a 70°C durante 18 a 36 horas.
[0221] Debido que el espacio se llena por completo para fijar el ensamblaje de electrodos a la vez que la cinta expansiva se expande secundariamente 310(b) mediante el proceso de envejecimiento, puede evitarse eficazmente el movimiento del ensamblaje de electrodos 330.
[0223] La batería secundaria puede utilizarse en diversos dispositivos. La batería secundaria puede utilizarse en medios de transporte, tales como una bicicleta eléctrica, un vehículo eléctrico y un híbrido, aunque la presente invención no se encuentra limitada a los mismos, y la batería secundaria puede utilizarse en diversos dispositivos en los que se pueda utilizar una batería secundaria.
[0225] Aunque los ejemplos de realización de la presente invención han sido descritos en detalle, el alcance de la presente invención no se encuentra limitado a los mismos, sino que diversas modificaciones y mejoras realizadas por el experto en la materia utilizando el concepto básico de la presente invención definido en las reivindicaciones también se encuentran comprendidas dentro del alcance de la presente invención.
[0227] Ejemplos
[0229] Ejemplo 1 (no según la invención).
[0231] (Preparación de la cinta expansiva)
[0233] Se preparó una película fundida de aproximadamente 30 pm de grosor formada de poliuretano termoplástico (TPU) como capa base. Se formó una capa adhesiva de 10 pm de grosor constituida de una resina a base de acrilato sobre una superficie de la capa base, y se formó una capa de recubrimiento posterior de 15 pm de grosor utilizando tereftalato de polibutileno en una superficie de la capa base en la cara contraria a la superficie sobre la que se había formado la capa adhesiva. A continuación, como un aglutinante autorreparable de base acuosa, se disolvió quitosano (Merck,<c>A<s>n.° 9012764, nombre del producto: 419419) en agua para preparar una composición de aglutinante, y se recubrió una superficie de la capa de recubrimiento posterior con la composición de aglutinante a un grosor de 7 pm (aproximadamente 23% respecto a la capa base) y se secó para preparar una cinta expansiva que incluía una capa expansiva adhesiva (ver la FIG. 2(c)).
[0235] (Preparación del ensamblaje de electrodos y batería)
[0237] La cinta expansiva se fijó a una superficie perimetral externa de un ensamblaje de electrodos en forma de rollo de gelatina (diámetro de sección transversal : 17,2 mm) que incluía un electrodo negativo (material activo de electrodo negativo: grafito artificial), un separador y un electrodo positivo (material activo de electrodo positivo: LCO). La cinta expansiva puede fijarse para cubrir una superficie de aproximadamente 50% de la superficie perimetral exterior del ensamblaje de electrodos.
[0239] A continuación, después de insertar el ensamblaje en la carcasa de batería cilíndrica (diámetro de sección transversal: 17,5 mm), se inyectó un electrolito (LiPF<6>1,0 M/EC:EMC=30:70, proporción en volumen), y se selló una porción superior de la carcasa cilíndrica de la batería con un conjunto de tapa para completar una batería secundaria de tipo cilíndrico.
[0241] Ejemplo 2.
[0243] Se prepararon una cinta expansiva y una batería secundaria de tipo cilíndrico que las incluye de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que se formó una capa expansiva adhesiva utilizando alginato sódico (Merck, CAS n.° 9005383) como un aglutinante autorreparable de base acuosa, durante la preparación de la cinta expansiva.
[0245] Ejemplo comparativo 1
[0247] Se preparó una batería secundaria de tipo cilíndrico de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto en que se preparó una cinta expansiva sin formar una capa expansiva adhesiva en una capa de recubrimiento posterior.
[0248] Ejemplos experimentales
[0249] Ejemplo experimental 1. Prueba de evaluación de la resistencia al impacto
[0250] Las baterías secundarias de tipo cilindrico preparadas en los Ejemplos 1 y 2 y la batería secundaria de tipo cilindrico preparada en el Ejemplo comparativo 1 se cargaron a una tasa de 0,33 C a 4,2 V bajo una condición de corriente constante/tensión constante a temperatura ambiente (25°C) y se cortó la carga a 0,05 C, y se descargaron a 0,33 C a 2,5 V. Se estableció un EdC (estado de carga) al 30% basándose en la capacidad de descarga después de que cada una de las cargas y descargas anteriores se realizara una vez, y se midió la resistencia interna de corriente continua (medida utilizando el equipo de carga/descarga PNE-0506 (fabricante: PNE SOLUTION co., Ltd. , 5 V, 6 A)) por una caída de tensión obtenida al aplicar un pulso de descarga a 5 A (2,5 C) durante 10 segundos. La resistencia medida se estableció como resistencia inicial.
[0251] A continuación, después de que las baterías secundarias de tipo cilindrico preparadas en los Ejemplos 1 y 2 y la batería secundaria de tipo cilíndrico preparada en el Ejemplo comparativo 1 se dejasen caer al azar tres veces desde una altura de 1,0 m sobre un suelo de hormigón, respectivamente, se evaluó el grado de daño en la apariencia. Los resultados de los mismos se enumeran en la Tabla 1, a continuación.
[0252] [Tabla 1]
[0255]
[0257] En la Tabla 1, el grado de daño en la apariencia más grave (estándar) se estableció en 1, y el grado del daño de apariencia más leve se estableció en 5.
[0258] En referencia a la Tabla 1, con respecto a las baterías secundarias de tipo cilíndrico, incluyendo la capa expansiva adhesiva formada por el aglutinante autorreparable de base acuosa, que se prepararon en los Ejemplos 1 y 2 de la presente invención, se puede confirmar que los grados de daño por impacto en la apariencia fueron menores que los de la batería secundaria de tipo cilíndrico preparada en el Ejemplo comparativo 1.
[0259] Ejemplo experimental 2. Prueba de evaluación de la tasa de incremento de la resistencia
[0260] Después de que las baterías secundarias cilíndricas preparadas en los Ejemplos 1 y 2 y la batería secundaria de tipo cilíndrico preparada en el Ejemplo comparativo 1, en las que se había completado la prueba de evaluación de resistencia al impacto del Ejemplo experimental 1, se cargaron a una densidad de corriente de 3 A a 4,2 V bajo una condición de corriente constante/tensión constante a temperatura ambiente (25°C) y se cortó la carga a 50 mA y se descargaron a una densidad de corriente de 0,4 A a 2,5 V bajo una condición de corriente constante (CC), se estableció un EdC (estado de carga) al 30% basándose en la capacidad de descarga (DCH) después de reposar durante 30 minutos. Después, se midió la resistencia interna de corriente continua (medida utilizando el equipo de carga/descarga PNE-0506 (fabricante: PNE SOLUTION Co., Ltd., 5 V, 6 A)) por una caída de tensión obtenida al aplicar un pulso de descarga tres veces a 0,1 A durante 10 segundos y a 10 A durante 1 segundo a temperatura ambiente (25°C). Se calculó una tasa de incremento de resistencia (%) mediante comparación con la resistencia interna de corriente continua medida con la resistencia inicial (0%) medida en el Ejemplo experimental 1, y los resultados de la misma se presentan en la Tabla 2, a continuación.
[0261] [Tabla 2]
[0264]
[0266] En referencia a la Tabla 2, con respecto a las baterías secundarias de tipo cilíndrico que incluyen la capa expansiva adhesiva formada por el aglutinante autorreparable de base acuosa, que se prepararon en los Ejemplos 1 y 2 de la presente invención, se puede confirmar que las tasas de incremento de resistencia fueron menores que las de la batería secundaria de tipo cilíndrico del Ejemplo comparativo 1.
[0267] Ejemplo experimental 3. Prueba de evaluación de la tasa de incremento de la tensión
[0268] Las tasas de incremento de la tensión para las baterías secundarias de tipo cilíndrico preparadas en los Ejemplos 1 y 2, y la batería secundaria de tipo cilíndrico preparada en el Ejemplo comparativo 1, en la que se había completado la prueba de evaluación de resistencia al impacto del Ejemplo experimental 1, se midieron utilizando un medidor de tensión/resistencia (Hioki RM 3548) y los resultados de las mismas se presentan en la Tabla 3, a continuación.
[0269] [Tabla 3]
[0272]
[0275] <En referencia a la Tabla 3, con respecto a las baterías secundarias de tipo cilindrico que incluyen la capa expansiva>adhesiva formada por el aglutinante autorreparable de base acuosa que se prepararon en los Ejemplos 1 y 2 de la presente invención, se puede confirmar que las tasas de incremento de la tensión eran menores que las de la batería secundaria de tipo cilíndrico del Ejemplo comparativo 1.

Claims (9)

1. REIVINDICACIONES
1. Cinta expansiva para una batería secundaria, en donde la cinta expansiva comprende una capa base y una capa expansiva adhesiva,
en la que la capa expansiva adhesiva comprende un aglutinante autorreparable de base acuosa y el aglutinante autorreparable de base acuosa comprende alginato.
2. Cinta expansiva para una batería secundaria según la reivindicación 1, en la que la capa expansiva adhesiva está formada sobre al menos una superficie de ambas superficies de la capa base.
3. Cinta expansiva para una batería secundaria según la reivindicación 1, en la que el grosor de la capa expansiva adhesiva está comprendido en un intervalo de 10% a 50% del grosor total de la capa base.
4. Cinta expansiva para una batería secundaria según la reivindicación 1, que comprende, además, una capa adhesiva y una capa de recubrimiento posterior.
5. Cinta expansiva para una batería secundaria según la reivindicación 4, en la que la capa adhesiva y la capa de recubrimiento posterior están formadas sobre una superficie y la otra superficie de la capa base, respectivamente.
6. Cinta expansiva para una batería secundaria según la reivindicación 4, en la que la capa adhesiva está formada i) entre la capa base y la capa expansiva adhesiva, o ii) sobre al menos una superficie seleccionada de la capa base y la capa expansiva adhesiva.
7. Cinta expansiva para una batería secundaria según la reivindicación 4, en la que la capa de recubrimiento posterior está formada i) entre la capa base y la capa expansiva adhesiva, o ii) sobre la capa expansiva adhesiva.
8. Ensamblaje de electrodos en el que la cinta expansiva para una batería secundaria según la reivindicación 1 está adherida a una superficie perimetral exterior del ensamblaje de electrodos.
9. Batería secundaria de tipo cilíndrico que comprende:
el ensamblaje de electrodos según la reivindicación 8,
un electrolito y
una carcasa de batería cilíndrica que aloja el ensamblaje de electrodos y el electrolito.
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