ES3053792T3 - Solid electrolyte membrane, method for manufacturing same, and method for selecting solid electrolyte membrane - Google Patents

Solid electrolyte membrane, method for manufacturing same, and method for selecting solid electrolyte membrane

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ES3053792T3 ES20774255T ES20774255T ES3053792T3 ES 3053792 T3 ES3053792 T3 ES 3053792T3 ES 20774255 T ES20774255 T ES 20774255T ES 20774255 T ES20774255 T ES 20774255T ES 3053792 T3 ES3053792 T3 ES 3053792T3
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Abstract

Un método para fabricar una membrana electrolítica sólida, según la presente invención, permite verificar, mediante un método visible, el grado de carga de un material electrolítico sólido en una lámina porosa. De esta manera, se optimiza la selección del material y el proceso de fabricación de la membrana mediante un método sencillo. Además, se reducen los costos de fabricación de una membrana electrolítica sólida, fabricada mediante la aplicación de un material y un proceso de fabricación seleccionados según el método de verificación. Además, la forma de la membrana electrolítica sólida se puede modificar fácilmente, lo que facilita su procesamiento al aplicarse a baterías de diversas formas. Además, al combinar un material polimérico poroso, como una tela no tejida, y un material electrolítico sólido, la membrana electrolítica sólida, según la presente invención, se puede fabricar en forma de película delgada con una excelente resistencia, lo que resulta ventajoso para mejorar la densidad energética de una batería. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Membrana de electrolito sólido, método para fabricar la misma, y método para seleccionar la membrana de electrolito sólido
[0003] Sector de la técnica
[0004] La presente solicitud reivindica prioridad con respecto a la Solicitud de Patente Coreana n.º 10-2019-0031407 presentada el 19 de marzo de 2019 y a la Solicitud de Patente Coreana n.º 10-2020-0032753 presentada el 17 de marzo de 2020 en la República de Corea. La presente descripción se refiere a una membrana de electrolito para una batería de estado sólido, a una batería de estado sólido que incluye la membrana de electrolito y a un método para fabricar la membrana de electrolito.
[0005] Antecedentes de la invención
[0006] Una batería de iones de litio que utiliza un electrolito líquido tiene una estructura en la que un electrodo negativo y un electrodo positivo están definidos por un separador y, por lo tanto, puede provocar un cortocircuito cuando el separador se daña debido a una deformación o un impacto externo, lo cual resulta en un riesgo como, por ejemplo, sobrecalentamiento o explosión. Por lo tanto, puede decirse que el desarrollo de un electrolito sólido capaz de garantizar la seguridad es un problema muy importante en el campo de las baterías secundarias de iones de litio. Una batería secundaria de litio que utiliza un electrolito sólido es ventajosa en cuanto a que tiene una seguridad mejorada, evita la fuga de un electrolito para mejorar la fiabilidad de una batería, y facilita la fabricación de una batería delgada. Además, el metal de litio se puede utilizar como un electrodo negativo para mejorar la densidad energética. Por lo tanto, se espera que una batería secundaria de litio de este tipo que utiliza un electrolito sólido se aplique a una batería secundaria de gran capacidad para vehículos eléctricos, además de una a batería secundaria compacta, y se destaca como una batería de próxima generación.
[0007] En general, los materiales de electrolito sólido polimérico, electrolito sólido a base de óxido y electrolito sólido a base de sulfuro se utilizan como materiales de electrolito sólido. Cuando las membranas de electrolito de tipo independiente se fabrican utilizando únicamente dichos materiales de electrolito sólido, durante la fabricación o el uso de las baterías pueden aparecer defectos como, por ejemplo, rasgaduras o grietas, o separación de los materiales de electrolito. Además, cuando se aplica un material de electrolito sólido tal a una batería de metal de litio como material de membrana de electrolito, se puede dañar la membrana de electrolito debido a las dendritas de litio formadas a partir del electrodo negativo y provocar una falla en el aislamiento entre el electrodo negativo y el electrodo positivo, lo cual resulta en un cortocircuito. Para evitar el problema descrito anteriormente, se ha sugerido un método para fabricar una membrana de electrolito sólido llenando una lámina porosa como, por ejemplo, una tela o una película no tejida hecha de un material poroso, con un material de electrolito sólido para formar un compuesto de un material de electrolito sólido con una lámina porosa. Sin embargo, en el caso de una membrana de electrolito sólido de tipo compuesto tal, existe el problema de que es difícil determinar si los poros de la lámina porosa están o no lo suficientemente llenos del material de electrolito sólido. Particularmente, en el caso de un electrolito sólido polimérico convencional, este tiene altas propiedades de transmisión de luz y es claro y, por lo tanto, no es fácil determinar esto a simple vista. Por lo tanto, existe la necesidad de desarrollar una membrana de electrolito sólido utilizando un electrolito sólido polimérico que tenga una composición novedosa y una batería de estado sólido que utilice la misma para lograr excelentes características electroquímicas en una batería de estado sólido.
[0008] Explicación de la invención
[0009] Problema técnico
[0010] La presente descripción está diseñada para resolver los problemas de la técnica relacionada y, por lo tanto, la presente descripción está dirigida a proveer una membrana de electrolito sólido que incluye una lámina porosa llena de un material de electrolito sólido. La presente descripción también está dirigida a proveer un método para fabricar la membrana de electrolito sólido que incluye una lámina porosa llena de un material de electrolito sólido. Además, la presente descripción está dirigida a proveer un método para determinar de manera visual qué tan lleno de material de electrolito sólido está una lámina porosa. Estos y otros objetos y ventajas de la presente descripción se podrán comprender a partir de la siguiente descripción detallada y se volverán aparentes de forma más completa a partir de las realizaciones a modo de ejemplo de la presente descripción. Asimismo, se comprenderá fácilmente que los objetos y las ventajas de la presente descripción pueden conseguirse a través de los medios que se muestran en las reivindicaciones anexas y combinaciones de las mismas.
[0011] Solución técnica
[0012] La presente descripción está diseñada para resolver los problemas de la técnica relacionada y, por lo tanto, la presente descripción se refiere a una membrana de electrolito sólido, a un método para fabricar la misma, a un método para seleccionar las condiciones de procesamiento para fabricar una membrana de electrolito sólido utilizando la membrana de electrolito sólido, y a un método para seleccionar una membrana de electrolito sólido utilizando la membrana de electrolito sólido.
[0013] Según una realización de la presente descripción, se provee una membrana de electrolito sólido que incluye un material de electrolito sólido, un tinte y una lámina polimérica porosa, en donde la lámina polimérica porosa es un material poroso que incluye múltiples poros, pudiendo los poros pasar a través de los materiales con capacidad de fluir, el material de electrolito sólido y la lámina polimérica porosa forman un compuesto de manera tal que los poros de la lámina polimérica porosa pueden llenarse con una mezcla del material de electrolito sólido con el tinte, y pudiéndose determinar visualmente qué tan llena del material de electrolito sólido está la lámina polimérica porosa gracias a las características de desarrollo de color del tinte.
[0014] Según la segunda realización de la presente descripción, se provee la membrana de electrolito sólido según se define en la primera realización, en donde el material de electrolito sólido incluye al menos uno de un electrolito sólido polimérico, un electrolito sólido a base de óxido y un electrolito sólido a base de sulfuro.
[0015] Según la tercera realización de la presente descripción, se provee la membrana de electrolito sólido según se define en la segunda realización, en donde la lámina polimérica porosa es una tela no tejida.
[0016] Según la cuarta realización de la presente descripción, se provee la membrana de electrolito sólido según se define en cualquiera de la primera a la cuarta realizaciones, en donde el tinte incluye un tinte natural, un tinte sintético, un tinte fluorescente, o dos o más de ellos.
[0017] Según la quinta realización de la presente descripción, se provee un método para fabricar la membrana de electrolito sólido según se define en cualquiera de la primera a la quinta realizaciones, incluidas las etapas de: (E100) preparar una dispersión que contiene un material de electrolito sólido y un tinte; (E200) llenar los poros de la lámina polimérica porosa con la dispersión; y (E300) secar el producto de la etapa (E200).
[0018] Según la sexta realización de la presente descripción, se provee el método según se define en la sexta o la séptima realización, que incluye además la etapa (E400) de determinar la cantidad y el comportamiento del material de electrolito sólido que llena los poros de la lámina polimérica porosa de manera visual gracias al desarrollo de color del tinte.
[0019] Efectos ventajosos
[0020] El método para fabricar una membrana de electrolito sólido según la presente descripción permite la determinación visual de qué tan llena del material de electrolito sólido está una lámina porosa y, por lo tanto, se puede optimizar la selección de materiales y procesos de fabricación de una membrana de electrolito sólido de una manera sencilla. Además, la membrana de electrolito sólido obtenida mediante la aplicación de los materiales y el proceso de fabricación seleccionados mediante el método de determinación descrito anteriormente puede reducir el coste de fabricación y permitir una deformación fácil y, por lo tanto, se puede procesar con facilidad cuando se aplica a baterías que tienen diversas formas. Además, dado que la membrana de electrolito sólido según la presente descripción incluye un compuesto de un material polimérico poroso como, por ejemplo, una tela no tejida, con un material de electrolito sólido, esta tiene una excelente resistencia y permite la formación de una película delgada y, por lo tanto, provee de manera ventajosa una batería con densidad energética mejorada.
[0021] Breve descripción de los dibujos
[0022] Los dibujos anexos ilustran una realización preferida de la presente descripción y, junto con la descripción anterior, sirven para proveer una mejor comprensión de las características técnicas de la presente descripción y, por lo tanto, la presente descripción no debe interpretarse como limitada a los dibujos. Por otro lado, en los dibujos se pueden exagerar formas, tamaños, escalas o proporciones de algunos elementos constitutivos a los efectos de una descripción más clara.
[0023] La FIG. 1 es un diagrama de flujo que ilustra de manera esquemática el método para fabricar una membrana de electrolito sólido y el método para seleccionar una membrana de electrolito sólido según una realización de la presente descripción.
[0024] La FIG.2a muestra la imagen de superficie de la membrana de electrolito sólido obtenida a partir del Ejemplo 1. La FIG.2b muestra la imagen de superficie de la membrana de electrolito sólido obtenida a partir del Ejemplo 2. La FIG. 3a muestra la imagen de superficie de la membrana de electrolito sólido obtenida a partir del Ejemplo Comparativo 1.
[0025] La FIG. 3b muestra la imagen de superficie de la membrana de electrolito sólido obtenida a partir del Ejemplo Comparativo 2.
[0026] Realización preferente de la invención
[0027] De aquí en adelante, realizaciones preferidas de la presente descripción se describirán en detalle con referencia a los dibujos anexos. Antes de la descripción, se ha de comprender que los términos utilizados en la memoria descriptiva y en las reivindicaciones anexas no deben ser interpretados como limitados a significados generales y de diccionario, sino que deben interpretarse según los significados y conceptos correspondientes a los aspectos técnicos de la presente descripción sobre la base del principio de que el inventor puede definir términos apropiadamente para una mejor explicación. Por lo tanto, la descripción propuesta en la presente memoria es solo un ejemplo preferible a efectos ilustrativos únicamente, que no pretende limitar el alcance de la descripción, por lo que se debe comprender que se pueden realizar otras equivalentes y modificaciones a la misma sin apartarse del alcance de la descripción.
[0028] A lo largo de la memoria descriptiva, la expresión "una parte incluye un elemento" no excluye la presencia de cualquier elemento adicional, sino que significa que la parte puede incluir además los otros elementos.
[0029] Tal como se utiliza en la presente memoria, los términos "aproximadamente", "sustancialmente" o similares, se utilizan como significados contiguos desde el valor numérico indicado o hasta el valor numérico indicado, cuando se sugiere un error de preparación y de material aceptable exclusivo del significado establecido, y se utilizan con el propósito de evitar que un intruso sin consciencia utilice indebidamente la descripción establecida, incluido un valor numérico preciso o absoluto provisto para ayudar a comprender la presente descripción.
[0030] Como se utiliza en la presente memoria, la expresión "A y/o B" significa "A, B o ambos".
[0031] Los términos específicos utilizados en la siguiente descripción se utilizan con fines ilustrativos y no son limitativos. Términos como, por ejemplo, "derecha", "izquierda", "superficie superior" y "superficie inferior" muestran las direcciones en los dibujos a las que se hace referencia. Términos como, por ejemplo, "hacia dentro" y "hacia afuera" muestran la dirección hacia el centro geométrico del aparato, sistema y miembros correspondientes del mismo y la dirección alejándose del mismo, respectivamente. Las expresiones "frontal", "posterior", "superior" e "inferior" y palabras relacionadas muestran las posiciones y puntos en los dibujos a los que se hace referencia y no deben ser limitativos. Dichos términos incluyen las palabras enumeradas anteriormente, sus derivados y palabras con significados similares.
[0032] La presente descripción se refiere a una membrana de electrolito para una batería de estado sólido y a una batería de estado sólido que incluye la misma. Además, la presente descripción se refiere a un método para fabricar la membrana de electrolito. La batería de estado sólido según la presente descripción permite una película delgada de una membrana de electrolito sólido hasta un espesor de aproximadamente 100 µm o menos y, por lo tanto, provee una alta conductividad iónica y una alta densidad energética de la batería. Además, la membrana de electrolito sólido tiene una alta resistencia a pesar de su pequeño espesor y, por consiguiente, sufre menos daños durante el proceso de fabricación o el uso de una batería.
[0033] La FIG.1 es una vista esquemática que ilustra la membrana de electrolito sólido y el método para fabricar la misma según una realización de la presente descripción. En la presente memoria, se explicará en mayor detalle la presente descripción con referencia a los dibujos anexos.
[0034] La membrana de electrolito sólido según la presente descripción incluye un material de electrolito sólido, un tinte y una lámina polimérica porosa que tiene múltiples poros, en donde los poros de la lámina polimérica porosa están llenos de una mezcla que contiene el material de electrolito sólido y el tinte.
[0035] La lámina polimérica es un material poroso que incluye múltiples poros e incluye un material polimérico. Según una realización de la presente descripción, la lámina polimérica puede incluir una película polimérica formada mediante fusión, extrusión y guiando un material polimérico a través de un proceso seco, una película polimérica obtenida de extraer un plastificante mediante un proceso húmedo para formar poros, una tela no tejida obtenida mediante fusión, hilado y compresión de un material polimérico, una lámina laminada que incluye dos o más capas de las mismas, o similares. Por ejemplo, la lámina polimérica puede ser una tela no tejida.
[0036] En la lámina polimérica porosa se forman múltiples poros, en donde los poros están interconectados entre sí y pasan a través del sustrato de una superficie a la otra superficie para que los materiales con capacidad de fluir puedan pasar a través de los poros. Se puede utilizar cualquier material orgánico o material inorgánico que tenga propiedades de aislamiento eléctrico como material para la formación de la lámina polimérica porosa. Según una realización de la presente descripción, la lámina polimérica puede incluir al menos una resina polimérica como, por ejemplo, poliolefina, tereftalato de polietileno, tereftalato de polibutileno, poliacetal, poliamida, policarbonato, poliimida, polieteretercetona, polietersulfona, óxido de polifenileno, sulfuro de polifenileno y naftaleno de polietileno. Según una realización de la presente descripción, la lámina porosa puede tener un espesor de aproximadamente 5-500 µm. El espesor se puede seleccionar adecuadamente dentro del intervalo definido anteriormente, considerando el espesor de la membrana de electrolito terminada y la resistencia de la membrana de electrolito sólido. Por ejemplo, la lámina porosa puede tener un espesor de 300 µm o menos, 200 µm o menos, o 100 µm o menos, dentro del intervalo definido anteriormente. Si el espesor de la lámina porosa es menor que el intervalo definido anteriormente, es difícil obtener un nivel deseado de resistencia de la membrana de electrolito sólido. Si la lámina tiene un espesor excesivamente mayor, es difícil controlar el espesor en el nivel deseado, incluso cuando se aplica un proceso de presurización.
[0037] Además, según una realización de la presente descripción, la lámina polimérica porosa puede tener una porosidad de aproximadamente 10-90 % y el tamaño de poro puede controlarse adecuadamente dentro de un intervalo de 50 nm a 500 µm. Por ejemplo, el tamaño de poro puede ser de 400 µm o menos, 300 µm o menos, 200 µm o menos, o 100 µm o menos, dentro del intervalo definido anteriormente. El intervalo de porosidad y el intervalo de tamaño de poro se pueden seleccionar adecuadamente dentro de los intervalos definidos anteriormente de manera tal que la lámina polimérica porosa pueda retener la película de electrolito con una cantidad suficiente para funcionar como una membrana de electrolito en la lámina porosa y que no interrumpa el ajuste a presión de la película de electrolito que tiene baja capacidad de fluir hacia la lámina, manteniendo al mismo tiempo una conductividad iónica y una resistencia mecánica adecuadas. En otras palabras, a medida que aumenta la porosidad, se puede mejorar la conductividad iónica, pero se puede degradar la resistencia mecánica. Además, a medida que aumenta el tamaño de poro, se puede degradar la durabilidad o un efecto de inhibición del crecimiento de dendritas de litio. Además, a medida que aumenta el tamaño de poro o la porosidad, se puede facilitar el ajuste a presión de la película de electrolito.
[0038] Mientras tanto, según una realización de la presente descripción, el electrolito sólido puede incluir un electrolito sólido polimérico, un material de electrolito sólido a base de óxido, un material de electrolito sólido a base de sulfuro, o una mezcla de dos o más de ellos.
[0039] El electrolito sólido polimérico es un compuesto de una sal de litio con una resina polimérica, es decir, un material de electrolito polimérico formado al añadir una resina polimérica a una sal de litio solvatada, y puede mostrar una conductividad iónica de aproximadamente 1x10<-7>S/cm o más, más preferiblemente de aproximadamente 1x10<-5>S/cm o más.
[0040] Según una realización de la presente descripción, la resina polimérica tiene un peso molecular (Mw) de aproximadamente 5.000-5.000.000, y una resina polimérica con un peso molecular más pequeño tiene una mayor capacidad de fluir y, por lo tanto, facilita un proceso de ajuste a presión.
[0041] Como se describe a continuación, la membrana de electrolito sólido según la presente descripción se obtiene al formar un electrolito polimérico en forma de una película y ajustarlo a presión en una lámina porosa, o al impregnar una lámina porosa con una dispersión que contiene un material polimérico. Cuando se cumplen las condiciones descritas anteriormente, el ajuste a presión se puede llevar a cabo con facilidad. Según una realización de la presente descripción, la resina polimérica es una resina que cumple las condiciones descritas anteriormente y que puede incluir un material polimérico termoplástico. De lo contrario, ejemplos no restrictivos de la resina polimérica pueden incluir al menos uno seleccionado de un polímero de poliéter, polímero de policarbonato, polímero de acrilato, polímero de polisiloxano, polímero de fosfaceno, derivados de polietileno, derivados de óxido de alquileno, como, por ejemplo, óxido de polietileno, polímero de fosfato, poli-L-lisina, sulfuro de poliéster, alcohol polivinílico, fluoruro de polivinilideno y un polímero que contenga un grupo iónicamente disociable. Además, ejemplos particulares del electrolito polimérico incluyen al menos uno seleccionado de un copolímero ramificado, incluido el esqueleto de óxido de polietileno (PEO) copolimerizado con un comonómero que incluye un polímero amorfo como, por ejemplo, PMMA, policarbonato, polisiloxano (pdms) y/o fosfaceno, polímero tipo peine y una resina polimérica reticulada.
[0042] En el electrolito según la presente descripción, la sal de litio es una sal de litio ionizable y puede estar representada por Li<+>X-. El anión (X-) de la sal de litio no está particularmente limitado y ejemplos particulares de ello incluyen: F-, Cl-, Br-, I-, NO<3>-, N(CN)<2>-, BF<4>-, ClO<4>-, PF<6>-, (CF<3>)<2>PF<4>-, (CF<3>)<3>PF<3>-, (CF<3>)<4>PF<2>-, (CF<3>)<5>PF-, (CF<3>)<6>P-, CF<3>SO<3>-, CF<3>CF<2>SO<3>-, (CF<3>SO<2>)<2>N-, (FSO<2>)<2>N-, CF<3>CF<2>(CF<3>)<2>CO-, (CF<3>SO<2>)<2>CH-,(SF<5>)<3>C-, (CF<3>SO<2>)<3>C-, CF<3>(CF<2>)<7>SO<3>-, CF<3>CO<2>-, CH<3>CO<2>-, SCN-, (CF<3>CF<2>SO<2>)<2>N-, o similares.
[0043] El electrolito sólido a base de sulfuro contiene azufre (S), tiene conductividad de iones metálicos que pertenecen al Grupo 1 o al Grupo 2 de la Tabla Periódica, y puede incluir vidrio Li-P-S o cerámica vítrea Li-P-S. Ejemplos no restrictivos del electrolito sólido a base de sulfuro incluyen al menos uno de Li<2>S-P<2>S<5>, Li<2>S-LiI-P<2>S<5>, Li<2>S-LiI-Li<2>O-P<2>S<5>, Li<2>S-LiBr-P<2>S<5>, Li<2>S-Li<2>O-P<2>S<5>, Li<2>S-Li<3>PO<4>-P<2>S<5>, Li<2>S-P<2>S<5>-P<2>O<5>, Li<2>S-P<2>S<5>-SiS<2>, Li<2>S-P<2>S<5>-SnS, Li<2>S-P<2>S<5>-Al<2>S<3>, Li<2>S-GeS<2>, Li<2>S-GeS<2>-ZnS, o similares. Sin embargo, el alcance de la presente descripción no se encuentra limitado a ello.
[0044] Además, el electrolito sólido a base de óxido contiene oxígeno (O), tiene conductividad de iones metálicos que pertenecen al Grupo 1 o al Grupo 2 de la Tabla Periódica. Ejemplos no restrictivos del electrolito sólido a base de óxido incluyen al menos uno de compuestos LLTO, Li<6>La<2>Ca-Ta<2>O<12>, Li<6>La<2>ANb<2>O<12>(en donde A es Ca o Sr), Li<2>Nd<3>TeSbO<12>, Li<3>BO<2,5>N<0,5>, Li<9>SiAlO<8>, compuestos LAGP, compuestos LATP, Li<1+x>Ti<2-x>Al<x>Si<y>(PO<4>)<3-y>(en donde 0 ≤ x ≤1,0 ≤ y ≤ 1), LiAl<x>Zr<2-x>(PO<4>)<3>(en donde 0 ≤ x ≤ 1,0 ≤ y ≤ 1), LiTi<x>Zr<2-x>(PO<4>)<3>(en donde 0 ≤ x ≤ 1,0 ≤ y ≤ 1), compuestos LISICON, compuestos LIPON, compuestos de perovskita, compuestos NASICON y compuestos LLZO. Sin embargo, el alcance de la presente descripción no se encuentra limitado a ello.
[0045] El tinte no está particularmente limitado, y se puede utilizar cualquier material que tenga propiedades de desarrollo de color, siempre que permita la determinación visual de la cantidad de electrolito sólido que llena los poros de la lámina porosa y del comportamiento del material de electrolito sólido distribuido en la lámina porosa a través de un método visual o un método óptico como, por ejemplo, un método de análisis que utilice un instrumento espectroquímico. El tinte puede incluir un tinte natural, un tinte sintético, o ambos. El tinte natural incluye orceína, azafrán o similares. El tinte sintético incluye antraquinona, un compuesto a base de azoicos, metano, onitroarilamina, quinoftalona, tinte a base de índigo, tinte de sulfato, tinte de difenilmetano, tinte de trifenilmetano, tinte de pirazolona, tinte de tiazol, tinte de xanteno, tinte de azina, tinte de oxazina, tinte de tiazina, tinte de acridina, tinte de cianina, tinta para instrumentos de escritura, o similares. Además, el tinte puede incluir un material fluorescente que tenga propiedades fluorescentes. Ejemplos particulares del material fluorescente incluyen naftaleno, antraceno, fenantreno, tetraceno, perileno, terileno, cuaterileno, pentarileno, hexalileno, naftolactama, azlactona, metina, acridina, o similares. Según una realización de la presente descripción, los ingredientes ejemplificados anteriormente pueden utilizarse solos o en combinación como tinte.
[0046] Como se describe anteriormente, la lámina porosa se llena con el electrolito sólido. Por lo tanto, es posible formar una película delgada de la membrana de electrolito sólido, sin provocar la degradación de la resistencia de la membrana de electrolito sólido. Además, es posible determinar la cantidad de electrolito sólido que llena la lámina porosa o el comportamiento del electrolito sólido distribuido en la lámina porosa al verificar el desarrollo de color del tinte.
[0047] Según la presente descripción, la membrana de electrolito sólido tiene un espesor de aproximadamente 100 µm o menos, preferiblemente de aproximadamente 10-90 µm. Dentro del intervalo definido anteriormente, la membrana de electrolito sólido puede tener un espesor adecuado, teniendo en cuenta la conductividad iónica, la resistencia física, la densidad energética de una batería aplicable, o similares. Por ejemplo, en términos de conductividad iónica o densidad energética, el espesor puede ser de 80 µm o menos, 70 µm o menos, 60 µm o menos, o 50 µm o menos. Mientras tanto, en términos de resistencia física, el espesor puede ser de 20 µm o más, 30 µm o más, o 40 µm o más. Además, la membrana de electrolito sólido puede tener una resistencia a la tracción de aproximadamente 500-2.000 kgf/cm<2>, mientras que tenga el intervalo de espesor definido anteriormente. Además, la membrana de electrolito sólido puede tener una porosidad del 15 % vol. o menos, o aproximadamente del 10 % vol. o menos. Según una realización no según la invención, la membrana de electrolito sólido puede obtenerse al preparar una película de electrolito utilizando un material de electrolito polimérico, disponer la película de electrolito sobre la superficie de la lámina polimérica y llevar a cabo la presurización de manera tal que la película de electrolito pueda presionarse hacia la lámina polimérica y los poros de la lámina polimérica puedan llenarse con el electrolito polimérico.
[0048] A continuación, se explicará en detalle el método para fabricar una película de electrolito sólido que tiene las características descritas anteriormente. El electrolito sólido según la presente descripción puede obtenerse mediante diversos métodos. A continuación se describirán en detalle un método de impregnación de suspensión y un método de ajuste a presión de película.
[0049] (1) Método de impregnación de dispersión
[0050] Este método incluye preparar una dispersión que contiene un material de electrolito sólido y un tinte, e impregnar una lámina porosa con la dispersión. La dispersión se puede preparar introduciendo el material de electrolito sólido y el tinte en un disolvente adecuado. Luego, la lámina porosa se impregna con la dispersión o la dispersión se aplica a la lámina porosa para que la dispersión se pueda introducir en los poros de la lámina porosa. Para acelerar la introducción de la dispersión en los poros de la lámina porosa, se puede llevar a cabo una etapa complementaria de presurización de la lámina después de la impregnación o aplicación. El método de aplicación no está particularmente limitado, y ejemplos particulares del mismo incluyen métodos conocidos como, por ejemplo, el revestimiento con una rasqueta, recubridor o aplicador de barras, revestimiento por aspersión, pintura electrostática, revestimiento por brochas, impresión electrostática o deposición por electropulverización, revestimiento por aerodeposición, o similares. Luego, la lámina porosa impregnada con la dispersión se puede secar para obtener una membrana de electrolito sólido.
[0051] Según la presente descripción, el disolvente puede incluir N-metil-2-pirrolidona (NMP), etanol, acetonitrilo, metiletilcetona (MEK), tolueno, heptano o similares. El método para preparar la dispersión o llevar a cabo el secado no está particularmente limitado, y se puede utilizar cualquier método conocido.
[0052] (2) Método de ajuste a presión de película
[0053] Cuando se utiliza un electrolito sólido polimérico como material de electrolito sólido, se puede obtener una membrana de electrolito sólido al preparar una película de electrolito y ajustar a presión la película de electrolito en una lámina porosa.
[0055] Primero, se prepara una película de electrolito (E10). La película de electrolito se puede preparar de la siguiente manera. Se mezclan un electrolito polimérico y un tinte con un disolvente para preparar la suspensión para formar una película de electrolito. El disolvente se puede seleccionar adecuadamente dependiendo del material de electrolito sólido que se utilice. Por ejemplo, cuando se utiliza como resina polimérica un electrolito a base de óxido de alquileno, como, por ejemplo, óxido de polietileno (PEO), se puede utilizar acetonitrilo como disolvente. Según una realización de la presente descripción, la suspensión puede tener un contenido sólido de aproximadamente el 1-20 % en peso. En la presente memoria, la suspensión puede mantenerse a temperatura ambiente o puede templarse hasta una temperatura de 30-80 °C para acelerar el mezclado homogéneo del disolvente con el electrolito polimérico.
[0057] A continuación, se aplica la suspensión a una lámina de liberación como, por ejemplo, una película de tereftalato, y se moldea en forma de una película que tiene el espesor deseado. La aplicación y el moldeo pueden llevarse a cabo utilizando un proceso de revestimiento conocido como, por ejemplo, el revestimiento con rasqueta. Luego, la película moldeada se seca para eliminar el disolvente y obtener una película de electrolito.
[0059] La película de electrolito obtenida se dispone sobre la superficie de una lámina polimérica porosa como, por ejemplo, una tela no tejida, y se lleva a cabo la presurización para presionar la película de electrolito hacia la lámina (E20). En la presente memoria, se puede disponer una película de liberación como, por ejemplo, una película de tereftalato, sobre la superficie de la película de electrolito para proteger la superficie de la película de electrolito y evitar que la superficie del miembro de presurización se contamine con el material de electrolito. La presurización se puede llevar a cabo utilizando al menos un dispositivo como, por ejemplo, una prensa con rodillo, una prensa uniaxial o una plantilla. En la presente memoria, es posible proveer a la membrana de electrolito un espesor y/o porosidad adecuados al controlar las condiciones de procesamiento como, por ejemplo, una prensa, rodillo, intervalo de plantilla, presión y temperatura aplicadas.
[0061] Según una realización no según la invención, la presurización puede llevarse a cabo utilizando un miembro de presurización adecuado seleccionado de entre miembros de presurización conocidos como, por ejemplo, una prensa uniaxial, prensa en caliente, prensa con rodillo, plantilla, o similares. En la presente memoria, el miembro de presurización puede estar provisto además de un miembro de calentamiento independiente para que la superficie del miembro que está frente a la película de electrolito pueda calentarse. Cuando se calienta la película de electrolito mediante el miembro de presurización de la manera descrita anteriormente y la suavidad ha aumentado, es posible presionar la película de electrolito bien dentro de la lámina incluso en condiciones de presión relativamente baja.
[0062] Mientras tanto, según una realización de la presente descripción, la película de electrolito se puede templar hasta temperatura ambiente de (25 °C) a 180 °C, antes de introducirla en el proceso de ajuste a presión después de su preparación, para aumentar la suavidad del material y acelerar la introducción de la película de electrolito en los poros de la lámina polimérica. El método de templado no se limita a un método en particular, pero puede llevarse a cabo permitiendo que la película permanezca en un horno templado hasta una temperatura predeterminada durante varias horas.
[0064] Según una realización de la presente descripción, la lámina polimérica porosa puede someterse a un proceso de modificación de superficie para aumentar la hidrofilicidad o hidrofobicidad de la superficie, antes de introducirla en el proceso de ajuste a presión. Por ejemplo, cuando se utiliza PEO como película polimérica, la lámina polimérica porosa puede someterse a un tratamiento de modificación de superficie hidrofílica para aumentar la afinidad con PEO. Cuando la afinidad con el material electrolítico presionado hacia la lámina aumenta de la manera descrita anteriormente, es posible acelerar el ajuste a presión de la película de electrolito hacia la lámina porosa y aumentar la adhesión de la película de electrolito con la lámina porosa. El tratamiento de modificación de superficie hidrofílica no se limita a un método en particular. Por ejemplo, puede llevarse a cabo mediante un método adecuado seleccionado de los métodos conocidos como, por ejemplo, irradiación UV, tratamiento con plasma, tratamiento con ácido, tratamiento con ozono, o similares.
[0066] Además de los métodos descritos anteriormente, la membrana de electrolito sólido se puede obtener mezclando polvo de un material de electrolito sólido con polvo de un tinte, aplicando el polvo mezclado resultante a la superficie de una lámina porosa, y llevando a cabo la presurización para presionar el polvo de materiales hacia los poros de la lámina porosa.
[0068] Según la membrana de electrolito sólido obtenida mediante los métodos descritos anteriormente, es posible determinar de manera visual qué tan llena del electrolito sólido está la lámina porosa a través del desarrollo de color del tinte. Cuando se fabrica una membrana de electrolito sólido sin la introducción de un tinte, es difícil determinar de manera visual la cantidad y la distribución del electrolito sólido que llena la lámina porosa. Por lo tanto, para determinar la calidad de la membrana de electrolito sólido terminada, la única opción es la determinación indirecta a través de un método electroquímico como, por ejemplo, la medición de la conductividad iónica. Sin embargo, según la membrana de electrolito sólido y el método para fabricar la misma descrito en la presente memoria, es posible determinar la eficiencia de impregnación de electrolito sólido de manera visual sin necesidad de utilizar medición electroquímica. Por ejemplo, es posible determinar inmediatamente el grado de impregnación de electrolito y el comportamiento del electrolito sólido distribuido en la lámina porosa a simple vista durante la fabricación de la membrana de electrolito sólido.
[0070] Por ejemplo, el método descrito anteriormente para fabricar una membrana de electrolito sólido se puede aplicar a al menos uno de los dos procesos siguientes.
[0072] (1) Establecimiento del proceso de fabricación de membrana de electrolito sólido
[0074] En primer lugar, el método para fabricar una membrana de electrolito sólido se puede utilizar para seleccionar los materiales que forman la membrana de electrolito sólido. Por ejemplo, se pueden aplicar al método diversos materiales de electrolito sólido para seleccionar los materiales de electrolito sólido que se utilizarán y se pueden seleccionar los materiales aplicables. Además, el método se puede utilizar para la selección de los ingredientes de la lámina porosa, el tamaño de poro, la porosidad y la resistencia física de la lámina porosa, o similares. Además, la membrana de electrolito sólido se puede utilizar para determinar una combinación adecuada de materiales requeridos para fabricar una membrana de electrolito sólido que tenga las características deseadas.
[0076] Además, el método se puede utilizar para establecer las condiciones de procesamiento cuando se fabrica una membrana de electrolito sólido. El método para fabricar una membrana de electrolito sólido se puede utilizar para establecer diversas condiciones de procesamiento como, por ejemplo, concentración, viscosidad y temperatura de una dispersión, método de impregnación, tiempo, temperatura o similares, lo cual permite la producción de una membrana de electrolito sólido que incluye el material de electrolito sólido bien introducido en los poros y con una relación de impregnación alta.
[0078] En otras palabras, el método para fabricar una membrana de electrolito sólido según la presente descripción se caracteriza por que el proceso de introducción de un tinte y formación de una membrana de electrolito sólido se repite para determinar los materiales y las condiciones de procesamiento adecuados, y luego se aplican las condiciones seleccionadas a un método para fabricar una membrana de electrolito sólido.
[0080] (2) Determinación de defectos en la fabricación de membrana de electrolito
[0082] Mientras tanto, el método para fabricar una membrana de electrolito sólido según la presente descripción y una membrana de electrolito sólido obtenida de esta manera se pueden aplicar para determinar una relación de defectos después de fabricar membranas de electrolito sólido. Las membranas de electrolito sólido terminadas se observan de manera visual. Luego, cuando una membrana de electrolito sólido no se llena lo suficiente con un electrolito o tiene espacios vacíos que no se llenaron con un electrolito, después de la observación, es posible no utilizarla para la fabricación de una batería, sino que se clasificará como una membrana para desechar. En otras palabras, la membrana de electrolito sólido y el método para fabricar la misma según la presente descripción son ventajosos en cuanto a que se puede determinar que una membrana de electrolito sólido se descartará no a través de un método electroquímico, sino a través de un método simple.
[0084] En otro aspecto de la presente descripción, se provee una batería de estado sólido que incluye la membrana de electrolito sólido descrita anteriormente. La batería de estado sólido incluye un electrodo positivo, un electrodo negativo y una membrana de electrolito sólido.
[0086] Según la presente descripción, cada uno del electrodo positivo y el electrodo negativo puede incluir un colector de corriente y una capa de material activo de electrodo formada en al menos una superficie del colector de corriente, en donde la capa de material activo de electrodo puede incluir múltiples partículas de material activo de electrodo y un electrolito sólido. Además, la capa de material activo de electrodo puede incluir además al menos uno de un material conductor y una resina aglutinante, si fuese necesario. Además, la capa de material activo de electrodo puede incluir además diversos aditivos para complementar o mejorar las propiedades fisicoquímicas del electrodo.
[0088] Según la presente descripción, en el caso de un material activo de electrodo negativo, se puede utilizar cualquier material utilizado convencionalmente como material activo de electrodo negativo para una batería secundaria de iones de litio. Por ejemplo, el material activo de electrodo negativo puede incluir al menos uno seleccionado de: carbono como, por ejemplo, carbono que no puede grafitizarse, carbono grafítico, o similares; óxidos de metal compuesto como, por ejemplo, Li<x>Fe<2>O<3>(0 ≤ x ≤ 1), Li<x>WO<2>(0 ≤ x ≤ 1), Sn<x>Me<1-x>Me’<y>O<z>(Me: Mn, Fe, Pb o Ge; Me’: Al, B, P, Si, un elemento del Grupo 1, Grupo 2, o Grupo 3 de la Tabla Periódica, o halógeno; 0 < x ≤ 1; 1 ≤ y ≤ 3; 1 ≤ z ≤ 8); aleaciones de litio; aleaciones a base de silicio; aleaciones a base de estaño; óxidos de metal como, por ejemplo, SnO, SnO<2>, PbO, PbO<2>, Pb<2>O<3>, Pb<3>O<4>, Sb<2>O<3>, Sb<2>O<4>, Sb<2>O<5>, GeO, GeO<2>, Bi<2>O<3>, Bi<2>O<4>, y Bi<2>O<5>, o similares; polímeros conductores como, por ejemplo, poliacetileno; materiales a base de Li-Co-Ni; óxido de titanio; y óxido de titanio-litio, o similares. Según una realización de la presente descripción, el material activo de electrodo negativo puede incluir un material carbonáceo y/o Si.
[0090] En el caso de un electrodo positivo, el material activo de electrodo puede ser cualquier material utilizado convencionalmente como material activo de electrodo positivo para una batería secundaria de iones de litio. Por ejemplo, el material activo de electrodo positivo puede incluir, pero no está limitado a: compuestos en capas como, por ejemplo, óxido de cobalto y litio (LiCoO<2>) y óxido de níquel y litio (LiNiO<2>), o aquellos compuestos sustituidos con uno o más metales de transición; óxidos de manganeso y litio como, por ejemplo, los representados por la fórmula química de Li<1+x>Mn<2-x>O<4>(en donde x es 0-0,33), LiM‑nO<3>, LiMn<2>O<3>y LiMnO₂; óxido de cobre y litio (Li<2>CuO<2>); óxidos de vanadio como, por ejemplo, LiV<3>O<8>, LiV<3>O<4>, V<2>O<5>o Cu<2>V<2>O<7>; óxidos de níquel y litio situados en Ni representados por la fórmula química LiNi<1-x>M<x>O<2>(en donde M es Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B o Ga, y x es 0,01‑0,3); óxidos compuestos de manganeso y litio representados por la fórmula química de LiMn<2-x>MxO<2>(en donde M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn o Ta, y x = 0,01‑0,1) o Li<2>Mn<3>MO<8>(en donde M = Fe, Co, Ni, Cu o Zn); óxidos compuestos de manganeso y litio con estructura espinela y representados por la fórmula de LiNi<x>Mn<2-x>O<4>; LiM‑n₂O<4>en los cuales Li está parcialmente sustituido por un ion de metal alcalinotérreo; compuestos de disulfuro; Fe<2>(MoO<4>)<3>; o similares.
[0092] Según la presente descripción, el colector de corriente incluye una placa de metal con conductividad eléctrica y puede ser una seleccionada adecuadamente dependiendo de la polaridad de los electrodos conocidos en el campo de las baterías secundarias.
[0094] Según la presente descripción, el material conductor se agrega generalmente en una cantidad del 1-30 % en peso basado en el peso total de la mezcla, incluido el material activo de electrodo. El material conductor no está particularmente limitado, siempre y cuando no provoque ningún cambio químico en la batería correspondiente y tenga conductividad. Por ejemplo, el material conductor incluye cualquiera seleccionado de: grafito como, por ejemplo, grafito natural o grafito artificial; negro de carbón como, por ejemplo, negro de carbón, negro de acetileno, negro de Ketjen, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara o negro térmico; fibras conductoras como, por ejemplo, fibras de carbono o fibras metálicas; polvo de metal como, por ejemplo, polvo de fluoruro de carbono, de aluminio o de níquel; filamento conductor como, por ejemplo, óxido de zinc o titanato de potasio; óxido de metal conductor como, por ejemplo, óxido de titanio; y materiales conductores como, por ejemplo, derivados de polifenileno, o una mezcla de dos o más de ellos.
[0096] Según la presente descripción, la resina aglutinante no está particularmente limitada, siempre que sea un ingrediente que ayude a la unión del material activo de electrodo con el material conductor y a la unión al colector de corriente. Ejemplos particulares del aglutinante incluyen fluoruro de polivinilideno, alcohol polivinílico, carboximetilcelulosa (CMC), almidón, hidroxipropilcelulosa, celulosa regenerada, polivinilpirrolidona, tetrafluoroetileno, polietileno, polipropileno, terpolímero de etileno-propileno-dieno (EPDM), EPDM sulfonado, caucho de estireno-butadieno, caucho de flúor, diversos copolímeros, o similares. En general, la resina aglutinante se puede utilizar en una cantidad de 1-30 % en peso, o 1-10 % en peso, sobre la base del 100 % en peso de la capa de material activo de electrodo.
[0098] Mientras tanto, según la presente descripción, la capa de material activo de electrodo puede incluir al menos un aditivo como, por ejemplo, un aditivo estabilizador de oxidación, aditivo estabilizador de reducción, retardante de llama, estabilizador de calor, agente antivaho, o similar, si fuese necesario.
[0100] Según la presente descripción, el material de electrolito sólido puede incluir al menos uno de un electrolito sólido polimérico, electrolito sólido a base de óxido y un electrolito sólido a base de sulfuro.
[0102] Según la presente descripción, se pueden utilizar diferentes electrolitos sólidos para el electrodo positivo, el electrodo negativo y la membrana de electrolito sólido, o se puede utilizar el mismo electrolito sólido para dos o más elementos de batería. Por ejemplo, en el caso de un electrodo positivo, se puede utilizar como electrolito sólido un electrolito polimérico que tenga una excelente estabilidad a la oxidación. Además, en el caso de un electrodo negativo, preferiblemente se utiliza como electrolito sólido un electrolito polimérico que tenga una excelente estabilidad a la reducción. Sin embargo, el alcance de la presente invención no se encuentra limitado a ello. Dado que el electrolito sólido funciona principalmente para transportar iones de litio en el electrodo, puede utilizarse sin limitaciones particulares cualquier material que tenga una alta conductividad iónica como, por ejemplo, 10<-7>s/cm o más, o 10<-5>s/cm o más.
[0104] Según la presente descripción, el electrolito polimérico puede ser un electrolito polimérico sólido formado al agregar una resina polimérica a una sal de litio solvatada, o un electrolito polimérico en gel formado al impregnar una resina polimérica con un electrolito orgánico que contiene un disolvente orgánico y una sal de litio.
[0106] En la presente memoria, se hará referencia a la descripción anterior de la membrana de electrolito sólido en relación con el electrolito polimérico.
[0108] El electrolito sólido a base de sulfuro contiene azufre (S), tiene conductividad iónica de metales que pertenecen al Grupo 1 o al Grupo 2 de la Tabla Periódica, y puede incluir vidrio Li-P-S o cerámica vítrea Li-P-S. Ejemplos no restrictivos del electrolito sólido a base de sulfuro incluyen al menos uno de Li<2>S-P<2>S<5>, Li<2>S-LiI-P<2>S<5>, Li<2>S-LiI-Li<2>O-P<2>S<5>, Li<2>S-LiBr-P<2>S<5>, Li<2>S-Li<2>O-P<2>S<5>, Li<2>S-Li<3>PO<4>-P<2>S<5>, Li<2>S-P<2>S<5>-P<2>O<5>, Li<2>S-P<2>S<5>-SiS<2>, Li<2>S-P<2>S<5>-SnS, Li<2>S-P<2>S<5>-Al<2>S<3>, Li<2>S-GeS<2>, Li<2>S-GeS<2>-ZnS, o similares.
[0110] Además, el electrolito sólido a base de óxido contiene oxígeno (O), tiene conductividad iónica de metales que pertenecen al Grupo 1 o al Grupo 2 de la Tabla Periódica. Ejemplos no restrictivos del electrolito sólido a base de óxido incluyen al menos uno de compuestos LLTO, Li<6>La<2>Ca-Ta<2>O<12>, Li<6>La<2>ANb<2>O<12>(en donde A es Ca o Sr), Li<2>Nd<3>TeSbO<12>, Li<3>BO<2,5>N<0,5>, Li<9>SiAlO<8>, compuestos LAGP, compuestos LATP, Li<1+x>Ti<2-x>Al<x>Si<y>(PO<4>)<3-y>(en donde 0 ≤ x ≤ 1,0 ≤ y ≤ 1), LiAl<x>Zr<2-x>(PO<4>)<3>(en donde 0 ≤ x ≤ 1,0 ≤ y ≤ 1), LiTi<x>Zr<2-x>(PO<4>)<3>(en donde 0 ≤ x ≤ 1,0 ≤ y ≤ 1), compuestos LISICON, compuestos LIPON, compuestos de perovskita, compuestos NASICON y compuestos LLZO. En incluso otro aspecto de la presente descripción, se provee una batería secundaria que tiene la estructura descrita anteriormente. También se proveen un módulo de batería que incluye la batería secundaria como celda unitaria, un paquete de baterías que incluye el módulo de batería, y un dispositivo que incluye el paquete de baterías como fuente de alimentación. En la presente memoria, ejemplos particulares del dispositivo pueden incluir, pero no están limitados a: herramientas eléctricas accionadas por un motor eléctrico; coches eléctricos, que incluyen vehículos eléctricos (EV, por sus siglas en inglés), vehículos eléctricos híbridos (HEV, por sus siglas en inglés), vehículos eléctricos híbridos enchufables (PHEV, por sus siglas en inglés), o similares; carros eléctricos, que incluyen bicicletas eléctricas (e-bikes, por su nombre en inglés) y escúteres eléctricos (e-scooters, por su nombre en inglés); carros de golf eléctricos; sistemas de almacenamiento de energía eléctrica; o similares.
[0111] A continuación se describirán ejemplos más detalladamente para que la presente descripción pueda entenderse con facilidad. Sin embargo, los siguientes ejemplos son únicamente a los fines ilustrativos y el alcance de la presente descripción no está limitado a ellos.
[0112] Ejemplo 1 - Membrana de electrolito sólido según la invención, método no según la invención
[0113] En primer lugar, se disolvió óxido de polietileno (PEO, Mw = 4.000.000 g/mol) en acetonitrilo (AN) como disolvente para preparar una solución polimérica con una concentración del 4 % en peso. En la presente memoria, se introdujo además LiTFSI como sal de litio, de modo que la relación molar de [EO]/[Li<+>] puede ser de 18/1. Se agitó la solución polimérica durante la noche a 70 °C para que PEO y la sal de litio se disuelvan lo suficiente en ella. A continuación, se prepararon una solución aditiva que contenía un iniciador y un agente de curado. El agente de curado fue PEGDA (Mw = 575) y el iniciador fue peróxido de benzoílo (BPO), en donde se utilizó diacrilato de polietileno (PEG-DA) al 20 % en peso según PEO, se utilizó BPO al 1 % según PEGDA, y se utilizó acetonitrilo como disolvente. Se agitó la solución aditiva durante aproximadamente 1 hora para que los ingredientes que se introdujeron en ella se mezclen bien. Luego, se agregó la solución aditiva a la solución polimérica y se mezcló por completo con la misma. Luego, se mezclaron 10 µL de tinta para plumas estilográficas disponible en el mercado (acuosa, Monami) con 1 mL de etanol para preparar una solución de tinte. Luego, se agregaron 100 µL de la solución de tinte a la solución polimérica, seguido de agitación durante 1 hora. Se aplicó la solución polimérica obtenida y se recubrió sobre una película de liberación utilizando una rasqueta. Se estableció el espacio de revestimiento en 800 µm y se estableció la tasa de revestimiento en 20 mm/min. Se transfirió la película de liberación revestida con la solución a una placa de vidrio, dejándola para que mantenga la nivelación, se secó durante la noche a temperatura ambiente y se secó al vacío a 100 °C durante 12 horas. La película de electrolito sólido obtenida se dispuso sobre una tela no tejida porosa (porosidad 87 %, espesor 40 µm) y se sometió a prensado utilizando una prensa de rodillo a 60 °C para que la película de electrolito sólido pudiera presionarse hacia la tela no tejida porosa. De esta manera, se obtuvo una membrana de electrolito sólido que incluye una película de electrolito sólido integrada con una tela no tejida porosa. La membrana de electrolito sólido tenía un espesor de aproximadamente 50 µm y se demostró que el espesor era uniforme en toda la superficie de la membrana de electrolito sólido.
[0114] Ejemplo 2 - Membrana de electrolito sólido según la invención, método no según la invención
[0115] Se prepararon una película de electrolito sólido y una tela no tejida porosa de la misma manera que en el Ejemplo 1. La película de electrolito sólido se dispuso sobre una tela no tejida porosa (porosidad 87 %, espesor 40 µm) y se sometió a prensado utilizando una prensa de rodillo a 25 °C para que la película de electrolito sólido pudiera presionarse hacia la tela no tejida porosa. De esta manera, se obtuvo una membrana de electrolito sólido que incluye una película de electrolito sólido integrada con una tela no tejida porosa. La membrana de electrolito sólido tenía un espesor de aproximadamente 50 µm.
[0116] Ejemplo Comparativo 1
[0117] Se obtuvo una película de electrolito sólido (espesor de 50 µm) de la misma manera que en el Ejemplo 1, con la excepción de que no se utilizó reactivo de tinte.
[0118] Ejemplo Comparativo 2
[0119] Se obtuvo una película de electrolito sólido (espesor de 50 µm) de la misma manera que en el Ejemplo 2, con la excepción de que no se utilizó reactivo de tinte.
[0120] Cuando se introduce un material de electrolito sólido en un sustrato poroso para que el sustrato poroso pueda llenarse con el material de electrolito sólido para mejorar la resistencia de una membrana de electrolito sólido, es posible minimizar la pérdida de conductividad iónica provocada por la adición de un separador solo cuando el lado opuesto del sustrato poroso, así como los poros en el sustrato poroso, están suficientemente llenos del material de electrolito sólido. Cuando se fabrica una membrana de electrolito sólido, no es fácil determinar a simple vista si un sustrato poroso como, por ejemplo, una tela no tejida, se llena o no de forma compacta con una cantidad suficiente de material de electrolito sólido sin la ayuda de un analizador. La FIG. 2a ilustra la imagen de superficie de la membrana de electrolito sólido según el Ejemplo 1, y la FIG. 2b ilustra la imagen de superficie de la membrana de electrolito sólido según el Ejemplo 2. Con referencia a la FIG.2a y la FIG.2b, se puede ver fácilmente a simple vista que la membrana de electrolito sólido según el Ejemplo 1 incluye un sustrato poroso lleno de un material de electrolito sólido de manera más homogénea y uniforme en comparación con la membrana de electrolito sólido según el Ejemplo 2. Por lo tanto, es posible determinar el grado y el estado del material de electrolito sólido con el que se llena el separador a simple vista fácilmente mediante la introducción del tinte durante la fabricación de la membrana de electrolito sólido. Mientras tanto, el Ejemplo Comparativo 1 (FIG.3a) y el Ejemplo Comparativo 2 (FIG.
[0121] 3b) no incluyen tinte y, por lo tanto, no es fácil determinar el grado y el estado del material de electrolito sólido con el que se llena el separador. Como resultado, cuando se introduce un tinte durante la fabricación de una membrana de electrolito sólido, es posible aumentar la procesabilidad y el rendimiento.

Claims (6)

1. REIVINDICACIONES
1. Una membrana de electrolito sólido para una batería de estado sólido, que comprende un material de electrolito sólido, un tinte y una lámina polimérica porosa,
en donde la lámina polimérica porosa es un material poroso que comprende múltiples poros, pudiendo los poros pasar a través de los materiales con capacidad de fluir,
el material de electrolito sólido y la lámina polimérica porosa forman un compuesto de manera tal que los poros de la lámina polimérica porosa se llenan con una mezcla del material de electrolito sólido con el tinte, y
se determina visualmente qué tan llena del material de electrolito sólido está la lámina polimérica gracias a las características de desarrollo de color del tinte.
2. La membrana de electrolito sólido para una batería de estado sólido según la reivindicación 1, en donde el material de electrolito sólido comprende al menos uno de un electrolito sólido polimérico, un electrolito sólido a base de óxido y un electrolito sólido a base de sulfuro.
3. La membrana de electrolito sólido para una batería de estado sólido según la reivindicación 2, en donde la lámina polimérica porosa es una tela no tejida.
4. La membrana de electrolito sólido para una batería de estado sólido según la reivindicación 1, en donde el tinte comprende un tinte natural, un tinte sintético, un tinte fluorescente, o dos o más de los mismos.
5. Un método para fabricar la membrana de electrolito sólido según se define en la reivindicación 1, que comprende las etapas de:
(E100) preparar una dispersión que contiene un material de electrolito sólido y un tinte;
(E200) llenar los poros de la lámina polimérica porosa con la dispersión; y
(E300) secar el producto de la etapa (E200).
6. El método para fabricar la membrana de electrolito sólido según la reivindicación 5, que además comprende la etapa (E400) de determinar la cantidad y el comportamiento del material de electrolito sólido que llena los poros de la lámina polimérica porosa de manera visual gracias al desarrollo de color del tinte.
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