ES2970540T3 - Plantilla de presión y procedimiento de fabricación de batería secundaria usando la misma - Google Patents

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Abstract

La presente invención se refiere a una plantilla de prensa que comprende: un par de miembros en forma de placa que incluyen una pluralidad de protuberancias formadas independientemente y espaciadas entre sí en una superficie que entra en contacto con la batería secundaria cuando se presiona; y una unidad de calentamiento que calienta las protuberancias formadas en los miembros en forma de placa, y un método para fabricar una batería secundaria usando la misma. La invención induce un prensado uniforme de la batería secundaria y una descarga suave del gas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Plantilla de presión y procedimiento de fabricación de batería secundaria usando la misma
Sector de la técnica
Esta solicitud reivindica el beneficio de la prioridad a partir de la solicitud de patente coreana n.° 10-2019-0136091, presentada el 30 de octubre de 2019.
La presente invención se refiere a una plantilla de presurización y a un procedimiento para fabricar una batería secundaria usando la misma, y más en particular, a una plantilla de presurización que ayuda a descargar gas al presurizar una batería secundaria durante un proceso de activación de celda en una batería secundaria, y a un procedimiento de fabricación de una batería secundaria utilizando la misma.
Estado de la técnica
En los últimos años, a medida que aumenta rápidamente la demanda de productos electrónicos portátiles tales como ordenadores portátiles, cámaras de vídeo y teléfonos portátiles y se desarrollan vehículos eléctricos, baterías para el almacenamiento de energía, robots y satélites, se están realizando activamente estudios sobre baterías secundarias de alto rendimiento que puedan recargarse de manera repetida.
Las baterías secundarias recargables actualmente comercializadas incluyen baterías de cadmio y níquel, baterías de hidrógeno y níquel, baterías de níquel y zinc y baterías secundarias de litio. Entre ellas, la batería secundaria de litio tiene una ventaja notable frente a la batería secundaria de níquel porque casi no tiene efecto de memoria, no necesita carga ni descarga, tiene una tasa de autodescarga muy baja y tiene una alta densidad de energía. En general, dicha batería secundaria se puede clasificar en una batería secundaria de tipo lata cilíndrica o cuadrada y una batería secundaria de tipo bolsa según un material exterior o una forma de aplicación.
La batería secundaria se puede utilizar en forma de una única batería secundaria o de un módulo, en el que se conectan eléctricamente una pluralidad de baterías secundarias, dependiendo del tipo de dispositivo externo utilizado. Por ejemplo, los dispositivos pequeños, tales como los teléfonos móviles, pueden funcionar durante un tiempo predeterminado con la potencia y la capacidad de una batería secundaria, mientras que los dispositivos de tamaño mediano o grande, tales como los ordenadores portátiles, los DVD portátiles, los ordenadores personales pequeños, los vehículos eléctricos y los vehículos eléctricos híbridos requieren el uso de módulos que incluyen una pluralidad de baterías secundarias debido a problemas de potencia y capacidad.
El módulo se fabrica conectando un circuito de protección o similar a un paquete de núcleos en el que se disponen y se conectan una pluralidad de baterías secundarias en serie y/o en paralelo. En el caso de uso de una batería secundaria cuadrada o de tipo bolsa como batería secundaria unitaria, después de apilarlas de modo que las superficies anchas estén orientadas entre sí, los terminales de electrodo se pueden fabricar fácilmente conectándolos con un miembro de conexión tal como una barra colectora. Por lo tanto, cuando se fabrica un módulo tridimensional que tiene una estructura hexaédrica, una batería secundaria rectangular o de tipo bolsa es ventajosa como batería secundaria unitaria.
En este caso, dado que la batería secundaria de tipo bolsa se forma usando un material exterior de bolsa compuesto por una película multicapa que incluye una capa metálica (lámina) y una capa de resina sintética recubierta sobre las superficies superior e inferior de la capa metálica, el peso de la batería se puede reducir notablemente en comparación con la forma cilíndrica o cuadrada que utilizan las latas de metal, lo que hace posible aligerar la batería y cambiarla a diversas formas. Su utilización también está aumentando gradualmente.
En general, las baterías secundarias de tipo bolsa se fabrican mediante un proceso de ensamblaje de una batería secundaria y un proceso de activación de celdas de una batería secundaria, etc.
Los materiales exteriores de bolsa convencionales en general están hechos de un material exterior inferior que aloja un conjunto de electrodos y un material exterior superior que sella la porción superior del material exterior inferior. Después de alojar el conjunto de electrodos en la porción receptora del material exterior inferior, el borde alrededor de la porción receptora del material exterior inferior se hace para que quede estrechamente unido al borde del material exterior superior correspondiente, una parte de la porción unida se sella térmicamente y se añade un electrolito, y la parte restante se sella al vacío, con lo que se ensambla una batería secundaria.
En el proceso de activación de la celda, se monta una batería secundaria en una plantilla predeterminada para un flujo de corriente suave, y el procesamiento, tal como la carga y la descarga, se realiza en las condiciones necesarias para la activación de la celda. Debido a las características de la batería secundaria, para activar el material de electrodo activo positivo durante el primer ciclo y generar una película superficial estable (SEI, Solid Electrolyte Interface) en el electrodo negativo, este proceso de activación de celda debe realizarse primero. En el proceso de activación de celda, se genera una gran cantidad de gas dentro de la batería secundaria. A continuación, el gas generado se elimina a través de un puerto de descarga abierto o cortado, y la porción de descarga de gas se vuelve a sellar térmicamente. Como se describe anteriormente, el proceso de descargar el gas dentro de la batería secundaria y sellar térmicamente el conducto de descarga se denomina habitualmente proceso de desgasificación. En el caso de una batería secundaria de tipo bolsa, si el gas generado dentro de la batería secundaria no se elimina eficazmente durante el proceso de activación de celda como se describe anteriormente, el gas ocupa un determinado espacio dentro de la batería secundaria, de este modo se hincha la porción central del material de bolsa exterior, lo que provoca la deformación de la batería y afecta negativamente el rendimiento y la vida útil de la batería, como la capacidad y la potencia.
En algunas tecnologías convencionales, una batería secundaria después de la activación de celda se fija a un troquel y el gas se elimina mediante una simple presurización en la parte superior, o la celda se activa mientras se introduce la batería secundaria en las dos plantillas planas opuestas y se aplica presión desde ambos lados. El propósito de la presurización es impedir que el gas
generado durante la carga quede atrapado dentro de la batería secundaria. Sin embargo, en el procedimiento de presurización convencional, dado que el gas dentro de la batería secundaria corresponde al fluido, cuando se aplica presión desde el exterior, se dispersa en todas direcciones sin una dirección determinada. En este caso, algunos gases pueden recogerse y eliminarse en la porción excedente de la recogida de gas, pero el gas dispersado en otras direcciones permanece dentro de la batería secundaria.
Además, también se ha intentado una técnica para aplicar un miembro en forma de placa provisto de una pluralidad de porciones de presión en forma de tira a una plantilla de presurización. La plantilla de presurización forma un patrón en el que una pluralidad de porciones de presión en forma de tira se repite en la superficie del miembro en forma de placa, de este modo transmiten la dirección del gas atrapado cuando se presiona la batería secundaria. A partir de entonces, el gas atrapado se descarga mientras se presiona con rodillo la batería secundaria. Sin embargo, en esta tecnología, cuando se presiona la batería secundaria, dado que el área presurizada y el área no presurizada se dividen linealmente, no se logra una presurización uniforme de toda el área de la batería secundaria. Además, existe una limitación en el sentido de que el gas atrapado no se descarga lo suficiente al presionar sencillamente la batería secundaria en condiciones de temperatura ambiente.
Como se describe anteriormente, en la técnica relacionada, como la presurización durante la carga en la etapa de activación de celda puede dificultar la descarga de gas dentro de la batería secundaria, la presión se puede aplicar a la batería secundaria paso a paso, lo que puede hacer que el proceso sea bastante complicado. Por lo tanto, existe una gran necesidad de una tecnología para resolver fundamentalmente dichos problemas.
La técnica anterior se describe adicionalmente en los documentos KR 20180025805 A, US 2018/226673 A1 y US 2019/324089 A1.
Objeto de la invención
Problema técnico
La presente invención se creó en vista de los problemas anteriores, y un objeto de la presente invención es proporcionar una plantilla de presurización que pueda resolver el problema de no eliminar eficazmente el gas generado dentro de la batería secundaria en un corto tiempo y el problema de no poder inducir el gas generado dentro de la batería secundaria a una parte específica de la batería secundaria, y un procedimiento para fabricar una batería secundaria usando dicha plantilla de presurización.
Solución técnica
La plantilla de presurización según la presente invención es una plantilla de presurización para introducir una batería secundaria en un espacio entre un par de miembros en forma de placa orientados entre sí en el proceso de activación de celda de la batería secundaria y presionar la batería secundaria desde lados opuestos, e incluye: un par de miembros en forma de placa, teniendo cada miembro en forma de placa una pluralidad de salientes separados entre sí en una superficie del mismo, estando los salientes en contacto con la batería secundaria cuando el miembro en forma de placa se presiona para que entre en contacto con la batería secundaria; y una unidad de calentamiento que calienta las proyecciones formadas en el miembro en forma de placa.
La pluralidad de salientes formados en el miembro en forma de placa tiene una estructura proporcionada en forma de patrón de puntos.
En un ejemplo específico, el saliente formado en el miembro en forma de placa incluye una sección transversal que es paralela al miembro en forma de placa y tiene una forma circular, elíptica o n-gonal (n es un número entero de 3 o más).
En un ejemplo específico, el saliente formado en el miembro en forma de placa se caracteriza por que el diámetro inferior del lado en contacto con el miembro en forma de placa es igual o mayor que el diámetro superior del lado en contacto con la batería secundaria, a partir de una forma de sección transversal perpendicular al miembro en forma de placa. Por ejemplo, el saliente formado en el miembro en forma de placa tiene una forma de sección transversal rectangular, triangular, semicircular o trapezoidal paralela al miembro en forma de placa.
En un ejemplo, una pluralidad de salientes proporcionados en forma de patrón de puntos tiene el mismo diámetro promedio de los salientes.
Además, en otro ejemplo, en una pluralidad de salientes proporcionados en forma de patrón de puntos, se mezclan salientes con un primer diámetro promedio y salientes con un segundo diámetro promedio, y una relación entre el primer diámetro promedio y el segundo diámetro promedio está en un intervalo de 2 a 100.
En un ejemplo específico, una relación entre el área de formación de los salientes que tienen el primer diámetro promedio y el área de formación de los salientes que tienen el segundo diámetro promedio está en el intervalo de 0,1 a 1,5.
En otro ejemplo más, la unidad de calentamiento incluye una bobina de calentamiento montada en el miembro en forma de placa.
Además, la presente invención proporciona un procedimiento para fabricar una batería secundaria usando la plantilla de presurización descrita anteriormente. En un ejemplo, el procedimiento para fabricar una batería secundaria incluye una etapa de activación de celda que consiste en realizar un proceso de activación de celda en una batería secundaria mientras se calienta y se presiona con la plantilla de presurización.
En un ejemplo, el procedimiento para fabricar una batería secundaria según la presente invención incluye además una etapa de desgasificación para eliminar el gas dentro de la batería secundaria al presionar la batería secundaria activada por la celda después de la etapa de activación de celda.
En un ejemplo específico, la etapa de desgasificación se puede realizar al introducir la batería secundaria entre un par de miembros en forma de placa orientados entre sí y presionarla desde lados opuestos.
En otro ejemplo específico más, la etapa de desgasificación se puede realizar al presionar con rodillo la batería secundaria en una dirección.
Por ejemplo, la batería secundaria es una batería secundaria de tipo bolsa.
Efectos ventajosos
Según una plantilla de presurización según la presente invención y un procedimiento para fabricar una batería secundaria usando la misma, al proporcionar una pluralidad de salientes formados independientemente y separados entre sí en la superficie de presión de la plantilla, se produce una presurización uniforme de la batería secundaria y una descarga suave de gas. Además, la plantilla de presurización impulsa la descarga del gas atrapado dentro de la batería al calentar la batería secundaria al mismo tiempo que se presiona usando la plantilla durante el proceso de activación de celda de la batería secundaria.
Descripción de las figuras
La figura 1 es un diagrama esquemático que muestra un proceso de presión de una batería secundaria usando una plantilla de presurización según una realización de la presente invención.
Las figuras 2 y 3 muestran, cada una, una superficie de presión de una plantilla de presurización según una realización de la presente invención.
La figura 4 es un diagrama esquemático que muestra un proceso de presión con rodillo según otra realización de la presente invención.
Descripción detallada de la invención
En lo sucesivo, la presente invención se describirá en detalle con referencia a las figuras. Los términos y palabras utilizados en la presente memoria descriptiva y reivindicaciones no deben interpretarse como limitados a los términos ordinarios o de diccionario y el autor de la invención puede definir adecuadamente el concepto de los términos para describir mejor su invención. Los términos y palabras deben interpretarse como significados y conceptos congruentes con la idea técnica de la presente invención.
La plantilla de presurización según la presente invención es una plantilla de presurización para introducir una batería secundaria en un espacio entre un par de miembros en forma de placa orientados entre sí en el proceso de activación de celda de la batería secundaria y presionar la batería secundaria desde ambos lados, e incluye: un par de miembros en forma de placa que tienen una pluralidad de salientes formados independientemente y separados entre sí en una superficie en contacto con la batería secundaria cuando se presiona; y una unidad de calentamiento que calienta las proyecciones formadas en el miembro en forma de placa.
La plantilla de presurización incluye un par de miembros en forma de placa para presionar la batería secundaria, y se proporcionan una pluralidad de salientes formados independientemente y separados entre sí en las superficies de presión de los miembros en forma de placa. Los salientes formados en la superficie de presión de la plantilla de presurización según la presente invención tienen una estructura que se forma independientemente al estar separados entre sí, y a través de esto, resulta posible implementar una presión uniforme en la superficie frontal de la batería secundaria.
Además, en la presente invención, el calentamiento se realiza de forma simultánea cuando se presuriza la batería secundaria a través de la formación de una unidad de calentamiento. Es decir, en el proceso de activación de celda de la batería secundaria, la batería secundaria se presuriza utilizando el saliente calentado por la unidad de calentamiento. Cuando se calienta la batería secundaria, el gas interno se expande y el gas expandido se puede descargar con relativa facilidad. En la presente invención, el gas interno se expande calentando la batería secundaria y, al mismo tiempo, el gas expandido se separa fácilmente de la porción atrapada mediante presurización.
Además, dado que la presente invención presuriza la batería secundaria con un miembro en forma de placa provisto de salientes que están separados entre sí y formados de forma independiente, el gas liberado de la porción atrapada en la batería se descarga fácilmente a lo largo del área despresurizada entre los salientes. En particular, en la presente invención, la presurización y el calentamiento de la batería secundaria se pueden concentrar en un área específica por medio de un saliente dispuesto en la superficie de presión del miembro en forma de placa.
La pluralidad de salientes formados en el miembro en forma de placa tiene una estructura proporcionada en forma de patrón de puntos. Específicamente, el espacio entre las proyecciones formadas independientemente sirve para formar un conducto de descarga de gas. La plantilla de presurización según la presente invención forma una pluralidad de proyecciones de patrón de puntos para presurizar la superficie entera de la batería secundaria a una presión uniforme en la etapa de activación de celda de la batería secundaria.
En una realización, el saliente formado en el miembro en forma de placa incluye una sección transversal que es paralela al miembro en forma de placa y tiene una forma circular, elíptica o n-gonal (n es un número entero de 3 o más). La forma n-gonal incluye un triángulo, un cuadrilátero, un pentágono, un hexágono y similares, y puede tener una forma cercana a un círculo a medida que aumenta el número de n. Por ejemplo, n es un número entero de 3 o más y es un número entero entre 3 y 10. Para poner otro ejemplo, el saliente formado en el miembro en forma de placa tiene una forma de sección transversal circular o rectangular paralela al miembro en forma de placa. En la presente invención, se debe interpretar que el "círculo" incluye una caja sustancialmente cercana a un círculo, así como una caja que es completamente redonda en el sentido físico. Específicamente, en la forma n-gonal, cuando n sobrepasa 10, puede interpretarse como una forma sustancialmente circular.
En una realización específica, el saliente formado en el miembro en forma de placa se caracteriza por que el diámetro inferior del lado en contacto con el miembro en forma de placa es igual o mayor que el diámetro superior del lado en contacto con la batería secundaria, a partir de una forma de sección transversal perpendicular al miembro en forma de placa. Específicamente, el saliente puede tener una forma cilíndrica, una forma semiesférica o una forma hexaédrica. Por ejemplo, el saliente formado en el miembro en forma de placa tiene una forma de sección transversal rectangular, triangular, semicircular o trapezoidal perpendicular al miembro en forma de placa. Cuando la sección transversal vertical del saliente es cuadrada, significa que el saliente tiene forma cilíndrica o hexaédrica. Cuando el saliente tiene una sección transversal triangular, el saliente tiene forma de punta puntiaguda. Cuando la sección transversal del saliente es semicircular, el saliente tiene forma semiesférica. Además, cuando la sección transversal del saliente tiene forma trapezoidal, el saliente tiene un diámetro inferior ancho y un diámetro superior estrecho.
En una realización, una pluralidad de salientes proporcionados en forma de patrón de puntos tiene el mismo diámetro promedio de los salientes. Este caso incluye el caso en que una pluralidad de salientes que tienen el mismo tamaño o parecido están distribuidos uniformemente sobre la superficie de presión del miembro en forma de placa. Por ejemplo, el diámetro promedio de las proyecciones está en el intervalo de 1 a 200 mm, de 10 a 200 mm, de 80 a 200 mm, de 1 a 100 mm o de 10 a 50 mm. Además, la distancia espaciada entre los salientes está en el intervalo de 1 a 100 mm, 1 a 80 mm, 10 a 100 mm, 50 a 100 mm o 10 a 30 mm.
En otra realización, la pluralidad de salientes proporcionados en forma de patrón de puntos tiene una estructura en la que se mezclan salientes que tienen un diámetro promedio D1 y salientes que tienen un diámetro promedio D2. Este caso incluye el caso en que los diámetros de los salientes distribuidos sobre la superficie de presión del miembro en forma de placa son diferentes entre sí. Por ejemplo, la presente invención incluye el caso en que dos tipos de salientes que tienen diferentes diámetros están distribuidos sobre la superficie de presión del miembro en forma de placa. Específicamente, la relación de los diámetros promedio D1 y D2 (D1/D2 está en el intervalo de 2 a 100, 2 a 20, 2 a 10 o 3 a 7. Por ejemplo, el diámetro promedio D1 varía de 50 a 200 mm, y el diámetro promedio D2 varía de 1 a 100 mm. Específicamente, el diámetro promedio D1 está en el intervalo de 70 a 120 mm, y el diámetro promedio D2 está en el intervalo de 10 a 50 mm. Además, la distancia espaciada entre los salientes está en el intervalo de 1 a 100 mm, 1 a 80 mm, 10 a 100 mm, 50 a 100 mm, 10 a 70 mm o 10 a 30 mm.
En una realización específica, la relación del área de formación del saliente que tiene el diámetro promedio D1 y el saliente que tiene el diámetro promedio D2 (el área de formación del saliente que tiene el diámetro promedio D1/el área de formación del saliente que tiene el diámetro promedio D2 está en el intervalo de 0,1 a 1,5. Específicamente, la relación de área está en el intervalo de 0,1 a 1, 0,1 a 0,5, 0,5 a 1,5 o 0,8 a 1,2.
En una realización, la plantilla de presurización incluye una unidad de calentamiento que calienta un saliente formado en el miembro en forma de placa, y la unidad de calentamiento incluye una bobina de calentamiento montada en el miembro en forma de placa. En la plantilla de presurización según la presente invención, la unidad de calentamiento tiene una estructura montada en el miembro en forma de placa, pero no se excluye la estructura formada fuera del miembro en forma de placa.
Además, la presente invención proporciona un procedimiento para fabricar una batería secundaria usando la plantilla de presurización descrita anteriormente. Específicamente, la plantilla de presurización se puede aplicar en la etapa de activación de celda de la batería secundaria. En una realización, un procedimiento para fabricar una batería secundaria según la presente invención incluye una etapa de activación de celda que consiste en realizar un proceso de activación de celda mientras se calienta y se presiona la batería secundaria con la plantilla de presurización.
La plantilla de presurización según la presente invención se puede aplicar, por ejemplo, a un proceso de fabricación de una batería secundaria de tipo bolsa. La batería secundaria de tipo bolsa tiene una estructura en la que un conjunto de electrodos de tipo apilado o de tipo apilado/plegable está integrado en una caja de batería en forma de bolsa formada por una hoja laminada de aluminio. La batería secundaria ensamblada se somete a un proceso de activación de celda en el proceso de fabricación de la batería. El proceso de activación de celda se realiza al aplicar una corriente a una tensión predeterminada al conjunto de electrodos impregnado con un electrolito.
Durante el proceso inicial de carga/descarga para la activación de la celda, se forma una película protectora en la superficie del electrodo y una parte del electrolito se descompone, con lo que se genera una gran cantidad de gas. Para eliminar el gas generado dentro de la celda de batería, se forma una porción excedente en un lado de la caja de batería de la batería de tipo bolsa. Las bolsas de gas se forman cuando el gas dentro de la celda de batería se acumula en la porción excedente de la caja de la batería. Después de abrir un lado de la bolsa de gas para descargar el gas interno, la celda de batería se vuelve a sellar.
En la presente invención, se realiza la etapa de activación de celda a la que se aplica la plantilla de presurización descrita anteriormente, y en una batería secundaria que se ha sometido la etapa de activación de celda, se puede realizar una etapa de eliminación de gas, en la que se elimina el gas en el interior de la batería. En una realización, el procedimiento para fabricar una batería secundaria según la presente invención incluye además una etapa de desgasificación para eliminar el gas dentro de la batería secundaria al presionar la batería secundaria activada por la celda después de la etapa de activación de celda.
En el procedimiento de presurización convencional, el gas dentro de la batería secundaria se dispersa en todas direcciones sin una dirección determinada. Aquí, algunos gases pueden recogerse en la porción excedente para su recogida y eliminación, pero el gas dispersado en otras direcciones permanece dentro de la batería secundaria. Sin embargo, la plantilla de presurización según la presente invención aplica un miembro en forma de placa que tiene una pluralidad de salientes formados independientemente y separados entre sí, de este modo aplica una presión uniforme a la superficie frontal de la batería secundaria mientras de forma simultánea recoge el gas atrapado e induce la descarga suave. Sin embargo, parte del gas atrapado no se elimina sencillamente mediante presurización mecánica. Dado que la plantilla de presurización según la presente invención aplica presión y calor al mismo tiempo, induce la expansión del volumen del gas atrapado, y el gas expandido puede eliminarse suavemente al aplicar presión. Además, si es necesario, resulta posible eliminar fácilmente el gas restante en la batería secundaria en un proceso posterior.
En una realización, la etapa de desgasificación se puede realizar al introducir una batería secundaria entre un par de miembros en forma de placa orientados entre sí y presionarla desde ambos lados. En este caso, la batería secundaria que ha pasado por la etapa de activación de celda está intercalada entre un par de miembros en forma de placa orientados entre sí y presurizados desde ambos lados, con lo que descarga el gas dentro de la batería. En otra realización más, la etapa de eliminar el gas se puede realizar al presionar con rodillo la batería secundaria en una dirección. En este caso, la batería secundaria que ha pasado por la etapa de activación de celda se presiona con rodillo en una dirección y, a través de esto, el gas que queda dentro de la batería se impulsa en una dirección y se descarga.
En una realización, la batería secundaria es una batería secundaria de tipo bolsa. Además, la batería secundaria en la presente invención es, por ejemplo, una batería secundaria de litio. La batería secundaria de litio puede incluir, por ejemplo, un conjunto de electrodos descrito anteriormente; un electrolito no acuoso que impregna el conjunto de electrodos; y una caja de batería que contiene el conjunto de electrodos y el electrolito no acuoso. Por ejemplo, la batería secundaria es una batería secundaria de litio de tipo bolsa.
El electrodo positivo tiene una estructura en la que una capa de mezcla de electrodo positivo está apilada en uno o ambos lados de un colector de corriente de electrodo positivo. Los materiales de electrodo activo positivo pueden ser cada uno independientemente un óxido que contiene litio y pueden ser iguales o diferentes. Como óxido que contiene litio se puede utilizar un óxido de metal de transición que contiene litio. En un ejemplo, la capa de mezcla de electrodo positivo incluye un material conductor y un polímero aglutinante además del material de electrodo activo positivo y, si es necesario, puede incluir además un aditivo de electrodo positivo habitualmente usado en la técnica. El material de electrodo activo positivo puede ser un óxido que contiene litio y puede ser igual o diferente. Como óxido que contiene litio se puede utilizar un óxido de metal de transición que contiene litio.
Por ejemplo, el óxido de metal de transición que contiene litio puede ser cualquiera o una mezcla de dos o más seleccionados del grupo que consiste en Li<x>CoO2(0,5<x<1,3), Li<x>NiO2(0,5<x<1,3), Li<x>MnO2(0,5<x<1,3), Li<x>Mn2O4(0,5<x<1,3), Li<x>(Ni<a>Co<b>-Mn<c>)O2(0,5<x<1,3, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1, Li<x>-Ni<i-y>Co<y>O2(0,5<x<1,3, 0<y<1, Li<x>-Co<i-y>Mn<y>O2(0,5<x<1,3, 0<y<1), Li<x>Ni1<-y>Mn<y>O2(0,5<x<1,3, 0<y<1), Li<x>(Ni<a>Co<b>Mn<c>)O4(0,5<x<1,3, 0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), Li<x>Mn2<-z>Ni<z>O4(0,5<x<1,3, 0<z<2), Li<x>Mn2<-z>Co<z>O4(0,5<x<1,3, 0<z<2), Li<x>CoPO4(0,5<x<1,3) and Li<x>FePO4(0,5<x<1,3), y el óxido de metal de transición que contiene litio puede estar recubierto con un metal u óxido metálico tal como aluminio (Al). Asimismo, además del óxido de metal de transición que contiene litio, se pueden usar uno o más de sulfuro, seleniuro y haluro.
El material de electrodo activo positivo puede incluirse en el intervalo de 94,0 a 98,5 % en peso en la capa de material de electrodo activo positivo. Cuando el contenido del material de electrodo activo positivo satisface el intervalo anterior, es ventajoso en términos de fabricar una batería de alta capacidad y proporcionar suficiente conductividad del electrodo positivo o adherencia entre los materiales de electrodo.
El colector de corriente usado para el electrodo positivo es un metal que tiene alta conductividad, y se puede usar cualquier metal al que se pueda unir fácilmente la suspensión de material de electrodo activo positivo y que no sea reactivo en el intervalo de tensión de la batería secundaria. Específicamente, ejemplos no limitativos del colector de corriente para el electrodo positivo incluyen aluminio, níquel o una lámina fabricada mediante una combinación de los mismos.
La capa de material de electrodo activo positivo incluye además un material conductor. El material conductor normalmente se añade en una cantidad del 1 al 30 % en peso basado en el peso total de la mezcla que incluye el material de electrodo activo positivo. Un material conductor de este tipo no está particularmente limitado siempre que tenga conductividad sin provocar un cambio químico en la batería secundaria. Como material conductor se puede utilizar, por ejemplo, uno o más seleccionados del grupo que consiste en grafito natural o artificial; negro de carbón tal como el negro de carbón, negro de acetileno, negro Ketjen, negro canal, negro horno, negro lámpara o negro térmico; fibra conductora tal como la fibra de carbono o fibra metálica; polvo metálico tal como el polvo de fluoruro de carbono, polvo de aluminio o polvo de níquel; fibra conductora tal como el óxido de zinc o titanato de potasio; óxido de metal conductor tal como el óxido de titanio; y derivado de polifenileno.
Como componente aglutinante, se puede utilizar sin limitación un polímero aglutinante habitualmente utilizado en la técnica. Por ejemplo, se pueden usar diversos tipos de aglutinantes tales como poli(fluoruro de vinilideno)-cohexafluoropropileno (PVDF-co-HFP), poli(fluoruro de vinilideno) (PVDF), poliacrilonitrilo, polimetacrilato de metilo, caucho de estireno butadieno (SBR) y carboxilmetilcelulosa (CMC).
El electrodo negativo puede incluir además una capa de mezcla de electrodo negativo y puede incluir un material de carbono, litio metálico, silicio o estaño. Cuando se utiliza un material de carbono como material activo de electrodo negativo, se puede utilizar tanto carbono poco cristalino como carbono muy cristalino. Los ejemplos representativos del carbono poco cristalino incluyen carbono blando y carbono duro son típicos. Los ejemplos representativos de carbono altamente cristalino incluyen grafito natural, grafito kish, carbono pirolítico, fibra de carbono basada en brea de mesofase, microesferas de mesocarbono, breas de mesofase y carbones calcinados a alta temperatura tales como coques derivados de brea de alquitrán de hulla o petróleo.
Los ejemplos no limitativos del colector de corriente utilizado para el electrodo negativo incluyen cobre, oro, níquel o una lámina fabricada con una aleación de cobre o una combinación de los mismos. Además, el colector de corriente se puede utilizar apilando sustratos fabricados con los materiales anteriores.
Además, el electrodo negativo puede incluir un material conductor y un aglutinante habitualmente utilizado en la técnica.
El separador puede estar hecho de cualquier sustrato poroso usado en una batería secundaria de litio y, por ejemplo, puede usarse una membrana porosa de poliolefina o una tela no tejida, pero la presente invención no se limita particularmente a ello.
Los ejemplos de membrana porosa de poliolefina incluyen polietileno tal como polietileno de alta densidad, polietileno lineal de baja densidad, polietileno de baja densidad, polietileno de peso molecular ultraalto y una membrana en la que se forman polímeros de poliolefina, tales como polipropileno, polibutileno, y polipenteno, cada uno solos o en una mezcla de los mismos.
El polietilentereftalato, polibutilentereftalato, poliéster, poliacetal, poliamida, policarbonato, poliimida, polieteretercetona, polietersulfona, polióxido de fenileno, polifenilensulfuro y polietileno naftaleno, etc. pueden usarse individualmente o como un polímero mediante una mezcla de los mismos, para formar de este modo la tela no tejida, además de telas no tejidas de poliolefina. La estructura de la tela no tejida puede ser una tela no tejida hilada compuesta de fibras largas o una tela no tejida fundida por soplado.
El grosor del sustrato poroso no está particularmente limitado, pero puede ser de 5 a 50 mm, y el tamaño de poro y la porosidad presentes en el sustrato poroso tampoco están particularmente limitados, pero pueden ser de 0,01 a 50 mm y del 10 al 95 %, respectivamente.
Mientras tanto, para mejorar la resistencia mecánica del separador compuesto por el sustrato poroso y suprimir un cortocircuito entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, se puede incluir además una capa de recubrimiento poroso que incluye partículas inorgánicas y un polímero aglutinante en por lo menos una superficie del sustrato poroso.
El electrolito puede contener un disolvente orgánico y una sal de electrolito, y la sal de electrolito es una sal de litio. Se pueden utilizar las utilizados convencionalmente en el electrolito para baterías secundarias de litio como la sal de litio sin limitación. Por ejemplo, se puede incluir uno o más seleccionados del grupo que consiste en F-, Cl-, Br-, I-, NO<3>-, N(CN)<2>-, BF<4>-, CIO<4>-, PF<6>-, (CF<3>)<2>PF<4>-, (CF<3>)<3>PF<3>-, (CF<3>)<4>PF<2>-, (CF<3>)<5>PF-, (CF<3>)<6>P-, CF<3>SO<3>-, CF<3>CF<2>SO<3>-, (CF<3>SO<2>)<2>N-, (FSO<2>)<2>N-, CF<3>CF<2>(CF<3>)<2>CO-, (CF<3>SO<2>)<2>CH-, (SF<s>)<3>C-, CF<3>(CF<2>)<7>SO<3>-, CF<3>CO<2>-, CH<3>CO<2>-, SCN- and (CF<3>CF<2>SO<2>)<2>N- como anión de la sal de litio.
Como disolvente orgánico incluido en el electrolito descrito anteriormente, se pueden usar sin limitación aquellos usados convencionalmente en electrolitos para baterías secundarias de litio, y, por ejemplo, se pueden usar éteres, ésteres, amidas, carbonatos lineales y carbonatos cíclicos solos o en combinación de dos o más. Entre ellos, de manera representativa, se puede incluir un carbonato cíclico, un carbonato lineal o un compuesto de carbonato que sea una mezcla de los mismos.
Los ejemplos específicos del compuesto de carbonato cíclico incluyen uno cualquiera seleccionado del grupo que consiste en carbonato de etileno (EC), carbonato de propileno (PC), carbonato de 1,2-butileno, carbonato de 2,3-butileno, carbonato de 1,2-pentileno, carbonato de 2,3-pentileno, carbonato de vinileno, carbonato de vinilo-etileno y un haluro de los mismos, y una mezcla de los mismos. Estos haluros incluyen, por ejemplo, carbonato de fluoroetileno (FEC), pero no se limitan a ello.
Además, los ejemplos específicos del compuesto de carbonato lineal incluyen uno cualquiera seleccionado del grupo que consiste en carbonato de dimetilo (DMC), carbonato de dietilo (DEC), carbonato de dipropilo, carbonato de etilmetilo (EMC), carbonato de metilpropilo y carbonato de etilpropilo, o típicamente se puede usar una mezcla de dos o más de ellos, pero no se limita a ello.
En particular, entre los disolventes orgánicos de carbonato, el carbonato de etileno y el carbonato de propileno, que son carbonatos cíclicos, son disolventes orgánicos de alta viscosidad y tienen constantes dieléctricas altas, de modo que las sales de litio en el electrolito pueden disociarse más fácilmente, y si el carbonato cíclico se mezcla con un carbonato lineal de baja viscosidad y baja constante dieléctrica, tal como el carbonato de dimetilo y el carbonato de dietilo, en una relación adecuada, se puede preparar una solución de electrolito que tenga una conductividad eléctrica más alta.
Además, como éter del disolvente orgánico, se puede usar cualquiera seleccionado del grupo que consiste en dimetiléter, dietiléter, dipropiléter, metiletiléter, metilpropiléter y etilpropiléter, o una mezcla de dos o más de los mismos, pero no se limita a ello.
Y los ésteres entre los disolventes orgánicos incluyen uno cualquiera seleccionado del grupo que consiste en acetato de metilo, acetato de etilo, acetato de propilo, propionato de metilo, propionato de etilo, propionato de propilo, Y-butirolactona, Y-valerolactona y Y-caprolactona, o una mezcla de dos o más de ellos, pero la presente invención no se limita a ello.
La inyección del electrolito no acuoso se puede realizar en una etapa apropiada del proceso de fabricación del dispositivo electroquímico, dependiendo del proceso de fabricación y de las propiedades físicas requeridas del producto final. Es decir, se puede aplicar antes de ensamblar el dispositivo electroquímico o en la etapa final de ensamblaje del dispositivo electroquímico. Además, la presente invención proporciona un vehículo que incluye la batería secundaria descrita anteriormente. En un ejemplo específico, el vehículo es un vehículo híbrido o eléctrico. En lo sucesivo, la presente invención se describirá con más detalle a través de los ejemplos y las figuras. Sin embargo, las realizaciones descritas en la memoria descriptiva y las configuraciones descritas en las figuras son solo 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 diversas equivalencias y variaciones en su lugar en el momento de presentar la presente solicitud.
Primera realización
La figura 1 es un diagrama esquemático que muestra un proceso de presión de una batería secundaria usando una plantilla de presurización según una realización de la presente invención. En referencia a la figura 1, una batería 40 secundaria de tipo bolsa tiene una estructura en la que un conjunto 10 de electrodos está integrado en una caja de batería en forma de bolsa formada por una hoja laminada de aluminio. Las lengüetas de electrodo primera y segunda 21 y 22 están expuestas en ambos extremos de la batería 40 secundaria y se forma una porción excedente en un lado de la caja de la batería. Se forma una bolsa 30 de gas como gas interno en la batería secundaria y se recoge en la porción excedente de la caja de la batería. Después de abrir un lado de la bolsa 30 de gas para descargar el gas interno, la batería se vuelve a sellar.
La batería 40 secundaria ensamblada se somete a un proceso de activación de celda en el proceso de fabricación de la batería. El proceso de activación de celda se realiza al aplicar una corriente a una tensión predeterminada al conjunto 10 de electrodos impregnado con un electrolito. Durante el proceso inicial de carga/descarga para la activación de la celda, se forma una película protectora en la superficie del electrodo y una parte del electrolito se descompone, con lo que se genera una gran cantidad de gas.
En la presente invención, en el proceso de activación de celda de la batería secundaria, la batería 40 secundaria se interpone entre el par de miembros 110 y 120 en forma de placa orientados entre sí de la plantilla 100 de presurización y se presuriza y se calienta desde ambos lados. La plantilla 100 de presurización tiene una estructura en la que una pluralidad de salientes 130 formados independientemente al estar separados entre sí se proporcionan en una superficie en contacto con la batería 40 secundaria cuando está presurizada. Además, incluye una unidad de calentamiento (no se muestra) para calentar los salientes 130 formados en los miembros 110 y 120 en forma de placa. La unidad de calentamiento tiene una bobina de calentamiento montada en los miembros 110 y 120 en forma de placa.
Una pluralidad de salientes 130 forman un patrón de puntos en las superficies de presurización de los miembros 110 y 120 en forma de placa de la plantilla 100 de presurización. El saliente 130 tiene una forma en la que sobresale una forma cilíndrica. El diámetro promedio de los salientes 130 es de aproximadamente 30 mm, y la distancia espaciada entre los salientes 130 es de 25 mm.
Segunda realización
La figura 2 es un diagrama esquemático que muestra un proceso de presión de una batería secundaria usando una plantilla de presurización según otra realización de la presente invención. En referencia a la figura 2, en el proceso de activación de celda de la batería secundaria, la batería 40 secundaria se interpone entre el par de miembros 210 y 220 en forma de placa orientados entre sí de la plantilla 200 de presurización y se presuriza y se calienta desde ambos lados. Dado que la descripción de la batería 40 secundaria es la misma que se describe en la descripción de la figura 1, se omitirá aquí.
La plantilla 200 de presurización tiene una estructura en la que una pluralidad de salientes 230 formados independientemente al estar separados entre sí se proporcionan en una superficie en contacto con la batería 40 secundaria cuando está presurizada. Además, incluye una unidad de calentamiento (no se muestra) para calentar los salientes 230 formados en los miembros 210 y 220 en forma de placa. La unidad de calentamiento tiene una bobina de calentamiento montada en los miembros 210 y 220 en forma de placa.
210 and 220.
Una pluralidad de salientes 230 forman un patrón de puntos en las superficies de presurización de los miembros 210 y 220 en forma de placa de la plantilla 200 de presurización. El saliente 230 tiene una forma en la que sobresale una forma cilíndrica. El diámetro promedio de los salientes 230 es de aproximadamente 20 mm, y la distancia espaciada entre los salientes 230 es de 15 mm.
Tercera realización
La figura 3 es un diagrama esquemático que muestra un proceso de presión de una batería secundaria usando una plantilla de presurización según otra realización de la presente invención. En referencia a la figura 3, en el proceso de activación de celda de la batería secundaria, la batería 40 secundaria se interpone entre el par de miembros 310 y 320 en forma de placa orientados entre sí de la plantilla 300 de presurización y se presuriza y se calienta desde ambos lados. Dado que la descripción de la batería 40 secundaria es la misma que se describe en la descripción de la figura 1, se omitirá aquí.
La plantilla 300 de presurización tiene una estructura en la que una pluralidad de salientes 331 y 332 formados independientemente al estar separados entre sí se proporcionan en una superficie en contacto con la batería 40 secundaria
cuando está presurizada. Además, incluye una unidad de calentamiento (no se muestra) para calentar los salientes 331 y 332 formados en los miembros 310 y 320 en forma de placa. La unidad de calentamiento tiene una bobina de calentamiento montada en los miembros 310 y 320 en forma de placa.
Una pluralidad de salientes 331 y 332 forman un patrón de puntos en las superficies de presurización de los miembros 310 y 320 en forma de placa de la plantilla 300 de presurización. Los salientes 331 y 332 tienen una forma 331 cilíndrica que tiene un diámetro grande y una forma 332 cilíndrica que tiene un diámetro pequeño que sobresale. Los salientes 331 cilíndricos que tienen un diámetro grande tienen un diámetro promedio de aproximadamente 35 mm, y una distancia espaciada entre los salientes 331 es de 30 mm. Los salientes 332 cilíndricos que tienen un diámetro pequeño tienen un diámetro promedio de aproximadamente 10 mm y están dispuestos en un espacio entre los salientes 331 cilíndricos que tienen un diámetro grande.
Cuarta realización
La figura 4 es un diagrama esquemático que muestra un proceso de presión con rodillo según una realización de la presente invención. Se puede realizar una etapa de presión con rodillo en la batería secundaria que ha pasado la etapa de activación de celda. Es posible que exista algo de gas residual dentro de la batería secundaria que ha pasado por la etapa de activación de celda. En la presente invención, al realizar una etapa adicional de presión con rodillo, el gas que queda en la batería secundaria se descarga de manera eficaz. En referencia a la figura 4, la batería 60 secundaria, que ha pasado la etapa de activación de celda, se presiona con rodillo desde abajo hacia arriba. El lado superior de la batería 60 secundaria tiene una estructura en la que se forma una bolsa 50 de gas, y el gas que queda en la batería 60 secundaria se mueve hacia la bolsa 50 de gas durante la presión con rodillo. La presión con rodillo se realiza mientras se presiona la superficie frontal de la batería 60 secundaria a través de un rodillo 70 en una dirección. El rodillo 70 se mueve mientras gira en base al eje 71 del rodillo en el centro. Mientras tanto, en la figura 4, se muestra que la batería 60 secundaria está en dirección horizontal con respecto al suelo, pero no se limita a ello. Específicamente, la batería 60 secundaria puede disponerse en una dirección perpendicular al suelo, y la batería 60 secundaria se presiona con rodillo desde abajo hacia arriba. Además, la dirección de la presión con rodillo no está particularmente limitada siempre que se presione con rodillo desde la bolsa 50 de gas hasta el fondo de la batería 60 secundaria, y se puede presionar con rodillo en ambas direcciones (dirección de lengüeta de electrodo de la batería 60 secundaria).
Descripción de los números de referencia
10: conjunto de electrodos
21: primera pestaña de electrodo
22: segunda pestaña de electrodo
30, 50: bolsa de gas
40, 60: batería secundaria
70: rodillo
71: eje de rodillo
100, 200, 300: plantilla de presurización
110, 120, 210, 220, 310, 320: miembro en forma de placa
130, 230, 331, 332: saliente

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Una plantilla (100) de presurización para introducir una batería (40) secundaria de tipo bolsa entre un par de miembros (110, 120) en forma de placa orientados entre sí en un proceso de activación de celda de la batería (40) secundaria y presionar la batería (40) secundaria desde lados opuestos, comprendiendo la plantilla (100) de presurización:
un par de miembros (110, 120) en forma de placa, teniendo cada miembro (110, 120) en forma de placa:
una pluralidad de salientes (130) separados entre sí en una superficie del mismo, estando configurados los salientes (130) para estar en contacto con la batería (40) secundaria cuando los miembros (110, 120) en forma de placa se presionan y se ponen en contacto con la batería (40) secundaria;
caracterizado por
una unidad de calentamiento configurada para calentar las proyecciones (130) formadas en los miembros (110, 120) en forma de placa,
en el que la pluralidad de salientes (130) formados en los miembros (110, 120) en forma de placa está formada en una estructura de patrón de puntos.
2. La plantilla (100) de presurización de la reivindicación 1, en la que, en cada uno de los salientes (130) formados en los miembros (110, 120) en forma de placa, una forma en sección transversal paralela al miembro (110, 120) en forma de placa tiene forma circular, elíptica o n-gonal (n es un número entero de 3 o más).
3. La plantilla (100) de presurización de la reivindicación 1, en la que, en cada uno de los salientes (130) formados en los miembros (110, 120) en forma de placa, un diámetro inferior de un lado en contacto con el miembro (110, 120) en forma de placa es igual o mayor que un diámetro superior de un lado en contacto con la batería (40) secundaria, a partir de una forma de sección transversal paralela al miembro (110, 120) en forma de placa.
4. La plantilla (100) de presurización de la reivindicación 3, en la que, en cada uno de los salientes (130) formados en los miembros (110, 120) en forma de placa, una forma de sección transversal perpendicular al miembro (110, 120) en forma de placa tiene forma rectangular, triangular, semicircular o trapezoidal.
5. La plantilla (100) de presurización de la reivindicación 1, en la que los diámetros promedio de los salientes (130) respectivos son iguales.
6. La plantilla (300) de presurización de la reivindicación 1, en la que los salientes (331) con un primer diámetro promedio y los salientes (332) con un segundo diámetro promedio se mezclan dentro del patrón de puntos, y una relación entre el primer diámetro promedio y el segundo diámetro promedio está en un intervalo de 2 a 100.
7. La plantilla (300) de presurización de la reivindicación 6, en la que una relación de un área de formación de los salientes (331) que tienen el primer diámetro promedio y un área de formación de los salientes (332) que tienen el segundo diámetro promedio está en un intervalo de 0,1 a 1.5.
8. La plantilla (100) de presurización de la reivindicación 1, en la que la unidad de calentamiento incluye una bobina de calentamiento montada en el miembro (110, 120) en forma de placa.
9. Un procedimiento para fabricar una batería (40) secundaria, comprendiendo el procedimiento una etapa de activación de celda para realizar un proceso de activación de celda en una batería (40) secundaria mientras se calienta y se presiona con la plantilla (100) de presurización según por lo menos una de las reivindicaciones anteriores.
10. El procedimiento de la reivindicación 9, que además comprende, después de la etapa de activación de celda, una etapa de desgasificación para eliminar el gas dentro de la batería (40) secundaria al presurizar la batería (40) secundaria activada por la celda.
11. El procedimiento de la reivindicación 10, en el que la etapa de desgasificación se realiza al introducir la batería (40) secundaria entre un par de miembros (110, 120) en forma de placa orientados entre sí y presionar la batería (40) secundaria desde lados opuestos.
12. El procedimiento de la reivindicación 10, en el que la etapa de desgasificación se realiza al presionar con rodillo la batería secundaria (60) en una dirección.
13. El procedimiento de la reivindicación 9, en el que la batería (40) secundaria es una batería secundaria de tipo bolsa.
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