ES2914708T3 - Placa de electrodo positivo y aparato electroquímico - Google Patents
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Abstract
Una placa de electrodo positivo, que comprende un colector (10) de corriente de metal, una capa (14) de material activo de electrodo positivo y un revestimiento (12) de seguridad dispuesto entre el colector (10) de corriente de metal y la capa (14) de material activo de electrodo positivo; en donde: el revestimiento (12) de seguridad comprende una matriz polimérica, un material conductor y una carga inorgánica; en el revestimiento (12) de seguridad, sobre la base del peso total de la matriz polimérica, el material conductor y la carga inorgánica, un contenido de la carga inorgánica es del 10 % en peso al 60 % en peso, un contenido de la matriz polimérica es del 35 % en peso al 75 % en peso, un contenido del material conductor es del 5 % en peso al 25 % en peso; la capa (14) de material activo de electrodo positivo comprende Li1+xNiaCobMe(1-a-b)O2, en donde -0,1 <= x <= 0,2, 0,6 <= a < 1, 0 < b < 1, 0 < (1-a-b) < 1, y Me es al menos uno de los siguientes: Mn, Al, Mg, Zn, Ga, Ba, Fe, Cr, Sn, V, Sc, Ti y Zr; y el colector (10) de corriente de metal es un colector de corriente que contiene aluminio poroso.
Description
DESCRIPCIÓN
Placa de electrodo positivo y aparato electroquímico
Campo técnico
Esta solicitud se refiere al campo técnico de la tecnología electroquímica, y más particularmente se refiere a una placa de electrodo positivo y a un dispositivo electroquímico que comprende tal placa de electrodo positivo.
Antecedentes
Las baterías de iones de litio se utilizan ampliamente en vehículos eléctricos y productos electrónicos de consumo debido a su alta densidad de energía, alta potencia de salida, larga vida útil en ciclos y poca contaminación ambiental.
En la actualidad, los materiales ternarios se han convertido en uno de los principales materiales positivos utilizados en las baterías comerciales de iones de litio, especialmente en el campo de las baterías de iones de litio para vehículos eléctricos. Se espera que los materiales ternarios con alto contenido de níquel (tales como NCM622, NCM811) se conviertan en los principales materiales de cátodo para la nueva generación de baterías de iones de litio en vehículos eléctricos, debido a la alta densidad de energía. Sin embargo, los materiales ternarios con alto contenido de níquel tienen poca estabilidad térmica y liberarán a altas temperaturas sustancias con fuertes propiedades oxidantes que oxidan los electrolitos no acuosos y deterioran el rendimiento a altas temperaturas de las baterías de iones de litio y, por lo tanto, causan graves problemas de seguridad. Especialmente, cuando se someten a condiciones anormales tales como aplastamiento, golpes o pinchazos, las baterías de iones de litio que comprenden un sistema de material ternario con alto contenido de níquel son propensas a incendiarse y explotar y riesgos similares que causan daños graves. Por lo tanto, estos problemas limitan en gran medida la aplicación y la popularidad de los materiales ternarios con alto contenido de níquel.
En el estado de la técnica, suelen utilizarse materiales PTC para mejorar el rendimiento de seguridad de las baterías de iones de litio. El material PTC (por sus siglas en inglés; Coeficiente de Temperatura Positivo) es un material sensible al calor con coeficiente de temperatura positivo, que tiene la característica de que su resistividad aumenta con el aumento de la temperatura. Cuando la temperatura excede una determinada temperatura, la resistividad del material PTC aumenta rápidamente de forma gradual. En el estudio de la utilización de las características de los materiales PTC para mejorar el rendimiento de seguridad de la batería de iones de litio, algunos estudios implican la adición de materiales PTC a la capa de material activo del electrodo de la batería. Cuando la temperatura de la batería aumenta, la resistencia del material PTC aumenta, lo que hace que la resistencia de toda la capa de material activo del electrodo se haga grande e incluso se destruya la ruta conductora de toda la capa de material activo del electrodo. Por lo tanto, el efecto de seguridad se logra provocando la interrupción del suministro eléctrico y evitando que continúe la reacción electroquímica. Sin embargo, con esta modificación, el material PTC añadido en la capa de material activo del electrodo afecta negativamente al rendimiento electroquímico de la batería.
Otros estudios más han previsto una capa separada de material PTC (revestimiento de seguridad) entre el colector de corriente de metal y la capa de material activo del electrodo de la batería. Cuando la temperatura de la batería aumenta, la resistencia de la capa de material PTC aumenta, de modo que la resistencia eléctrica entre el colector de corriente de metal y la capa de material activo del electrodo aumenta o incluso se interrumpe el suministro de energía, logrando así el efecto de seguridad de evitar que continúe la reacción electroquímica. Sin embargo, con esta modificación, cuando la suspensión de material activo recubre la superficie de la capa de material PTC, el disolvente (tal como NMP) de la suspensión disolvería el material PTC (típicamente polietileno, polipropileno o copolímeros de etileno-propileno y similares) de la capa PTC y, por lo tanto, el material PTC disuelto entra en la capa de material activo superior, lo que no solo destruye el efecto p Ct de la capa PTC, sino que también deteriora sus propiedades eléctricas. Además, en la etapa de compactación del proceso de fabricación de la placa, la capa de material PTC se comprime fácilmente hasta el borde y, por lo tanto, la capa de material activo del electrodo entraría en contacto directo con el colector de corriente de metal, por lo que la capa de material PTC no puede mejorar el rendimiento de seguridad. Este tipo de capa de material PTC tradicional ha demostrado ser inadecuado para materiales ternarios con alto contenido de níquel.
En vista de esto, es realmente necesario proporcionar una placa de electrodo y una batería con una seguridad y un rendimiento de batería mejorados de materiales ternarios con alto contenido de níquel, que sea/sean capaces de evitar los problemas anteriores del estado de la técnica.
Compendio
Un objetivo de esta solicitud es proporcionar una placa de electrodo y un dispositivo electroquímico que comprendan materiales ternarios con alto contenido de níquel con rendimientos eléctricos y de seguridad mejorados.
Otro objetivo de esta solicitud es proporcionar una placa de electrodo y un dispositivo electroquímico con una buena seguridad y un rendimiento eléctrico mejorado, especialmente con un rendimiento de seguridad contra penetración de clavos mejorado (también denominado rendimiento de seguridad durante la penetración de clavos).
La presente solicitud proporciona una placa de electrodo positivo, que comprende un colector de corriente de metal,
una capa de material activo de electrodo positivo y un revestimiento de seguridad dispuesto entre el colector de corriente de metal y la capa de material activo de electrodo positivo; el revestimiento de seguridad comprende una matriz polimérica, un material conductor y una carga inorgánica; en donde, en el revestimiento de seguridad, sobre la base del peso total de la matriz polimérica, el material conductor y la carga inorgánica, el contenido de la carga inorgánica es del 10 % en peso al 60 % en peso y preferiblemente del 10 % en peso al 60 % en peso, el contenido de la matriz polimérica es del 35 % en peso al 75 % en peso, y el contenido del material conductor es del 5 % en peso al 25 % en peso; la capa de material activo de electrodo positivo comprende Li1+xNiaCObMe(1-a-b)O2, en donde -0,1 < x < 0,2, 0,6 < a < 1, 0 < b < 1, 0 < (1-a-b) < 1, y Me es al menos uno de los siguientes: Mn, Al, Mg, Zn, Ga, Ba, Fe, Cr, Sn, V, Sc, Ti y Zr; y el colector de corriente de metal es un colector de corriente que contiene aluminio poroso.
La solicitud también proporciona un dispositivo electroquímico que comprende la placa de electrodo positivo según la presente solicitud, siendo el dispositivo electroquímico preferiblemente un condensador, una batería primaria o una batería secundaria.
Descripción de los dibujos
La placa de electrodo positivo y el dispositivo electroquímico de esta solicitud, así como los efectos beneficiosos de los mismos, se describirán en detalle a continuación con referencia a los dibujos adjuntos y realizaciones específicas. La Figura 1 es una vista estructural esquemática de una placa de electrodo positivo según una realización de esta solicitud, en la que 10 - un colector de corriente de metal; 14 - una capa de material activo de electrodo positivo; 12 -un revestimiento de seguridad (es decir, un revestimiento de seguridad PTC).
La Figura 2 es una vista en perspectiva de una realización de una batería secundaria de iones de litio.
La Figura 3 es una vista en despiece de la Figura 2.
La Figura 4 es una vista en perspectiva de una realización de un módulo de baterías.
La Figura 5 es una vista en perspectiva de una realización de un paquete de baterías.
La Figura 6 es una vista en despiece de la Figura 5.
La Figura 7 es una vista esquemática que muestra una realización de un dispositivo en el que se utiliza una batería de iones de litio como fuente de alimentación.
Entre éstas, los números de referencia se definen de la siguiente manera:
1 paquete de baterías
2 cuerpo superior de estuche
3 cuerpo inferior de estuche
4 módulo de baterías
5 batería
51 caja
52 conjunto de electrodos
53 conjunto de cubierta superior.
Descripción detallada
Los inventores han descubierto que la adición de una carga inorgánica al revestimiento de seguridad de una placa de electrodo puede estabilizar el revestimiento de seguridad.
Se ha descubierto que en el caso de que el revestimiento de seguridad no contenga una carga inorgánica, el disolvente (tal como NMP o similar) de la capa de material activo del electrodo positivo sobre el revestimiento de seguridad o el electrolito disolverá e hinchará desfavorablemente el material polimérico del revestimiento de seguridad, por lo que el revestimiento de seguridad se verá dañado, lo que afectará su efecto PTC. Después de añadir una carga inorgánica al revestimiento de seguridad, la carga inorgánica como barrera puede eliminar ventajosamente los efectos adversos antes mencionados, tales como la disolución y el hinchamiento, y por lo tanto es ventajosa para estabilizar el revestimiento de seguridad. Además, también se ha descubierto que la adición de la carga inorgánica también es ventajosa para asegurar que el revestimiento de seguridad no se deforme fácilmente cuando se compacta la placa de electrodo. Por lo tanto, la adición de la carga inorgánica puede asegurar bien que el revestimiento de seguridad se disponga de manera estable entre el colector de corriente de metal y la capa de material activo del electrodo positivo y que se evite que el colector de corriente de metal entre en contacto directo con la capa de material activo del electrodo
positivo, mejorando así el rendimiento de seguridad de la batería.
Sorprendentemente, los inventores también han descubierto que las cargas inorgánicas también pueden mejorar el rendimiento tal como la velocidad de respuesta del revestimiento de seguridad. El revestimiento de seguridad funciona como se indica a continuación. A temperatura normal, el revestimiento de seguridad se basa en una buena red conductora formada entre los materiales conductores para conducir la conducción por electrones. Cuando aumenta la temperatura, el volumen del material de la matriz polimérica comienza a expandirse, aumenta el espacio entre las partículas de los materiales conductores y la red conductora se bloquea parcialmente, de modo que la resistencia del revestimiento de seguridad aumenta gradualmente. Cuando se alcanza una determinada temperatura (por ejemplo, la temperatura de funcionamiento), la red conductora se bloquea casi por completo y la corriente se aproxima a cero. Sin embargo, normalmente cuando el interior del revestimiento de seguridad alcance un equilibrio dinámico, la red conductora se recuperará parcialmente. Por lo tanto, después de alcanzar una determinada temperatura (por ejemplo, la temperatura de funcionamiento), la resistencia del revestimiento de seguridad no es tan grande como se esperaba y sigue fluyendo muy poca corriente a través del mismo. Los inventores han descubierto que después de añadir la carga inorgánica y de que el volumen del material de la matriz polimérica se expanda, tanto la carga inorgánica como el material expandido de la matriz polimérica pueden funcionar para bloquear la red conductora. Por lo tanto, después de agregar la carga inorgánica, el revestimiento de seguridad puede producir mejor el efecto PTC en el intervalo de temperatura de funcionamiento. Es decir, la velocidad creciente de la resistencia es más rápida y la velocidad de respuesta del PTC es más rápida a alta temperatura. Como resultado, el rendimiento de seguridad de la batería se puede aumentar mejor.
En resumen, la carga inorgánica puede hacer de estabilizador del revestimiento de seguridad en los siguientes dos aspectos: (1) impedir que el disolvente (tal como NMP, etc.) o el electrolito en la capa de material activo del electrodo positivo causen efectos adversos tales como la disolución, el hinchamiento del material polimérico en el revestimiento de seguridad; y (2) garantizar ventajosamente que el revestimiento de seguridad no se deforme fácilmente durante el proceso de compactación de la placa.
Basado en el peso total del revestimiento de seguridad, el contenido de la carga inorgánica es típicamente del 10 % en peso al 60 % en peso. Si el contenido de la carga inorgánica es demasiado pequeño, no será suficiente para estabilizar el revestimiento de seguridad; si el contenido es demasiado grande, afectará el rendimiento del PTC del revestimiento de seguridad. El contenido de la carga inorgánica es preferiblemente del 15 % en peso al 45 % en peso.
La carga inorgánica se selecciona de al menos uno de los siguientes: un óxido metálico, un óxido no metálico, un carburo metálico, un carburo no metálico y una sal inorgánica, o al menos uno de los materiales anteriores modificado con un revestimiento de carbono conductor, uno de los materiales anteriores modificado con un revestimiento metálico conductor o uno de los materiales anteriores modificado con un revestimiento polimérico conductor.
Cuando el tamaño de partícula del primer material activo del electrodo positivo es demasiado pequeño, la superficie específica aumenta y la reacción secundaria aumenta; cuando el tamaño de partícula es demasiado grande, el espesor del revestimiento de seguridad es demasiado grande y el espesor es desigual. Preferiblemente, el tamaño medio D de partícula de la carga inorgánica en el revestimiento de seguridad satisface 100 nm < D < 10 pm, y más preferiblemente 1 pm < D < 6 pm. Cuando el tamaño de partícula de la carga inorgánica está en los intervalos anteriores, se puede mejorar el efecto de bloqueo de la red conductora a alta temperatura, mejorando así la velocidad de respuesta del revestimiento de seguridad. Más preferiblemente, la carga inorgánica en el revestimiento de seguridad tiene una superficie específica (BET) de no más de 500 m12/g. Cuando aumenta la superficie específica de la carga inorgánica, la reacción secundaria aumentará y, por lo tanto, el rendimiento de la batería se verá afectado. Además, en el caso de que la superficie específica de la carga inorgánica sea demasiado grande, se consumirá una mayor proporción de ligante, lo que hará que la fuerza de unión entre el revestimiento de seguridad, el colector de corriente y la capa de material activo del electrodo positivo se reduzca y la tasa de crecimiento de la resistencia interna sea alta. Cuando la superficie específica (BET) de la carga inorgánica no supera los 500 m2/g, se puede proporcionar un mejor efecto general.
Especialmente, los inventores han descubierto que en el caso de que el revestimiento de seguridad se utilice en una placa de electrodo positivo, es particularmente ventajoso utilizar como carga inorgánica un material electroquímicamente activo de electrodo positivo o un material de los anteriores modificado con un revestimiento de carbono conductor, un material de los anteriores modificado con un revestimiento metálico conductor o un material de los anteriores modificado con un revestimiento polimérico conductor. En tal caso, además de las funciones antes mencionadas como estabilizar el revestimiento de seguridad (impidiendo que el disolvente orgánico tenga efectos adversos tales como disolver o hinchar el material polimérico y asegurando que el revestimiento de seguridad no se deforme fácilmente) y mejorar el rendimiento tal como la velocidad de respuesta y similares del revestimiento de seguridad, la carga inorgánica puede desempeñar además los siguientes dos papeles:
(1) mejorar el rendimiento de sobrecarga de la batería. En el sistema de revestimiento de seguridad PTC compuesto de una matriz polimérica de poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada y un material conductor, dado que el material electroquímicamente activo tiene las características de intercalación y desintercalación de iones de litio, el material electroquímicamente activo se puede utilizar como un "sitio activo" en la red conductora a la temperatura normal de funcionamiento de la batería y, por lo tanto, aumenta el número de "sitio activo" en el revestimiento de seguridad. En
el proceso de sobrecarga, el material electroquímicamente activo se desintercalará, y el proceso de desintercalación se vuelve cada vez más difícil y la impedancia aumenta. Por lo tanto, cuando pasa la corriente, la potencia de generación de calor aumenta y la temperatura de la capa de cebador aumenta más rápidamente, por lo que el efecto PTC responde más rápido, lo que a su vez puede generar efectos PTC antes del problema de seguridad de sobrecarga en la batería. Por lo tanto, se puede mejorar el rendimiento de seguridad de sobrecarga de la batería.
(2) contribuir a la capacidad de carga y descarga. Dado que el material electroquímicamente activo puede contribuir a cierta capacidad de carga y descarga a la temperatura normal de funcionamiento de la batería, se puede minimizar el efecto del revestimiento de seguridad en el rendimiento electroquímico tal como la capacidad de la batería a la temperatura normal de funcionamiento.
Por lo tanto, para la placa de electrodo positivo, lo más preferido es utilizar un material electroquímicamente activo de electrodo positivo o un material electroquímicamente activo modificado con un revestimiento de carbono conductor, un material electroquímicamente activo modificado con un revestimiento metálico conductor o un material electroquímicamente activo modificado con un revestimiento polimérico conductor como carga inorgánica del revestimiento de seguridad.
El material electroquímicamente activo de electrodo positivo se selecciona preferiblemente de al menos uno de los siguientes: óxido de litio y cobalto, óxido de litio y níquel y manganeso y cobalto, aluminato de litio y níquel y manganeso, fosfato de litio y hierro, fosfato de litio y vanadio, fosfato de litio y cobalto, fosfato de litio y manganeso, fosfato de litio y manganeso y hierro, silicato de litio y hierro, silicato de litio y vanadio, silicato de litio y cobalto, silicato de litio y manganeso, óxido de litio y manganeso de tipo espinela, óxido de litio y níquel y manganeso de tipo espinela y titanato de litio, o un material de los anteriores modificado con un revestimiento de carbono conductor, un material de los anteriores modificado con un revestimiento metálico conductor o un material de los anteriores modificado con un revestimiento polimérico conductor. Especialmente, es un material electroquímicamente activo modificado con un revestimiento de carbono conductor, tal como un óxido de litio y cobalto modificado con un revestimiento de carbono conductor, un óxido de litio y níquel y manganeso y cobalto modificado con un revestimiento de carbono conductor, un aluminato de litio y níquel y manganeso modificado con un revestimiento de carbono conductor, un fosfato de litio y hierro modificado con un revestimiento de carbono conductor, un fosfato de litio y vanadio modificado con un revestimiento de carbono conductor, un fosfato de litio y cobalto modificado con un revestimiento de carbono conductor, un fosfato de litio y manganeso modificado un revestimiento de carbono conductor, un fosfato de litio y manganeso y hierro modificado con un revestimiento de carbono conductor, un silicato de litio y hierro modificado con un revestimiento de carbono conductor, un silicato de litio y vanadio modificado con un revestimiento de carbono conductor, un silicato de litio y cobalto modificado con un revestimiento de carbono conductor, un silicato de litio y manganeso modificado con un revestimiento de carbono conductor, un óxido de litio y manganeso de tipo espinela modificado con un revestimiento de carbono conductor, un óxido de litio y níquel y manganeso de tipo espinela modificado con un revestimiento de carbono conductor, un titanato de litio modificado con un revestimiento de carbono conductor. Estos materiales electroquímicamente activos y los materiales electroquímicamente activos modificados con un revestimiento de carbono conductor son materiales comúnmente utilizados en la fabricación de baterías de litio, que en su mayoría están disponibles comercialmente. El tipo de carbono conductor puede ser grafito, grafeno, negro de carbono conductor, nanotubos de carbono o similares. Además, la conductividad de la carga inorgánica se puede ajustar ajustando el contenido del revestimiento de carbono conductor.
Por lo tanto, introduciendo carga inorgánica, especialmente material electroquímicamente activo de electrodo positivo (o materiales electroquímicamente activos modificados con un revestimiento), en el revestimiento de seguridad de la placa de electrodo positivo, el rendimiento del revestimiento de seguridad puede mejorarse significativamente, de modo que el revestimiento de seguridad puede ser útil en el entorno de aplicación de materiales ternarios con alto contenido de níquel.
En la presente solicitud, además de la carga inorgánica, el revestimiento de seguridad PTC también comprende un material de matriz polimérico (material de matriz PTC) y un material conductor.
En el revestimiento de seguridad, el material de matriz polimérico puede ser un material de poliolefina u otros materiales poliméricos tales como polietileno, polipropileno, copolímero de etileno-acetato de vinilo (EVA), copolímero de etileno-ácido acrílico, copolímero de etileno-ácido metacrílico, poliamida, poliestireno, poliacrilonitrilo, elastómero termoplástico, resina epoxi, poliacetal, celulosa modificada termoplástica, polisulfona, poli(met)acrilato de metilo, un copolímero que contenga (met)acrilato y similares. Además, el revestimiento de seguridad también puede contener un ligante que promueva la fuerza de unión entre el material de matriz polimérico y el colector de corriente. El ligante puede ser, por ejemplo, PVDF, PVDC, SBR y similares, y también puede ser un ligante acuoso seleccionado del grupo que consiste en CMC, poliacrilato, policarbonato, óxido de polietileno, caucho, poliuretano, carboximetilcelulosa sódica, ácido poliacrílico, copolímero multicomponente de acrilonitrilo, gelatina, quitosano, alginato de sodio, un agente de acoplamiento, cianoacrilato, un derivado de éter cíclico polimérico, un derivado hidroxi de ciclodextrina y similares.
En el revestimiento convencional que tiene efecto PTC para el uso en baterías, generalmente se usa polietileno, polipropileno o copolímero de etileno y de propileno o similar como material de matriz PTC. En este caso, típicamente es necesario agregar adicionalmente un ligante al material de matriz PTC y al material conductor. Si el contenido de ligante es demasiado pequeño, la fuerza de unión entre el revestimiento y el colector de corriente de metal es escasa;
y si el contenido de ligante es demasiado grande, la temperatura de respuesta y la velocidad de respuesta del efecto PTC se ven afectadas. Convencionalmente se usa como ligante poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada (tal como PVDF). Cuando se usa como ligante, el contenido de PVDF es mucho menor que el contenido de material de matriz. Por ejemplo, el contenido del ligante de PVDF en los revestimientos PTC convencionales suele ser inferior al 15 % o al 10 %, o incluso inferior, en relación con el peso total del revestimiento.
Los inventores han descubierto que, en lugar de utilizar un material de matriz PTC convencional tal como polietileno, polipropileno o copolímero de etileno y de propileno, se utiliza una gran cantidad de poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada entre el colector de corriente de metal y la capa de material activo del electrodo positivo, y aún puede hacer las veces de capa de termistor PTC; y el revestimiento de seguridad que comprende poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada como matriz polimérica es más útil en el entorno de aplicación de materiales ternarios con alto contenido de níquel. Basado en el peso total del revestimiento de seguridad, el contenido de poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada como material de matriz polimérico es del 35 % en peso al 75 % en peso, que es mucho mayor que el contenido de poliolefina fluorada o poliolefina clorada tal como PVDF que generalmente se usa como ligante en la capa de termistor PTC anterior.
En el presente revestimiento de seguridad, el material de poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada en realidad hace tanto de matriz PTC como de ligante, lo que evita la influencia sobre la adhesión del revestimiento, la velocidad de respuesta y la temperatura de respuesta del efecto PTC debido a la diferencia entre el ligante y el material de matriz PTC.
En primer lugar, el revestimiento de seguridad compuesto de material de poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada y un material conductor puede hacer las veces de capa de termistor PTC y su intervalo de temperatura de funcionamiento es adecuadamente de 80 °C a 160 °C. Por lo tanto, el rendimiento de seguridad a alta temperatura de la batería puede mejorarse bien.
En segundo lugar, la poliolefina fluorada y/o la poliolefina clorada como material de matriz polimérico del revestimiento de seguridad sirve tanto de matriz PTC como de ligante, facilitando así la preparación de un revestimiento de seguridad más delgado sin afectar la adhesión del revestimiento de seguridad.
Además, el disolvente (tal como NMP o similares) o el electrolito de la capa de material activo del electrodo positivo sobre el revestimiento de seguridad pueden tener un efecto adverso tal como disolución, hinchamiento y similares en el material polimérico del revestimiento de seguridad. Para el revestimiento de seguridad que contiene PVDF en una cantidad de ligante convencional, la adherencia empeoraría fácilmente. Para el revestimiento de seguridad que contiene una cantidad relativamente alta de poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada, el efecto adverso anterior es relativamente pequeño.
Por lo tanto, el uso de poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada como material de matriz polimérico del revestimiento PTC tiene ventajas especiales, lo que ayuda a eliminar diversos defectos a los que se enfrentaba la capa PTC anterior. Por ejemplo, debido a la buena adherencia de los materiales de matriz de poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada, cuando se utilizan tales materiales de matriz poliméricos, el revestimiento de seguridad no tiene que contener otros ligantes adicionales.
La poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada es preferiblemente fluoruro de polivinilideno (PVDF, por sus siglas en inglés), cloruro de polivinilideno (PVDC, por sus siglas en inglés), PVDF modificado o PVDC modificado. Por ejemplo, el ligante puede seleccionarse de al menos uno de los siguientes: PVDF, PVDF modificado con ácido carboxílico, PVDF modificado con ácido acrílico, copolímero de PVDF, PVDC, PVDC modificado con ácido carboxílico, PVDC modificado con ácido acrílico, copolímero de PVDC, o cualquier mezcla de los mismos.
En una realización preferida de la presente solicitud, basado en el peso total del revestimiento de seguridad, el contenido de la matriz polimérica de poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada es del 35 % en peso al 75 % en peso. Si el contenido es demasiado bajo, la matriz polimérica no puede asegurar que el revestimiento de seguridad funcione bien en términos de su efecto PTC; y si el contenido es demasiado alto, afectará la velocidad de respuesta y similares del revestimiento de seguridad. El contenido de la matriz polimérica de poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada es preferiblemente del 40 % en peso al 75 % en peso, más preferiblemente del 50 % en peso al 75 % en peso.
Además, como una mejora adicional de la presente solicitud, la matriz polimérica del revestimiento de seguridad de la placa de electrodo positivo se somete preferiblemente a un tratamiento de reticulación. Es decir, es un material de matriz polimérico con estructura reticulada, poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada con estructura reticulada.
El tratamiento de reticulación puede ser más ventajoso para impedir los efectos adversos de un disolvente (tal como NMP o similares) de la capa de material activo del electrodo positivo o un electrolito en el material polimérico del revestimiento de seguridad, tales como disolución o hinchamiento y similares, y para evitar que la capa de material activo del electrodo positivo se agriete debido a un esfuerzo desigual.
Además, la matriz polimérica que no se somete al tratamiento de reticulación tiene un gran hinchamiento en el electrolito, por lo que la introducción de un revestimiento de seguridad provocará un gran crecimiento de DCR (por sus siglas en inglés; resistencia en CC interna) de la batería, lo que es una desventaja para mejorar el rendimiento cinético de la batería. Después de someterla al tratamiento de reticulación, la proporción de hinchamiento de la matriz
polimérica se contiene de forma efectiva, de modo que el crecimiento de DCR debido a la introducción del revestimiento de seguridad puede reducirse notablemente.
El procedimiento del tratamiento de reticulación es conocido en la técnica. Por ejemplo, para la matriz polimérica de poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada, el tratamiento de reticulación se puede lograr introduciendo un activador y un agente de reticulación. La función del activador es eliminar HF o HCl de la poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada para formar un doble enlace C=C; y el agente de reticulación actúa para reticular el doble enlace C=C. Como activador, se puede usar una sal de base fuerte-ácido débil tal como silicato de sodio o silicato de potasio. La relación en peso del activador con respecto a la matriz polimérica es normalmente del 0,5 % al 5 %. El agente de reticulación se puede seleccionar de al menos uno de los siguientes: poliisocianatos (JQ-1, JQ-1E, JQ-2E, JQ-3E, JQ-4, JQ-5, JQ-6, PAPI, MDI emulsionable, tetraisocianato), poliaminas (propilendiamina, MOCA), polioles (polietilenglicol, polipropilenglicol, trimetilolpropano), éteres glicidílicos (éter glicidílico de polipropilenglicol), sustancias inorgánicas (óxido de zinc, cloruro de aluminio, sulfato de aluminio, azufre, ácido bórico, bórax, nitrato de cromo), glioxal, aziridina, compuestos olefínicamente insaturados (estireno, a-metilestireno, acrilonitrilo, ácido acrílico, ácido metacrílico, acrilatos (diacrilato de 1,4-butilenglicol, dimetacrilato de etilenglicol, TAC, acrilato de butilo, HEA, HPA, HEMA, HPMA, MMA)), organosilicios (ortosilicato de etilo, ortosilicato de metilo, trimetoxisilano), ácidos bencenosulfónicos (ácido p-toluenosulfónico, cloruro de p-toluenosulfonilo), peróxidos orgánicos (peróxido de dicumilo, peróxido de bis(2,4-diclorobenzoilo)) y compuestos orgánicos metálicos (isopropóxido de aluminio, acetato de zinc, acetilacetonato de titanio).
Una relación en peso del agente de reticulación con respecto a la matriz polimérica es del 0,01 % al 5 %. Si el contenido de agente de reticulación es pequeño, el grado de reticulación de la matriz polimérica es bajo, lo que no puede eliminar por completo el agrietamiento. Si el contenido de agente de reticulación es demasiado alto, es fácil que se forme un gel durante la agitación. El activador y el agente de reticulación se pueden añadir después de que se complete la etapa de agitación de la suspensión para preparar el revestimiento de seguridad. Después de llevar a cabo la reacción de reticulación, la mezcla se agita uniformemente y luego se reviste para preparar un revestimiento de seguridad.
El revestimiento de seguridad entre el colector de corriente de metal y la capa de material activo del electrodo positivo puede comprender además material conductor. El material conductor se puede seleccionar de al menos uno de los siguientes: un material conductor a base de carbono, un material metálico conductor y un material polimérico conductor. Como ejemplos ilustrativos, el material conductor a base de carbono puede seleccionarse de al menos uno de los siguientes: negro de carbono conductor, negro de acetileno, grafito, grafeno, nanotubos de carbono, nanofibras de carbono; el material metálico conductor se selecciona de al menos uno de los siguientes: polvo de Al, polvo de Ni y polvo de oro; y el material polimérico conductor puede seleccionarse de al menos uno de los siguientes: politiofeno conductor, polipirrol conductor y polianilina conductora. El material conductor puede usarse solo o en combinación de dos o más.
En la presente solicitud, basado en el peso total del revestimiento de seguridad, el contenido del material conductor es del 5 % en peso al 25 % en peso, preferiblemente del 5 % en peso al 20 % en peso. Preferiblemente, la relación en peso del material de matriz polimérico con respecto al material conductor es 2 o más. Con tal relación, se puede mejorar aún más el rendimiento de seguridad durante la penetración de clavos. Si la relación en peso del material de matriz polimérico con respecto al material conductor es inferior a 2, el contenido del material conductor es relativamente alto y es posible que la red conductora no se interrumpa lo suficiente a temperatura elevada, lo que afecta el efecto PTC. Si la relación en peso del material de matriz polimérico con respecto al material conductor es demasiado alta, el contenido del material conductor es relativamente bajo, lo que provoca un gran aumento en la DCR de la batería en funcionamiento normal. Preferiblemente, la relación en peso de la matriz polimérica con respecto al material conductor es 8 o menos. En una realización particular de la presente solicitud, la relación en peso de la matriz polimérica con respecto al material conductor es preferiblemente 3 o más y 8 o menos.
Los materiales conductores se utilizan típicamente en forma de polvos o gránulos. El tamaño de partícula puede ser de 5 nm a 500 nm, por ejemplo, de 10 nm a 300 nm, de 15 nm a 200 nm, de 15 nm a 100 nm, de 20 nm a 400 nm, de 20 nm a 150 nm, o similares, dependiendo del entorno de aplicación específico.
Además de la matriz polimérica, el material conductor y la carga inorgánica, el revestimiento de seguridad también puede contener otros materiales o componentes, tales como otros ligantes que promuevan la adhesión entre el revestimiento y el sustrato para el colector de corriente. Los expertos en la técnica pueden seleccionar otros auxiliares según las necesidades reales. Por ejemplo, en otras realizaciones de la presente solicitud, el revestimiento de seguridad también puede comprender otros ligantes. En otras realizaciones más de la presente solicitud, el revestimiento de seguridad puede incluir además otra matriz polimérica distinta de la matriz polimérica mencionada anteriormente. Cuando se utilizan poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada como matriz polimérica, dado que la propia matriz polimérica utilizada en el revestimiento de seguridad tiene una buena adherencia, el revestimiento de seguridad está sustancialmente libre de otros ligantes u otras matrices poliméricas distintas del material de matriz mencionado (donde la expresión "sustancialmente libre" significa <3 %, <1 % o <0,5 %), para simplificar el proceso y ahorrar costos.
Además, en algunas realizaciones preferidas de la presente solicitud, el revestimiento de seguridad puede consistir sustancialmente en la matriz polimérica, el material conductor y la carga inorgánica, que está libre de cantidades significativas (por ejemplo, <3 %, <1 %), o <5 %) de otros componentes.
Se puede determinar razonablemente un espesor H del revestimiento de seguridad de acuerdo con las necesidades
reales. El espesor H del revestimiento de seguridad no suele ser superior a 40 pm, preferiblemente no superior a 25 pm, más preferiblemente no superior a 20 pm, 15 pm o 10 pm. El espesor del revestimiento de seguridad suele ser superior o igual a 1 pm, preferiblemente superior o igual a 2 pm, y más preferiblemente superior o igual a 3 pm. Si el espesor es demasiado pequeño, no es suficiente para asegurar que el revestimiento de seguridad tenga el efecto de mejorar el rendimiento de seguridad de la batería; si es demasiado grande, la resistencia interna de la batería aumentará considerablemente, lo que afectará el rendimiento electroquímico de la batería durante el funcionamiento normal. Preferiblemente, 1 pm < H < 20 pm, más preferiblemente 3 pm < H < 10 pm.
La Figura 1 muestra una vista estructural esquemática de una placa de electrodo positivo según algunas realizaciones de esta solicitud, en la que 10 - un colector de corriente de metal; 14 - una capa de material activo de electrodo positivo; 12 - un revestimiento de seguridad (es decir, un revestimiento de seguridad PTC).
Se entiende fácilmente que, aunque el revestimiento de seguridad PTC y la capa de material activo de electrodo positivo estén previstos sólo en un lado del colector 10 de corriente del electrodo positivo como se describe en la Figura 1, en otras realizaciones, el revestimiento 12 de seguridad PTC y la capa 14 de material activo de electrodo positivo pueden estar previstos en ambos lados del colector 10 de corriente de metal positivo, respectivamente.
Además, los inventores también han descubierto que en la placa de electrodo positivo de la solicitud, el revestimiento de seguridad no sólo aumenta su resistencia cuando aumenta la temperatura y toma efecto PTC, sino que también puede envolver rebabas metálicas que se puedan generar en el colector de corriente en condiciones anormales tales como la penetración de clavos, evitando así un cortocircuito en la batería. En vista del rendimiento de seguridad contra la penetración de clavos, la seguridad de la batería se ve muy influida por un alargamiento a la rotura del colector de corriente. Si el alargamiento a la rotura del colector de corriente es demasiado grande, las rebabas de metal serán más grandes, lo que no conduce a mejorar el rendimiento de seguridad de la batería. Si el alargamiento a la rotura del colector de corriente es demasiado pequeño, es probable que se produzca una rotura durante el procesamiento, tal como la compactación de la placa o cuando la batería se comprime o choca, degradando así la calidad o el rendimiento de seguridad de la batería. Por lo tanto, para mejorar aún más el rendimiento de seguridad, especialmente durante la penetración de clavos, el alargamiento a la rotura ó del colector de corriente no debería ser superior al 4 % ni inferior al 0,8 %. El alargamiento a la rotura del colector de corriente de metal se puede ajustar cambiando la pureza, el contenido de impurezas y los aditivos del colector de corriente de metal, el proceso de producción de palanquilla, la velocidad de laminación, el proceso de tratamiento térmico y similares.
En la placa de electrodo positivo de la solicitud, para el colector de corriente de metal, se pueden usar materiales comunes en la técnica, tales como escamas de metal u hojas de metal de acero inoxidable, aluminio, cobre, titanio o similares. El colector de corriente puede tener un espesor de 4 pm a 16 pm. Preferiblemente, el colector de corriente es un colector de corriente que contiene aluminio poroso (por ejemplo, una hoja de aluminio poroso). El uso de una hoja de aluminio poroso puede reducir la probabilidad de que se produzcan rebabas de metal y reducir aún más la probabilidad de que se produzca una reacción aluminotérmica grave en una situación anómala, tal como la introducción de clavos. Por lo tanto, el rendimiento de seguridad de la batería puede mejorarse aún más. Además, el uso de una hoja de aluminio poroso también puede mejorar la infiltración del electrolito en la placa de electrodo y, por lo tanto, mejorar el rendimiento cinético de la batería de iones de litio. El revestimiento de seguridad puede cubrir la superficie de la hoja de aluminio poroso para evitar que se pierda el revestimiento de la capa de material activo superior durante el proceso de revestimiento.
Se ha descubierto que la combinación de un colector de corriente que contenga aluminio poroso y un revestimiento de seguridad que contenga una carga inorgánica es particularmente adecuada para materiales ternarios con alto contenido de níquel. El rendimiento de seguridad de la batería se puede mejorar aún más, porque se reduce el contenido de metal de aluminio por unidad de superficie en la dirección del espesor del núcleo de la batería, y el revestimiento de seguridad puede envolver las rebabas generadas en el colector de corriente en condiciones anormales, tales como la penetración de clavos, y el revestimiento de seguridad también tiene el efecto PTC. Además, la probabilidad de reacciones aluminotérmicas graves (las reacciones térmicas de aluminio son un problema grave para los materiales ternarios con alto contenido de níquel) también puede reducirse, de modo que el rendimiento de seguridad de la batería también puede mejorarse aún más. El espesor del colector de corriente de metal es preferiblemente de 4 pm a 16 pm. El porcentaje de área de poros del colector de corriente que contiene aluminio poroso es preferiblemente del 5 % al 75 %.
Aunque la composición de la capa de material activo superior de la placa de electrodo positivo no está particularmente limitada en esta solicitud, la presente solicitud es particularmente adecuada para una placa de electrodo positivo que contenga un material ternario con alto contenido de níquel como material activo de electrodo positivo. Por lo tanto, en una realización preferida de la presente solicitud, la capa de material activo de electrodo positivo comprende Li1+xNiaCobMe(1-a-b)Ü2, donde -0,1 < x < 0,2, 0,6 < a < 1 (preferiblemente, 0,8 < a < 1), 0 < b < 1,0 < (1-a-b) < 1, y donde Me se selecciona de al menos uno de los siguientes: Mn, Al, Mg, Zn, Ga, Ba, Fe, Cr, Sn, V, Sc, Ti y Zr (preferiblemente Mn o Al). Estos materiales son bien conocidos en la técnica, y la composición de los mismos y los métodos para fabricarlos también son bien conocidos en la técnica. Por supuesto, la capa de material activo de electrodo positivo puede comprender varios materiales activos de electrodo positivo. Por ejemplo, además del Lh+xNiaCobMe(1-a-b)C>2 anterior, la capa de material activo de electrodo positivo puede comprender también uno o más de los siguientes: LiCoC2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4, y similares. Otros materiales en la capa de material activo de electrodo positivo
(por ejemplo, ligantes, agentes conductores y, opcionalmente, otros aditivos) son seleccionados convencionalmente por los expertos en la técnica.
El revestimiento de seguridad y la capa de material activo de electrodo positivo están estrechamente unidos entre sí y no son fáciles de distinguir en su aspecto, después de formarse en el colector de corriente respectivamente. Generalmente se obtendrá un revestimiento completo si se despega el revestimiento del colector de corriente. Por lo tanto, el revestimiento de seguridad y los materiales activos de electrodo positivo se denominan colectivamente capa de película.
Los inventores han descubierto que el rendimiento de seguridad de la batería durante la penetración de clavos también se verá muy influido por el alargamiento de la capa de película de la presente solicitud.
Como mejora adicional de la presente solicitud, la capa de película tiene un alargamiento del 30 % o más, preferiblemente del 80 % o más. La ventaja de un mayor alargamiento es que en una situación anormal, tal como la penetración de clavos, la capa de película con mayor alargamiento puede envolver las rebabas de metal que se puedan generar en el colector de corriente para evitar que se produzca un cortocircuito en la batería, lo que mejora en gran medida el rendimiento de seguridad de la batería durante la penetración de clavos. En cuanto a la capa de material activo de electrodo positivo convencional, su alargamiento generalmente no supera el 1 % y no puede funcionar para envolver rebabas de metal. En la presente solicitud, el alargamiento de la capa de película mejora mucho debido a la introducción del revestimiento de seguridad.
51 se aumenta el contenido de la matriz polimérica en el revestimiento de seguridad, es inevitablemente beneficioso para el aumento del alargamiento de la capa de película. Sin embargo, si el contenido de la matriz polimérica en el revestimiento de seguridad es demasiado grande, el contenido del material conductor será relativamente bajo, provocando así un gran aumento en la DCR de la batería durante el funcionamiento normal. Por lo tanto, se prefiere que la capa de película tenga un alargamiento del 80 % o más y del 300 % o menos.
Preferiblemente, el espesor unilateral de la capa de película es de 30 pm a 80 pm.
Además, la fuerza de unión entre la capa de película y el colector de corriente es preferiblemente de 10 N/m o más. Una mayor fuerza de unión puede mejorar el rendimiento de seguridad de la batería durante la penetración de clavos. Por ejemplo, la fuerza de unión entre el revestimiento de seguridad y el colector de corriente se puede aumentar introduciendo un ligante adicional o realizando un tratamiento de reticulación en la matriz polimérica, por ejemplo, para aumentar la fuerza de unión entre la capa de película y el colector de corriente.
La placa de electrodo negativo para usar junto con la placa de electrodo positivo de la presente solicitud puede seleccionarse entre diversas placas de electrodo negativo convencionales en la técnica, y la constitución y preparación de las mismas son bien conocidas en la técnica. Por ejemplo, la placa de electrodo negativo puede comprender un colector de corriente de electrodo negativo y una capa de material activo de electrodo negativo dispuesta sobre el colector de corriente de electrodo negativo, y la capa de material activo de electrodo negativo puede comprender un material activo de electrodo negativo, un ligante, un material conductor, y similares. El material activo de electrodo negativo es, por ejemplo, un material carbonoso tal como grafito (grafito artificial o grafito natural), negro de carbono conductor, fibra de carbono o similares; un metal o un material semimetálico tal como Si, Sn, Ge, Bi, Sn, In, o una aleación de los mismos; y un nitruro que contenga litio o un óxido que contenga litio, un metal de litio o una aleación de litio y aluminio.
La presente solicitud también describe un dispositivo electroquímico que comprende la placa de electrodo positivo según la presente solicitud. El dispositivo electroquímico puede ser un condensador, una batería primaria o una batería secundaria. Por ejemplo, puede ser un condensador de iones de litio, una batería primaria de iones de litio o una batería secundaria de iones de litio. Además del uso de la placa de electrodo positivo de la presente solicitud, los métodos de construcción y preparación de estos dispositivos electroquímicos son conocidos de por sí. El dispositivo electroquímico puede tener rendimientos de seguridad (por ejemplo, seguridad contra penetración de clavos) y eléctrico mejorados debido al uso de la placa de electrodo positivo de la presente solicitud.
En una realización particular de la solicitud, el dispositivo electroquímico es una batería de iones de litio. La Figura 2 es una vista en perspectiva de una realización de una batería 5 de iones de litio. La Figura 3 es una vista en despiece de la Figura 2. Con referencia a la Figura 2 y la Figura 3, una batería 5 de iones de litio incluye una caja 51, un conjunto 52 de electrodos, un conjunto 53 de cubierta superior y un electrolito (no mostrado).
El conjunto 52 de electrodos está empaquetado en la caja 51. El número de conjuntos 52 de electrodos no está limitado y puede ser uno o más. El conjunto 52 de electrodos incluye una placa de electrodo positivo, una placa de electrodo negativo y un separador. El separador separa la placa de electrodo positivo de la placa de electrodo negativo. El electrolito se inyecta en la caja 51 e impregna el conjunto 52 de electrodos, que incluye, por ejemplo, una primera placa de electrodo, una segunda placa de electrodo y un separador.
Obsérvese que la batería 5 de iones de litio que se muestra en la Figura 2 es una batería de tipo lata, pero no está limitada a ésta. La batería 5 de iones de litio puede ser una batería de tipo bolsa, es decir, la caja 51 se sustituye por una película de metal y plástico y se elimina el conjunto 53 de cubierta superior.
A continuación, se describirá un módulo de baterías de otro aspecto más de la presente solicitud.
La Figura 4 es una vista en perspectiva de una realización del módulo 4 de baterías.
El módulo 4 de baterías proporcionado por la realización de la presente solicitud incluye la batería 5 de iones de litio según la presente solicitud.
Haciendo referencia a la Figura 4, el módulo 4 de baterías incluye una pluralidad de baterías 5. Una pluralidad de baterías 5 de iones de litio están dispuestas en la dirección longitudinal. El módulo 4 de baterías puede hacer de fuente de alimentación o de dispositivo de almacenamiento de energía. El número de baterías 5 de iones de litio en el módulo 4 de baterías se puede ajustar según la aplicación y la capacidad del módulo 4 de baterías.
A continuación, se describirá un paquete de baterías de otro aspecto más de la presente solicitud.
La Figura 5 es una vista en perspectiva de una realización del paquete 1 de baterías. La Figura 6 es una vista en despiece de la Figura 5.
El paquete 1 de baterías proporcionado por la presente solicitud incluye el módulo 4 de baterías según una realización de la presente solicitud.
Específicamente, con referencia a la Figura 5 y la Figura 6, el paquete 1 de baterías incluye un cuerpo superior 2 de estuche, un cuerpo inferior 3 de estuche y un módulo 4 de baterías. El cuerpo superior 2 de estuche y el cuerpo inferior 3 de estuche se ensamblan entre sí y forman un espacio en el que se empaqueta el módulo 4 de baterías. El módulo 4 de baterías se coloca en el espacio del cuerpo superior 2 de estuche y el cuerpo inferior 3 de estuche que se ensamblan entre sí. La polar de salida del módulo 4 de baterías se pasa entre uno o ambos del cuerpo superior 2 de estuche y el cuerpo inferior 3 de estuche para suministrar energía al exterior o para cargarlo externamente. El número y la disposición de los módulos 4 de baterías usados en el paquete 1 de baterías se puede determinar de acuerdo con las necesidades reales.
A continuación, se describirá un dispositivo de otro aspecto más de la presente solicitud.
La Figura 7 es una vista esquemática que muestra una realización de un dispositivo en el que se utiliza una batería de iones de litio como fuente de alimentación.
El dispositivo proporcionado por la presente solicitud incluye la batería 5 de iones de litio según una realización de la presente solicitud, y la batería 5 de iones de litio se puede utilizar como fuente de alimentación del dispositivo. En la Figura 7, el dispositivo que utiliza la batería 5 de iones de litio es un coche eléctrico. Por supuesto, no está limitado a esto, y el dispositivo que utiliza la batería secundaria 5 de iones de litio puede ser cualquier vehículo eléctrico (por ejemplo, un autobús eléctrico, un tranvía eléctrico, una bicicleta eléctrica, una motocicleta eléctrica, un patinete eléctrico, un carrito de golf eléctrico, un camión eléctrico) que no sea el coche eléctrico, barcos eléctricos, herramientas eléctricas, equipos electrónicos y sistemas de almacenamiento de energía. El vehículo eléctrico puede ser un vehículo eléctrico puro, un vehículo eléctrico híbrido o un vehículo eléctrico híbrido enchufable. Por supuesto, de acuerdo con la forma real de uso, el dispositivo proporcionado por la presente solicitud puede incluir el módulo 4 de baterías descrito en la presente solicitud. Por supuesto, el dispositivo proporcionado por la presente solicitud también puede incluir el paquete 1 de baterías descrito en la presente solicitud.
Los expertos en la técnica entenderán que se pueden combinar arbitrariamente diversas definiciones o intervalos preferidos de los componentes, cantidades de componentes y propiedades fisicoquímicas de los materiales (espesor, tamaño de partícula, superficie específica, alargamiento a la rotura, etc.) en las diversas realizaciones de la presente solicitud como se ha mencionado anteriormente. Las realizaciones combinadas todavía están dentro del alcance de la invención y se consideran parte de la descripción.
Ejemplo
Para dejar más claros los objetos, las soluciones técnicas y los efectos técnicos beneficiosos de la presente solicitud, la presente solicitud se describirá con más detalle a continuación con referencia a las realizaciones. Sin embargo, debe entenderse que las realizaciones de la presente solicitud sólo están destinadas a ilustrar la presente solicitud y no están destinadas a limitar la solicitud, y las realizaciones de la presente solicitud no están limitadas a las realizaciones proporcionadas en la memoria descriptiva. Las condiciones experimentales no indicadas en los ejemplos pueden referirse a condiciones convencionales, o a las condiciones recomendadas por el proveedor del material o del equipo.
1. Método de preparación
1.1 Preparación de placa de electrodo positivo
1) Revestimiento de seguridad
Dependiendo de si el material de matriz polimérico del revestimiento de seguridad se somete o no a un tratamiento de reticulación, el revestimiento de seguridad se preparó mediante uno de los dos métodos siguientes.
Para la matriz polimérica sin tratamiento de reticulación:
Se mezcló bajo agitación uniforme una determinada proporción de un material de matriz polimérico, un material conductor y una carga inorgánica con N-metil-2-pirrolidona (NMP) como disolvente, lo que luego se aplicó en ambos lados de un colector de corriente de metal, a lo que siguió un secado a 85 °C para obtener una capa PTC, es decir, un revestimiento de seguridad.
Para la matriz polimérica con tratamiento de reticulación:
Se mezcló bajo agitación uniforme una determinada proporción de un material de matriz polimérico, un material conductor, una carga inorgánica y un agente de reticulación con N-metil-2-pirrolidona (NMP) como disolvente y luego se añadieron bajo agitación uniforme un activador (silicato de sodio) y un agente de reticulación. Luego, la mezcla resultante se aplicó en ambos lados de un colector de corriente de metal, a lo que siguió un secado a 85 °C para obtener una capa PTC, es decir, un revestimiento de seguridad.
2) Capa de material activo de electrodo positivo
Luego, se mezclaron bajo agitación uniforme un 90 % en peso de un material activo de electrodo positivo, un 5 % en peso de SP y un 5 % en peso de PVDF con NMP como disolvente, lo que luego se aplicó sobre el revestimiento de seguridad del colector de corriente preparado según el método anterior, a lo que siguió un secado a 85 °C para obtener una capa de material activo de electrodo positivo.
3) Tratamiento
Luego, el colector de corriente con dos capas de material activo de electrodo positivo se prensó en frío, después se recortó, se cortó y se decapó, a lo que siguió un secado al vacío a 85 °C durante 4 horas. Después de soldar, se obtuvo la placa de electrodo positivo que cumple los requisitos de la batería secundaria.
Los principales materiales utilizados en los ejemplos específicos fueron los siguientes:
Ligante: PVDF (Fabricante "Solvay", modelo 5130), PVDC;
Agente de reticulación: acrilonitrilo, tetraisocianato, polietilenglicol;
Material conductor (agente conductor): Super-P (TIMCAL, Suiza, abreviado como SP);
Material activo de electrodo positivo: LiNi0,8Co0,1Mn0,1O2 (NCM811).
Carga inorgánica: alúmina, fosfato de litio y hierro (abreviado como LFP), fosfato de litio y hierro modificado con un revestimiento de carbono (abreviado como LFP/C), titanato de litio modificado con un revestimiento de carbono (abreviado como Li4TisO12/C);
Colector de corriente: hoja de aluminio poroso (espesor de 12 pm, el área de poros representa el 32 %), hoja de aluminio ordinario no poroso (espesor de 12 pm).
Los materiales anteriores eran materiales de uso común en la industria de las baterías de litio que pueden estar disponibles comercialmente a través de los proveedores correspondientes.
1.2 Preparación de placa de electrodo negativo
La placa de electrodo negativo se preparó de la siguiente manera: se añadieron el material activo grafito, agente conductor Super-P, espesante CMC, ligante SBR a agua desionizada como disolvente en una relación de masa de 96,5:1,0:1,0:1,5 para formar una suspensión de ánodo; luego la suspensión se aplicó sobre la superficie del colector de corriente de electrodo negativo en forma de hoja de cobre y se secó a 85 °C, después se recortó, se cortó y se decapó, a lo que siguió un secado al vacío a 110 °C durante 4 horas. Después de soldar, se obtuvo la placa de electrodo negativo que cumple los requisitos de la batería secundaria.
1.3 Preparación de electrolito
Se mezclaron carbonato de etileno (EC, por sus siglas en inglés), carbonato de etilmetilo (EMC, por sus siglas en inglés) y carbonato de dietilo (DEC, por sus siglas en inglés) en una relación de volumen de 3:5:2 para obtener un disolvente mixto de EC/EMC/DEC, a lo que siguió la disolución de la sal litio LiPF6 completamente seca en el disolvente orgánico mixto a una concentración de 1 mol/L para preparar un electrolito.
1.4 Preparación de la batería
Se usó una película de polipropileno con un espesor de 12 pm como separador, y el electrodo positivo, el separador y el electrodo negativo se apilaron en orden, de modo que el separador quedó intercalado entre la placa de electrodo positivo y la placa de electrodo negativo, y luego la pila se enrolló para obtener un núcleo de batería desnudo. Después de hornear al vacío a 75 °C durante 10 h, se inyectó en el mismo el electrolito (preparado como se describe en
"Preparación de electrolito" anteriormente), a lo que siguieron un empaquetamiento al vacío y un reposo de 24 h. Después de eso, el núcleo de la batería se cargó a 4,2 V con una corriente constante de 0,1 C y luego se cargó con un voltaje constante de 4,2 V hasta que la corriente cayó a 0,05 C y luego se descargó a 3,0 V con una corriente constante de 0,1 C. Los procesos de carga y descarga anteriores se repitieron dos veces. Finalmente, el núcleo de la batería se cargó a 3,8 V con una corriente constante de 0,1 C, completando así la preparación de la batería secundaria.
2. Ensayos de rendimiento de materiales
En cada uno de los ejemplos y ejemplos comparativos, los parámetros de propiedades físicas de los materiales se midieron mediante un método comúnmente conocido en la técnica, a menos que se especifique lo contrario.
Se ensayaron algunos parámetros específicos usando los siguientes métodos.
2.1 Tamaño de partícula
La muestra de polvo se dispersó en un medio de dispersión (agua destilada), que se midió con un analizador de tamaño de partículas láser Malvern MS20005 veces y se promedió en unidades de pm.
2.2 BET (superficie específica)
La superficie específica de la muestra de polvo del material de ensayo se midió con un analizador de superficie específica Quadrasorb SI 5 veces y se promedió en unidades de m2/g.
2.3 Fuerza de unión entre la capa de película y el colector de corriente
La placa de electrodo que contenía una capa de película en ambos lados del colector de corriente se cortó en una muestra para ensayo que tenía una anchura de 2 cm y una longitud de 15 cm. Un lado de la muestra que había de ser ensayada se adhirió uniformemente a una placa de acero inoxidable a 25 °C bajo presión normal utilizando cinta de doble cara 3M. Se fijó un extremo de la muestra que había de ser ensayada en una máquina de tracción GOTECH, y la capa de película de la muestra que había de ser ensayada se desprendió del colector de corriente utilizando la máquina de tracción GOTECH, leyéndose la fuerza de tracción máxima de acuerdo con el diagrama de datos de la fuerza de tracción y el desplazamiento. El valor resultante (en la unidad N) se dividió por la anchura de la muestra, es decir, 0,02 m, para calcular la fuerza de unión (N/m).
2.4 Alargamiento a la rotura del colector de corriente
Del colector de corriente se tomaron dos muestras que tenían una longitud de 200 mm y una anchura de 15 mm. Para cada muestra, los valores del espesor h (pm) de muestra se midieron usando un micrómetro. A continuación, la muestra se montó en una máquina de tracción (modelo AI7000) y se estiró a una velocidad de 50 mm/min. Como resultado del ensayo se utilizó el promedio de los dos ensayos. Se registró la longitud inicial L0. Se puso en marcha la máquina de tracción, hasta que se rompió la muestra. Se leyó en la máquina de tracción el desplazamiento L1 de la muestra en el momento de la rotura. Alargamiento a la rotura = (L1-L0)/L0 * 100 %.
2.5 Espesor del colector de corriente, espesor del revestimiento y espesor de la capa de película
El espesor del colector de corriente se midió con un micrómetro y se utilizó el valor promedio de 5 puntos.
Espesor del revestimiento y espesor de la capa de película: se midió primero el espesor del colector de corriente y se midió luego el espesor total después del revestimiento y se calculó la diferencia entre los dos valores como el espesor del revestimiento. Se utilizó un método similar para el espesor de la capa de película.
2.6 Agrietamiento del revestimiento
Después de secar y obtener una capa de material activo de electrodo positivo, si no se observaron grietas en la placa de electrodo de 100 m2, se definió como sin agrietamiento; si el número de grietas existentes en la placa de electrodo de 100 m2 era <3, se definió como agrietamiento leve; si el número de grietas existentes en la placa de electrodo de 100 m2 era >3, se definió como agrietamiento grave.
2.7 Alargamiento de la capa de película
Retirada del colector de corriente de la placa de electrodo: se sacó la placa de electrodo positivo del núcleo de la batería y se añadió el electrolito, de modo que la placa de electrodo quedó completamente empapada en el electrolito, que se había almacenado a 90 °C durante más de 48 h, y luego se sacó. Después de eso, la capa de película de la placa de electrodo positivo se puede despegar del colector de corriente.
La capa de película resultante se usó para preparar una muestra que tenía una anchura de 20 mm y una longitud de 50 mm, midiéndose el espesor h de la muestra por micrómetros en pm. A continuación, la muestra se montó en una máquina de tracción (modelo AI7000) y se estiró a 50 mm/min. Se inició el ensayo de tracción hasta que la muestra se rompió. Se registró la longitud inicial L0. En la máquina de tracción se leyó el desplazamiento L1 de la muestra a la
rotura. El alargamiento = (L1-L0) / L0 * 100 %.
3. Ensayos de rendimiento de baterías
Los rendimientos de seguridad de las baterías secundarias de diversos ejemplos y ejemplos comparativos se evaluaron utilizando GBT31485-2015 "Requisitos de seguridad y métodos de ensayo para la batería de tracción de vehículos eléctricos" y se registraron los resultados de los ensayos.
3.1 Ensayo de perforación:
La batería secundaria se cargó por completo a la tensión de corte de carga con una corriente de 1 C y luego se cargó con una tensión constante hasta que la corriente cayó a 0,05 C. Después de eso, se terminó la carga. Se usó una aguja de acero resistente a altas temperaturas de 9 5-10 mm (cuya punta tenía un ángulo de conicidad de 45°) para perforar la placa de batería a una velocidad de 25 mm/s en la dirección perpendicular a la placa de batería. La posición de perforación debía estar cerca del centro geométrico de la superficie que había de ser perforada, la aguja de acero permaneció en la batería y luego se observó si la batería tenía una indicación de quema o explosión.
3.2 Ensayo de sobrecarga:
La batería secundaria se cargó por completo a la tensión de corte de carga con una corriente de 1 C y luego se cargó con una tensión constante hasta que la corriente cayó a 0,05 C. Después de eso, se terminó la carga. Luego, después de cargar con una corriente constante de 1 C para alcanzar 1,5 veces la tensión de corte de carga o después de cargar durante 1 hora, se terminó la carga.
3.3 Ensayo de rendimiento de ciclos:
Las condiciones de ensayo del número de ciclos fueron las siguientes: la batería secundaria se sometió a un ensayo de ciclo 1C/1C a 25 °C en el que el intervalo de tensión de carga y descarga fue de 2,8 a 4,2 V. El ensayo se finalizó cuando se atenuó la capacidad al 80 % de la primera capacidad específica de descarga.
3.4 Ensayo de efecto PTC
La batería secundaria se cargó por completo a la tensión de corte de carga con una corriente de 1 C y luego se cargó con una tensión constante hasta que la corriente se redujo a 0,05 C. Después de eso, se terminó la carga y se ensayó la resistencia en CC del núcleo de la batería (descargando con una corriente de 4 C durante 10 s). Luego, el núcleo de la batería se puso a 130 °C durante 1 hora, a lo que siguieron un ensayo de la resistencia en CC y un cálculo de la tasa de crecimiento de la resistencia en CC. Luego, el núcleo de la batería se puso a 130 °C durante 2 h, a lo que siguieron un ensayo de la resistencia en CC y un cálculo de la tasa de crecimiento de la resistencia en CC.
3.5 Ensayo de DCR
Se ajustó la batería secundaria al 50 % SOC con una corriente de 1 C a 25 °C y se registró la tensión U1. Luego, se descargó con una corriente de 4 C durante 30 segundos y se registró la tensión U2. DCR = (U1-U2)/4C.
En esta solicitud, para facilitar la comparación, se usó como referencia la DCR del núcleo de la batería con matriz de PVDF no reticulada, y se registró ésta como 100 %, y se calcularon y registraron las DCR de los otros núcleos de batería y sus proporciones.
4. Resultados del ensayo de rendimiento
4.1 Rendimiento de protección (efecto PTC) del revestimiento de seguridad y efecto del mismo en el rendimiento de la batería
Para confirmar el rendimiento de protección del revestimiento de seguridad, se prepararon el revestimiento de seguridad, la placa de electrodo positivo, la placa de electrodo negativo y la batería correspondientes con los materiales y cantidades específicos que se enumeran en la Tabla 1-1 siguiente de acuerdo con los métodos y procedimientos descritos en "1. Método de preparación", y se ensayaron los mismos de acuerdo con el método especificado en "3. Ensayos de rendimiento de baterías". Para asegurar la precisión de los datos, se prepararon 4 muestras para cada batería (10 muestras para el ensayo de perforación), que se ensayaron de forma independiente. Los resultados finales de los ensayos se promediaron y se muestran en la Tabla 1-2.
En el ensayo, la placa de electrodo convencional CPlaca P se preparó con el método descrito en "1.1 Preparación de placa de electrodo positivo", pero no se proporcionó el revestimiento de seguridad. Es decir, se aplicó directamente un material activo de electrodo positivo sobre el colector de corriente. La placa de electrodo convencional Cplaca N se preparó de acuerdo con el método descrito en "1.2 Preparación de placa de electrodo negativo".
Tabla 1-1. Composiciones de placa de electrodo
Tabla 1-2. Rendimiento de batería de iones de litio
Tabla 1-3. Rendimiento de batería de iones de litio
Los datos de la Tabla 1-1 y la Tabla 1-2 indicaron que el revestimiento de seguridad con PVDF o PVDC como matriz polimérica mejora significativamente el rendimiento de seguridad de la batería durante la penetración de clavos, especialmente en el caso de que se agregue un carga inorgánica. El crecimiento de los datos de DCR en la Tabla 1 3 indicó que el revestimiento de seguridad compuesto de PVDF y un material conductor tiene un efecto PTC, y la adición de la carga inorgánica mejora significativamente el crecimiento de DCR de la batería a alta temperatura, es decir, el efecto PTC es más notable.
4.2 Efecto del contenido de cada componente contenido en el revestimiento de seguridad
Para estudiar más a fondo el efecto del contenido de cada componente contenido en el revestimiento de seguridad, se prepararon el revestimiento de seguridad, la placa de electrodo positivo, la placa de electrodo negativo y la batería correspondientes con los materiales y cantidades específicos que se enumeran en la Tabla 2-1 siguiente de acuerdo con los métodos y procedimientos descritos en "1. Método de preparación", y luego se ensayaron los mismos de acuerdo con el método especificado en "3. Ensayos de rendimiento de baterías". Para asegurar la precisión de los datos, se prepararon 4 muestras para cada batería (10 muestras para el ensayo de perforación o ensayo de sobrecarga), que se ensayaron de forma independiente. Los resultados finales de los ensayos se promediaron y se muestran en la Tabla 2-2.
Tabla 2-1. Composiciones de placa de electrodo
Tabla 2-2: Rendimiento de baterías de iones de litio
Los datos de la Tabla 2-1 y la Tabla 2-2 muestran que: (1) Si el contenido de la carga inorgánica es demasiado bajo, la estabilidad del revestimiento de seguridad no es alta, por lo que el rendimiento de seguridad de la batería no se puede mejorar por completo; si el contenido de la carga inorgánica es demasiado alto, el contenido de la matriz polimérica es demasiado bajo, de modo que el revestimiento de seguridad no puede ejercer su efecto; (2) el material conductor tiene una gran influencia en la resistencia interna y la polarización de la batería, por lo que afectaría la vida útil en ciclos de la batería. Cuanto mayor sea el contenido del material conductor, menores serán la resistencia interna y la polarización de la batería, por lo que la vida útil en ciclos será mejor.
Se ha descubierto a través de experimentos que el intervalo de contenido apropiado de cada componente en el revestimiento de seguridad es el siguiente:
el contenido de la matriz polimérica es del 35 % en peso al 75 % en peso;
el contenido del material conductor es del 5 % en peso al 25 % en peso; y
el contenido de la carga inorgánica es de 10 % en peso a 60 % en peso.
Siempre que el contenido de cada componente en el revestimiento de seguridad esté dentro del intervalo anterior, se puede lograr el efecto de mejorar la seguridad y el rendimiento eléctrico (por ejemplo, el rendimiento de ciclos) de la batería.
4.3 Efecto del tipo de carga inorgánica en el rendimiento de la batería
Con el fin de estudiar más a fondo el efecto de los materiales del revestimiento de seguridad en el rendimiento de la placa de electrodo y de la batería, se prepararon el revestimiento de seguridad, la placa del electrodo positivo, la placa del electrodo negativo y la batería correspondientes con los materiales y cantidades específicos que se enumeran en la Tabla 3-1 siguiente de acuerdo con los métodos y procedimientos descritos en "1. Método de preparación", y se ensayaron los mismos de acuerdo con el método especificado en "3. Ensayos de rendimiento de baterías". Para asegurar la precisión de los datos, se prepararon 4 muestras para cada batería (10 muestras para el ensayo de perforación o el ensayo de sobrecarga), que se ensayaron de forma independiente. Los resultados finales de los ensayos se promediaron y se muestran en la Tabla 3-2.
Tabla 3-2: Rendimiento de baterías de iones de litio
Los datos de las Tablas 3-1 y 3-2 muestran que, en comparación con otros materiales (tales como la alúmina), el material electroquímicamente activo mejora significativamente el rendimiento de seguridad contra sobrecargas de la batería. Además, el material electroquímicamente activo modificado con un revestimiento de carbono también mejora la vida útil en ciclos de la batería.
4.4 Efecto de la reticulación en el rendimiento de la batería
Se prepararon el revestimiento de seguridad, la placa de electrodo positivo, la placa de electrodo negativo y la batería correspondientes con los materiales y cantidades específicos que se enumeran en la Tabla 4-1 siguiente de acuerdo con los métodos y procedimientos descritos anteriormente, y se ensayaron los mismos de acuerdo con el método especificado para estudiar el efecto de la reticulación en el agrietamiento del revestimiento y la DCR.
En el caso de que la velocidad de revestimiento de la capa de material activo de electrodo positivo fuera de 50 m/min, la matriz polimérica de la placa de electrodo 2-51 no se reticuló añadiendo un agente de reticulación y, por lo tanto, hubo un agrietamiento grave en la placa de electrodo. La adición de un agente de reticulación tuvo un efecto significativo en la mejora del agrietamiento de la placa de electrodo. No se produjeron grietas en la placa de electrodo 2-53 a la placa de electrodo 2-56. Se realizaron experimentos similares para PVDC (placas de electrodo 2-57 y 2-58) y los resultados fueron similares. Puede verse que la adición del agente de reticulación elimina significativamente el agrietamiento del revestimiento de la placa de electrodo.
Tabla 4-2: Rendimiento de baterías de iones de litio
Para la placa de electrodo 2-51, la matriz polimérica no se reticuló añadiendo un agente de reticulación y, por lo tanto, la matriz polimérica se hinchó mucho en el electrolito, lo que tuvo como resultado una DCR grande. La adición del agente de reticulación puede reducir el hinchamiento de la matriz polimérica en el electrolito y tuvo un efecto significativo en la reducción de la DCR. Puede verse que la adición del agente de reticulación puede reducir significativamente la DCR de la batería.
Además, los datos anteriores indicaron que se puede utilizar PVDF/PVDC como matriz polimérica de la capa PTC independientemente de la reticulación, y la batería obtenida tuvo un alto rendimiento de seguridad en el que el resultado del ensayo de perforación es excelente, lo que indicó que el tratamiento de reticulación no afectó negativamente el efecto protector del revestimiento de seguridad. Además, en comparación con el PVDC/PVDF no reticulado, el tratamiento de reticulación mejoró el agrietamiento de la placa de electrodo, desde un agrietamiento grave hasta la ausencia de agrietamiento o un agrietamiento leve. El tratamiento de reticulación reduce el hinchamiento de la matriz polimérica en el electrolito, reduciendo así la DCR entre un 15 % y un 25 %, mejorando así las propiedades eléctricas de la batería.
4.5 Efecto del colector de corriente poroso o no poroso en el rendimiento de la batería
Con el fin de estudiar más a fondo el efecto del colector de corriente poroso o no poroso en el rendimiento de la placa de electrodo y de la batería, se prepararon las placas de electrodo positivo, placas de electrodo negativo y baterías correspondientes (sin embargo, se modificaron los materiales de los colectores de corriente) con los materiales y cantidades específicos que se enumeran en la Tabla 5-1 siguiente de acuerdo con los métodos y procedimientos descritos en "1. Método de preparación", y se ensayaron las mismas de acuerdo con el método especificado en "3. Ensayos de rendimiento de baterías".
Para asegurar la precisión de los datos, se prepararon 4 muestras para cada batería (20 muestras para el ensayo de perforación), que se ensayaron de forma independiente. Los resultados finales de los ensayos se promediaron y se muestran en la Tabla 5-2.
Tabla 5-2: Rendimiento de baterías de iones de litio
Los datos de las Tablas 5-1 y 5-2 indicaron que la elección de si el colector de corriente era poroso tiene un impacto en el rendimiento y la seguridad de la batería. En comparación con la hoja de aluminio ordinario, el uso de hoja de aluminio poroso puede mejorar aún más el rendimiento de seguridad (aumentando la tasa de paso con éxito del ensayo de perforación) y también mejorar la vida útil en ciclos.
Sobre la base de los datos experimentales anteriores, se puede ver que: la adición de carga inorgánica al revestimiento de seguridad PTC elimina algunos defectos inherentes del revestimiento de seguridad PTC tradicional y mejora el rendimiento de la batería; la combinación de tal adición con la selección de un colector de corriente específico puede mejorar en gran medida el rendimiento eléctrico y la seguridad de la batería NCM811, allanando así el camino para la aplicación comercial de NCM811 y otros materiales con alto contenido de níquel.
Los expertos en la técnica entenderán que los ejemplos de implementación anteriores de placas de electrodo positivo de esta solicitud sólo se ejemplifican para usarse en una batería de litio, pero las placas de electrodo positivo de esta solicitud también se pueden aplicar a otros tipos de baterías o dispositivos electroquímicos, y todavía pueden producir buenos efectos técnicos de esta solicitud.
Será evidente para los expertos en la técnica que la presente solicitud puede modificarse y variarse de acuerdo con las enseñanzas anteriores. En consecuencia, la presente solicitud no está limitada a las realizaciones específicas divulgadas y descritas anteriormente, y se pretende que las modificaciones y variaciones de la presente solicitud estén incluidas dentro del alcance de las reivindicaciones de la presente solicitud. Además, aunque se utiliza cierta terminología específica en esta memoria descriptiva, estos términos son sólo para fines ilustrativos y no pretenden limitar la presente solicitud de ninguna manera.
Claims (13)
1. Una placa de electrodo positivo, que comprende un colector (10) de corriente de metal, una capa (14) de material activo de electrodo positivo y un revestimiento (12) de seguridad dispuesto entre el colector (10) de corriente de metal y la capa (14) de material activo de electrodo positivo; en donde:
el revestimiento (12) de seguridad comprende una matriz polimérica, un material conductor y una carga inorgánica; en el revestimiento (12) de seguridad, sobre la base del peso total de la matriz polimérica, el material conductor y la carga inorgánica,
un contenido de la carga inorgánica es del 10 % en peso al 60 % en peso,
un contenido de la matriz polimérica es del 35 % en peso al 75 % en peso,
un contenido del material conductor es del 5 % en peso al 25 % en peso;
la capa (14) de material activo de electrodo positivo comprende Li1+xNiaCobMe(1-a-b)O2, en donde -0,1 < x < 0,2, 0,6 < a < 1. 0 < b < 1, 0 < (1-a-b) < 1, y Me es al menos uno de los siguientes: Mn, Al, Mg, Zn, Ga, Ba, Fe, Cr, Sn, V, Sc, Ti y Zr; y el colector (10) de corriente de metal es un colector de corriente que contiene aluminio poroso.
2. La placa de electrodo positivo según la reivindicación 1, en donde la matriz polimérica es poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada, preferiblemente seleccionada de al menos uno de los siguientes: fluoruro de polivinilideno, fluoruro de polivinilideno modificado con ácido carboxílico, fluoruro de polivinilideno modificado con ácido acrílico, cloruro de polivinilideno, cloruro de polivinilideno modificado con ácido carboxílico, cloruro de polivinilideno modificado con ácido acrílico, copolímero de fluoruro de polivinilideno, y copolímero de cloruro de polivinilideno.
3. La placa de electrodo positivo según la reivindicación 1, en donde el material conductor se selecciona de al menos uno de los siguientes: un material conductor a base de carbono, un material metálico conductor y un material polimérico conductor;
preferiblemente, el material conductor basado en carbono se selecciona de al menos uno de los siguientes: negro de carbono conductor, negro de acetileno, grafito, grafeno, nanotubos de carbono y nanofibras de carbono; preferiblemente, el material metálico conductor se selecciona de al menos uno de los siguientes: polvo de Al, polvo de Ni y polvo de oro; y
preferiblemente, el material polimérico conductor se selecciona de al menos uno de los siguientes: politiofeno conductor, polipirrol conductor y polianilina conductora.
4. La placa de electrodo positivo según la reivindicación 1, en donde la carga inorgánica se puede seleccionar de al menos uno de los siguientes: un óxido metálico, un óxido no metálico, un carburo metálico, un carburo no metálico y una sal inorgánica, o al menos uno de los siguientes: un material de los anteriores modificado con un revestimiento de carbono conductor, un material de los anteriores modificado con un revestimiento metálico conductor o un material de los anteriores modificado con un revestimiento polimérico conductor;
preferiblemente, la carga inorgánica en el revestimiento (12) de seguridad se selecciona de al menos uno de los siguientes: óxido de magnesio, óxido de aluminio, dióxido de titanio, óxido de circonio, dióxido de silicio, carburo de silicio, carburo de boro, carbonato de calcio, silicato de aluminio, silicato de calcio, titanato de potasio, sulfato de bario, óxido de litio y cobalto, óxido de litio y níquel y manganeso y cobalto, aluminato de litio y níquel y manganeso, fosfato de litio y hierro, fosfato de litio y vanadio, fosfato de litio y cobalto, fosfato de litio y manganeso, fosfato de litio y manganeso y hierro, silicato de litio y hierro, silicato de litio y vanadio, silicato de litio y cobalto, silicato de litio y manganeso, óxido de litio y manganeso de tipo espinela, óxido de litio y níquel y manganeso de tipo espinela, titanato de litio o un material de los anteriores modificado con un revestimiento de carbono conductor, un material de los anteriores modificado con un revestimiento metálico conductor o un material de los anteriores modificado con un revestimiento polimérico conductor;
preferiblemente, la carga inorgánica tiene un tamaño medio D de partícula de 100 nm < D < 10 pm, medido con el método definido en la descripción;
preferiblemente, la carga inorgánica tiene una superficie específica de no más de 500 m2/g, medida con el método definido en la descripción.
5. La placa de electrodo positivo según la reivindicación 1, en donde la matriz polimérica en el revestimiento (12) de seguridad es una matriz polimérica que tiene una estructura reticulada, preferiblemente poliolefina fluorada y/o poliolefina clorada que tiene una estructura reticulada.6
6. La placa de electrodo positivo según la reivindicación 1, en donde en el revestimiento (12) de seguridad, sobre la
base del peso total de la matriz polimérica, el material conductor y la carga inorgánica,
el contenido de la matriz polimérica es del 50 % en peso al 75 % en peso,
el contenido del material conductor es del 5 % en peso al 20 % en peso, y
el contenido de la carga inorgánica es del 15 % en peso al 45 % en peso.
7. La placa de electrodo positivo según la reivindicación 1, en donde la relación en peso de la matriz polimérica con respecto al material conductor es 2 o más; y preferiblemente 3 o más y 8 o menos.
8. La placa de electrodo positivo según la reivindicación 1, en donde el colector de corriente tiene un alargamiento a la rotura 6 que satisface 0,8 % < 6 < 4 %, medido por el método del punto "2.4" de la descripción; y/o el colector de corriente tiene un espesor de 4 pm a 16 pm.
9. La placa de electrodo positivo según la reivindicación 1, en donde la capa de material activo de electrodo positivo y el revestimiento (12) de seguridad juntos forman una capa de película que tiene un alargamiento del 80 % o más; preferiblemente el 80 % o más y el 300 % o menos, medido por el método del punto "2.7" de la descripción; y preferiblemente la capa de película tiene un espesor unilateral de 30 pm a 80 pm.
10. Un dispositivo electroquímico que comprende la placa de electrodo positivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, siendo el dispositivo electroquímico un condensador, una batería primaria o una batería secundaria.
11. Un módulo (4) de baterías, que comprende el dispositivo electroquímico según la reivindicación 10.
12. Un paquete (1) de baterías, que comprende el módulo (4) de baterías según la reivindicación 11.
13. Un dispositivo, que comprende el dispositivo electroquímico según la reivindicación 10 como fuente de alimentación; preferiblemente, el dispositivo comprende un vehículo eléctrico, un vehículo eléctrico híbrido o un vehículo eléctrico híbrido enchufable, una bicicleta eléctrica, un patinete eléctrico, un carrito de golf eléctrico, un camión eléctrico, barcos eléctricos o sistemas de almacenamiento de energía.
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