ES3052635T3 - Method for manufacturing a positive electrode for a lithium secondary battery - Google Patents

Method for manufacturing a positive electrode for a lithium secondary battery

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ES3052635T3 ES22907766T ES22907766T ES3052635T3 ES 3052635 T3 ES3052635 T3 ES 3052635T3 ES 22907766 T ES22907766 T ES 22907766T ES 22907766 T ES22907766 T ES 22907766T ES 3052635 T3 ES3052635 T3 ES 3052635T3
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Abstract

La presente invención se refiere a un dispositivo de fabricación de cátodos de baterías secundarias de litio y a un método de fabricación para el mismo, y, más específicamente, a un dispositivo de fabricación de cátodos de baterías secundarias de litio y a un método de fabricación para el mismo, permitiendo el dispositivo fabricar un cátodo de batería secundaria de litio mediante un proceso de secado que comprende los pasos de: suministrar un material de cátodo en polvo sobre un colector de corriente de cátodo; y preformarlo, laminarlo y unirlo, y así ajustar de manera eficiente la cantidad de carga y la porosidad del cátodo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Dispositivo de fabricación de cátodo de batería secundaria de litio y método de fabricación para el mismoCampo de la divulgación
[0003] La presente divulgación se refiere a un método para fabricar un electrodo positivo para una batería secundaria de litio.
[0004] Antecedentes
[0005] Recientemente, con el rápido desarrollo en el campo de los dispositivos electrónicos y los vehículos eléctricos, la demanda de baterías secundarias está aumentando. En particular, con la tendencia hacia la miniaturización y la reducción de peso de los dispositivos electrónicos portátiles, existe una creciente demanda de baterías secundarias que tienen una alta densidad de energía que pueden hacer frente a la tendencia.
[0006] Entre las baterías secundarias, una batería secundaria de litio-azufre es una batería secundaria que usa compuestos a base de azufre que tienen un enlace azufre-azufre como un material activo de electrodo positivo y usa metales alcalinos tales como litio, materiales a base de carbono en los que se produce la intercalación y desintercalación de iones de metal tales como litio, o silicio o estaño que forma una aleación con litio, como un material activo de electrodo negativo. Específicamente, en el caso de la batería secundaria de litio-azufre, durante la descarga, que es una reacción de reducción, como se corta el enlace azufre-azufre, disminuye el número de oxidación del azufre y, durante la carga, que es una reacción de oxidación, como aumenta el número de oxidación del azufre, se reforma el enlace azufre-azufre. Mediante esta reacción de oxidación-reducción, se almacena y genera energía eléctrica.
[0007] En particular, en el caso de baterías secundarias de litio-azufre, el azufre usado como un material activo de electrodo positivo en las baterías secundarias de litio-azufre tiene una densidad de energía teórica de 1,675 mAh/g, que es una densidad de energía teórica aproximadamente cinco veces superior a la del material activo de electrodo positivo usado en baterías secundarias de litio convencionales y, por tanto, son baterías capaces de expresar alta potencia y alta densidad de energía. Además, dado que azufre tiene la ventaja de ser barato y rico en recursos y, por tanto, de estar fácilmente disponible y de ser respetuoso con el medio ambiente, el azufre está llamando la atención como una fuente de energía no solo para dispositivos electrónicos portátiles, sino también para dispositivos medianos y grandes, tales como vehículos eléctricos.
[0008] Dado que el azufre tiene una conductividad eléctrica de 5x10<-30>S/cm, que es un no conductor sin conductividad eléctrica, existe el problema de que el movimiento de los electrones generado por la reacción electroquímica es difícil. Por consiguiente, el azufre está compuesto con un material eléctricamente conductor, tal como carbono, que puede proporcionar un sitio de reacción electroquímica, y se usa el compuesto de azufre-carbono producido de esta forma.
[0009] Con el fin de usar el compuesto de azufre-carbono como un material activo de electrodo positivo, generalmente se usa un método de fabricación de un electrodo positivo mediante un proceso de recubrimiento de suspensión, es decir, un proceso en húmedo de preparación de una suspensión, junto con un material eléctricamente conductor y un aglutinante, y después de aplicación de la suspensión a un colector de corriente.
[0010] Sin embargo, el electrodo positivo fabricado mediante este proceso en húmedo tiene el problema de que se reduce la cantidad de carga del material activo de electrodo positivo en el electrodo positivo debido al material eléctricamente conductor y el aglutinante usados en la preparación de la suspensión, de modo que se reduce la densidad de energía. También, en el caso de fabricar el electrodo positivo mediante un proceso en húmedo, existe el problema de que se incurre en costes adicionales debido a los procesos de mezclado, recubrimiento y secado, además del problema debido a la humedad que permanece en el electrodo positivo.
[0011] Por otro lado, en el caso de fabricar el electrodo positivo mediante un proceso en seco, dado que la fibrización del aglutinante es esencial, el tipo y el contenido del aglutinante que se puede utilizar están limitados. Además, dado que esto implica un proceso de premezclado del material activo de electrodo positivo, el material eléctricamente conductor y el aglutinante, y un proceso de molienda en el que se aplica una fuerza de cizallamiento elevada para la fibrización del aglutinante, existe el problema de que el proceso se complica y aumentan el coste y el tiempo. Además, existe el problema de que el material activo de electrodo positivo y el material eléctricamente conductor pueden aplastarse por la alta energía aplicada durante el proceso de fibrización del aglutinante.
[0012] Además, el polvo del aglutinante fibrizado se moldea generalmente mediante un proceso de prensado con rodillo por calandrado y, en este momento, dado que la velocidad de rotación del rodillo y la distancia de pasada variable afectan a la carga y la porosidad del electrodo positivo a la vez, puede ser difícil ajustar de manera independiente las condiciones durante el proceso para controlar las características del electrodo positivo a fabricar.
[0013] Por lo tanto, en el método de fabricación de un electrodo positivo mediante un proceso en seco, es necesario desarrollar una tecnología para fabricar un electrodo positivo en un proceso en seco sin un aglutinante, con el fin de evitar problemas provocados por el aglutinante.
[0014] Técnica relacionada
[0015] Solicitud de patente japonesa n.° 2014-078497
[0016] Resumen
[0017] Los inventores de la presente divulgación han realizado diversos estudios para solucionar los problemas anteriores y, como resultado, han confirmado que configurando una parte de dispensación que dispensa un material de electrodo positivo en forma de polvo y una parte de formación que prensa el material de electrodo positivo, cada una de las cuales funciona de manera independiente, usando presión y temperatura de manera simultánea en la parte de formación, en un aparato para fabricar un electrodo positivo a través de un proceso en seco, es posible formar un electrodo positivo sin usar un aglutinante, y es fácil controlar una carga y una porosidad del electrodo positivo durante el proceso de fabricación y, de esta forma, han completado un aspecto de la presente divulgación. Por lo tanto, un objeto de un aspecto de la presente divulgación es proporcionar un método para fabricar un electrodo positivo para una batería secundaria de litio mediante un proceso en seco sin usar un aglutinante. Con el fin de lograr el objeto anterior, la presente divulgación proporciona un método para fabricar un electrodo positivo para una batería secundaria de litio, que incluye: (S1) dispensar el material de electrodo positivo en forma de polvo sobre una superficie de un colector de corriente de electrodo positivo transportado por medios de transporte; (S2) preformar, aplicando presión al material de electrodo positivo en forma de polvo dispensado sobre una superficie del colector de corriente de electrodo positivo, que está transportado desde la etapa (S1), formando de esta forma una capa de material de electrodo positivo; (S3) prensar con rodillo, aplicando presión al colector de corriente de electrodo positivo que tiene la capa de material de electrodo positivo formada sobre la superficie, controlando de esta forma la porosidad de la capa de material de electrodo positivo; y (S4) unir la capa de material de electrodo positivo y el colector de corriente de electrodo positivo calentando el colector de corriente de electrodo positivo que tiene la capa de material de electrodo positivo formada sobre el mismo, que se ha prensado en la etapa (S3), en donde el material de electrodo positivo no tiene un aglutinante.
[0018] Después de la etapa (S4), el método puede comprender además una etapa de (S5) recuperar el material de electrodo positivo en forma de polvo que permanece en el colector de corriente de electrodo positivo en la parte de dispensación. Las etapas (S1) a (S4) pueden repetirse dos veces y las etapas (S1) a (S4) pueden realizarse secuencialmente.
[0019] Según un aspecto de la presente divulgación, puede fabricarse un electrodo positivo mediante un proceso en seco sin usar un aglutinante mediante el uso de un aparato para fabricar un electrodo positivo para una batería secundaria de litio.
[0020] Además, dado que la parte de dispensación que proporciona el material de electrodo positivo en forma de polvo y la parte de formación para preformarlo, prensarlo con rodillo y unirlo, que se proporcionan en el dispositivo de fabricación del electrodo positivo para la batería secundaria de litio, están proporcionadas para funcionar de manera independiente, la cantidad de carga del electrodo positivo puede ajustarse en la parte de dispensación y la porosidad del electrodo positivo puede ajustarse en la parte de formación y, por tanto, la cantidad de carga y la porosidad del electrodo positivo pueden ajustarse de manera independiente en el proceso de fabricación del electrodo positivo.
[0021] Además, dado que el prensado se realiza usando un molde en forma del electrodo positivo en la parte de formación, el polvo restante del material de electrodo positivo después del prensado con rodillo puede recuperarse y usarse de nuevo.
[0022] Descripción de los dibujos
[0023] La figura 1 es un diagrama esquemático de un aparato para fabricar un electrodo positivo para una batería secundaria de litio según una realización de un aspecto de la presente divulgación.
[0024] Descripción detallada
[0025] A continuación en el presente documento, la presente divulgación se describirá con mayor detalle para ayudar a comprender la presente divulgación.
[0026] Los términos y palabras usados en la presente memoria descriptiva y reivindicaciones no deben entenderse como que están limitados a términos ordinarios o de diccionario, y deben interpretarse en un sentido y concepto coherentes con la idea técnica de la presente divulgación, basándose en el principio de que el inventor puede definir adecuadamente el concepto de un término para describir su invención de la mejor manera posible.
[0027] Como se usa en el presente documento, el término "proceso en seco" significa un proceso que no usa un disolvente.
[0028] Método de fabricación de electrodo positivo para batería secundaria de litio
[0029] Un aspecto de la presente divulgación se refiere a un aparato usado en un método para fabricar un electrodo positivo para una batería secundaria de litio, en donde el electrodo positivo se produce mediante un proceso en seco mientras no se usa un aglutinante en la fabricación del electrodo positivo.
[0030] La figura 1 es un diagrama esquemático de un aparato usado en un método para fabricar un electrodo positivo para una batería secundaria de litio según una realización de un aspecto de la presente divulgación.
[0031] Haciendo referencia a la figura 1, el aparato 1 usado en un método para fabricar el electrodo positivo para la batería secundaria de litio incluye la parte de dispensación 10 que dispensa el material de electrodo positivo P en forma de polvo sobre una superficie del colector de corriente de electrodo positivo 50 transportado por unos medios de transporte 30 que se mueven en una dirección; y la parte de formación 20 para preformar, prensar con rodillo y unir el material de electrodo positivo P en forma de polvo dispensado sobre una superficie del colector de corriente de electrodo positivo 50 en forma de una capa de material activo de electrodo positivo 52, en donde la parte de formación 20 comprende un rodillo de preformación 21, un rodillo de prensa 22 y un rodillo de unión 23 dispuestos en una fila. Cada uno del rodillo de preformación 21, el rodillo de prensa 22 y el rodillo de unión 23 comprende un par de rodillos simétricos entre sí, y los medios de transporte 30 están transportados en la dirección que pasa entre el par de rodillos. Además, el aparato para fabricar el electrodo positivo para la batería secundaria de litio 1 puede incluir además la unidad de recuperación de material de electrodo positivo 40 para transportar el material de electrodo positivo P en forma de polvo que permanece en el colector de corriente de electrodo positivo 50, después de ser preformado, prensado con rodillo y unido por la parte de formación 20, a la parte de dispensación 10. En el aparato usado en un método para fabricar el electrodo positivo para la batería secundaria de litio 1 según una realización de un aspecto de la presente divulgación, dado que una serie de procesos, en los que el colector de corriente de electrodo positivo 50 se transporta en una dirección por los medios de transporte 30 y, al mismo tiempo, el material de electrodo positivo P en forma de polvo se dispensa desde la parte de dispensación 10, y luego se preforma, prensa con rodillo y une por la parte de formación 20 para producir un electrodo positivo 60 para una batería secundaria de litio, se realizan como un proceso continuo, la eficacia de proceso y la productividad pueden mejorarse. El proceso continuo descrito anteriormente también puede incluir un proceso de transporte del material de electrodo positivo P que permanece, en forma de polvo, a la parte de dispensación 10 por la unidad de recuperación de material de electrodo positivo 40.
[0032] Los medios de transporte 30 pueden permitir el proceso continuo como se ha descrito anteriormente transportando el colector de corriente de electrodo positivo 50 o el colector de corriente de electrodo positivo 50 recubierto con el material de electrodo positivo P en forma de polvo a lo largo de una trayectoria de transporte predeterminada en una dirección. Por ejemplo, los medios de transporte 30 pueden formar una trayectoria de transporte para transportar el colector de corriente de electrodo positivo 50 en la dirección de la flecha A, y los medios de transporte 30 pueden pasar secuencialmente a través de la parte de dispensación 10 y la parte de formación 20 a una velocidad constante bajo el control de una parte de accionamiento. Como ejemplo, los medios de transporte 30 no están particularmente limitados siempre que sea un dispositivo capaz de transportar un objeto de transporte en la técnica. Por ejemplo, los medios de transporte pueden ser un dispositivo que permita el proceso de rodillo a rodillo y el proceso de rodillo a rodillo puede usar una desbobinadora y una rebobinadora para transportar los medios de transporte.
[0033] El colector de corriente de electrodo positivo 50 soporta la capa de material activo de electrodo positivo 52 y no está particularmente limitado siempre que tenga una alta conductividad eléctrica sin provocar cambios químicos en la batería. Por ejemplo, puede usarse cobre, acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio, paladio, carbono sinterizado; superficie de cobre o acero inoxidable- tratada con carbono, níquel, plata o similares; aleación de aluminio y cadmio o similares. Además, el colector de corriente de electrodo positivo 50 puede mejorar la resistencia a la unión con el material activo de electrodo positivo al tener irregularidades finas en su superficie y puede usarse con diversas formas tales como película, lámina, hoja, malla, red, cuerpo poroso, espuma o material textil no tejido.
[0034] Además, puede formarse una capa de recubrimiento de imprimación 51 que incluye un aglutinante y un material eléctricamente conductor en la superficie del colector de corriente de electrodo positivo 50. La capa de recubrimiento de imprimación 51 puede desempeñar un papel al permitir que el material de electrodo positivo P en forma de polvo se una mejor al colector de corriente de electrodo positivo 50.
[0035] El aglutinante no está particularmente limitado siempre que sea un aglutinante de uso común en la técnica. Por ejemplo, el aglutinante puede ser uno cualquiera seleccionado del grupo que consiste en aglutinantes a base de fluororesina que comprenden fluoruro de polivinilideno (PVdF) o politetrafluoroetileno (PTFE); aglutinantes a base de caucho que comprenden caucho de estireno-butadieno (SBR), caucho de acrilonitrilo-butadieno y caucho de estireno-isopreno; aglutinantes a base de celulosa que comprenden carboximetilcelulosa (CMC), almidón, hidroxipropilcelulosa y celulosa regenerada; aglutinantes a base de polialcohol; aglutinantes a base de poliolefina que comprenden polietileno y polipropileno; aglutinantes a base de poliimida; aglutinantes a base de poliéster; y aglutinantes a base de silano o mezclas o copolímeros de dos o más de los mismos.
[0036] Además, el aglutinante puede estar incluido en una cantidad de entre el 10 y el 30 % en peso basándose en el peso total de la capa de recubrimiento de imprimación 51 y, específicamente, el contenido del aglutinante puede ser del 10 % en peso o más, el 12 % en peso o más o el 15 % en peso o más, y puede ser del 25 % en peso o menos, del 28 % en peso o menos o del 30 % en peso o menos. Si el contenido del aglutinante es menor que el 10 % en peso, la fuerza adhesiva del material de electrodo positivo P en forma de polvo al colector de corriente de electrodo positivo 50 puede disminuir. Si el contenido del aglutinante supera el 30 % en peso, el rendimiento y la vida útil de la batería pueden reducirse actuando como resistencia.
[0037] El material eléctricamente conductor puede desempeñar un papel de impartir conductividad eléctrica al electrodo positivo.
[0038] El material eléctricamente conductor no está particularmente limitado siempre que pueda impartir conductividad eléctrica al electrodo positivo sin provocar cambios químicos en la batería.
[0039] Por ejemplo, como el material eléctricamente conductor, puede usarse grafito, tal como grafito natural y grafito artificial; negro de carbón, tal como negro de acetileno, negro Ketjen, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara y negro térmico; fibras eléctricamente conductoras, tal como fibra de carbono y fibra metálica; tubos eléctricamente conductores, tales como nanotubos de carbono; fluorocarbonos; polvos metálicos, tales como polvo de aluminio y níquel; filamentos eléctricamente conductores, tales como óxido de zinc y titanato de potasio; óxidos metálicos eléctricamente conductores, tales como óxido de titanio; o materiales eléctricamente conductores, tales como derivados de polifenileno.
[0040] Además, el material eléctricamente conductor puede estar incluido en una cantidad de entre el 70 y el 90 % en peso basándose en el peso total de la capa de recubrimiento de imprimación y, específicamente, el contenido del material eléctricamente conductor puede ser del 70 % en peso o más, el 72 % en peso o más o el 75 % en peso o más, y puede ser del 85 % en peso o menos, del 88 % en peso o menos o del 90 % en peso o menos. Si el contenido del material eléctricamente conductor es menor que el 70 % en peso, el contenido del aglutinante en la capa de recubrimiento de imprimación es relativamente alto y la capa de recubrimiento de imprimación actúa como una capa de resistencia y, por tanto, pueden deteriorarse el rendimiento y la vida útil de la batería, y puede deteriorarse la conductividad eléctrica del electrodo positivo. Si el contenido del material eléctricamente conductor supera el 90 % en peso, el contenido del aglutinante es relativamente pequeño y, por tanto, puede deteriorarse la conformabilidad.
[0041] La capa de recubrimiento de imprimación 51 puede formarse añadiendo el aglutinante y el material eléctricamente conductor a un disolvente y después aplicándolo a una superficie o ambas superficies del colector de corriente de electrodo positivo 50.
[0042] En este caso, puede usarse agua o un disolvente orgánico como el disolvente. Si el aglutinante es un aglutinante acuoso, puede usarse agua como el disolvente. Si el aglutinante es un aglutinante no acuoso, puede usarse un disolvente orgánico.
[0043] El disolvente orgánico no está particularmente limitado siempre que sea de uso común en la técnica. Por ejemplo, el disolvente orgánico puede incluir al menos uno seleccionado del grupo que consiste en carbonato de propileno (PC), carbonato de etileno (EC), carbonato de dietilo (DEC), carbonato de dimetilo (DMC), carbonato de etilmetilo (EMC), carbonato de metilpropilo, carbonato de dipropilo, dimetiléter de tetraetilenglicol (TEGDME), dioxolano (DOL), dimetilsulfuróxido, acetonitrilo, dimetoxietano, dietoxietano, carbonato de vinileno, sulfolano, gammabutirolactona, sulfito de propileno y tetrahidrofurano, y una mezcla de dos o más de estos, y similares.
[0044] En un aspecto de la presente divulgación, el material de electrodo positivo P en forma de polvo contiene un compuesto de azufre-carbono compuesto por entre el 50 % en peso y el 90 % en peso de azufre y entre el 10 % en peso y el 50 % en peso de un material de carbono poroso.
[0045] Además, el material de electrodo positivo en forma de polvo contiene el compuesto de azufre-carbono en una cantidad de entre el 90 y el 100 % en peso, preferiblemente de entre el 95 y el 100 % en peso y más preferiblemente de entre el 97 y el 100 % en peso, basándose en el peso total del material de electrodo positivo.
[0046] El compuesto de azufre-carbono significa una forma en la que el azufre está soportado en el material de carbono poroso. Por ejemplo, el compuesto de azufre-carbono puede estar en un estado en el que el azufre está unido o recubierto en la superficie del material de carbono poroso. Además, el compuesto de azufre-carbono puede estar en un estado en el que el azufre está unido a, relleno en o recubierto hasta los poros internos del material de carbono poroso; o el azufre está infiltrado y unido al interior del material de carbono poroso.
[0047] Es decir, la batería secundaria de litio según un aspecto de la presente divulgación puede ser una batería secundaria de litio-azufre que incluye el compuesto de azufre-carbono en un material de electrodo positivo. La parte de dispensación 10 proporciona el material de electrodo positivo P en forma de polvo sobre una superficie del colector de corriente de electrodo positivo 50 transportado por los medios de transporte 30, y no está particularmente limitada en su configuración, dispositivo y similares. Por ejemplo, la parte de dispensación 10 puede incluir una máquina tamizadora ultrasónica, un dispensador vibratorio o un dispensador giratorio para retirar partículas gruesas del material de electrodo positivo P en forma de polvo.
[0048] También, en la parte de dispensación 10, no solo puede ajustarse fácilmente la cantidad de carga del material de electrodo positivo P en forma de polvo al objetivo, sino que también puede mejorarse la desviación de la cantidad de carga y, por tanto, la cantidad de carga del electrodo positivo finalmente fabricado puede ajustarse fácilmente según la aplicación y puede mejorarse la fiabilidad del proceso de fabricación.
[0049] La parte de formación 20 es para preformar el material de electrodo positivo P en forma de polvo, que se ha dispensado sobre una superficie del colector de corriente de electrodo positivo 50 mientras pasa a través de la parte de dispensación 10, en una capa de material activo de electrodo positivo 52 en forma de una capa, y para prensar con rodillo para ajustar la porosidad aplicando presión, y después para unir el colector de corriente de electrodo positivo 50 y la capa de material activo de electrodo positivo 52 aplicando una temperatura determinada, fabricando de esta forma un electrodo positivo, y no está particularmente limitada en su configuración, dispositivo y similares.
[0050] La parte de formación 20 incluye un rodillo de preformación 21, un rodillo de prensa 22 y un rodillo de unión 23 dispuestos en una línea. Su dirección de disposición es la misma que la dirección de movimiento de los medios de transporte 30.
[0051] El rodillo de preformación 21 comprende un par de rodillos que son simétricos entre sí y el colector de corriente de electrodo positivo 50 dispensado con el material de electrodo positivo P en polvo está transportado en la dirección que pasa entre el par de rodillos. Usando el par de rodillos, la presión se aplica a las partes superior e inferior del colector de corriente de electrodo positivo 50 dispensado con el material de electrodo positivo P en forma de polvo, y el material de electrodo positivo P en forma de polvo recibe la presión, formando de esta forma una capa de material activo de electrodo positivo 52 en forma de una capa. Cuando la capa de material activo de electrodo positivo 52 está formada, el polvo está estabilizado y puede evitarse la fluidización del polvo.
[0052] A continuación en el presente documento, uno que comprende el colector de corriente de electrodo positivo 50 y la capa de material activo de electrodo positivo 52 formada sobre una superficie del colector de corriente de electrodo positivo 50 se denomina un prensado con rodillo de electrodo positivo.
[0053] La relación de grosor de la capa de material activo de electrodo positivo 52 después de pasar a través del rodillo de preformación 21 basándose en un grosor del material activo de electrodo positivo P en forma de polvo antes de pasar a través del rodillo de preformación 21 puede ser de 0,6 o más, y específicamente puede ser de 0,6 o más, 0,7 o más o 0,8 o más, y el límite superior de la misma no está particularmente limitado, pero puede ser de 0,9 o menos. Si la relación de grosor (α) de la capa de material activo de electrodo positivo 52 antes y después de pasar a través del rodillo de preformación 21 es menor que 0,6, es bastante probable que la estructura del material de electrodo positivo dispensado en forma de polvo colapse, y hay un problema de rotura cuando aumenta la fuerza aplicada localmente al colector de corriente. Si la relación de grosor (α) excede 0,9, la capa de material activo de electrodo positivo 52 en forma de una capa no puede formarse de manera apropiada y la estabilización del polvo no es completa, lo que puede hacer que el polvo vuele.
[0054] En el rodillo de preformación 21, se hace que la capa de material activo de electrodo positivo 52 en forma de una capa se forme bien y puede estar prensada de modo que la relación de grosor (α) de la capa de material activo de electrodo positivo 52 antes y después de pasar pueda cumplir el intervalo de 0,6 o más. La presión para cumplir la relación de grosor descrita anteriormente puede ajustarse de manera adecuada durante el proceso. Por ejemplo, una presión de 100 a 500 kPa puede aplicarse a las partes superior e inferior del colector de corriente de electrodo positivo 50 dispensado con el material de electrodo positivo P en forma de polvo. Específicamente, la presión puede ser de 100 kPa o más, 150 kPa o más o 200 kPa o más, y puede ser de 400 kPa o menos, 450 kPa o menos o 500 kPa o menos. Si la presión es inferior a 100 kPa, la forma de la capa no puede formarse de manera apropiada y la estabilización del polvo no es completa, lo que puede hacer que el polvo vuele. Si la presión supera los 500 kPa, el electrodo puede romperse.
[0055] El rodillo de prensa 22 incluye un par de rodillos simétricos entre sí, y el prensado con rodillo de electrodo positivo está transportado en la dirección que pasa entre el par de rodillos. El prensado con rodillo de electrodo positivo comprende el colector de corriente de electrodo positivo 50 y la capa de material activo de electrodo positivo 52 que ha pasado a través de un rodillo de preformación 21.
[0056] La relación de grosor de la capa de material activo de electrodo positivo 52 después de pasar a través del rodillo de prensa 22 basándose en el grosor de la capa de material activo de electrodo positivo 52 antes de pasar el rodillo de prensa 22, es decir, la capa de material activo de electrodo positivo 52 que ha pasado a través del -rodillo de preformación 21 puede ser de 0,5 o menos, y específicamente puede ser de 0,5 o menos, 0,4 o menos o 0,3 o menos, y su límite inferior no está particularmente limitado, pero puede ser 0,1 o más. Si la relación de grosor (β) de la capa de material activo de electrodo positivo 52 antes y después de pasar a través del rodillo de prensa 22 supera 0,5, el proceso puede tardar mucho tiempo en formar una capa de material activo de electrodo positivo con porosidad final. Si la relación de grosor (β) es menor que 0,1, hay una posibilidad de rotura del colector de corriente debido a un prensado con rodillo excesivo.
[0057] En el rodillo de prensa 22, se hace que la capa de material activo de electrodo positivo 52 en forma de una capa se forme bien y puede estar prensada de modo que la relación de grosor (β) de la capa de material activo de electrodo positivo 52 antes y después de pasar pueda cumplir un intervalo de 0,5 o más. La presión para cumplir la relación de grosor descrita anteriormente puede ajustarse de manera adecuada durante el proceso. Por ejemplo, una presión de 1 a 5 MPa puede aplicarse a las partes superior e inferior del prensado con rodillo de electrodo positivo que comprende el colector de corriente de electrodo positivo 50 y la capa de material activo de electrodo positivo 52. Específicamente, la presión puede ser de 1 MPa o más, 1,5 MPa o más o 2 MPa o más, y puede ser de 4 MPa o menos, 4,5 MPa o menos o 5 MPa o menos. Si la presión es inferior a 1 MPa, la porosidad del electrodo positivo producido es alta y, por tanto, la durabilidad se reduce o la estabilización del polvo no es completa, lo que puede hacer que el polvo vuele. Si la presión supera los 5 MPa, puede haber un problema de que se rompa el electrodo.
[0058] El rodillo de unión 23 incluye un par de rodillos simétricos entre sí, y el prensado con rodillo de electrodo positivo está transportado en la dirección que pasa entre el par de rodillos. El prensado con rodillo de electrodo positivo comprende el colector de corriente de electrodo positivo 50 y la capa de material activo de electrodo positivo 52 que ha pasado a través del rodillo de prensa 22.
[0059] En el rodillo de unión 23, pueden aplicarse una temperatura apropiada y una ligera presión de modo que el colector de corriente de electrodo positivo 50 y la capa de material activo de electrodo positivo 52 pueden estar bien unidos. El rodillo de unión 23 puede usar un rodillo de caucho o usar un rodillo que tenga un grosor de varios µm menos que el del electrodo y, por tanto, la unión puede realizarse con un espacio de varios µm.
[0060] La temperatura puede ser de 50 °C a 130 °C y, específicamente, la temperatura puede ser de 50 °C o más, 55 °C o más o 60 °C o más, y puede ser de 110 °C o menos, 120 °C o menos o 130 °C o menos. Si la temperatura es inferior a 50 °C, puede disminuir la fuerza adhesiva de la capa de material activo de electrodo positivo 52 al colector de corriente de electrodo positivo 50. Si la temperatura supera los 130 °C, el contenido de azufre en el polvo está fuera del intervalo adecuado y, por tanto, puede degradarse el rendimiento de la batería.
[0061] El prensado con rodillo de electrodo positivo que ha pasado a través del rodillo de unión 23 está fabricado en un electrodo positivo 60 para una batería secundaria de litio que comprende el colector de corriente de electrodo positivo 50 y la capa de material activo de electrodo positivo 52 formada sobre una superficie del colector de corriente de electrodo positivo 50, y puede enrollarse alrededor del rodillo de bobinado 70.
[0062] La unidad de recuperación de material de electrodo positivo 40 puede recuperar el material de electrodo positivo P en forma de polvo del colector de corriente de electrodo positivo 50 a la parte de dispensación 10, con el fin de reutilizar el material de electrodo positivo P en forma de polvo que permanece en el colector de corriente de electrodo positivo 50 después de que se formara la capa de material activo de electrodo positivo 52 en el colector de corriente de electrodo positivo 50 en la parte de formación 20.
[0063] La unidad de recuperación de material de electrodo positivo 40 no está particularmente limitada siempre que sea un dispositivo capaz de recuperar el polvo que casi no tiene fuerza adhesiva. Por ejemplo, la unidad de recuperación de material de electrodo positivo 40 puede ser un rascador, una pistola de aire o similares.
[0064] Además, la unidad de recuperación de material de electrodo positivo 40 puede estar montada en una posición correspondiente antes de que el electrodo positivo fabricado pasando a través de la parte de formación 20 se enrolle alrededor del rodillo de bobinado 70.
[0065] Además, el electrodo positivo fabricado pasando a través de la parte de formación 20 puede enrollarse alrededor del rodillo de bobinado 70.
[0066] Método de fabricación de electrodo positivo para batería secundaria de litio
[0067] Un aspecto de la presente divulgación se refiere a un método para fabricar un electrodo positivo para la batería secundaria de litio, que incluye las etapas de (S1) dispensar el material de electrodo positivo en forma de polvo sobre una superficie de un colector de corriente de electrodo positivo transportado por medios de transporte; (S2) preformar, aplicando presión al material de electrodo positivo en forma de polvo dispensado sobre una superficie del colector de corriente de electrodo positivo, que está transportado desde la etapa (S1), formando de esta forma una capa de material de electrodo positivo; (S3) prensar con rodillo, aplicando presión al colector de corriente de electrodo positivo que tiene la capa de material de electrodo positivo formada sobre la superficie, controlando de esta forma la porosidad de la capa de material de electrodo positivo; y (S4) unir la capa de material de electrodo positivo y el colector de corriente de electrodo positivo calentando el colector de corriente de electrodo positivo que tiene la capa de material de electrodo positivo formada sobre el mismo, que se ha prensado en la etapa (S3), y que puede comprender además una etapa (S5) de recuperar el material de electrodo positivo en forma de polvo que permanece en el colector de corriente de electrodo positivo después de la etapa (S4) en la parte de dispensación.
[0068] A continuación en el presente documento, el método para fabricar el electrodo positivo para la batería secundaria de litio según un aspecto de la presente divulgación se describirá en detalle para cada etapa.
[0069] En la etapa (S1) del método para fabricar un electrodo positivo para una batería secundaria de litio según una realización de un aspecto de la presente divulgación, el material de electrodo positivo en forma de polvo se puede dispensar sobre una superficie del colector de corriente de electrodo positivo transportado por los medios de transporte.
[0070] La etapa (S1) se realiza en la parte de dispensación como se ha descrito anteriormente, y el contenido de los medios de transporte, el colector de corriente de electrodo positivo y el material de electrodo positivo en forma de polvo son como se ha descrito anteriormente.
[0071] En la etapa (S2) del método para fabricar el electrodo positivo para la batería secundaria de litio según una realización de un aspecto de la presente divulgación, la preformación puede realizarse aplicando presión al material de electrodo positivo en forma de polvo dispensado sobre una superficie del colector de corriente de electrodo positivo, que se transporta desde la etapa (S1), formando de esta forma una capa de material de electrodo positivo. La etapa (S2) se realiza sobre el rodillo de preformación de la parte de formación como se ha descrito anteriormente, y el dispositivo y las condiciones de presión proporcionados en el rodillo de preformación son los que se han descrito anteriormente.
[0072] En la etapa (S3) del método para fabricar el electrodo positivo para la batería secundaria de litio según una realización de un aspecto de la presente divulgación, la porosidad de la capa de material de electrodo positivo puede estar ajustada aplicando presión al colector de corriente de electrodo positivo que tiene la capa de material de electrodo positivo formada sobre la superficie.
[0073] La etapa (S3) se realiza sobre el rodillo de prensa de la parte de formación como se ha descrito anteriormente, y el contenido en el dispositivo y las condiciones de presión proporcionados en el rodillo de prensa son los que se han descrito anteriormente.
[0074] En la etapa (S4) del método para fabricar el electrodo positivo para la batería secundaria de litio según una realización de un aspecto de la presente divulgación, la capa de material de electrodo positivo y el colector de corriente de electrodo positivo pueden estar unidos calentando el colector de corriente de electrodo positivo que tiene la capa de material de electrodo positivo formada sobre el mismo, que se ha prensado en la etapa (S3). La etapa (S4) está realizada sobre el rodillo de unión de la parte de formación como se ha descrito anteriormente, y el contenido en el dispositivo y las condiciones de presión proporcionados en el rodillo de prensa son los que se han descrito anteriormente.
[0075] En la etapa (S5) del método para fabricar un electrodo positivo para la batería secundaria de litio según una realización de un aspecto de la presente divulgación, el material de electrodo positivo en forma de polvo que permanece en el colector de corriente de electrodo positivo después de la unión puede recuperarse en la parte de dispensación.
[0076] La etapa (S5) se realiza usando una unidad de recuperación de material de electrodo positivo, y el contenido en la unidad de recuperación de material de electrodo positivo es como se ha descrito anteriormente.
[0077] En el método para fabricar el electrodo positivo para la batería secundaria de litio según una realización de un aspecto de la presente divulgación, las etapas (S1) a (S4) pueden repetirse dos veces. Las etapas (S1) a (S4) pueden realizarse secuencialmente.
[0078] Después de que las etapas (S1) a (S4) se hayan realizado una vez, puede fabricarse un electrodo positivo que tiene una capa de material activo de electrodo positivo formada sobre una superficie del colector de corriente de electrodo positivo.
[0080] A continuación, las etapas (S1) a (S4) se repiten dos veces en total realizando las etapas (S1) a (S4) una vez más y, por tanto, puede fabricarse un electrodo positivo que tiene una capa de material activo de electrodo positivo formada en ambas superficies del colector de corriente de electrodo positivo.
[0082] Como alternativa, después de configurar la parte de dispensación y la parte de formación en dos capas, el material de electrodo positivo puede dispensarse simultáneamente sobre ambas superficies del colector de corriente de electrodo positivo, fabricando de esta forma, al mismo tiempo, un electrodo positivo que tiene una capa de material activo de electrodo positivo formada en ambas superficies. En este caso, la capa de material activo de electrodo positivo en la superficie superior del colector de corriente de electrodo positivo puede formarse de la misma manera que en las etapas (S1) a (S4), y la capa de material activo de electrodo positivo en la superficie inferior del colector de corriente de electrodo positivo puede formarse transportando una hoja en lugar del colector de corriente de electrodo positivo y después transfiriéndola al colector de corriente de electrodo positivo en la parte de formación. Es decir, el material de electrodo positivo en forma de polvo no se dispensa por separado de la parte de dispensación a la superficie inferior del colector de corriente de electrodo positivo, y el material de electrodo positivo se transfiere en forma de una hoja.
[0084] Descripción de los números de referencia
[0086] 1: Aparato para fabricar electrodo positivo para batería secundaria de litio
[0087] 10: Parte de dispensación
[0088] 20: Parte de formación
[0089] 21: Rodillo de preformación
[0090] 22: Rodillo de prensa
[0091] 23: Rodillo de unión
[0092] 30: Medios de transporte
[0093] 40: Unidad de recuperación
[0094] 50: Colector de corriente de electrodo positivo
[0095] 51: Capa de recubrimiento de imprimación
[0096] 52: Capa de material activo de electrodo positivo
[0097] 60: Electrodo positivo
[0098] 70: Rodillo de bobinado
[0099] P: Material de electrodo positivo en forma de polvo

Claims (11)

1. REIVINDICACIONES
1. Un método para fabricar un electrodo positivo (60) para una batería secundaria de litio, comprendiendo el método:
(S1) dispensar un material de electrodo positivo en forma de polvo (P) sobre una superficie de un colector de corriente de electrodo positivo (50) transportado por medios de transporte (30);
(S2) preformar aplicando presión al material de electrodo positivo en forma de polvo (P) dispensado sobre una superficie del colector de corriente de electrodo positivo (50), que es transportado desde la etapa (S1), formando de esta forma una capa de material de electrodo positivo (52);
(S3) prensar con rodillo aplicando presión al colector de corriente de electrodo positivo (50) que tiene la capa de material de electrodo positivo (52) formada sobre dicha superficie, controlando de esta forma una porosidad de la capa de material de electrodo positivo (52); y
(S4) unir la capa de material de electrodo positivo (52) y el colector de corriente de electrodo positivo (50) calentando el colector de corriente de electrodo positivo (50) que tiene la capa de material de electrodo positivo (52) formada sobre el mismo, que se ha prensado con rodillo en la etapa (S3),
caracterizado por que el material de electrodo positivo no tiene un aglutinante.
2. El método según la reivindicación 1, en donde el método comprende además, después de la etapa (S4), una etapa de (S5) recuperar el material de electrodo positivo en forma de polvo (P) que permanece en el colector de corriente de electrodo positivo (50) en la parte de dispensación (10).
3. El método según la reivindicación 1, en donde las etapas (S1) a (S4) se repiten dos veces y las etapas (S1) a (S4) se realizan secuencialmente.
4. El método según la reivindicación 1 usando un aparato para fabricar un electrodo positivo para una batería secundaria de litio (1), comprendiendo el aparato:
una parte de dispensación (10) que dispensa un material de electrodo positivo en forma de polvo (P) sobre una superficie de un colector de corriente de electrodo positivo (50) transportado por los medios de transporte (30) que se mueven en una dirección; y
una parte de formación (20) que preforma, prensa con rodillo y une el material de electrodo positivo en forma de polvo (P) dispensado sobre la superficie del colector de corriente de electrodo positivo (50) en forma de una capa de material de electrodo positivo (52),
en donde la parte de formación (20) comprende un rodillo de preformación (21), un rodillo de prensa (22) y un rodillo de unión (23) dispuestos en una fila, y
cada uno del rodillo de preformación (21), el rodillo de prensa (22) y el rodillo de unión (23) comprende un par de rodillos simétricos entre sí, y los medios de transporte (30) están configurados para transportar en la dirección que pasa entre el par de rodillos.
5. El método según la reivindicación 4, en donde el rodillo de preformación (21) prensa la capa de material de electrodo positivo (52) de tal modo que una relación de un grosor de la capa de material de electrodo positivo (52) después de pasar a través del rodillo de preformación (21) respecto a un grosor antes de pasar a través del rodillo de preformación (21) es de 0,6 o más.
6. El método según la reivindicación 4, en donde el rodillo de prensa (22) prensa la capa de material de electrodo positivo (52) de tal modo que una relación de un grosor de la capa de material de electrodo positivo (52) después de pasar a través del rodillo de prensa (22) respecto a un grosor antes de pasar a través del rodillo de prensa (22) es de 0,5 o menos.
7. El método según la reivindicación 4, en donde el rodillo de unión (23) aplica una temperatura de 50 °C a 130 °C para unir el colector de corriente de electrodo positivo (50) y la capa de material de electrodo positivo (52).
8. El método según la reivindicación 4, en donde la parte de dispensación (10) comprende una máquina tamizadora ultrasónica, un dispensador vibratorio o un dispensador giratorio.
9. El método según la reivindicación 4, en donde una capa de recubrimiento de imprimación (51) que comprende un aglutinante está formada sobre una superficie del colector de corriente de electrodo positivo (50).
10. El método según la reivindicación 9, en donde el aglutinante comprende al menos uno seleccionado de entre el grupo que consiste en: aglutinantes a base de fluororesina que comprenden fluoruro de polivinilideno (PVdF) o politetrafluoroetileno (PTFE); aglutinantes a base de caucho que comprenden caucho de estireno-butadieno (SBR), caucho de acrilonitrilo-butadieno y caucho de estireno-isopreno; aglutinantes a base de celulosa que comprenden carboximetilcelulosa (CMC), almidón, hidroxipropilcelulosa y celulosa regenerada; aglutinantes a base de polialcohol; aglutinantes a base de poliolefina que comprenden polietileno y polipropileno; aglutinantes a base de poliimida; aglutinantes a base de poliéster; y aglutinantes a base de silano.
11. El método según la reivindicación 4, en donde el material de electrodo positivo en forma de polvo (P) comprende un compuesto de azufre-carbono compuesto por entre el 50 y el 90 % en peso de azufre y entre el 10 y el 50 % en peso de un material de carbono poroso.
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