ES3058990T3

ES3058990T3 - Negative electrode for lithium metal battery, and lithium metal battery comprising same

Info

Publication number: ES3058990T3
Application number: ES22799072T
Authority: ES
Inventors: Sun Mi Jin; Yunjung Kim; Kihyun Kim
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2021-05-03
Filing date: 2022-05-02
Publication date: 2026-03-16
Anticipated expiration: 2042-05-02
Also published as: CN116368644A; EP4213242A4; EP4213242A1; EP4213242B1; PL4213242T3; JP7558412B2; JP2023550107A; US20230402590A1; WO2022235029A1

Abstract

La presente invención se refiere a un electrodo negativo para una batería de litio metálico y a una batería de litio metálico que lo comprende, dicho electrodo negativo comprende: un sustrato poroso; una capa de recubrimiento de carbono formada sobre la superficie del sustrato poroso; y una capa de litio metálico situada sobre la capa de recubrimiento de carbono, donde la capa de recubrimiento de carbono comprende partículas de carbono con estructura laminar. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Electrodo negativo para batería de metal de litio y batería de metal de litio que comprende el mismo

[0003] Campo técnico

[0004] La presente invención se refiere a un electrodo negativo para una batería de metal de litio y a una batería de metal de litio que comprende el mismo.

[0005] Técnica anterior

[0006] A medida que sigue aumentando el interés por la tecnología de almacenamiento de energía, dado que su campo de aplicación se está expandiendo desde energía para teléfonos móviles, tabletas, ordenadores portátiles y videocámaras o incluso energía para vehículos eléctricos (EV) y vehículos eléctricos híbridos (HEV), la investigación y el desarrollo de dispositivos electroquímicos están aumentando gradualmente. El campo de los dispositivos electroquímicos es un área que está recibiendo la mayor atención a este respecto. Entre ellos, el desarrollo de baterías secundarias, tales como una batería secundaria de litio-azufre capaz de cargarse/descargarse y además una batería de metal de litio, se ha convertido en el centro de atención. En los últimos años, el desarrollo de estas baterías, con el fin de mejorar la densidad de capacidad y la energía específica, ha llevado a la investigación y el desarrollo de diseños para nuevos electrodos y baterías.

[0007] El litio usado para el electrodo negativo de la batería de metal de litio tiene la ventaja de que mejora la densidad de energía de la batería debido a su baja densidad. Sin embargo, el litio se ha señalado como una desventaja en el proceso de fabricación, ya que provoca fácilmente cambios en las dimensiones debido a su resistencia mecánica relativamente baja y a su alta ductilidad. De forma adicional, se usa habitualmente lámina de cobre como colector de corriente para soportar el litio, pero a pesar de su fino espesor, tiene el problema de una gran pérdida de densidad de energía por peso, ya que tiene una densidad de aproximadamente 16,8 veces mayor que la del litio.

[0008] Para complementar la resistencia mecánica del electrodo negativo para la batería de metal de litio y los problemas en el proceso de fabricación del electrodo negativo, se han realizado estudios sobre electrodos negativos para baterías de metal de litio con diversas estructuras. Sin embargo, existe un límite para mejorar la estructura del electrodo negativo en el sentido de que es difícil minimizar la pérdida de la densidad de energía de la batería incluso si la resistencia mecánica se complementa introduciendo un nuevo sustrato y la operación de la batería no es estable.

[0009] Documento de la técnica anterior

[0010] Documentos de patente

[0011] (Documento de patente 1) Publicación de patente coreana abierta a inspección pública n.º 10-2014-0146071 (24 de diciembre de 2014), "ELECTRODO DE LÁMINA METÁLICA REFORZADA"

[0012] El documento CN 110957477 A divulga un electrodo negativo para una batería de metal de litio que comprende un sustrato poroso; una capa de recubrimiento de carbono; y una capa de metal de litio dispuesta sobre la capa de recubrimiento de carbono. La capa de recubrimiento de carbono puede estar hecha de grafeno.

[0013] El documento EP 2629352 A1 divulga un electrodo negativo para una batería de metal de litio que comprende un sustrato poroso y una capa de metal de litio dispuesta sobre el sustrato poroso.

[0014] Divulgación

[0015] Problema técnico

[0016] Un objeto de la presente invención es proporcionar un electrodo negativo para una batería de metal de litio, que sea ligero para minimizar la pérdida de densidad de energía de la batería al tiempo que complemente las propiedades mecánicas del litio, al comprender un sustrato poroso y una capa de recubrimiento de carbono que contiene partículas de carbono que tienen una estructura en forma de placa, así como una capa de metal de litio en un electrodo negativo para una batería de metal de litio, y que sea capaz de aumentar la estabilidad operativa y la procesabilidad de fabricación de la batería, y una batería de metal de litio que comprende el mismo.

[0017] Solución técnica

[0018] De acuerdo con un primer aspecto de la invención, la presente invención proporciona un electrodo negativo para una batería de metal de litio que comprende un sustrato poroso; una capa de recubrimiento de carbono formada sobre la superficie del sustrato poroso; y una capa de metal de litio dispuesta sobre la capa de recubrimiento de carbono, en donde la capa de recubrimiento de carbono comprende partículas de carbono que tienen una estructura en forma de placa.

[0019] En una realización de la presente invención, el sustrato poroso puede comprender uno seleccionado de entre el grupo que consiste en polietileno, polipropileno, tereftalato de polietileno, tereftalato de polibutileno, poliamida, poliacetal, policarbonato, polieterétercetona, polietersulfona, óxido de polifenileno, sulfuro de polifenileno, polietileno naftalato, politetrafluoroetileno, fluoruro de polivinilideno, cloruro de polivinilo, poliacrilonitrilo, celulosa, nailon, poli(p-fenileno benzobisoxazol), poliarilato y combinaciones de los mismos.

[0020] En una realización de la presente invención, la porosidad del sustrato poroso puede ser del 40 % al 90 %.

[0021] En una realización de la presente invención, el espesor del sustrato poroso puede ser de 0,5 µm a 30 µm.

[0022] En una realización de la presente invención, la capa de recubrimiento de carbono puede comprender grafeno o un derivado de grafeno que tenga una estructura en forma de placa.

[0023] En una realización de la presente invención, el peso de las partículas de carbono depositadas como recubrimiento por unidad de área del sustrato poroso puede ser de 0,1 g/m<2>a 5 g/m<2>.

[0024] En una realización de la presente invención, el electrodo negativo puede tener una estructura en la que se forma una capa de recubrimiento de carbono sobre una superficie del sustrato poroso, y una capa de metal de litio se lamina sobre una superficie de la capa de recubrimiento de carbono orientada en la dirección opuesta al sustrato poroso. En una realización de la presente invención, el electrodo negativo puede tener una estructura multicapa en la que un sustrato poroso se coloca en el centro, y una capa de recubrimiento de carbono se forma sobre ambas superficies del sustrato poroso, respectivamente, y una capa de metal de litio se lamina sobre cada una de las superficies de la capa de recubrimiento de carbono orientada en la dirección opuesta al sustrato poroso.

[0025] En una realización de la presente invención, la resistencia a la tracción del electrodo negativo para la batería de metal de litio puede ser de 1 MPa a 300 MPa.

[0026] De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona una batería de metal de litio que incluye el electrodo negativo.

[0027] Efectos ventajosos

[0028] El electrodo negativo para la batería de metal de litio de acuerdo con la presente invención tiene el efecto de mejorar la procesabilidad de fabricación de la batería al incluir un sustrato poroso ligero que puede compensar las bajas propiedades mecánicas del litio en su estructura; y mejorar la eficiencia del litio formando una estructura estable durante la electrodeposición de litio de acuerdo con una mejora de la afinidad entre el litio y un soporte mediante la inclusión de una capa de recubrimiento de carbono que contiene partículas de carbono que tienen una estructura en forma de placa.

[0029] De forma adicional, la batería de metal de litio que incluye el electrodo negativo de acuerdo con la presente invención tiene el efecto de mejorar las características de vida útil de la batería al aumentar la retención de la solución de electrolito del electrodo negativo debido al sustrato poroso.

[0030] Descripción de los dibujos

[0031] Las figuras 1 y 2 son vistas esquemáticas de la estructura de una realización del electrodo negativo para la batería de metal de litio de acuerdo con la presente invención.

[0032] La figura 3 es una fotografía de electrodos negativos para la batería de metal de litio fabricada de acuerdo con los Ejemplos de fabricación 2, 4 y 5 de la presente invención.

[0033] La figura 4 es un gráfico que muestra el resultado de la medición de la resistencia a la tracción del electrodo negativo para la batería de metal de litio de acuerdo con el Ejemplo de fabricación 4 de la presente invención. La figura 5 es un gráfico que muestra el resultado de la medición de la resistencia a la tracción del electrodo negativo para la batería de metal de litio de acuerdo con el Ejemplo de fabricación 5 de la presente invención. La figura 6 muestra una imagen SEM del electrodo negativo para la batería de metal de litio de acuerdo con el Ejemplo de fabricación 2 de la presente invención.

[0034] La figura 7 muestra una imagen SEM del electrodo negativo para la batería de metal de litio de acuerdo con el Ejemplo de fabricación 5 de la presente invención.

[0035] La figura 8 muestra los resultados de la evaluación de la vida útil del ciclo de una batería que comprende el electrodo negativo para la batería de metal de litio del tipo de celda simétrica de litio-litio de acuerdo con el Ejemplo 3 de la presente invención.

[0036] La figura 9 muestra los resultados de la evaluación de la vida útil del ciclo de una batería que comprende el electrodo negativo para la batería de metal de litio del tipo de celda simétrica de litio-litio de acuerdo con el Ejemplo comparativo 4 de la presente invención.

[0037] La figura 10 muestra los resultados de la evaluación de la capacidad de descarga de las baterías de metal de litio de acuerdo con los Ejemplos 1 y 2 y los Ejemplos comparativos 1 y 2 de la presente invención.

[0038] La figura 11 muestra los resultados de la evaluación de la capacidad de descarga de las baterías de metal de litio de acuerdo con los Ejemplos comparativos 1 y 3 de la presente invención.

[0039] Mejor modo

[0040] Todas las realizaciones proporcionadas de acuerdo con la presente invención se pueden conseguir mediante la siguiente descripción. Debe entenderse que la siguiente descripción describe realizaciones preferentes de la presente invención, y debe entenderse que la presente invención no se limita necesariamente a las mismas.

[0041] Electrodo negativo para batería de metal de litio

[0042] El electrodo negativo para la batería de metal de litio de acuerdo con la presente invención comprende un sustrato poroso; una capa de recubrimiento de carbono formada sobre la superficie del sustrato poroso; y una capa de metal de litio dispuesta sobre la capa de recubrimiento de carbono, en donde la capa de recubrimiento de carbono comprende partículas de carbono que tienen una estructura en forma de placa.

[0043] La batería de metal de litio en esta memoria descriptiva puede definirse como una batería que usa metal de litio como electrodo negativo.

[0044] El electrodo negativo para la batería de metal de litio de acuerdo con la presente invención comprende el sustrato poroso.

[0045] El sustrato poroso puede ser un sustrato de polímero poroso que no provoque litiación. Cuando el sustrato poroso, que sirve como soporte para el litio, provoca litiación, la resistencia a la tracción y la elongación del electrodo negativo se reducen significativamente, por lo tanto, es preferente usar como sustrato poroso un sustrato que no provoque litiación.

[0046] Por ejemplo, el sustrato poroso puede incluir uno seleccionado de entre el grupo que consiste en poliolefina tal como polietileno y polipropileno, poliéster, tal como tereftalato de polietileno y tereftalato de polibutileno, poliamida, poliacetal, policarbonato, polieterétercetona, polietersulfona, óxido de polifenileno, sulfuro de polifenileno, naftalato de polietileno, politetrafluoroetileno, fluoruro de polivinilideno, cloruro de polivinilo, poliacrilonitrilo, celulosa, nailon, poli(p-fenileno benzobisoxazol), poliarilato y combinaciones de los mismos, y puede ser preferentemente tereftalato de polietileno, pero no se limita particularmente al mismo. Sin embargo, la poliimida, que es un polímero que puede causar litiación, puede no ser adecuada para su uso como sustrato poroso.

[0047] La porosidad del sustrato poroso puede ser del 40 % o más, el 45 % o más, el 50 % o más, y del 90 % o menos, el 85 % o menos, el 80 % o menos, el 75 % o menos, el 70 % o menos, el 65 % o menos, el 60 % o menos. La porosidad significa una relación en volumen de poros en el sustrato poroso, y la porosidad se puede medir mediante, por ejemplo, un método de medición de Brunauer-Emmett-Teller (BET), o con un porosímetro de Hg, pero sin limitación. Como otro ejemplo, la porosidad se puede calcular usando otros parámetros tales como el tamaño, el espesor y la densidad. Específicamente, después de medir el espesor de la capa granular con el equipo de medición del espesor de material (TESA, μ-HITE), se puede calcular usando la densidad real de la capa granular medida con el equipo de medición de la densidad real del material (Microtrac, BELPycno). Si la porosidad es inferior al 40 %, la trayectoria de movimiento del litio es limitada y, por lo tanto, la resistencia puede aumentar considerablemente durante la carga y descarga. Por otro lado, si la porosidad es superior al 90 %, existe el problema de que es difícil mejorar la capacidad de procesamiento del conjunto porque no se mejoran las propiedades físicas del electrodo negativo.

[0048] El espesor del sustrato poroso puede ser de 0,5 µm o más, 1 µm o más, 2 µm o más, 3 µm o más, 4 µm o más, 5 µm o más, 6 µm o más, 7 µm o más, 8 µm o más, 9 µm o más, 10 µm o más, y 30 µm o menos, 29 µm o menos, 28 µm o menos, 27 µm o menos, 26 µm o menos, 25 µm o menos, 24 µm o menos, 23 µm o menos, 22 µm o menos, 21 µm o menos, 20 µm o menos. Si el espesor es inferior a 0,5 µm, el espesor del sustrato poroso es demasiado fino y, por lo tanto, pueden deteriorarse sus propiedades mecánicas tales como la resistencia a la tracción como soporte para el electrodo negativo. Por otro lado, si el espesor es superior a 30 µm, existe el problema de que aumenta la longitud de la trayectoria de movimiento del litio, la resistencia durante la carga y descarga puede aumentar considerablemente, y la densidad de energía por peso y volumen se reduce.

[0049] El electrodo negativo para la batería de metal de litio de acuerdo con la presente invención comprende una capa de recubrimiento de carbono formada sobre la superficie del sustrato poroso, y la capa de recubrimiento de carbono comprende partículas de carbono que tienen una estructura en forma de placa.

[0050] La capa de recubrimiento de carbono formada sobre la superficie del sustrato poroso puede comprender partículas de carbono conductoras. Debido a las partículas de carbono conductoras contenidas en la capa de recubrimiento de carbono, mejora la afinidad entre el sustrato poroso que sirve como soporte para el electrodo negativo y el litio metálico, por lo tanto, es posible formar una estructura estable durante la electrodeposición de litio, lo que permite mejorar la eficiencia del litio y la procesabilidad de fabricación del electrodo negativo de litio.

[0051] La capa de recubrimiento de carbono puede comprender partículas de carbono que tienen una estructura en forma de placa, por ejemplo, la capa de recubrimiento de carbono puede comprender grafeno o derivados de grafeno que tienen una estructura en forma de placa. La capa de recubrimiento de carbono puede comprender preferentemente una seleccionado de entre el grupo que consiste en grafeno, óxido de grafeno reducido (RGO), óxido de grafeno (GO) y combinaciones de los mismos, y más preferentemente puede ser grafeno. Si las partículas de carbono que tienen una estructura en forma de placa se incluyen en la capa de recubrimiento de carbono, los poros en la superficie del sustrato poroso se pueden reducir y esto puede tener el efecto de controlar la electrodeposición de litio sin verse afectado por la distancia relativa al electrodo positivo.

[0052] El peso de las partículas de carbono depositadas como recubrimiento por unidad de área del sustrato poroso puede ser de 0,1 g/m<2>o más, 0,2 g/m<2>o más, 0,3 g/m<2>o más, 0,4 g/m<2>o más, 0,5 g/m<2>o más, 0,6 g/m<2>y 5,0 g/m<2>o menos, 4,5 g/m<2>o menos, 4,0 g/m<2>o menos, 3,5 g/m<2>o menos, 3,0 g/m<2>o menos, 2,5 g/m<2>o menos, 2,0 g/m<2>o menos, 1,5 g/m<2>o menos, 1,4 g/m<2>o menos, 1,3 g/m<2>o menos, 1,2 g/m<2>o menos, 1,1 g/m<2>o menos, 1,0 g/m<2>o menos. Si el peso de las partículas de carbono es inferior a 0,1 g/m<2>, puede verse reducido el efecto de mejora del rendimiento, tal como la capacidad de descarga de la batería de acuerdo con la inclusión de las partículas de carbono que tienen una estructura en forma de placa en la capa de recubrimiento de carbono. Por otro lado, si el peso de las partículas de carbono es superior a 5,0 g/m<2>, debido a que aumenta la resistencia de la celda al bloquear el movimiento de los iones de litio, existe también el problema de que el rendimiento de la batería puede deteriorarse y la densidad de energía por peso y volumen también es menor de lo necesario.

[0053] El electrodo negativo para la batería de metal de litio de acuerdo con la presente invención comprende una capa de metal de litio.

[0054] La capa de metal de litio significa una capa de metal que incluye un elemento de metal de litio. El material de la capa de metal de litio puede ser una aleación de litio, litio metálico, un óxido de una aleación de litio o un óxido de litio. Como ejemplo no limitante, el electrodo negativo puede ser una película delgada de litio metálico y puede ser una aleación de litio y al menos un metal seleccionado de entre el grupo que consiste en Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Al y Sn. En este caso, la capa de óxido superficial o una parte de la capa de metal de litio puede verse alterada por el oxígeno o la humedad, o puede contener impurezas.

[0055] La capa de metal de litio puede estar en estrecho contacto con el sustrato poroso y la estructura de la capa de recubrimiento de carbono mediante laminación sobre la capa de recubrimiento de carbono formada sobre el sustrato poroso y sometiéndola después al proceso de laminación. Debido a la laminación, parte o todo el litio puede penetrar en el sustrato poroso y situarse dentro de los poros del sustrato poroso. De forma adicional, en el momento de la laminación, el proceso de laminación se puede realizar utilizando una película separadora que no tenga características de adhesión con el litio en la superficie que está en contacto directo con el rodillo. Adicionalmente, para estabilizar la interfaz entre el sustrato poroso y la capa de metal de litio, se puede realizar un proceso de tratamiento de envejecimiento que bloquea el oxígeno y la humedad y permite el almacenamiento durante un periodo de varias horas a varios días en un estado de sellado mediante una bolsa.

[0056] El espesor de la capa de metal de litio puede ser de 0,1 µm o más, 0,5 µm o más, 1,0 µm o más, 3 µm o más, 5 µm o más, 7 µm o más, 10 µm o más, 13 µm o más, 15 µm o más, 20 µm o más, 25 µm o más, 30 µm o más, 35 µm o más, 40 µm o más, 45 µm o más, 50 µm o más, 55 µm o más, y 100 µm o menos, 95 µm o menos, 90 µm o menos, 85 µm o menos, 80 µm o menos, 75 µm o menos, 70 µm o menos, 65 µm o menos. Si el espesor es inferior a 0,1 µm, debido a la falta de eficiencia del litio, es difícil que la batería muestre buen rendimiento. Si el espesor es superior a 100 µm, puede darse el problema de una disminución de la densidad de energía debido a un aumento del espesor de litio.

[0057] El electrodo negativo para la batería de metal de litio se puede fabricar preparando el sustrato poroso, recubriendo la superficie del sustrato poroso con una dispersión que contiene partículas de carbono que tienen una estructura en forma de placa, secando al vacío para formar una capa de recubrimiento de carbono y luego laminando una lámina de metal de litio sobre la misma y después sometiéndolas a laminación. El método de recubrimiento puede ser preferentemente un método de recubrimiento por inmersión, pero no se limita particularmente al mismo. De forma adicional, el método de laminación no está particularmente limitado, y se puede utilizar un método comúnmente usado en la técnica.

[0058] Haciendo referencia a la figura 1, el electrodo negativo para la batería de metal de litio comprende una capa de recubrimiento de carbono 200 formada sobre una superficie del sustrato poroso 100 y puede tener una estructura en la que una capa de metal de litio 300 está laminada sobre una superficie de la capa de recubrimiento de carbono 200 orientada en la dirección opuesta al sustrato poroso 100. En el caso de un electrodo negativo que tiene una estructura en la que una capa de metal de litio está laminada sobre una superficie de la capa de recubrimiento de carbono, este se puede usar preferentemente en una monocelda o una celda de tipo botón.

[0059] Haciendo referencia a la figura 2, el electrodo negativo para la batería de metal de litio puede tener una estructura multicapa en la que el sustrato poroso 100 se coloca en el centro, las capas de revestimiento de carbono se forman respectivamente en ambos lados del sustrato poroso, y las capas de metal de litio se laminan respectivamente sobre una superficie de la capa de recubrimiento de carbono orientada en la dirección opuesta al sustrato poroso. En el caso del electrodo negativo de la estructura multicapa, este se puede utilizar en diversos tipos de celdas que forman una estructura de laminación.

[0060] La resistencia a la tracción del electrodo negativo para la batería de metal de litio puede ser de 1 MPa o más, 2 MPa o más, 3 MPa o más, 4 MPa o más, 5 MPa o más, 6 MPa o más, 7 MPa o más, 8 MPa o más, 9 MPa o más, 10 MPa o más, 11 MPa o más, 12 MPa o más, 13 MPa o más, 14 MPa o más, 15 MPa o más, 16 MPa o más, 17 MPa o más, 17,5 MPa o más, 18 MPa o más y 300 MPa o menos, 280 MPa o menos, 260 MPa o menos, 240 MPa o menos, 220 MPa o menos, 200 MPa o menos, 180 MPa o menos, 160 MPa o menos, 140 MPa o menos, 120 MPa o menos, 100 MPa o menos, 80 MPa o menos, 60 MPa o menos, 40 MPa o menos, 35 MPa o menos, 30 MPa o menos, 29 MPa o menos, 28 MPa o menos, 27 MPa o menos, 26 MPa o menos, 25 MPa o menos, 24 MPa o menos, 23 MPa o menos, 22 MPa o menos, 21 MPa o menos, 20 MPa o menos. Si la resistencia a la tracción cae dentro del anterior intervalo de resistencia a la tracción, la resistencia mecánica del metal de litio se complementa con la introducción del sustrato poroso, de modo que se puede preparar un electrodo negativo de litio compuesto con un soporte reforzado.

[0061] Batería de metal de litio

[0062] La batería de metal de litio de acuerdo con la presente invención comprende el electrodo negativo descrito anteriormente.

[0063] Específicamente, la batería de metal de litio comprende un electrodo positivo; un electrodo negativo; un separador; y una solución de electrolito, en donde el electrodo negativo comprende el electrodo negativo para la batería de metal de litio de acuerdo con la presente invención.

[0064] El electrodo negativo es como se ha descrito anteriormente en esta memoria descriptiva.

[0065] El electrodo positivo puede comprender un colector de corriente de electrodo positivo y una capa de material activo de electrodo positivo depositada como recubrimiento sobre una superficie o ambas superficies del colector de corriente de electrodo positivo.

[0066] El colector de corriente de electrodo positivo soporta el material activo de electrodo positivo y no está particularmente limitado siempre que tenga una alta conductividad sin provocar un cambio químico en la batería. Por ejemplo, cobre, acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio, paladio, carbono sinterizado; cobre o acero inoxidable con superficie tratada con carbono, níquel o plata; la aleación de aluminio-cadmio se pueden utilizar como colector de corriente de electrodo positivo.

[0067] El colector de corriente de electrodo positivo puede mejorar la fuerza de unión con el material activo de electrodo positivo al tener finas irregularidades en su superficie, y puede estar formado en diversas formas tales como una película, una lámina, una hoja, una malla, una red, un cuerpo poroso, una espuma o un tejido no tejido.

[0068] La capa de material activo de electrodo positivo puede comprender un material activo de electrodo positivo, un aglutinante y un material eléctricamente conductor.

[0069] El material activo de electrodo positivo puede ser, pero sin limitación, compuestos estratificados tales como el óxido de litio y cobalto (LiCoO<2>) y el óxido de litio y níquel (LiNiO<2>) o compuestos sustituidos con uno o más metales de transición; óxidos de litio y manganeso tales como los de fórmula Li<1+x>Mn<2-x>O<4>(en donde x es 0 ~ 0,33), LiMnO<3>, LiMn<2>O<3>, y LiMnO<2>; óxido de cobre y litio (Li<2>CuO<2>); óxidos de vanadio tales como LiV<3>O<8>, LiFe<3>O<4>, V<2>O<5>, y Cu<2>V<2>O<7>; óxido de litio y níquel de tipo sitio de Ni representado por la fórmula LiNi<1-x>M<x>O<2>(en donde M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B o Ga, x = 0,01 ~ 0,3); óxido compuesto de litio y manganeso representado por la fórmula LiMn<2-x>M<x>O<2>(en donde M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn o Ta, x = 0,01 ~ 0,1) o Li<2>Mn<3>MO<8>(en donde M = Fe, Co, Ni, Cu o Zn); óxido compuesto de litio-manganeso con estructura de espinela representada por LiNi<x>Mn<2-x>O<4>; LiMn<2>O<4>en el que parte del Li en la fórmula está sustituido por iones de metales alcalinotérreos; un compuesto de disulfuro; Fe<2>(MoO<4>)<3>. El material activo de electrodo positivo puede contener azufre. En el caso del azufre, este no tiene conductividad eléctrica por sí solo, por lo que se usa en combinación con materiales conductores tales como materiales de carbono. Si el material activo de electrodo positivo contiene azufre, el azufre puede estar contenido en forma de un compuesto de azufre-carbono. El carbono contenido en el compuesto de azufre-carbono es un material de carbono poroso, proporciona un esqueleto en el que el azufre puede fijarse de manera uniforme y estable, y compensa la baja conductividad eléctrica del azufre para que la reacción electroquímica pueda proceder sin problemas.

[0070] El material de carbono poroso se puede producir generalmente carbonizando precursores de diversos materiales de carbono. El material de carbono poroso puede comprender poros irregulares en el mismo, el diámetro promedio de los poros está en el intervalo de 1 a 200 nm, y la porosidad puede estar en el intervalo del 10 al 90 % del volumen total del material de carbono poroso. Si el diámetro promedio de los poros es menor que el intervalo anterior, el tamaño de poro es solo a nivel molecular y la impregnación con azufre es imposible. Por el contrario, si el diámetro promedio de los poros es mayor que el intervalo anterior, la resistencia mecánica del material de carbono poroso se debilita, lo que no es preferente para su aplicación al proceso de fabricación del electrodo.

[0071] La forma del material de carbono poroso es de esfera, varilla, aguja, placa, tubo o a granel, y se puede usar sin limitación siempre que se use comúnmente.

[0072] El material de carbono poroso puede tener una estructura porosa o un área de superficie específica elevada, y puede ser cualquiera de los usados convencionalmente en la técnica. Por ejemplo, el material de carbono poroso puede ser, pero sin limitación, al menos uno seleccionado de entre el grupo que consiste en grafito; grafeno; negros de humo tales como negro Denka, negro de acetileno, negro de Ketjen, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara y negro térmico; nanotubos de carbono (CNT) tales como nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT) y nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT); fibras de carbono tales como nanofibras de grafito (GNF), nanofibras de carbono (CNF) y fibra de carbono activada (ACF); y grafito tal como grafito natural, grafito artificial, grafito expandible, etc., y carbón activado, preferentemente nanotubos de carbono (CNT).

[0073] El material eléctricamente conductor es un material que actúa como una vía, a través de la cual se transfieren electrones desde el colector de corriente al material activo de electrodo positivo, conectando eléctricamente la solución de electrolito y el material activo de electrodo positivo. El material eléctricamente conductor se puede usar sin limitación siempre que tenga conductividad eléctrica.

[0074] Por ejemplo, como material eléctricamente conductor se pueden usar, solos o en combinación, grafito, tal como grafito natural o grafito artificial; negros de humo tales como Super-P, negro Denka, negro de acetileno, negro de Ketjen, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara y negro térmico; derivados de carbono tales como nanotubos de carbono y fullerenos; fibras eléctricamente conductoras tales como fibras de carbono y fibras metálicas; fluoruro de carbono; polvos metálicos tales como polvo de aluminio y níquel; o polímeros eléctricamente conductores tales como polianilina, politiofeno, poliacetileno y polipirrol.

[0075] El aglutinante mantiene el material activo de electrodo positivo en el colector de corriente de electrodo positivo y conecta orgánicamente los materiales activos de electrodo positivo para aumentar la fuerza de unión entre ellos, y se puede usar cualquier aglutinante conocido en la técnica.

[0076] Por ejemplo, el aglutinante puede ser cualquiera seleccionado entre aglutinantes a base de fluororesina que comprenden fluoruro de polivinilideno (PVdF) o politetrafluoroetileno (PTFE); aglutinantes a base de caucho que comprenden caucho de estireno-butadieno (SBR), caucho de acrilonitrilo-butadieno y caucho de estireno-isopreno; aglutinantes a base de celulosa que comprenden carboximetilcelulosa (CMC), almidón, hidroxipropilcelulosa y celulosa regenerada; aglutinantes a base de polialcohol; aglutinantes a base de poliolefina que comprenden polietileno y polipropileno; aglutinantes a base de poliimida; aglutinantes a base de poliéster; y aglutinantes a base de silano, o mezclas o copolímeros de dos o más de los mismos.

[0077] El método de fabricación del electrodo positivo no está particularmente limitado en la presente invención, y se puede usar un método comúnmente usado en la técnica. Como ejemplo, el electrodo positivo se puede preparar preparando una composición de suspensión para un electrodo positivo y, a continuación, aplicando la composición de suspensión a al menos una superficie del colector de corriente de electrodo positivo.

[0078] La composición de suspensión para un electrodo positivo comprende el material activo de electrodo positivo, un material eléctricamente conductor y un aglutinante como se ha descrito anteriormente, y puede comprender además un disolvente distinto de los anteriores.

[0079] Como disolvente, se usa uno capaz de dispersar uniformemente un material activo de electrodo positivo, un material eléctricamente conductor y un aglutinante. Tal disolvente es un disolvente acuoso y el agua es el más preferente y, en este caso, el agua puede ser agua destilada o agua desionizada. Sin embargo, no se limita necesariamente a la misma y, si es necesario, se puede usar un alcohol inferior que se pueda mezclar fácilmente con agua. Ejemplos del alcohol inferior incluyen metanol, etanol, propanol, isopropanol y butanol y, preferentemente, se pueden usar en combinación con agua.

[0080] La solución de electrolito no está particularmente limitada siempre que sea un disolvente no acuoso que sirva como medio a través del cual puedan moverse los iones implicados en la reacción electroquímica de la batería. Por ejemplo, el disolvente puede ser un disolvente a base de carbonato, un disolvente a base de éster, un disolvente a base de éter, un disolvente a base de cetona, un disolvente a base de alcohol o un disolvente aprótico. Los ejemplos del disolvente a base de carbonato pueden comprender específicamente carbonato de dimetilo (DMC), carbonato de dietilo (DEC), carbonato de dipropilo (DPC), carbonato de metilpropilo (MPC), carbonato de etilpropilo (EPC), carbonato de metiletilo (MEC), carbonato de etileno (EC), carbonato de propileno (PC) o carbonato de butileno (BC), etc. Los ejemplos del disolvente a base de éster pueden comprender específicamente acetato de metilo, acetato de etilo, acetato de n-propilo, acetato de 1,1-dimetiletilo, propionato de metilo, propionato de etilo, γ-butirolactona, decanolida, valerolactona, mevalonolactona o caprolactona, etc. Los ejemplos del disolvente a base de éter pueden comprender específicamente dietil éter, dipropil éter, dibutil éter, dimetoximetano, trimetoximetano, dimetoxietano, dietoxietano, diglima, triglima, tetraglima, tetrahidrofurano, 2-metiltetrahidrofurano o polietilenglicol dimetil éter, etc. Los ejemplos del disolvente a base de cetona pueden incluir específicamente ciclohexanona, etc. Los ejemplos del disolvente a base de alcohol pueden comprender específicamente alcohol etílico o alcohol isopropílico, etc. Los ejemplos del disolvente aprótico pueden comprender específicamente nitrilos tales como acetonitrilo, amidas tales como dimetilformamida, dioxolanos tales como 1,3-dioxolano (DOL) o sulfolano, etc. Los disolventes orgánicos no acuosos se pueden usar solos o en una combinación de uno o más. La relación de mezcla cuando se usa en una combinación de uno o más se puede ajustar apropiadamente dependiendo del rendimiento deseado de la batería. La inyección de la solución de electrolito se puede realizar en una etapa apropiada de los procesos de fabricación de la batería de metal de litio, dependiendo del proceso de fabricación y de las propiedades requeridas del producto final. Es decir, la inyección se puede realizar antes de ensamblar la batería de metal de litio o en la etapa final de ensamblaje de la batería de metal de litio.

[0081] Se puede interponer un separador convencional entre el electrodo positivo y el electrodo negativo. El separador es un separador físico que tiene la función de separar físicamente los electrodos y se puede usar sin limitación particular siempre que se use como un separador convencional y, en particular, es preferente un separador con una baja resistencia a la migración de iones en la solución de electrolito y una excelente capacidad de impregnación para la solución de electrolito.

[0082] De forma adicional, el separador puede estar hecho de un material poroso no conductor o aislante que separa o aísla el electrodo positivo y el electrodo negativo entre sí y permite el transporte de iones de litio entre el electrodo positivo y el electrodo negativo. El separador se puede usar sin limitación especial siempre que se use como separador en una batería de metal de litio convencional. El separador puede ser un elemento independiente, tal como una película, o puede comprender una capa de recubrimiento añadida a los electrodos positivo y/o negativo. El separador puede estar hecho de un sustrato poroso, y el sustrato poroso se puede usar siempre que sea un sustrato poroso comúnmente usado para una batería de metal de litio, y las películas de polímero poroso se pueden usar solas o laminándolas, y por ejemplo, se puede usar un tejido no tejido o una película porosa a base de poliolefina hecha de fibras de vidrio, fibras de tereftalato de polietileno, etc., que tengan un punto de fusión alto, pero sin limitación.

[0083] El material del sustrato poroso no está particularmente limitado en la presente invención, y se puede usar cualquier material siempre que sea un sustrato poroso comúnmente usado en una batería de metal de litio. Por ejemplo, el sustrato poroso puede comprender al menos un material seleccionado de entre el grupo que consiste en poliolefina, tal como polietileno y polipropileno, poliéster, tal como tereftalato de polietileno y tereftalato de polibutileno, poliamida, poliacetal, policarbonato, poliimida, polieterétercetona, polietersulfona, óxido de polifenileno, sulfuro de polifenileno, naftalato de polietileno, politetrafluoroetileno, fluoruro de polivinilideno, cloruro de polivinilo, poliacrilonitrilo, celulosa, nailon, poli(p-fenileno benzobisoxazol) y poliarilato.

[0084] El espesor del sustrato poroso no está particularmente limitado, pero puede ser de 1 a 100 µm, preferentemente de 5 a 50 µm. Aunque el intervalo de espesor del sustrato poroso no está particularmente limitado al intervalo mencionado anteriormente, si el espesor es excesivamente más delgado que el límite inferior descrito anteriormente, las propiedades mecánicas se deterioran y, por lo tanto, el separador puede dañarse fácilmente durante el uso de la batería.

[0085] El diámetro promedio y la porosidad de los poros presentes en el sustrato poroso tampoco están particularmente limitados, pero puede ser de 0,1 µm a 50 µm y del 10 al 95 %, respectivamente.

[0086] La forma de la batería de metal de litio de acuerdo con la presente invención no está particularmente limitada, y puede ser de varias formas, tal como una forma cilíndrica, una forma laminada y una forma de moneda.

[0087] En lo sucesivo en el presente documento, se presentan ejemplos preferidos para ayudar a la comprensión de la presente invención. Sin embargo, los siguientes ejemplos se proporcionan para una mejor comprensión de la presente invención, y la presente invención no se limita a los mismos.

[0088] Ejemplo: Fabricación de una batería de metal de litio

[0089] Fabricación de un electrodo negativo para batería de metal de litio: Ejemplos de fabricación 1 a 7

[0090] [Ejemplo de fabricación 1]

[0091] Después de preparar un tejido no tejido de tereftalato de polietileno (PET) (fabricante: FTENE (KOR)) que tenía una porosidad del 50 % y un espesor de 14 µm como sustrato poroso, una dispersión de grafeno (fabricante: Cnano) se aplicó a la superficie del tejido no tejido mediante el método de recubrimiento por inmersión y luego se secó al vacío para formar una capa de recubrimiento de carbono. En este caso, en la capa de recubrimiento de carbono, el peso de las partículas de grafeno depositadas como recubrimiento por unidad de área del tejido no tejido fue de 0,3 g/m<2>. Se laminó una lámina de metal de litio que tenía un espesor de 60 µm sobre la capa de recubrimiento de carbono formada sobre el tejido no tejido y, a continuación, se sometió a laminación para fabricar un electrodo negativo para una batería de metal de litio.

[0092] [Ejemplo de fabricación 2]

[0093] Se fabricó un electrodo negativo para una batería de metal de litio de la misma manera que en el Ejemplo de fabricación 1, excepto por que el peso de las partículas de grafeno depositadas como recubrimiento por unidad de área del tejido no tejido en la capa de recubrimiento de carbono es de 0,6 g/m<2>.

[0094] [Ejemplo de fabricación 3]

[0095] Se fabricó un electrodo negativo para una batería de metal de litio de la misma manera que en el Ejemplo de fabricación 1, excepto por que se usó una lámina de metal de litio con un espesor de 35 µm.

[0096] [Ejemplo de fabricación 4]

[0097] Se usó una lámina de metal de litio con un espesor de 60 µm como electrodo negativo.

[0098] [Ejemplo de fabricación 5]

[0099] Después de preparar el mismo tejido no tejido que en el Ejemplo de fabricación 1 como sustrato poroso, se laminó la misma lámina de metal de litio que en el Ejemplo de fabricación 1 sin formar una capa de recubrimiento de carbono y, a continuación, se sometió a laminación para fabricar un electrodo negativo para una batería de metal de litio. [Ejemplo de fabricación 6]

[0100] Después de preparar un tejido no tejido de poliimida (PI) (fabricante: Kolon) con una porosidad del 71 % y un espesor de 8 µm como sustrato poroso, se laminó la misma lámina de metal de litio que en el Ejemplo de fabricación 1 sin formar una capa de recubrimiento de carbono y, a continuación, se sometió a laminación para fabricar un electrodo negativo para una batería de metal de litio.

[0101] [Ejemplo de fabricación 7]

[0102] Se fabricó un electrodo negativo para una batería de metal de litio de la misma manera que en el Ejemplo de fabricación 5, excepto por que se usó una lámina de metal de litio con un espesor de 35 µm.

[0103] Fabricación de una batería de metal de litio: Ejemplos 1 a 3 y Ejemplos comparativos 1 a 4

[0104] [Ejemplo 1]

[0105] Un electrodo positivo, un separador y una solución de electrolito como se describen a continuación se fabricaron junto con el electrodo negativo preparado por el Ejemplo de fabricación 1, y luego se ensambló una batería de metal de litio.

[0106] (1) Electrodo positivo: mientras se usa agua como disolvente, se mezclaron un compuesto de azufre-carbono (S:C = 75:25), un material eléctricamente conductor y un aglutinante en una proporción de 90:5:5 para preparar una suspensión para un material activo de electrodo positivo. En este momento, se usó negro Denka como material conductor de electricidad, y se usó caucho de estireno-butadieno/carboximetilcelulosa (SBR:CMC = 7:3) como aglutinante.

[0107] La suspensión para el material activo de electrodo positivo se aplicó a una superficie de un colector de corriente de aluminio y luego se secó para fabricar un electrodo positivo.

[0108] (2) Separador: se utilizó una membrana de polietileno con un espesor de 16 µm y una porosidad del 45 %.

[0109] (3) Solución de electrolito: como disolvente orgánico, se usaron dimetoxietano (DME) y dioxolano (DOL) en una relación en volumen de 1:1, y se mezcló LiTFSI 1 M, y se añadió un 1 % en peso de LiNO<3>con respecto a la solución de electrolito para preparar una solución de electrolito.

[0110] [Ejemplo 2]

[0111] Se fabricó una batería de metal de litio de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto por que se usó el electrodo negativo para la batería de metal de litio del Ejemplo de fabricación 2.

[0112] [Ejemplo 3]

[0113] El electrodo negativo de metal de litio fabricado en el Ejemplo de fabricación 3 se usó como electrodo negativo y electrodo positivo, respectivamente (los 'sustratos porosos que tienen capas de recubrimiento de carbono formadas' incluidos en cada uno del electrodo positivo y el electrodo negativo se colocan uno frente al otro), y se colocó el mismo separador que el del Ejemplo 1 entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, y se inyectó y se selló la misma solución de electrolito que la del Ejemplo 1 para fabricar una batería de metal de litio, que es una celda simétrica de litio-litio de tipo celda de moneda.

[0114] [Ejemplos comparativos 1 a 3]

[0115] En los Ejemplos comparativos 1 a 3, las baterías de metal de litio se fabricaron de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto por que se usaron los electrodos negativos para las baterías de metal de litio de los Ejemplos de fabricación 4 a 6.

[0116] [Ejemplo comparativo 4]

[0117] Una batería de metal de litio, que es una celda simétrica de litio-litio, se fabricó de la misma manera que en el Ejemplo 3, excepto por que los electrodos negativos de metal de litio preparados en el Ejemplo de fabricación 7 se usaron como electrodo negativo y electrodo positivo, respectivamente (los sustratos porosos se colocan uno frente al otro).

[0118] Ejemplo experimental 1: Evaluación de las propiedades físicas del electrodo negativo

[0119] Se evaluaron las propiedades físicas de los electrodos negativos para las baterías de metal de litio fabricadas en los Ejemplos de fabricación 1 a 7.

[0120] Específicamente, se midieron el espesor y la masa por unidad de área, y los resultados se muestran en la Tabla 1 a continuación. De forma adicional, la resistencia a la tracción se midió basándose en la norma ASTM E8/E8M, y los resultados se muestran en la Tabla 1 a continuación. Entre ellos, los resultados de los Ejemplos de fabricación 4 y 5 se muestran gráficamente en las figuras 4 y 5, respectivamente.

[0121] Tabla 1:

[0123]

[0125] Como resultado de la medición de la resistencia a la tracción, se descubrió que en el caso del Ejemplo de fabricación 4 en el que se usó metal de litio solo en la fabricación del electrodo negativo, dado que tiene una resistencia a la tracción de 1 MPa o menos y la resistencia mecánica del electrodo negativo es baja, es difícil esperar un funcionamiento estable de la batería.

[0126] Por otro lado, se confirmó que en el caso del Ejemplo de fabricación 5 que comprende tejido no tejido de PET, la resistencia a la tracción del electrodo negativo es de 17 MPa o más, y cuando el sustrato poroso está comprendido como soporte para el electrodo negativo, la resistencia mecánica del electrodo negativo mejora.

[0127] De forma adicional, se confirmó que en el caso de los Ejemplos de fabricación 1 y 2 que comprenden un tejido no tejido de PET y una capa de recubrimiento de carbono, la resistencia a la tracción del electrodo negativo es de 18 MPa o más, y la resistencia mecánica del electrodo negativo mejora aún más en comparación con el caso en el que solamente está comprendido el tejido no tejido de PET.

[0128] Ejemplo experimental 2: Forma de la superficie del electrodo negativo (SEM)

[0129] Las superficies de los electrodos negativos para las baterías de metal de litio preparadas en los Ejemplos de fabricación 2 y 5 se fotografiaron con un microscopio electrónico de barrido (SEM), y los resultados se muestran en las figuras 6 y 7, respectivamente.

[0130] A través de las imágenes SEM, se descubrió que, en el caso del Ejemplo de fabricación 2, en el que el electrodo negativo se fabricó formando una capa de recubrimiento de carbono que comprendía partículas de carbono que tienen una estructura en forma de placa sobre un sustrato poroso, los poros del sustrato poroso se reducen relativamente debido a la presencia de grafeno, que es una partícula de carbono que tiene una estructura en forma de placa. Por otro lado, se descubrió que, en el caso del Ejemplo de fabricación 5, en el que el electrodo negativo se fabricó mediante laminación directa de una lámina de litio sobre un sustrato poroso sin formar una capa de recubrimiento de carbono, existe un gran número de poros, a diferencia del Ejemplo de fabricación 2.

[0131] Ejemplo experimental 3: Evaluación de la vida útil de la batería de tipo celda simétrica de litio-litio

[0132] Para baterías de metal de litio, que son celdas simétricas de litio-litio fabricadas en el Ejemplo 3 y el Ejemplo comparativo 4, se evaluó la vida útil del ciclo de las baterías a 25 °C.

[0133] Específicamente, después de descargar hasta 10 mAh a una densidad de corriente de 0,5 mA/cm<2>una vez y cargando después, el ciclo se repitió a una densidad de corriente de 1,5 mA/cm<2>para medir la vida útil hasta alcanzar un intervalo de tensión de -1,0 V o 1,0 V, y los resultados se muestran en la Tabla 2 a continuación y las figuras 8 y 9.

[0134] Tabla 2:

[0136]

[0138] Haciendo referencia a la Tabla 2 anterior y a las figuras 8 y 9 a continuación, se confirmó que, en el caso del Ejemplo 3, en el que el electrodo negativo se fabricó formando una capa de recubrimiento de carbono que comprendía partículas de carbono que tienen una estructura en forma de placa sobre un sustrato poroso, este muestra una vida útil más larga en comparación con el Ejemplo comparativo 4 que usa solamente un sustrato poroso y no forma una capa de recubrimiento de carbono.

[0139] A través de esto, se confirmó que, aunque el sustrato poroso se coloca entre el separador y la superficie de litio y actúa como una capa de resistencia, la vida útil mejora por el efecto de alivio de la sobretensión, al formar una capa de recubrimiento de carbono que contiene partículas de carbono que tienen una estructura en forma de placa, tal como el grafeno.

[0140] Ejemplo experimental 4: Evaluación de la capacidad de descarga de la batería de metal de litio

[0141] Para las baterías de metal de litio fabricadas en los Ejemplos 1 y 2 y los Ejemplos comparativos 1 a 3, se evaluó la capacidad de descarga.

[0142] Específicamente, después de 3 ciclos de descarga a 0,1 °C/carga a 0,1 °C y 3 ciclos de descarga a 0,2 °C/carga a 0,2 °C en el intervalo de tensión de 1,8 a 2,5 V, se realizaron tres ciclos de descarga a 0,5 °C/carga a 0,3 °C para medir la capacidad de descarga de la batería, la relación relativa de la capacidad de descarga basada en la capacidad de descarga (100 %) del Ejemplo comparativo 1 se muestra en la Tabla 3 a continuación. De forma adicional, el ciclo se repitió para evaluar la capacidad de descarga, y los resultados se muestran en las figuras 10 y 11.

[0143] Tabla 3:

[0145]

[0146] A través de los resultados de evaluación de la capacidad de descarga de la Tabla 3 anterior y las figuras 10 y 11, se confirmó que en el caso de los Ejemplos 1 y 2, que comprenden una capa de recubrimiento de carbono que contiene partículas de carbono que tienen una estructura en forma de placa y un sustrato poroso, se exhibe una capacidad de descarga relativamente mejor a medida que avanza el ciclo, en comparación con los Ejemplos comparativos 1 a 3, que no comprenden estos. De forma adicional, se confirmó que en el caso del Ejemplo comparativo 3 que usa poliimida (PI) como sustrato poroso, dado que el litio metálico tiene reactividad con la poliimida, la capacidad de descarga inicial se reduce rápidamente.

[0147] Se confirmó que en el caso de los Ejemplos 1 y 2, al comprender una capa de recubrimiento de carbono que comprende partículas de carbono que tienen una estructura en forma de placa, la superficie del sustrato poroso, que es un soporte, tiene una mayor afinidad por el metal de litio, y los poros del sustrato poroso se reducen debido a las partículas de carbono que tienen una estructura en forma de placa tal como el grafeno, y se forma una estructura estable durante la electrodeposición de litio que no se ve afectada por la distancia relativa al electrodo positivo y, por lo tanto, se puede mejorar la eficiencia del litio y la capacidad de descarga.

[0148] Descripción de los símbolos

[0149] 100: sustrato poroso

[0150] 200: capa de recubrimiento de carbono

[0151] 300: capa de metal de litio

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Un electrodo negativo para una batería de metal de litio que comprende,

un sustrato poroso (100);

una capa de recubrimiento de carbono (200) formada sobre una superficie del sustrato poroso (100); y una capa de metal de litio (300) dispuesta sobre la capa de recubrimiento de carbono (200),

en donde la capa de recubrimiento de carbono (200) comprende partículas de carbono que tienen una estructura en forma de placa.

2. El electrodo negativo para la batería de metal de litio de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el sustrato poroso (100) comprende uno seleccionado de entre el grupo que consiste en polietileno, polipropileno, tereftalato de polietileno, tereftalato de polibutileno, poliamida, poliacetal, policarbonato, polieterétercetona, polietersulfona, óxido de polifenileno, sulfuro de polifenileno, polietileno naftalato, politetrafluoroetileno, fluoruro de polivinilideno, cloruro de polivinilo, poliacrilonitrilo, celulosa, nailon, poli(p-fenileno benzobisoxazol), poliarilato y una combinación de los mismos.

3. El electrodo negativo para la batería de metal de litio de acuerdo con la reivindicación 1, en donde un espesor del sustrato poroso (100) es de 0,5 µm a 30 µm.

4. El electrodo negativo para la batería de metal de litio de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la capa de recubrimiento de carbono (200) comprende grafeno o derivados de grafeno que tienen una estructura en forma de placa.

5. El electrodo negativo para la batería de metal de litio de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el peso de las partículas de carbono depositadas como recubrimiento por unidad de área del sustrato poroso (100) es de 0,1 g/m<2>a 5 g/m<2>.

6. El electrodo negativo para la batería de metal de litio de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el electrodo negativo tiene una estructura en la que la capa de recubrimiento de carbono (200) está formada sobre una superficie del sustrato poroso (100) y la capa de metal de litio (300) está laminada sobre una superficie de la capa de recubrimiento de carbono (200) orientada en la dirección opuesta al sustrato poroso (100).

7. El electrodo negativo para la batería de metal de litio de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el electrodo negativo tiene una estructura multicapa en la que el sustrato poroso (100) está dispuesto en el centro, y la capa de recubrimiento de carbono (200) está formada sobre ambas superficies del sustrato poroso (100), respectivamente, y la capa de metal de litio (300) está laminada sobre cada una de las superficies de la capa de recubrimiento de carbono (200) orientada en la dirección opuesta al sustrato poroso (100).

8. El electrodo negativo para la batería de metal de litio de acuerdo con la reivindicación 1, en donde una resistencia a la tracción del electrodo negativo para la batería de metal de litio es de 1 MPa a 300 MPa.

9. Una batería de metal de litio que comprende el electrodo negativo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.