ES2938723T3 - Cátodo que comprende una capa de mezcla que tiene una estructura de doble capa con diferentes cantidades de LNO y una batería secundaria que comprende el mismo - Google Patents

Cátodo que comprende una capa de mezcla que tiene una estructura de doble capa con diferentes cantidades de LNO y una batería secundaria que comprende el mismo Download PDF

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Abstract

La presente invención se refiere a un cátodo que comprende una capa de mezcla que tiene una estructura de doble capa con diferentes cantidades de LNO, y una batería secundaria que comprende la misma, permitiendo el cátodo aumentar el rendimiento de la batería mientras evita que se degrade la estabilidad de la celda de la batería. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Cátodo que comprende una capa de mezcla que tiene una estructura de doble capa con diferentes cantidades de LNO y una batería secundaria que comprende el mismo
Sector de la técnica
La presente invención se refiere a un electrodo positivo que incluye una capa de mezcla que tiene una estructura de doble capa que tiene un contenido diferente de LNO y una batería secundaria que incluye el mismo.
La presente solicitud reivindica los derechos de prioridad basándose en la solicitud de patente coreana n.° 10-2019­ 0141609 presentada el 7 de noviembre de 2019 y la solicitud de patente coreana n.° 10-2020-0137409 presentada el 22 de octubre de 2020.
Estado de la técnica
Con el aumento en el desarrollo tecnológico y la demanda de dispositivos móviles, la demanda de baterías secundarias también está aumentando rápidamente. Entre ellas, las baterías secundarias de litio se usan ampliamente como fuente de energía para diversos productos electrónicos, así como para diversos dispositivos móviles debido a su alta densidad de energía y alta tensión de funcionamiento y excelentes características de almacenamiento y vida útil.
Además, la batería secundaria ha llamado la atención como fuente de energía de un vehículo eléctrico, un vehículo eléctrico híbrido, etc., que se proponen como solución a la contaminación del aire de los vehículos de gasolina existentes y los vehículos de diésel que usan combustibles fósiles. Con el fin de aplicarse como fuente de energía de un vehículo eléctrico, se requiere una batería de alta potencia.
El desarrollo de un electrodo que tiene una alta densidad de energía está llamando la atención como forma de aumentar las características de rendimiento de una batería secundaria. Por ejemplo, en el caso de un electrodo positivo, se ha continuado con la investigación de un material activo de electrodo positivo NCM a base de un alto contenido de níquel (alto contenido de Ni) que tiene una alta densidad de energía. Sin embargo, una batería secundaria a la que se aplica un material activo de electrodo positivo NCM de alto contenido de níquel (alto contenido de Ni) presenta una estabilidad deficiente de la celda de la batería y es particularmente vulnerable a una reacción exotérmica debido a un cortocircuito interno.
En el caso del electrodo negativo, se ha continuado con la investigación de un material activo a base de silicio que tiene una alta densidad de energía. Sin embargo, el electrodo negativo al que se aplica el material activo a base de silicio presenta un gran cambio de volumen durante el proceso de carga y descarga, lo que hace que la estabilidad de la batería se vea alterada. En particular, el electrodo negativo que incluye el material activo a base de silicio tiene el problema de que la densidad de energía de la celda de la batería disminuye debido a que la eficiencia inicial de carga/descarga es baja. A fin de compensar esto, se puede aplicar LNO al electrodo positivo como material activo. Sin embargo, cuando se aplica LNO al electrodo positivo, se genera gas en condiciones de alta tensión o alta temperatura y el rendimiento de la celda de la batería se deteriora debido a la elución del metal de transición.
Por consiguiente, existe la necesidad de desarrollar un electrodo que tenga una nueva estructura que pueda mejorar el rendimiento de la batería sin alterar la estabilidad de la celda de la batería.
El documento US 2015/255786 A1 divulga electrodos positivos con un óxido compuesto de litio y una estructura bicapa.
Objeto de la invención
[Problema técnico]
La presente invención se inventó para resolver los problemas anteriores y un objeto de la presente invención consiste en proporcionar un electrodo que tenga una capa de mezcla que tenga una estructura de doble capa que tenga un contenido de LNO diferente y una batería secundaria que incluya el mismo.
[Solución técnica]
El electrodo positivo para una batería secundaria de acuerdo con la presente invención comprende: una capa colectora de corriente; una capa de mezcla inferior dispuesta sobre una o ambas superficies de la capa colectora de corriente; y una capa superior de mezcla dispuesta sobre una superficie opuesta a una superficie en la que la capa de mezcla inferior entra en contacto con la capa colectora de corriente. Además, basándose en 100 partes en peso del material activo total contenido en la capa de mezcla inferior, el contenido de LNO (LixNiO2 (1,1<x<2,5)) es de 60 partes en peso o más y, basándose en 100 partes en peso del material activo total contenido en la capa de mezcla superior, el contenido de LNO está en el intervalo de 1 a 40 partes en peso.
En un ejemplo, las capas de mezcla inferior y superior incluyen un primer material activo y un segundo material activo. En este caso, el primer material activo comprende LNO (Líx NÍO2 (1,1<x<2,5)). El segundo material activo es uno o más seleccionados del grupo que consiste en LixCoO2 (0,5<x<1,3), LixMnO2 (0,5<x<1,3), LixMn2O4 (0,5<x<1,3), Lix(NiaCobMnc)O2 (0,5<x<1,3, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LixNi1-yCoyO2 (0,5<x<1,3, 0<y<1), LixCo1-yMnyO2 (0,5<x<1,3, 0<y<1), LixNi1-yMnyO2 (0,5<x<1,3, 0<y<1), Lix(NiaCobMnc)O4 (0,5<x<1,3, 0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LixMn2-zNizO4 (0,5<x<1,3, 0<z<2), LixMn2-zCozO4 (0,5<x<1,3, 0<z<2), LixCoPO4 (0,5<x<1,3) y LixFePO4 (0,5<x<1,3).
En otro ejemplo, la relación ((Lto p)/(Lund)) de la fracción de LNO (Lto p, % en peso) del material activo en la capa de mezcla superior respecto a la fracción de LNO (Lund, % en peso) del material activo contenido en la capa de mezcla inferior ((Lto p)/(Lund)) es de 0,5 o menos.
En un ejemplo específico, entre los materiales activos contenidos en la capa de mezcla inferior, la relación de contenido del primer material activo y el segundo material activo es de 65 a 98:2 a 35 (relación en peso) y, entre los materiales activos contenidos en la capa de mezcla superior, la relación de contenido del primer material activo y el segundo material activo es de 2 a 35:65 a 98 (relación en peso).
En un ejemplo, el diámetro promedio de las partículas del material activo contenido en la capa de mezcla inferior está en el intervalo de 1 a 10 pm y el diámetro promedio de las partículas del material activo contenido en la capa de mezcla superior está en el intervalo de 15 a 60 pm.
En otro ejemplo, la relación de espesor promedio de la capa de mezcla inferior y la capa de mezcla superior está en el intervalo de 1:9 a 3:7.
En un ejemplo específico, en el electrodo positivo de la batería secundaria, la relación ((Bto p)/(Bund)) del contenido de aglutinante (Btop, % en peso) contenido en la capa de mezcla superior respecto al contenido de aglutinante (Bund, % en peso) contenido en la capa de mezcla inferior está en un intervalo de 0,1 a 0,95.
Además, la presente invención proporciona una batería secundaria que incluye el electrodo positivo descrito anteriormente. En un ejemplo, una batería secundaria de acuerdo con la presente invención incluye un electrodo positivo, un electrodo negativo y un separador interpuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo y el electrodo positivo es tal como se ha descrito anteriormente.
En un ejemplo, el electrodo negativo incluye: una capa colectora de corriente; y una capa de mezcla de electrodo negativo dispuesta sobre una o ambas superficies de la capa colectora de corriente y que incluye un material activo de electrodo negativo y el material activo de electrodo negativo incluye un material activo a base de silicio (Si).
En otro ejemplo adicional, el electrodo negativo incluye: una capa colectora de corriente; y una capa de mezcla de electrodo negativo dispuesta sobre una o ambas superficies de la capa colectora de corriente y que incluye un material activo de electrodo negativo y el material activo de electrodo negativo incluye un material activo a base de carbono y un material activo a base de silicio.
En un ejemplo específico, en el material activo de electrodo negativo, la relación de contenido del material activo a base de carbono y el material activo a base de silicio está en el intervalo de 10 a 95:5 a 90 en peso.
Además, la presente invención proporciona un dispositivo que incluye la batería secundaria descrita anteriormente. En un ejemplo, el dispositivo es al menos uno de un dispositivo móvil, un dispositivo portátil, un ordenador portátil y un automóvil.
[Efectos ventajosos]
El electrodo positivo para una batería secundaria de acuerdo con la presente invención puede aumentar el rendimiento de la batería al mismo tiempo sin alterar la estabilidad de la celda de la batería.
Descripción de las figuras
La FIG. 1 es un diagrama esquemático que muestra una estructura en sección transversal de un electrodo positivo para una batería secundaria fabricada de acuerdo con la presente realización.
Descripción detallada de la invención
En lo sucesivo en el presente documento, la presente invención se describirá en detalle con referencia a los dibujos. Los términos y las palabras que se usan en la presente memoria descriptiva y reivindicaciones no se deben interpretar como limitados a términos de uso o de diccionario y el inventor puede definir correctamente el concepto de los términos con el fin de describir mejor su invención. Los términos y las palabras se deben interpretar en el significado y concepto coherentes con la idea técnica de la presente invención.
El electrodo positivo para una batería secundaria de acuerdo con la presente invención incluye: una capa colectora de corriente; una capa de mezcla inferior dispuesta sobre una o ambas superficies de la capa colectora de corriente; y una capa superior de mezcla dispuesta sobre una superficie opuesta a una superficie en la que la capa de mezcla inferior entra en contacto con la capa colectora de corriente. Además, basándose en 100 partes en peso del material activo total contenido en la capa de mezcla inferior, el contenido de LNO (LixNiCh (1,1<x<2,5)) es de 60 partes en peso o más y, basándose en 100 partes en peso del material activo total contenido en la capa de mezcla superior, el contenido de LNO está en el intervalo de 1 a 40 partes en peso.
El electrodo positivo para una batería secundaria de acuerdo con la presente invención incluye una capa de mezcla de electrodo positivo que tiene una estructura de doble capa. En este caso, las capas de mezcla inferior y superior que forman la capa de mezcla de electrodo positivo de la estructura de doble capa incluyen LNO y el contenido de LNO en cada capa se establece de manera diferente. En la presente invención, se aplica LNO al electrodo positivo que tiene una capa de mezcla de estructura de doble capa y el contenido de LNO se establece de manera diferente en cada capa. Como resultado, resulta posible minimizar la degradación del rendimiento de la celda de la batería debido al mezclado de LNO.
En una realización, basándose en 100 partes en peso del material activo total contenido en la capa de mezcla inferior, el contenido de LNO (LixNiO2) está en el intervalo de 60 a 100 partes en peso, de 70 a 100 partes en peso, de 80 a 100 partes en peso, de 60 a 98 partes en peso, de 65 a 95 partes en peso, de 70 a 95 partes en peso, de 70 a 98 partes en peso, de 65 a 80 partes en peso, de 70 a 85 partes en peso, de 85 a 98 partes en peso, de 65 a 85 partes en peso, de 80 a 95 partes en peso o de 65 a 95 partes en peso. En la presente invención, el material activo contenido en la capa de mezcla inferior se desprende únicamente de LNO o tiene un contenido relativamente alto de LNO. En la capa de mezcla inferior, el contenido de LNO se controla a un alto nivel con el fin de aumentar la estabilidad de la batería y, en particular, el contenido de LNO se controla dentro del intervalo anterior con el fin de resolver los problemas que se producen cuando se usa un electrodo negativo que contiene un material activo a base de silicio.
En otra realización, basándose en el total de 100 partes en peso del material activo contenido en la capa de mezcla superior, el contenido de LNO es de 1 a 40 partes en peso, de 2 a 35 partes en peso, de 5 a 30 partes en peso, de 2 a 10 partes en peso, de 8 a 15 partes en peso, de 15 a 35 partes en peso, de 2 a 20 partes en peso o de 5 a 15 partes en peso. En la presente invención, el material activo contenido en la capa de mezcla superior tiene un contenido de LNO relativamente bajo. Si el contenido de LNO en la capa de mezcla superior es demasiado alto, se pueden deteriorar la capacidad y el rendimiento de la batería.
En una realización, las capas de mezcla inferior y superior incluyen un primer material activo y un segundo material activo.
En este caso, el primer material activo es LNO. En una realización específica, el LNO tiene una fórmula estructural de LixNiO2. En este caso, la x está en el intervalo de 1,1 a 2,5, de 1,5 a 2, de 2 a 2,5 o de 1,8 a 2,3. Por ejemplo, la x es 2.
Además, como segundo material activo, se pueden aplicar diversos materiales activos de electrodo positivo distintos de LNO. Por ejemplo, el segundo material activo es uno o más seleccionados del grupo que consiste en LixCoO2 (0,5<x<1,3), LixMnO2 (0,5<x<1,3), LixMn2O4 (0,5<x<1,3), Lix(NiaCobMnc)O2 (0,5<x<1,3, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LixNi1-yCoyO2 (0,5<x<1,3, 0<y<1), LixCo1-yMnyO2 (0,5<x<1,3, 0<y<1), LixNi1-yMnyO2 (0,5<x<1,3, 0<y<1), Lix(NiaCobMnc)O4 (0,5<x<1,3, 0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LixMn2-zNizO4 (0,5<x<1,3, 0<z<2), LixMn2-zCozO4 (0,5<x<1,3, 0<z<2), LixCoPO4 (0,5<x<1,3) y LixFePO4 (0,5<x<1,3).
En otra realización, la relación ((Lto p)/(Lund)) de la fracción de LNO (Ltop, % en peso) del material activo en la capa de mezcla superior respecto a la fracción de LNO (Lund, % en peso) del material activo contenido en la capa de mezcla inferior ((Ltop)/(Lund)) es de 0,5 o menos. Específicamente, la relación ((Lto p)/(Lund)) de la fracción de LNO por capa (Ltop y Lund, % en peso) está en el intervalo de 0,01 a 0,5, de 0,01 a 0,3, de 0,05 a 0,3, de 0,05 a 0,2, de 0,02 a 0,5 o de 0,05 a 0,5. La fracción de LNO se obtiene mediante la conversión del contenido (% en peso) de LNO contenido en la capa de mezcla inferior y el contenido de LNO (% en peso) contenido en la capa de mezcla superior, respectivamente, y se calcula, a continuación, la relación.
En una realización específica, entre los materiales activos contenidos en la capa de mezcla inferior, la relación de contenido del primer material activo y el segundo material activo es de 65 a 98:2 a 35 (relación en peso) y, entre los materiales activos contenidos en la capa de mezcla superior, la relación de contenido del primer material activo y el segundo material activo es de 2 a 35:65 a 98 (relación en peso). Específicamente, entre los materiales activos contenidos en la capa de mezcla inferior, la relación de contenido del primer material activo y el segundo material activo es de 65 a 95:5 a 35 (relación en peso) y, entre los materiales activos contenidos en la capa de mezcla superior, la relación de contenido del primer material activo y el segundo material activo es de 5 a 30:70 a 95 (relación en peso).
En una realización, el diámetro promedio de las partículas del material activo contenido en la capa de mezcla inferior está en el intervalo de 1 a 10 pm y el diámetro promedio de las partículas del material activo contenido en la capa de mezcla superior está en el intervalo de 15 a 60 pm. Específicamente, el diámetro promedio de las partículas del material activo contenido en la capa de mezcla inferior está en el intervalo de 3 a 8 pm y el diámetro promedio de las partículas del material activo contenido en la capa de mezcla superior está en el intervalo de 15 a 40 pm.
En la presente invención, al disponer de un material activo que tiene un diámetro de partícula pequeño en la capa de mezcla inferior, existe el efecto de aumentar la capacidad de una batería mediante la aplicación de un material activo de partículas pequeñas que tiene un área de superficie específica grande. La capa de mezcla inferior también sirve como capa amortiguadora para evitar daños en el colector de corriente por el material activo de partículas grandes contenido en la capa de mezcla superior cuando la capa de mezcla se presiona durante el proceso de fabricación del electrodo. Además, al disponer de un material activo que tiene un gran diámetro de partícula en la capa de mezcla superior, existe el efecto de potenciar la estabilidad de la batería y complementar la resistencia mecánica. Además, se disponen poros relativamente grandes entre los materiales activos de partículas grandes y estos poros inducen un flujo suave de la solución electrolítica.
En otra realización más, la relación del espesor promedio de la capa de mezcla inferior y la capa de mezcla superior está en el intervalo de 1:9 a 3:7, específicamente en el intervalo de 1:9 a 2:8. En la presente invención, el espesor de la capa de mezcla inferior se controla para que sea relativamente pequeño. A través de esto, al tiempo que se mantiene el efecto de aplicar LNO como material activo de electrodo, resulta posible minimizar la disminución de las propiedades físicas de la batería. Además, cuando el diámetro de partícula del material activo de la capa de mezcla inferior se controla para que sea pequeño, la tasa de impregnación de la solución electrolítica es lenta debido al pequeño tamaño de poro y la tasa de flujo o la conductividad iónica de la solución electrolítica es baja. Por consiguiente, la capa de mezcla inferior se dispone delgada, pero la capa de mezcla superior se dispone relativamente gruesa, de modo que se pueda obtener una excelente conductividad iónica.
La relación ((Bto p)/(Bund)) del contenido de aglutinante (Btop, % en peso) contenido en la capa de mezcla superior respecto al contenido de aglutinante (Bund, % en peso) contenido en la capa de mezcla inferior está en el intervalo de 0,1 a 0,95. En la presente invención, el contenido de aglutinante de la capa de mezcla inferior se mantiene alto y el contenido de aglutinante de la capa de mezcla superior se controla para que sea relativamente bajo. En la presente invención, con el fin de aumentar la fuerza de unión entre la capa de mezcla y el colector de corriente, el contenido del aglutinante se mantiene alto en la capa de mezcla inferior. Sin embargo, cuando el contenido del aglutinante aumenta, se debe aumentar el contenido del material conductor en la capa de mezcla y la capacidad de la batería disminuye a medida que disminuye el contenido del material activo. Por lo tanto, únicamente se aplica una pequeña cantidad de aglutinante a la capa de mezcla superior.
Además, la presente invención proporciona una batería secundaria que incluye el electrodo descrito anteriormente. Específicamente, la batería secundaria incluye un electrodo positivo, un electrodo negativo y un separador interpuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo y el electrodo positivo es tal como se ha descrito anteriormente. Por ejemplo, la batería secundaria es una batería secundaria de litio. Específicamente, la batería secundaria de litio puede incluir, por ejemplo, un conjunto de electrodo descrito anteriormente; una solución electrolítica no acuosa que impregna el conjunto de electrodo; y una caja de batería que contiene el conjunto de electrodo y la solución electrolítica no acuosa.
Por ejemplo, el electrodo positivo incluye: una capa colectora de corriente; una capa de mezcla inferior dispuesta sobre una o ambas superficies de la capa colectora de corriente; y una capa de mezcla superior dispuesta sobre una superficie opuesta a una superficie en la que la capa de mezcla inferior entra en contacto con la capa colectora de corriente y, basándose en 100 partes en peso del material activo total contenido en la capa de mezcla inferior, el contenido de LNO (LixNiO2 (1,1<x<2,5)) es de 60 partes en peso o más y, basándose en 100 partes en peso del material activo total contenido en la capa de mezcla superior, el contenido de LNO está en el intervalo de 1 a 40 partes en peso. una descripción detallada del material activo aplicado al electrodo positivo es tal como se ha mencionado anteriormente.
El electrodo positivo tiene una estructura en la que una capa de mezcla de electrodo positivo se apila sobre uno o ambos lados de un colector de corriente de electrodo positivo. En un ejemplo, la capa de mezcla de electrodo positivo incluye un material conductor y un polímero aglutinante, además del material activo de electrodo positivo y, si es necesario, puede incluir, además, un aditivo de electrodo positivo comúnmente usado en la técnica.
El colector de corriente usado para el electrodo positivo es un metal que tiene una alta conductividad y se puede usar cualquier metal al que se pueda adherir fácilmente la suspensión de material activo de electrodo positivo y que no sea reactivo en el intervalo de tensión de la batería secundaria. Específicamente, los ejemplos no limitantes del colector de corriente para el electrodo positivo incluyen aluminio, níquel o una lámina fabricada mediante una combinación de los mismos.
En un ejemplo, el electrodo negativo incluye: una capa colectora de corriente; y una capa de mezcla de electrodo negativo dispuesta sobre una o ambas superficies de la capa colectora de corriente y que incluye un material activo de electrodo negativo y el material activo de electrodo negativo incluye un material activo a base de silicio (Si).
El material activo a base de silicio incluye uno o más seleccionados del grupo que consiste en silicio (Si), óxido de silicio (SiOx, 0<x< 2) y una aleación de silicio-metal (M) (en este caso, el metal (M) incluye al menos uno de Cr y Ti). Por ejemplo, el material activo que contiene un componente de silicio es al menos uno de silicio (Si) y óxido de silicio (SiOx, 0<x< 2).
En la presente invención, se puede aplicar un material activo a base de silicio como material activo aplicado a la capa de mezcla de electrodo negativo y, en algunos casos, se pueden mezclar un material activo a base de carbono y un material activo a base de silicio. Cuando se mezclan y usan un material activo a base de carbono y un material activo a base de silicio, la capa de mezcla se puede disponer como capa individual o se puede disponer mediante su división en dos o más capas.
En un ejemplo, el electrodo negativo incluye: una capa colectora de corriente; y una capa de mezcla de electrodo negativo dispuesta sobre una o ambas superficies de la capa colectora de corriente y que incluye un material activo de electrodo negativo y el material activo de electrodo negativo incluye un material activo a base de carbono y un material activo a base de silicio.
Como material activo a base de carbono, se puede usar carbono de baja cristalización y/o carbono de alta cristalización. Los ejemplos representativos de carbono de baja cristalización incluyen carbono blando y carbono duro. Los ejemplos representativos de carbono de alta cristalización incluyen grafito natural, grafito Kish, carbono pirolítico, fibra de carbono a base de brea de mesofase, microperlas de mesocarbono, breas de mesofase y carbonos calcinados a alta temperatura, tales como coques derivados de brea de alquitrán de hulla o petróleo. Por ejemplo, el material activo a base de carbono es un componente de grafito de uso común.
En otra realización, en el material activo de electrodo negativo, la relación de contenido del material activo a base de carbono y el material activo a base de silicio está en el intervalo de 10 a 95:5 a 90 en peso. Específicamente, la relación de contenido del material activo a base de carbono y el material activo a base de silicio está en el intervalo de la relación en peso de 20 a 95:5 a 80, la relación en peso de 30 a 80:20 a 70, la relación en peso de 50 a 80:20 a 50, la relación en peso de 70 a 80:20 a 30, la relación en peso de 10 a 80:20 a 90, la relación en peso de 10 a 50:50 a 90, la relación en peso de 10 a 30:70 a 90, la relación en peso de 30 a 60:40 a 70, la relación en peso de 40 a 50:50 a 60 o la relación en peso de 40 a 60:40 a 60. En comparación con el material activo a base de carbono, el material activo a base de silicio tiene la ventaja de aumentar la capacidad de la batería. Sin embargo, el material activo a base de silicio provoca un gran cambio de volumen durante la carga y descarga. Este cambio de volumen tiene el problema de acelerar el deterioro del electrodo o el deterioro de la vida de la batería. Además, el material activo a base de silicio tiene la limitación de que se debe mezclar una gran cantidad de un aglutinante o material conductor para mejorar la vida útil del componente a base de silicio. Sin embargo, en la presente invención, mediante el mezclado y uso de un material activo a base de carbono, se puede reducir el cambio de volumen durante la carga y descarga a un cierto nivel y se puede reducir el contenido del aglutinante o el material conductor.
Los ejemplos no limitantes del colector de corriente usado para el electrodo negativo incluyen cobre, oro, níquel o una lámina fabricada mediante una aleación de cobre o una combinación de los mismos. Además, el colector de corriente se puede usar mediante el apilamiento de sustratos elaborados de los materiales anteriores.
Además, el electrodo negativo puede incluir un material conductor y un aglutinante comúnmente usado en la técnica.
El separador se puede elaborar de cualquier sustrato poroso usado en una batería secundaria de litio y, por ejemplo, se puede usar una membrana porosa a base de poliolefina o un tejido no tejido, pero la presente invención no se limita particularmente a ello. Los ejemplos de la membrana porosa a base de poliolefina incluyen polietileno, tal como polietileno de alta densidad, polietileno de baja densidad lineal, polietileno de baja densidad, polietileno de ultraalto peso molecular, y una membrana en la que los polímeros a base de poliolefina, tales como polipropileno, polibutileno y polipenteno, se forman cada uno de forma individual o en una mezcla de los mismos.
De acuerdo con una realización de la presente invención, el electrolito puede ser un electrolito no acuoso. Como electrolito no acuoso, se puede usar un disolvente orgánico aprótico, por ejemplo, N-metil-2-pirrolidinona, carbonato de propileno, carbonato de etileno, carbonato de butileno, carbonato de dimetilo, carbonato de dietilo, Y-butirolactona, 1,2-dimetoxietano, tetrahidroxifurano, 2-metiltetrahidrofurano, dimetilsulfóxido, 1,3-dioxolano, formamida, dimetilformamida, dioxolano, acetonitrilo, nitrometano, formiato de metilo, acetato de metilo, triéster de ácido fosfórico, trimetoximetano, derivados de dioxolano, sulfolano, sulfolano de metilo, 1,3-dimetil-2-imidazolidinona, derivados de carbonato de propileno, derivados de tetrahidrofurano, éteres, pirofosfato de metilo, propionato de etilo, etc. Sin embargo, este no se limita particularmente a ello y se pueden sumar o restar dentro de un intervalo adecuado varios componentes de electrolito comúnmente usados en el campo de las baterías secundarias de litio.
Además, la presente invención incluye un dispositivo que incluye la batería secundaria descrita anteriormente. En un ejemplo específico, el dispositivo es al menos uno de un dispositivo móvil, un dispositivo portátil, un ordenador portátil y un automóvil. Por ejemplo, el vehículo es un vehículo híbrido o eléctrico.
En lo sucesivo en el presente documento, la presente invención se describirá con mayor detalle a través de ejemplos. Sin embargo, las realizaciones descritas en la memoria descriptiva y las configuraciones descritas en los dibujos son únicamente las realizaciones más preferidas de la presente invención y no representan todas las ideas técnicas de la presente invención. Se ha de entender que pueden existir diversos equivalentes y variaciones en lugar de los mismos en el momento de presentar la presente solicitud.
Ejemplos y Ejemplos comparativos
Ejemplo 1
Como material activo de electrodo positivo, se mezclaron 70 partes en peso de LNO (Li2NiO2) y 30 partes en peso de NCM (LiNi0,8Co0,1Mn0,1O2). Además, se añadieron 1,5 partes en peso de negro de humo (FX35, Denka, esférico, diámetro promedio (D50) de 15 a 40 nm) como material conductor y 3,5 partes en peso de fluoruro de polivinilideno (KF9700, Kureha) como polímero aglutinante a NMP (N-metil-2-pirrolidona) como disolvente para preparar, de ese modo, una suspensión para la capa de mezcla inferior. El material activo de electrodo positivo tiene un diámetro promedio de partícula de 6 pm.
Como material activo de electrodo positivo, se mezclaron 5 partes en peso de LNO (Li2NiO2) y 95 partes en peso de NCM (LiNi0,8Co0,1Mn0,1O2). Se añadieron 0,1 partes en peso de negro de humo (FX35, Denka, esférico, diámetro promedio (D50) de 15 a 40 nm) como material conductor y 2 partes en peso de KF9700 (Kureha) como polímero aglutinante a NMP (N-metil-2-pirrolidona) como disolvente, a fin de preparar, de ese modo, una suspensión para una capa de mezcla superior. El material activo de electrodo positivo tiene un diámetro promedio de partícula de 15 pm.
La suspensión para la capa de mezcla inferior se recubrió sobre la lámina de aluminio y la suspensión para la capa de mezcla superior se recubrió adicionalmente sobre la misma. A continuación, se realizó el secado al vacío para obtener un electrodo positivo. El espesor promedio de la capa de mezcla inferior después del secado es de 15 pm y el espesor promedio de la capa de mezcla superior es de 85 pm.
En el electrodo negativo, como material activo de electrodo negativo, se mezclaron 50 partes en peso de Si(O) y 50 partes en peso de grafito artificial (GT, Zichen (China)). Se añadieron 1,1 partes en peso de negro de humo (Super-P) como material conductor, 2,2 partes en peso de caucho de estirenobutadieno y 0,7 partes en peso de carboximetilcelulosa al agua como disolvente para preparar una suspensión de material activo de electrodo negativo, seguido del recubrimiento, el secado y el prensado de la suspensión sobre un colector de corriente de cobre.
Por otro lado, se estiró uniaxialmente polipropileno usando un método en seco para preparar un separador que tiene una estructura microporosa que tiene un punto de fusión de 165 °C y un ancho de 200 mm en un lado. Se preparó un conjunto de electrodo mediante la recogida repetida de celdas unitarias que tenían una estructura en la que se interponía un separador entre el electrodo positivo y el electrodo negativo. Después de que el conjunto de electrodo se incorporara a una caja de batería de tipo bolsa, se inyectó un electrolito de solución a base de carbonato LiPF61 M para completar una batería.
La FIG. 1 es un diagrama esquemático que muestra una estructura en sección transversal de un electrodo positivo para una batería secundaria fabricada de acuerdo con la presente realización. Con referencia a la FIG. 1, el electrodo positivo 100 para una batería secundaria tiene una estructura en la que una capa de mezcla inferior 120 y una capa de mezcla superior 130 se apilan secuencialmente sobre un colector de corriente 110 de aluminio. La capa de mezcla inferior 120 tiene una estructura que incluye partículas pequeñas de material activo 121 y 122 que tienen un diámetro de partícula relativamente pequeño. Las partículas pequeñas de material activo tienen una estructura en la que las partículas pequeñas del primer material activo 121 que son componentes de LNO (Li2NiO2) y las partículas pequeñas del segundo material activo 122 que son componentes de NCM (LiNi0,8Co0,1Mn0,1O2) se mezclan en una relación en peso de 70:30. La capa de mezcla superior 130 tiene una estructura que incluye partículas grandes de material activo 131 y 132 que tienen un diámetro de partícula relativamente grande. Las partículas grandes de material activo tienen una estructura en la que las partícula grandes de un primer material activo 131, que son un componente de LNO (Li2NiO2), y las partículas grandes de un segundo material activo 132, que son un componente de NCM (LiNi0,8Co0,1Mn0,1O2), se mezclan en una relación en peso de 5:95.
Ejemplos 2 a 6
Se fabricó una batería secundaria de la misma manera que en el Ejemplo 1, con la excepción de que el contenido del material activo para cada capa de mezcla usada en la fabricación del electrodo positivo era diferente. Los tipos y contenidos de los ingredientes incluidos en la capa de mezcla de electrodo positivo para cada ejemplo se muestran en la Tabla 1, a continuación. En la siguiente Tabla 1, el primer material activo es LNO (Li2NiO2) y el segundo material activo es NCM (LiNi0,8Co0,1Mn0,1O2).
T l 11
Figure imgf000008_0001
Ejemplo comparativo 1
Se añadieron 100 partes en peso de NCM (LiNi0,8Co0,1Mn0,1O2) como material activo de electrodo positivo, 1,5 partes en peso de negro de humo (FX35, Denka, esférico, diámetro promedio (D50) de 15 a 40 nm) como material conductor y 3 partes en peso de fluoruro de polivinilideno (KF9700, Kureha) como polímero aglutinante a NMP (N-metil-2-pirrolidona) como disolvente para preparar una suspensión para la capa de mezcla.
La suspensión preparada para la capa de mezcla se recubrió sobre una lámina de aluminio y se secó al vacío para obtener un electrodo positivo. El espesor de la capa de mezcla después del secado es un promedio de 100 pm.
Mediante el uso del electrodo positivo preparado, se fabricó una batería secundaria de la misma manera que en el Ejemplo 1.
Ejemplo comparativo 2
Se usaron 100 partes en peso de LNO (Li2NiO2) como material activo de electrodo positivo. Además, se añadieron 1,5 partes en peso de negro de humo (FX35, Denka, esférico, diámetro promedio (D50) de 15 a 40 nm) como material conductor y 3,5 partes en peso de fluoruro de polivinilideno (KF9700, Kureha) como polímero aglutinante a NMP (N-metil-2-pirrolidona) como disolvente para preparar, de ese modo, una suspensión para la capa de mezcla inferior.
Se mezclaron 100 partes en peso de NCM (LiNi0,8Co0,1Mn0,1O2) como material activo de electrodo positivo. Se añadieron 0,1 partes en peso de negro de humo (FX35, Denka, esférico, diámetro promedio (D50) de 15 a 40 nm) como material conductor y 2 partes en peso de KF9700 (Kureha) como polímero aglutinante a NMP (N-metil-2-pirrolidona) como disolvente, a fin de preparar, de ese modo, una suspensión para una capa de mezcla superior.
La suspensión para la capa de mezcla inferior se recubrió sobre la lámina de aluminio y la suspensión para la capa de mezcla superior se recubrió adicionalmente sobre la misma. A continuación, se realizó el secado al vacío para obtener un electrodo positivo. El espesor promedio de la capa de mezcla inferior después del secado es de 20 pm y el espesor promedio de la capa de mezcla superior es de 80 pm.
Mediante el uso del electrodo positivo preparado, se fabricó una batería secundaria de la misma manera que en el Ejemplo 1.
Ejemplos comparativos 3 y 4
Se fabricó una batería secundaria de la misma manera que en el Ejemplo 1, con la excepción de que el contenido del material activo para cada capa de mezcla usada en la fabricación del electrodo positivo era diferente. Los tipos y contenidos de los ingredientes incluidos en la capa de mezcla de electrodo positivo para cada ejemplo se muestran en la Tabla 2, a continuación. En la siguiente Tabla 2, el primer material activo es LNO (Li2NiO2) y el segundo material activo es NCM (LiNi0,8Co0,1Mn0,1O2).
T l 21
Figure imgf000009_0001
Ejemplo experimental 1: evaluación de la tasa de retención de capacidad
En el caso de las baterías secundarias preparadas en los Ejemplos 1 a 6 y los Ejemplos comparativos 1 a 4, se evaluó la tasa de retención de capacidad de acuerdo con el ciclo de carga/descarga. La tasa de retención de capacidad se evaluó mediante un valor relativo en el momento en que se repitieron la carga y la descarga 500 veces.
T l
Figure imgf000009_0002
Como resultado de la evaluación, se halló que la tasa de retención de capacidad de la batería secundaria de acuerdo con el Ejemplo 1 era del 100 % y también se halló que los Ejemplos 2 a 6 tenían una alta tasa de retención de capacidad del 97 % o más. Por otro lado, la tasa de retención de capacidad de la batería secundaria del Ejemplo comparativo 1 fue del 70 %, la tasa de retención de capacidad del Ejemplo comparativo 2 fue del 85 %, la tasa de retención de capacidad del Ejemplo comparativo 3 fue del 81 % y la tasa de retención de capacidad del Ejemplo comparativo 4 fue del 88 %, todos los cuales fueron inferiores a los de los Ejemplos 1 a 6.
A partir de los resultados anteriores, se puede observar que las baterías secundarias de acuerdo con los Ejemplos 1 a 6 pueden mantener características constantes de alta capacidad incluso durante cargas y descargas repetidas.
En particular, se puede observar que, en comparación con el Ejemplo 1, la batería secundaria de acuerdo con el Ejemplo comparativo 1, que tiene una estructura de electrodo positivo convencional, tiene una tasa de retención de capacidad que es el 30 % más baja durante 500 periodos de carga y descarga. Además, en el caso de los Ejemplos comparativos 2 y 3 en los que se aplicó LNO únicamente a la capa de mezcla inferior del electrodo positivo, la tasa de retención de capacidad fue mejor que la del Ejemplo comparativo 1, pero se confirmó que el valor era el 15 % o más inferior al del Ejemplo 1. Por otro lado, se confirmó que el Ejemplo comparativo 4 en el que se incluyó el 50 % en peso del contenido de lNo en la capa de mezcla superior estaba bastante deteriorado en cuanto al rendimiento de retención de capacidad.
La invención se define mediante las reivindicaciones adjuntas.
<Descripción de los números de referencia>
100: electrodo positivo
110: colector de corriente
120: capa de mezcla inferior
130: capa de mezcla superior
121: partículas pequeñas del primer material activo
122: partículas pequeñas del segundo material activo
131: partículas grandes del primer material activo
132: partículas grandes del segundo material activo

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Un electrodo positivo para una batería secundaria, que comprende:
una capa colectora de corriente;
una capa de mezcla inferior dispuesta sobre una o ambas superficies de la capa colectora de corriente; y una capa de mezcla superior dispuesta sobre la capa de mezcla inferior,
en donde la capa de mezcla inferior y la capa de mezcla superior incluyen un material activo que contiene LixNiO2 , en donde 1,1<x<2,5, (LNO),
en donde, basándose en 100 partes en peso del material activo contenido en la capa de mezcla inferior, el contenido de LNO en la mezcla inferior es de 60 partes en peso o más, y
en donde, basándose en un total de 100 partes en peso del material activo contenido en la capa de mezcla superior, el contenido de LNO en la capa de mezcla superior está en un intervalo de 1 a 40 partes en peso.
2. El electrodo positivo de la reivindicación 1,
en donde el material activo incluye un primer material activo y un segundo material activo,
en donde el primer material activo es el LNO, y
en donde, el segundo material activo comprende uno o más seleccionados del grupo que consiste en LixCoO2 (0,5<x<1,3), LixMnO2 (0,5<x<1,3), LixMn2O4 (0,5<x<1,3), Lix(NiaCobMnc)O2 (0,5<x<1,3, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LixNi1-yCoyO2 (0,5<x<1,3, 0<y<1), LixCo1-yMnyO2 (0,5<x<1,3, 0<y<1), LixNi1-yMnyO2 (0,5<x<1,3, 0<y<1), Lix(NiaCobMnc)O4 (0,5<x<1,3, 0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LixMn2-zNizO4 (0,5<x<1,3, 0<z<2), LixMn2-zCozO4 (0,5<x<1,3, 0<z<2), LixCoPO4 (0,5<x<1,3) y LixFePO4 (0,5<x<1,3).
3. El electrodo positivo de la reivindicación 1, en donde la relación ((Ltop)/(Lund)) de una fracción de LNO (Ltop, % en peso) del material activo contenido en la capa de mezcla superior respecto a una fracción de LNO (LUND, % en peso) del material activo contenido en la capa de mezcla inferior es de 0,5 o menos.
4. El electrodo positivo de la reivindicación 1,
en donde el material activo incluye un primer material activo y un segundo material activo,
en donde la relación en peso del primer material activo respecto al segundo material activo en la capa de mezcla inferior está en un intervalo de 65 a 98:2 a 35, y
en donde la relación en peso del primer material activo respecto al segundo material activo en la capa de mezcla superior es de 2 a 35:65 a 98.
5. El electrodo positivo de la reivindicación 1,
en donde el diámetro promedio de las partículas de los materiales activos contenidos en la capa de mezcla inferior está en un intervalo de 1 a 10 pm, y
en donde el diámetro promedio de las partículas de los materiales activos contenidos en la capa de mezcla superior está en un intervalo de 15 a 60 pm.
6. El electrodo positivo de la reivindicación 1, en donde la relación del espesor promedio de la capa de mezcla inferior respecto a la capa de mezcla superior está en un intervalo de 1:9 a 3:7.
7. El electrodo positivo de la reivindicación 1,
en donde tanto capa de mezcla superior como la capa de mezcla inferior incluyen un aglutinante, y
en donde la relación ((Bto p)/(Bund)) del contenido de aglutinante (Bto p, % en peso) contenido en la capa de mezcla superior respecto al contenido de aglutinante (Bund, % en peso) contenido en la capa de mezcla inferior está en un intervalo de 0,1 a 0,95.
8. Una batería secundaria que comprende el electrodo positivo de acuerdo con la reivindicación 1, un electrodo negativo y un separador interpuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo.
9. La batería secundaria de la reivindicación 8, en donde el electrodo negativo incluye:
una capa colectora de corriente; y
una capa de mezcla de electrodo negativo formada sobre una o ambas superficies de la capa colectora de corriente y que incluye un material activo de electrodo negativo,
en donde el material activo de electrodo negativo incluye un material activo a base de silicio (Si).
10. La batería secundaria de la reivindicación 8, en donde el electrodo negativo incluye:
una capa colectora de corriente; y
una capa de mezcla de electrodo negativo formada sobre una o ambas superficies de la capa colectora de corriente y que incluye un material activo de electrodo negativo,
en donde el material activo de electrodo negativo incluye un material activo a base de carbono y un material activo a base de silicio.
11. La batería secundaria de la reivindicación 10, en donde, en el material activo de electrodo negativo, la relación en peso del material activo a base de carbono respecto al material activo a base de silicio está en un intervalo de 10 a 95:5 a 90.
12. Un dispositivo que comprende la batería secundaria de acuerdo con la reivindicación 8.
13. El dispositivo de la reivindicación 12, en donde el dispositivo es al menos uno de un dispositivo móvil, un dispositivo portátil, un ordenador portátil o un automóvil.
ES20885843T 2019-11-07 2020-10-30 Cátodo que comprende una capa de mezcla que tiene una estructura de doble capa con diferentes cantidades de LNO y una batería secundaria que comprende el mismo Active ES2938723T3 (es)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4411861A4 (en) * 2021-09-28 2025-06-04 Panasonic Energy Co., Ltd. SECONDARY BATTERY WITH NON-AQUEOUS ELECTROLYTE
KR20230146889A (ko) * 2022-04-13 2023-10-20 주식회사 엘지에너지솔루션 상태 추정이 용이한 리튬 이차전지
KR20230146887A (ko) * 2022-04-13 2023-10-20 주식회사 엘지에너지솔루션 상태 추정이 용이한 리튬 이차전지
KR20250000748A (ko) * 2023-06-27 2025-01-03 에스케이온 주식회사 리튬 이차전지
KR20250023792A (ko) * 2023-08-10 2025-02-18 에스케이온 주식회사 리튬 이차 전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100509610B1 (ko) * 1999-04-27 2005-08-22 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이온 전지용 전극판 및 그 제조방법
JP3619807B2 (ja) * 2001-12-27 2005-02-16 三洋電機株式会社 非水電解質電池
JP2006134770A (ja) * 2004-11-08 2006-05-25 Sony Corp 正極および電池
JP2010251047A (ja) * 2009-04-14 2010-11-04 Toyota Motor Corp 正極の製造方法
US8658312B2 (en) * 2010-03-31 2014-02-25 Panasonic Corporation Positive electrode for lithium ion battery, fabrication method thereof, and lithium ion battery using the same
US9806336B2 (en) * 2012-09-21 2017-10-31 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries, and nonaqueous electrolyte secondary battery
KR20150049999A (ko) * 2013-10-31 2015-05-08 주식회사 엘지화학 전극 및 그를 포함하는 전기화학소자
JP2015138730A (ja) 2014-01-24 2015-07-30 トヨタ自動車株式会社 二次電池
JP2016219181A (ja) * 2015-05-18 2016-12-22 オートモーティブエナジーサプライ株式会社 非水電解質二次電池
CN108933242B (zh) * 2018-07-10 2019-12-10 江西迪比科股份有限公司 一种锂离子电池混合正极的制备方法

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