ES3055893T3 - Electrode for secondary battery, secondary battery including same, and method for manufacturing electrode - Google Patents

Electrode for secondary battery, secondary battery including same, and method for manufacturing electrode

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ES3055893T3 ES21886658T ES21886658T ES3055893T3 ES 3055893 T3 ES3055893 T3 ES 3055893T3 ES 21886658 T ES21886658 T ES 21886658T ES 21886658 T ES21886658 T ES 21886658T ES 3055893 T3 ES3055893 T3 ES 3055893T3
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Abstract

Un electrodo para una batería secundaria, según una realización de la presente invención, incluye: un colector de corriente de electrodo; y una capa de electrodo colocada sobre el colector de corriente de electrodo. La capa de electrodo comprende una composición de electrodo en la que se mezclan en seco un material activo, un material conductor y un aglutinante. El aglutinante incluye un primer aglutinante y un segundo aglutinante, siendo ambos diferentes, y el segundo aglutinante está adherido a la superficie del primero. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Electrodo para batería secundaria, batería secundaria que incluye el mismo, y método para fabricar el electrodoSector de la técnica
[0003] Referencia cruzada con solicitud(es) relacionada(s)
[0004] Esta solicitud reivindica el beneficio de la Solicitud de Patente Coreana N.º 10-2020-0139305 presentada el 26 de octubre de 2020 y de la Solicitud de Patente Coreana N.º 10-2021-0137513 presentada el 15 de octubre de 2021. La presente divulgación se refiere a un electrodo para batería secundaria, una batería secundaria que incluye el mismo, y un método de fabricación de un electrodo, y más particularmente, a un electrodo para batería secundaria que tiene una resistencia a la tracción mejorada y un efecto de reducción de la resistencia, una batería secundaria que incluye el mismo, y un método de fabricación de un electrodo.
[0005] Antecedentes de la invención
[0006] Junto con el desarrollo tecnológico y el aumento de la demanda de dispositivos móviles, la demanda de baterías secundarias como fuente de energía ha aumentado rápidamente. Entre estas baterías secundarias, una batería secundaria de litio de alta densidad energética y alto voltaje, un ciclo de vida largo y una baja tasa de autodescarga está disponible en el mercado y se utiliza ampliamente.
[0007] En particular, una batería secundaria ha suscitado gran interés como fuente de energía para dispositivos que funcionan con energía eléctrica, tal como una bicicleta eléctrica, un vehículo eléctrico, y un vehículo eléctrico híbrido, así como fuente de energía para dispositivos móviles, tal como un teléfono móvil, una cámara digital, un ordenador portátil y un dispositivo para llevar puesto.
[0008] Adicionalmente, a medida que crece el interés por las cuestiones medioambientales, se realizan estudios con frecuencia en un vehículo eléctrico, un vehículo eléctrico híbrido, etc., que pueden sustituir a un vehículo que utilice combustibles fósiles, tal como un vehículo de gasolina y un vehículo diésel, que son una de las principales causas de contaminación atmosférica. Aunque la batería secundaria de hidruro metálico de níquel se utiliza principalmente como fuente de alimentación para el vehículo eléctrico y el vehículo eléctrico híbrido, se está investigando activamente la utilización de una batería secundaria de litio que tenga una alta densidad energética, parte de las cuales se encuentran en fase de comercialización.
[0009] Los electrodos convencionales para baterías secundarias se fabrican en húmedo. Sin embargo, cuando el electrodo se fabrica en húmedo, se requiere esencialmente un proceso de tratamiento térmico a alta temperatura, y existe el riesgo de que el óxido metálico resulte dañado. Por lo tanto, existe una necesidad creciente de desarrollar un electrodo fabricado en seco.
[0010] El documento US 2018/175366 divulga un método de proceso en seco para producir electrodos para dispositivos electroquímicos y electrodos para dispositivos electroquímicos. El documento US 2020/220151 divulga un método de producción de electrodos por fibrilación aglutinante que utiliza un agente auxiliar de fibrilación particulado. El documento US 2019/305316 divulga composiciones y métodos para películas secas de electrodos que incluyen aglutinantes microparticulados no fibrilables. KR 20160145043 divulga el electrodo del dispositivo de almacenamiento de energía en seco y el método de fabricación del mismo.
[0011] Explicación de la invención
[0012] Problema técnico
[0013] Es un objeto de la presente divulgación proporcionar un electrodo para batería secundaria que tenga una resistencia a la tracción mejorada y un efecto de reducción de la resistencia, una batería secundaria que incluye el mismo, y un método de fabricación de un electrodo.
[0014] Los objetos de la presente divulgación no se limitan a los objetos anteriormente mencionados, y otros objetos que no se describen en el presente documento deben ser claramente comprendidos por los expertos en la materia a partir de la siguiente descripción detallada y los dibujos adjuntos.
[0015] Solución técnica
[0016] De acuerdo con una realización de la presente divulgación, se proporciona un electrodo para batería secundaria como se indica en la reivindicación 1 anexa.
[0017] De acuerdo con otra realización de la presente divulgación, se proporciona un método de fabricación de un electrodo para una batería secundaria, siendo el método como se describe en la reivindicación 5 adjunta.
[0018] De acuerdo con otra realización más de la presente divulgación, se proporciona una batería secundaria que comprende el mencionado electrodo para batería secundaria.
[0019] Efectos ventajosos
[0020] De acuerdo con realizaciones de la presente divulgación, un electrodo para batería secundaria y una batería secundaria que incluye el mismo se fabrican utilizando composiciones de electrodos que incluyen aglutinantes mutuamente diferentes, con lo que puede mejorarse la resistencia a la tracción del electrodo y el efecto de reducción de la resistencia de la batería secundaria que incluye el electrodo.
[0021] Los efectos de la presente divulgación no se limitan a los efectos mencionados anteriormente y otros efectos adicionales no descritos anteriormente se entenderán claramente a partir de la descripción de las reivindicaciones adjuntas por los expertos en la materia.
[0022] Breve descripción de los dibujos
[0023] La Figura 1 es un diagrama que muestra una composición de electrodo de un electrodo para batería secundaria de acuerdo con una realización de la divulgación;
[0024] la Figura 2 es un diagrama de flujo que muestra un método de fabricación de un electrodo para batería secundaria de acuerdo con una realización de la presente divulgación;
[0025] la Figura 3 es un gráfico para comparar una resistencia a la tracción y una capacidad de descarga inicial en función del contenido de aglutinante de un electrodo para batería secundaria, en los Ejemplos y Ejemplos Comparativos de la presente divulgación;
[0026] la Figura 4 es un gráfico para comparar una resistencia a la tracción y una capacidad de descarga inicial en función de la relación de contenido del primer aglutinante y el segundo aglutinante de un electrodo para batería secundaria, en los Ejemplos y Ejemplos Comparativos de la presente divulgación; y
[0027] La Figura 5 es un gráfico para comparar una resistencia a la tracción y una capacidad de descarga inicial en función de una temperatura de transición vítrea del primer aglutinante y del segundo aglutinante de un electrodo para batería secundaria, en los Ejemplos y Ejemplos Comparativos de la presente divulgación.
[0028] Realización preferente de la invención
[0029] En lo sucesivo en el presente documento, se describirán con detalle varias realizaciones de la presente divulgación con referencia a los dibujos adjuntos, de tal modo que los expertos en la materia puedan llevarlas a cabo fácilmente. La presente divulgación puede modificarse de varias maneras diferentes, y no se limita a las realizaciones expuestas en el presente documento.
[0030] Ahora, se describirá un electrodo para una batería secundaria de acuerdo con una realización de la presente divulgación.
[0031] El electrodo para batería secundaria de acuerdo con una realización de la presente divulgación incluye un colector de corriente de electrodo; y una capa de electrodo formada por una película independiente sobre el colector de corriente de electrodo. La capa de electrodo incluye una composición de electrodo en la que un material activo, un material conductor y un aglutinante se mezclan en seco.
[0032] La capa de electrodo puede formarse mediante un proceso de laminación después de haber sido producida en primer lugar en una película independiente, y fijando la película independiente sobre el colector de corriente de electrodo. Aquí, la película independiente puede tener una resistencia a la tracción de 5 kgf/cm<2>o más y de 50 kgf/cm<2>o menos. De este modo, la película independiente puede estar en un estado en el que el material activo, el material conductor, el primer aglutinante y el segundo aglutinante incluidos en la composición del electrodo se mezclan entre sí con gran fuerza aglutinante, y la película independiente puede almacenarse fácilmente en forma de rollo. Por lo tanto, puede ser eficaz para aumentar la productividad y mejorar la flexibilidad del electrodo. Sin embargo, cuando la resistencia a la tracción de la película independiente sea inferior a 5kgf/cm<2>, durante carga y descarga, se generan grietas entre los materiales activos del electrodo, lo que provoca un problema de aumento de la resistencia, la conductividad eléctrica disminuye y las características de vida útil también se reducen.
[0033] A continuación, se describirá en detalle cada componente incluido en el electrodo para batería secundaria de acuerdo con una realización de la presente divulgación.
[0034] La Figura 1 es un diagrama que muestra una composición de electrodo de un electrodo para batería secundaria de acuerdo con una realización de la divulgación.
[0035] Haciendo referencia a la Figura 1, el electrodo para batería secundaria de acuerdo con la presente realización incluye un primer aglutinante 100 y un segundo aglutinante 200 como aglutinante. El primer aglutinante 100 y el segundo aglutinante 200 son diferentes entre sí. Aquí, el primer aglutinante 100 y el segundo aglutinante 200 desempeña la función de mejorar la adherencia entre las partículas de material activo y una fuerza adhesiva entre el material activo y el colector de corriente. Aquí, el segundo aglutinante 200 se adhiere a la superficie del primer aglutinante 100. Por lo tanto, en el electrodo para batería secundaria de acuerdo con una realización de la presente divulgación, el primer aglutinante 100 pueden estar separado entre sí por el segundo aglutinante 200. De este modo, se evita el contacto entre los primeros aglutinantes 100, y puede reducirse un fenómeno de aglomeración de los primeros aglutinantes 100. Es más, sin interferir con el efecto de vinculación entre las partículas de material activo por el primer aglutinante 100 o el efecto de vinculación entre las partículas de material activo y el colector de corriente, se puede mejorar la dispersabilidad del primer aglutinante 100, así como la resistencia a la tracción y la flexibilidad del electrodo. El primer aglutinante 100 incluye politetrafluoroetileno (PTFE). Aquí, el politetrafluoroetileno (PTFE) tiene la característica de que las fibras se desprenden de las partículas al aplicar una fuerza de cizallamiento. Es decir, en el electrodo para batería secundaria de acuerdo con una realización de la presente divulgación, se aplica una fuerte fuerza de cizallamiento a la composición del electrodo que contiene politetrafluoroetileno (PTFE), de modo que la composición del electrodo pueda mezclarse mediante un método de mezcla física de acuerdo con el fibrado del politetrafluoroetileno (PTFE).
[0036] Por lo tanto, en el electrodo para batería secundaria de acuerdo con una realización de la presente divulgación, la composición del electrodo puede mezclarse en seco sin disolvente ni aditivo aparte, por lo que es muy eficaz para establecer una vinculación entre las partículas de material activo o vinculación entre las partículas de material activo y un colector de corriente, y también puede evitar daños en el material activo que se producen durante el proceso de tratamiento térmico a alta temperatura de acuerdo con el método de mezcla existente.
[0037] El segundo aglutinante 200 incluye un material polimérico acrílico. Aquí, el material polimérico acrílico incluye un polímero a base de ácido acrílico y un polímero a base de acrilato, pudiendo seleccionarse y utilizarse al menos uno de ellos. En un ejemplo, el segundo aglutinante 200 puede ser al menos uno seleccionado del grupo formado por el ácido poliacrílico (PAA), acrilato de metilo (MA), acrilato de etilo (EA), acrilato de butilo (BA), hexilacrilato de etilo (EHA) y metacrilato de metilo (MMA).
[0038] Es más, la temperatura de transición vítrea (T<g>) del segundo aglutinante 200 es mayor que la temperatura de transición vítrea (T<g>) del primer aglutinante (100). Aquí, la temperatura de transición vítrea (T<g>) del segundo aglutinante 200 puede ser superior a la temperatura ambiente. En general, la temperatura ambiente puede significar una temperatura con un margen de error de 5 grados centígrados basada en la temperatura estándar de 20 grados centígrados. Más específicamente, la temperatura de transición vítrea (T<g>) del primer aglutinante 100 es igual o superior a 15 grados Celsius e igual o inferior a 100 grados Celsius, y la temperatura de transición vítrea (T<g>) del segundo aglutinante 200 es igual o superior a 25 grados Celsius e igual o inferior a 115 grados Celsius. En un ejemplo, la temperatura de transición vítrea (T<g>) del primer aglutinante 100 es igual o superior a 15 grados centígrados e igual o inferior a 95 grados centígrados, y la temperatura de transición vítrea (T<g>) del segundo aglutinante 200 puede ser igual o superior a 30 grados centígrados e igual o inferior a 110 grados centígrados.
[0039] Aquí, la temperatura de transición vítrea (T<g>) puede medirse generalmente mediante un método de medición como la calorimetría diferencial de barrido (DSC), el análisis mecánico dinámico (DMA) o el problema termomecánico (TMA). Por ejemplo, en la presente realización, la temperatura de transición vítrea (T<g>) se mide mediante el método de medición DSC, en la que la norma aplicable puede ser la ISO 11357-2. Es más, como equipo de medición se puede utilizar un TA Instrument Q20, y la medición se realiza en un rango de temperatura de -50 ~ 200 °C y una velocidad de aumento de temperatura de 20 °C/min, y el análisis se realiza utilizando la curva de calentamiento secundaria, donde la determinación de la temperatura de transición vítrea (T<g>) puede utilizar el método del punto de inflexión. Por lo tanto, en el electrodo para batería secundaria de acuerdo con la presente divulgación, el primer aglutinante 100 y el segundo aglutinante 200 tienen una temperatura de transición vítrea en el intervalo mencionado, y el segundo aglutinante 200 está unido a la superficie del primer aglutinante 100 en un estado en el que el segundo aglutinante 200 no está fundido a temperatura ambiente, y así, se puede evitar un fenómeno de aglomeración del primer aglutinante 100.
[0040] Es más, cuando la temperatura aumenta en un proceso posterior de fabricación del electrodo y llega a ser superior a la temperatura de transición vítrea (T<g>) del segundo aglutinante 200, el segundo aglutinante 200 puede fundirse y así puede procederse al fibrado del primer aglutinante 100, mediante el cual puede realizarse la vinculación entre las partículas de material activo o la vinculación entre las partículas de material activo y el colector de corriente.
[0041] Es decir, el primer aglutinante 100 y el segundo aglutinante 200 pueden ajustar eficazmente el tiempo de fibrado del primer aglutinante 100 a través de la temperatura de transición vítrea (T<g>) en el rango anterior.
[0042] Por otro lado, cuando la temperatura de transición vítrea (T<g>) del segundo aglutinante 200 es inferior a la temperatura de transición vítrea (T<g>) del primer aglutinante 100, el segundo aglutinante 200 se funde antes que el primer aglutinante 100 y así, el segundo aglutinante 200 que queda en la superficie del primer aglutinante 100 se reduce o elimina. En este caso, no hay problema en que no pueda ajustarse el momento del fibrado del primer aglutinante 100, y cuando la temperatura de transición vítrea (T<g>) del primer aglutinante 100 es inferior a la temperatura ambiente, existe el problema de que el fibrado del primer aglutinante 100 se produce a temperatura ambiente, y es difícil evitar un fenómeno de aglomeración del primer aglutinante 100.
[0043] Adicionalmente, cuando la temperatura de transición vítrea (T<g>) del primer aglutinante 100 y del segundo aglutinante 200 es inferior al intervalo de temperaturas mencionado, al menos una parte del segundo aglutinante 200 se funde a temperatura ambiente, y el fibrado del primer aglutinante 100 se realiza a temperatura ambiente, y es difícil evitar un fenómeno de aglomeración del primer aglutinante 100. De este modo, puede reducirse el efecto de vinculación entre las partículas dentro de la composición del electrodo, y también puede reducirse en gran medida la resistencia a la tracción.
[0044] Por el contrario, cuando la temperatura de transición vítrea (T<g>) del primer aglutinante 100 y del segundo aglutinante 200 es superior al intervalo de temperaturas mencionado, en el proceso de fabricación de electrodos, hay un problema en que se requiere tiempo de fabricación, equipo de fabricación, etc. adicional en el proceso de elevación de la temperatura para fundir el primer aglutinante 100 y el segundo aglutinante 200, y tampoco continúa el fibrado del primer aglutinante 100.
[0045] Es más, el contenido de los aglutinantes 100 y 200 puede ser igual o superior al 0,51 % en peso e igual o inferior al 11,99 % en peso sobre el peso total de la composición del electrodo. Más preferentemente, el contenido de los aglutinantes 100 y 200 puede ser igual o superior al 1 % en peso e igual o inferior al 11 % en peso sobre el peso total de la composición del electrodo. En un ejemplo, el contenido de los aglutinantes 100 y 200 puede ser igual o superior al 1 % en peso e igual o inferior al 10 % en peso sobre el peso total de la composición del electrodo.
[0046] Por lo tanto, el electrodo para batería secundaria de acuerdo con la presente realización contiene el aglutinante dentro del intervalo mencionado, por lo que se puede maximizar el fibrado del aglutinante, y el efecto de vinculación entre las partículas dentro de la composición del electrodo puede ser excelente, y por lo tanto la resistencia a la tracción puede ser excelente. Además de esto, es posible evitar un fenómeno de aglomeración del aglutinante y mejorar la dispersabilidad, por lo que puede ser excelente en el efecto de reducción de la resistencia del electrodo que contiene la composición de electrodo anterior.
[0047] A diferencia del mismo, cuando el contenido total de los aglutinantes 100 y 200 sea inferior al 0,51 % en peso, se reduce el efecto de vinculación entre las partículas dentro de la composición del electrodo y, por tanto, también puede verse muy reducida la resistencia a la tracción. Es más, cuando el contenido de los aglutinantes 100 y 200 es superior al 11,9 % en peso, en el electrodo que incluye la composición del electrodo, el primer aglutinante y el segundo aglutinante actúan como resistencia, lo que causa el problema de que es difícil esperar un alto rendimiento.
[0048] Es más, la relación de contenido del primer aglutinante 100 y del segundo aglutinante 200 puede ser de 0,1:10 a 10:0,1. Más preferentemente, la relación de contenido del primer aglutinante 100 y del segundo aglutinante 200 puede ser de 0,5:10 a 10:0,5. En un ejemplo, la relación de contenido del primer aglutinante 100 y del segundo aglutinante 200 puede ser de 1:10 a 10:1.
[0049] Por lo tanto, el electrodo para batería secundaria de acuerdo con la presente realización contiene el primer aglutinante 100 y el segundo aglutinante 200 dentro del rango anterior, mediante el cual se puede maximizar el fibrado del aglutinante, el efecto de vinculación entre las partículas dentro de la composición del electrodo puede ser excelente, y por lo tanto la resistencia a la tracción puede ser excelente. Además de esto, es posible evitar un fenómeno de aglomeración del aglutinante y mejorar la dispersabilidad, por lo que puede ser excelente en el efecto de reducción de la resistencia del electrodo que contiene la composición de electrodo anterior.
[0050] A diferencia del mismo, cuando la relación de contenido del primer aglutinante 100 y del segundo aglutinante 200 es inferior a 0,1, se reduce el grado de fibrilación del aglutinante, y cuando solamente se incluye el segundo aglutinante 200, existe el problema de que es imposible fabricar el electrodo. Es más, cuando la relación de contenido del primer aglutinante 100 y del segundo aglutinante 200 es superior a 10, se genera bien el fenómeno de aglomeración del aglutinante, se puede reducir el efecto de reducción de la resistencia del electrodo, y también puede deteriorarse el rendimiento de la batería.
[0051] El material activo puede ser un material activo de electrodo positivo. El material activo positivo puede incluir, por ejemplo, óxido de litio y cobalto (LiCoO<2>), óxido de litio y níquel (LiNiO<2>), óxido de litio y manganeso, óxido de litio y cobre (Li<2>CuO<2>), óxido de vanadio, un óxido de níquel-litio de tipo Ni-site, óxido compuesto de litio y manganeso, óxido compuesto de litio y manganeso con estructura de espinela, LiMn<2>O<4>en la que una parte de Li en la fórmula se sustituye con iones de metales alcalinotérreos, un compuesto de disulfuro; Fe<2>(MoO<4>)<3>, y similares.
[0052] En un ejemplo, el material activo puede incluir óxido de litio y manganeso (LMO). Aquí, el material activo puede estar contenido en una cantidad del 85 % en peso al 99 % en peso sobre el peso total de la composición del electrodo. Más preferentemente, el material activo puede estar contenido en una cantidad del 87 % en peso al 98 % en peso sobre el peso total de la composición del electrodo. En un ejemplo, el material activo puede estar contenido en una cantidad del 89 % en peso al 97 % en peso sobre el peso total de la composición del electrodo.
[0053] El material conductor se utiliza para impartir conductividad al electrodo, y el material conductor puede utilizarse sin limitación particular siempre que tenga conductividad electrónica sin provocar cambios químicos en la batería que se va a configurar. Ejemplos específicos de los mismos son los materiales a base de carbono, tales como negro de humo, negro de acetileno, negro ketjen, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara, negro termal, grafeno de carbono y fibra de carbono; grafito tal como grafito natural y grafito artificial; polvo metálico o fibras metálicas tales como cobre, níquel, aluminio y plata; whisky conductor tal como óxido de zinc y titanato de potasio; óxidos de metal conductor, tales como óxido de titanio; o un polímero conductor, como un derivado del polifenileno, que pueden utilizarse por separado o como una mezcla de dos o más. Aquí, el material conductor puede estar contenido en una cantidad del 1 % en peso al 10 % en peso sobre el peso total del electrodo.
[0054] El mencionado electrodo para batería secundaria puede incluirse como electrodo positivo en una batería secundaria de acuerdo con otra realización de la presente divulgación. Más específicamente, la batería secundaria de acuerdo con otra realización de la presente divulgación puede incluir un conjunto de electrodos que incluye un electrodo positivo, un electrodo negativo y un separador interpuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, y un electrolito.
[0055] El electrodo negativo puede fabricarse aplicando una lechada de electrodo negativo que incluya un material activo de electrodo negativo, un material polimérico, un material conductor y similares al colector de corriente de electrodo negativo, de forma similar al electrodo para batería secundaria.
[0056] El electrodo negativo también puede fabricarse en una forma en la que la lechada de electrodo negativo, que incluye el material activo del electrodo negativo, se adhiere o aplica al colector de corriente de electrodo negativo, y la lechada de electrodo negativo puede incluir además el material conductor y el material polimérico descritos anteriormente, junto con el material activo de electrodo negativo.
[0057] Se puede utilizar un material activo de electrodo negativo para una batería secundaria de litio, como es habitual en la técnica, como material activo de electrodo negativo. En un ejemplo, se puede utilizar un material como el metal de litio, una aleación de litio, coque de petróleo, carbón activado, grafito, silicio, estaño, óxidos metálicos u otros carbonos. El colector de corriente de electrodo negativo no está particularmente limitado siempre que tenga una alta conductividad sin causar cambios químicos en la batería. Por ejemplo, cobre, acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio, carbón, cobre o acero inoxidable con una superficie tratada con carbono, níquel, titanio, plata, etc., aleación de aluminio-cadmio, y similares.
[0058] El separador separa el electrodo negativo y el positivo, y proporciona un paso para que se muevan los iones de litio. Se puede usar cualquier separador sin limitación particular siempre que se use generalmente como separador en una batería secundaria de litio. Particularmente, es preferible un separador que tenga una excelente capacidad de retención de humedad para un electrolito y al mismo tiempo una baja resistencia a la migración de iones electrolíticos. Adicionalmente, la solución electrolítica aquí utilizada puede incluir un electrolito líquido orgánico, un electrolito líquido inorgánico, un electrolito de polímero sólido, un electrolito de polímero tipo gel, un electrolito inorgánico sólido, un electrolito inorgánico fundido o similar que pueda utilizarse en la producción de una batería secundaria de litio, pero no se limita a esto.
[0059] Específicamente, la solución de electrolito puede incluir un disolvente orgánico y una sal de litio. Como disolvente orgánico, se puede utilizar cualquier disolvente orgánico sin limitación particular siempre que pueda servir como medio a través del cual puedan migrar los iones implicados en una reacción electroquímica de la batería. La sal de litio puede utilizarse sin limitación particular siempre que sea un compuesto capaz de proporcionar iones de litio utilizados en una batería secundaria de litio.
[0060] Para mejorar las características de vida útil de la batería, suprimir una reducción de la capacidad de la batería y mejorar su capacidad de descarga, la solución electrolítica puede incluir además, por ejemplo, uno o más aditivos, como un compuesto a base de carbonato de haloalquileno, como el carbonato de difluoroetileno, piridina, trietilfosfito, trietanolamina, éter cíclico, etilendiamina, n-glima, triamida hexafosfórica, un derivado de nitrobenceno, azufre, un colorante de quinona imina, oxazolidinonas N-sustituidas, imidazolidina N,N-sustituida, éter dialquílico de etilenglicol, una sal de amonio, pirrol, 2-metoxi etanol, o tricloruro de aluminio, además de los componentes electrolíticos mencionados. En este caso, el aditivo puede incluirse en una cantidad del 0,1 % en peso al 5 % en peso sobre el peso total de la solución electrolítica.
[0061] La Figura 2 es un diagrama de flujo que muestra un método de fabricación de un electrodo para batería secundaria de acuerdo con una realización de la presente divulgación. Haciendo referencia a la Figura 2, un método de fabricación de un electrodo para batería secundaria de acuerdo con la presente realización incluye una etapa de premezcla (S10) de la mezcla de un material activo, un material conductor y un aglutinante, una etapa de mezcla (S20) consistente en aplicar una fuerza de cizallamiento elevada para preparar una composición de electrodo, una etapa (S30) de fabricación de una película independiente utilizando la segunda composición de electrodo, y una etapa (S40) de fabricación de un electrodo mediante un proceso de laminación después de fijar la película independiente al colector de corriente de electrodo.
[0062] Aquí, en la etapa de premezcla (S10), el material activo, el material conductor y el aglutinante se mezclan en seco. El aglutinante incluye un primer aglutinante y un segundo aglutinante, siendo el primer aglutinante y el segundo aglutinante diferentes entre sí. El segundo aglutinante se adhiere a la superficie del primer aglutinante.
[0063] En lo sucesivo en el presente documento, el contenido de la presente divulgación se describirá mediante ejemplos más específicos. Sin embargo, los siguientes ejemplos se proporcionan solo con fines ilustrativos y el alcance de la presente divulgación no se limita a los mismos.
[0064] Ejemplo 1
[0065] Una etapa de premezcla (S10) de preparación de una mezcla en la que un material activo, un material conductor y los aglutinantes primero y segundo se mezclan en seco utilizando una trituradora Waring. Aquí, el material activo es 92 % en peso de óxido de litio y manganeso (LMO), y el material conductor es 2 % en peso de Super C65.
[0066] El contenido total del primer aglutinante, que es politetrafluoroetileno (PTFE), y del segundo aglutinante, que es un polímero acrílico, es del 6 % en peso. Aquí, la relación de contenido del primer aglutinante 100 y del segundo aglutinante 200 es de 70:30. Es más, la temperatura de transición vítrea (T<g>) del primer aglutinante 100 es de 34 grados Celsius, y la temperatura de transición vítrea (T<g>) del segundo aglutinante 200 es de 55 grados Celsius. En este momento, la etapa de premezcla (S10) se realiza a temperatura ambiente a 5000 rpm durante 1 minuto.
[0067] Posteriormente, se realizó una etapa de mezcla (S20) en la que se aplica una fuerza de cizallamiento a la mezcla preparada en la etapa de premezcla (S10) para preparar una composición de electrodo, utilizando un equipo Bench Kneader PBV-0.1L (disponible en Irie Shokai). En este momento, la etapa de mezcla (S20) se realiza a 100 grados Celsius a 30 rpm durante 5 minutos.
[0068] Ejemplo 2
[0069] En el ejemplo 2, la relación de contenido del primer aglutinante 100 y del segundo aglutinante 200 es de 40:60. Además, la temperatura de transición vítrea (T<g>) del segundo aglutinante 200 es de 40 grados centígrados. Excepto en este punto, se preparó una composición de electrodo de la misma manera que en el Ejemplo 1.
[0070] Ejemplo 3
[0071] En el ejemplo 3, el material activo es 97 % en peso de óxido de litio y manganeso (LMO), y el contenido total del primer aglutinante 100 y del segundo aglutinante 200 es 1 % en peso. Excepto en este punto, se preparó una composición de electrodo de la misma manera que en el Ejemplo 1.
[0072] Ejemplo 4
[0073] En el ejemplo 4, el material activo es 88 % en peso de óxido de litio y manganeso (LMO), y el contenido total del primer aglutinante 100 y del segundo aglutinante 200 es 10 % en peso. Excepto en este punto, se preparó una composición de electrodo de la misma manera que en el Ejemplo 1.
[0074] Ejemplo 5
[0075] En el ejemplo 5, la temperatura de transición vítrea (Tg) del primer aglutinante 100 es de 90 grados Celsius, y la temperatura de transición vítrea (Tg) del segundo aglutinante 200 es de 106 grados Celsius. Excepto en este punto, se preparó una composición de electrodo de la misma manera que en el Ejemplo 1.
[0076] Ejemplo Comparativo 1
[0077] En el Ejemplo Comparativo 1, el material activo es 97,5 % en peso de óxido de litio y manganeso (LMO), y el contenido total del primer aglutinante 100 y del segundo aglutinante 200 es 0,5 % en peso. Excepto en este punto, se preparó una composición de electrodo de la misma manera que en el Ejemplo 1.
[0078] Ejemplo Comparativo 2
[0079] En el Ejemplo Comparativo 2, el material activo es 86 % en peso de óxido de litio y manganeso (LMO), y el contenido total del primer aglutinante 100 y del segundo aglutinante 200 es 12 % en peso. Excepto en este punto, se preparó una composición de electrodo de la misma manera que en el Ejemplo 1.
[0080] Ejemplo Comparativo 3
[0081] En el Ejemplo Comparativo 3, la relación de contenido del primer aglutinante 100 y del segundo aglutinante 200 es de 100:0. Además, la temperatura de transición vítrea (T<g>) del primer aglutinante 100 es de 25 grados Celsius. Excepto en este punto, se preparó una composición de electrodo de la misma manera que en el Ejemplo 1.
[0082] Ejemplo Comparativo 4
[0083] En el Ejemplo Comparativo 4, la relación de contenido del primer aglutinante 100 y del segundo aglutinante 200 es de 0: 100. Excepto en este punto, se preparó una composición de electrodo de la misma manera que en el Ejemplo 1.
[0084] Ejemplo Comparativo 5
[0085] En el Ejemplo Comparativo 5, la temperatura de transición vítrea (T<g>) del primer aglutinante 100 es de -10 grados Celsius, y la temperatura de transición vítrea (T<g>) del segundo aglutinante 200 es de -40 grados Celsius. Excepto en este punto, se preparó una composición de electrodo de la misma manera que en el Ejemplo 1.
[0086] Ejemplo Comparativo 6
[0087] En el Ejemplo Comparativo 6, la temperatura de transición vítrea (T<g>) del primer aglutinante 100 es de 11 grados Celsius, y la temperatura de transición vítrea (T<g>) del segundo aglutinante 200 es de -12 grados Celsius. Excepto en este punto, se preparó una composición de electrodo de la misma manera que en el Ejemplo 1.
[0088] Ejemplo Comparativo 7
[0089] En el Ejemplo Comparativo 7, la temperatura de transición vítrea (T<g>) del primer aglutinante 100 es de 110 grados Celsius, y la temperatura de transición vítrea (T<g>) del segundo aglutinante 200 es de 120 grados Celsius. Excepto en este punto, se preparó una composición de electrodo de la misma manera que en el Ejemplo 1.
[0090] Ejemplo experimental 1 (medición de la resistencia a la tracción)
[0091] Haciendo referencia a la Figura 2, para las composiciones de electrodos preparadas en los Ejemplos 1 a 5 y en los Ejemplos Comparativos 1 a 6, respectivamente, se realizó una etapa de fabricación de película independiente (S30) de fabricación de una película independiente con una longitud de 20 mm y una anchura de 20 mm utilizando un equipo de laminación (disponible en Inoue MFG). Por cada lámina independiente fabricada, se fijaron ambos extremos con una plantilla y, a continuación, se midió la resistencia a la tracción de la película independiente a una velocidad de 50 mm/min utilizando el equipo Instron UTM, respectivamente. Los resultados se muestran en la Tabla 1 a continuación.
[0092] Tabla 1
[0094]
[0095] continuación
[0097]
[0099] Ejemplo experimental 2 (medición de la capacidad de descarga)
[0100] Haciendo referencia a la Figura 2, para los Ejemplos 1 a 5 y los Ejemplos Comparativos 1 a 6, las películas independientes fabricadas en el Ejemplo Experimental 1 se prensaron con rodillo sobre un colector de corriente que es una lámina de aluminio, y después se fijó el valor de carga en 5mAh/cm<2>y la porosidad en el 30 %. En estas condiciones, se realizó una etapa de fabricación del electrodo (S40) de fabricación de un electrodo positivo. Entonces, se fabricó una media batería de botón utilizando un metal de litio con un espesor de 200 µm como electrodo negativo junto con cada electrodo positivo fabricado. Entonces, para cada una de las medias baterías de botón fabricadas, se calculó el valor de la capacidad de descarga del primer ciclo después de la carga y descarga en condiciones de 0,1C/0,1C en el rango de tensión de 3,0 a 4,3V, y los resultados se muestran en la Tabla 2 a continuación.
[0101] Tabla 2
[0103]
[0104] Análisis de resultados experimentales
[0105] La Figura 3 es un gráfico para comparar una resistencia a la tracción y una capacidad de descarga inicial en función del contenido de aglutinante de un electrodo para batería secundaria, en los Ejemplos y Ejemplos Comparativos de la presente divulgación. Particularmente, la Figura 3 es un gráfico para comparar la resistencia a la tracción y la capacidad de descarga inicial del Ejemplo 1, Ejemplo 3, Ejemplo 4, Ejemplo Comparativo 1 y Ejemplo Comparativo 2, respectivamente, entre los resultados que figuran en las Tablas 1 y 2. En este momento, en el Ejemplo Comparativo 1, Ejemplo 3, Ejemplo 1, Ejemplo 4 y Ejemplo Comparativo 2, la proporción de contenido del primer aglutinante y del segundo aglutinante es la misma, en donde el contenido total del primer aglutinante 100 y del segundo aglutinante 200 aumenta en el orden de Ejemplo Comparativo 1, Ejemplo 3, Ejemplo 1, Ejemplo 4 y Ejemplo Comparativo 2. En el caso del Ejemplo Comparativo 1, el contenido total del primer aglutinante 100 y del segundo aglutinante 200 es de 0,5 % en peso, que tiene un contenido menor que el de los Ejemplos, y en el caso del Ejemplo Comparativo 2, el contenido total del primer aglutinante 100 y del segundo aglutinante 200 es de 12 % en peso, que tiene un contenido mayor que el de Ejemplos.
[0106] Haciendo referencia a la Figura 3, puede confirmarse que a medida que aumenta el contenido total del primer aglutinante 100 y del segundo aglutinante 200, la resistencia a la tracción se vuelve excelente, pero la capacidad de descarga inicial disminuye. Es decir, cuando el contenido total del primer aglutinante 100 y del segundo aglutinante 200 es demasiado pequeño, existe el problema de que disminuye la resistencia a la tracción. Es más, cuando el contenido total del primer aglutinante 100 y del segundo aglutinante 200 es demasiado grande, la resistencia del aglutinante también aumenta junto con el aumento del contenido de aglutinante, lo que provoca un problema de disminución de la capacidad de descarga inicial. Por lo tanto, en el caso de tener el contenido total del primer aglutinante 100 y del segundo aglutinante 200 como en los Ejemplos 1, 3 y 4, se puede confirmar que tanto la resistencia a la tracción como la capacidad de descarga inicial son excelentes en su conjunto.
[0107] La Figura 4 es un gráfico para comparar una resistencia a la tracción y una capacidad de descarga inicial en función de la relación de contenido del primer aglutinante y el segundo aglutinante de un electrodo para batería secundaria, en los Ejemplos y Ejemplos Comparativos de la presente divulgación. Particularmente, la Figura 4 es un gráfico para comparar la resistencia a la tracción y la capacidad de descarga inicial de los Ejemplos 1, 2, Ejemplo Comparativo 3 y Ejemplo Comparativo 4, respectivamente, entre los resultados que figuran en las Tablas 1 y 2. En este momento, en el Ejemplo 1, Ejemplo 2, Ejemplo Comparativo 3 y Ejemplo Comparativo 4, el contenido total del primer aglutinante 100 y del segundo aglutinante 200 es el mismo, pero las proporciones de contenido son diferentes entre sí. Aquí, en el caso del Ejemplo Comparativo 4, Ejemplo 2, Ejemplo 1 y Ejemplo Comparativo 3, el contenido del primer aglutinante aumenta gradualmente, y el contenido del segundo aglutinante disminuye gradualmente.
[0108] Haciendo referencia a la Figura 4, en primer lugar, cuando solamente se incluye en el aglutinante el segundo aglutinante, como en el Ejemplo Comparativo 4, es difícil fabricar el electrodo durante la mezcla en seco, por lo que no se miden la resistencia a la tracción ni la capacidad de descarga inicial. De este modo, puede confirmarse que el primer aglutinante debe incluirse necesariamente en el electrodo para batería secundaria de acuerdo con la presente divulgación.
[0109] Es más, haciendo referencia a la Figura 4, cuando solamente se incluye el primer aglutinante en el aglutinante, como en el Ejemplo Comparativo 3, se puede confirmar que tanto la resistencia a la tracción como la capacidad de descarga inicial disminuyen. Esto es debido a que, cuando el primer aglutinante se utiliza a solas, se produce el fenómeno de aglomeración del primer aglutinante a temperatura ambiente, con lo que disminuye el efecto de vinculación entre las partículas y aumenta también la resistencia.
[0110] Por lo tanto, en el caso de tener la relación de contenido del primer aglutinante 100 y del segundo aglutinante 200 como en los Ejemplos 1 y 2, se puede confirmar que tanto la resistencia a la tracción como la capacidad de descarga inicial son excelentes en su conjunto.
[0111] La Figura 5 es un gráfico para comparar una resistencia a la tracción y una capacidad de descarga inicial en función de una temperatura de transición vítrea del primer aglutinante y del segundo aglutinante de un electrodo para batería secundaria, en los Ejemplos y Ejemplos Comparativos de la presente divulgación. Particularmente, la Figura 5 es un gráfico para comparar la resistencia a la tracción y la capacidad de descarga inicial del Ejemplo 1, Ejemplo 5, Ejemplo Comparativo 5 y Ejemplo Comparativo 6, respectivamente, entre los resultados que figuran en las Tablas 1 y 2. En este momento, en el Ejemplo 1, Ejemplo 5, Ejemplo Comparativo 5, Ejemplo Comparativo 6 y Ejemplo Comparativo 7, tanto el contenido como la proporción de contenido del primer aglutinante 100 y del segundo aglutinante 200 son los mismos, pero las temperaturas de transición vítrea del primer aglutinante 100 y del segundo aglutinante 200 son diferentes. Aquí, las temperaturas de transición vítrea del primer aglutinante 100 y del segundo aglutinante 200 aumentan en el orden del Ejemplo Comparativo 5, Ejemplo Comparativo 6, Ejemplo 1, Ejemplo 5 y Ejemplo Comparativo 7. En este momento, el Ejemplo Comparativo 7 se omite en la Figura 5 porque no se miden la resistencia a la tracción ni la capacidad de descarga inicial.
[0112] Haciendo referencia a la Figura 5, puede confirmarse a medida que aumenta la temperatura de transición vítrea del primer aglutinante 100 y del segundo aglutinante 200, la resistencia a la tracción y la capacidad de descarga inicial aumentan gradualmente.
[0113] Es decir, cuando las temperaturas de transición vítrea del primer aglutinante 100 y del segundo aglutinante 200 son demasiado pequeñas, como en los Ejemplos Comparativos 5 y 6, el segundo aglutinante 200 se funde a temperatura ambiente y, por tanto, el segundo aglutinante 200 puede no adherirse fácilmente a la superficie del primer aglutinante 100. De este modo, cuando se incluye el segundo aglutinante 200 con una temperatura de transición vítrea excesivamente pequeña, existe el problema de que resulta difícil evitar el fenómeno de aglomeración del primer aglutinante 100 que se produce a temperatura ambiente.
[0114] Adicionalmente, cuando la temperatura de transición vítrea del segundo aglutinante 200 es inferior a la temperatura de transición vítrea del primer aglutinante 100, como en los Ejemplos Comparativos 5 y 6, el segundo aglutinante 200 se funde antes que el primer aglutinante 100, lo que ocasiona el problema de que es difícil seguir evitando el fenómeno de aglomeración del primer aglutinante 100.
[0115] Es más, en referencia a las Tablas 1 y 2, cuando las temperaturas de transición vítrea del primer aglutinante 100 y del segundo aglutinante 200 son demasiado grandes, como en el Ejemplo Comparativo 7, se puede confirmar que el primer aglutinante 100 no se fibra a la temperatura de proceso y, por tanto, no se miden la resistencia a la tracción y la capacidad de descarga inicial. De este modo, cuando el primer aglutinante 100 y el segundo aglutinante 200 tienen una temperatura de transición vítrea como en los Ejemplos 1 y 5, se puede confirmar que el fenómeno de aglomeración del primer aglutinante 100 se evita eficazmente, y al mismo tiempo, el fibrado ha progresado de manera excelente, y así, tanto la resistencia a la tracción como la capacidad de descarga inicial son excelentes en su conjunto.

Claims (9)

1. REIVINDICACIONES
1. Un electrodo para batería secundaria que comprende:
un colector de corriente de electrodo; y
una capa de electrodos situada en el colector de corriente de electrodo,
en donde la capa de electrodo comprende una composición de electrodo en la que un material activo, un material conductor y un aglutinante se mezclan en seco,
en donde el aglutinante comprende un primer aglutinante y un segundo aglutinante, siendo el primer aglutinante y el segundo aglutinante diferentes entre sí, y
en donde el segundo aglutinante está unido a la superficie del primer aglutinante;
caracterizado por queuna temperatura de transición vítrea (T<g>) del segundo aglutinante es mayor que una temperatura de transición vítrea (T<g>) del primer aglutinante;
la temperatura de transición vítrea (T<g>) del primer aglutinante es igual o superior a 15 grados centígrados e igual o inferior a 100 grados centígrados, y
la temperatura de transición vítrea (T<g>) del segundo aglutinante es igual o superior a 25 grados centígrados e igual o inferior a 115 grados centígrados; y
el primer aglutinante comprende politetrafluoroetileno (PTFE), el segundo aglutinante comprende un material polimérico acrílico.
2. El electrodo para batería secundaria de acuerdo con la reivindicación 1, en donde:
un contenido del aglutinante es igual o superior al 0,51 % en peso e igual o inferior al 11,99 % en peso sobre el peso total de la composición del electrodo.
3. El electrodo para batería secundaria de acuerdo con la reivindicación 1, en donde:
una relación de contenido del primer aglutinante y del segundo aglutinante tiene una relación de 0,1:10 a 10:0,1.
4. El electrodo para batería secundaria de acuerdo con la reivindicación 1, en donde:
la composición del electrodo se fabrica en una película independiente, y
la película independiente se fija en el colector de corriente de electrodo.
5. Un método de fabricación de un electrodo para batería secundaria, comprendiendo el método las etapas de: mezcla en seco de un material activo, un material conductor y un aglutinante para preparar una mezcla; aplicación de una fuerza de cizallamiento a la mezcla para preparar una composición de electrodo; fabricación de una película independiente con la composición del electrodo; y
fijación de la película independiente en el colector de corriente de electrodo para formar un electrodo para batería secundaria,
en donde el aglutinante comprende un primer aglutinante y un segundo aglutinante, siendo el primer aglutinante y el segundo aglutinante diferentes entre sí,
en donde el segundo aglutinante está unido a la superficie del primer aglutinante;
caracterizado por queuna temperatura de transición vítrea (T<g>) del segundo aglutinante es mayor que una temperatura de transición vítrea (T<g>) del primer aglutinante;
la temperatura de transición vítrea (T<g>) del primer aglutinante es igual o superior a 15 grados centígrados e igual o inferior a 100 grados centígrados, y
la temperatura de transición vítrea (T<g>) del segundo aglutinante es igual o superior a 25 grados centígrados e igual o inferior a 115 grados centígrados; y
el primer aglutinante comprende politetrafluoroetileno (PTFE), y el segundo aglutinante comprende un material polimérico acrílico.
6. El método de fabricación de un electrodo para batería secundaria de acuerdo con la reivindicación 5, en donde: la etapa de mezcla en seco de un material activo, un material conductor y un aglutinante para preparar una mezcla se realiza a temperatura ambiente, y
la etapa de aplicar una fuerza de cizallamiento a la mezcla para preparar una composición de electrodo se realiza a una temperatura igual o superior a 100 grados Celsius.
7. El método de fabricación de un electrodo para batería secundaria de acuerdo con la reivindicación 5, en donde: la suma de los contenidos del primer aglutinante y del segundo aglutinante es igual o superior al 0,51 % en peso e igual o inferior al 11,99 % en peso sobre el peso total de la composición del electrodo.
8. El método de fabricación de un electrodo para batería secundaria de acuerdo con la reivindicación 5, en donde: una relación de contenido del primer aglutinante y del segundo aglutinante tiene una relación de 0,1:10 a 10:0,1.
9. Una batería secundaria que comprende el electrodo para batería secundaria de acuerdo con la reivindicación 1.
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