ES2980601T3 - Electrodo negativo y batería secundaria que incluye el mismo - Google Patents

Electrodo negativo y batería secundaria que incluye el mismo Download PDF

Info

Publication number
ES2980601T3
ES2980601T3 ES20769375T ES20769375T ES2980601T3 ES 2980601 T3 ES2980601 T3 ES 2980601T3 ES 20769375 T ES20769375 T ES 20769375T ES 20769375 T ES20769375 T ES 20769375T ES 2980601 T3 ES2980601 T3 ES 2980601T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
negative electrode
active material
binder
weight
rubber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES20769375T
Other languages
English (en)
Inventor
Young Jae Kim
Jung Woo Yoo
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Energy Solution Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LG Energy Solution Ltd filed Critical LG Energy Solution Ltd
Application granted granted Critical
Publication of ES2980601T3 publication Critical patent/ES2980601T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/386—Silicon or alloys based on silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621—Binders
    • H01M4/622—Binders being polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

La presente invención se refiere a un electrodo negativo que comprende: un colector de corriente de electrodo negativo; y una capa de material activo de electrodo negativo formada sobre el colector de corriente de electrodo negativo, conteniendo la capa de material activo de electrodo negativo un material activo a base de silicio y un aglutinante de electrodo negativo, en donde el aglutinante de electrodo negativo comprende un aglutinante a base de agua y un aglutinante a base de caucho en una relación de peso de 82:18 a 88:12 y el aglutinante a base de agua contiene al menos uno seleccionado del grupo que consiste en alcohol polivinílico, ácido poliacrílico, polietilenglicol, poliacrilonitrilo y poliacrilamida. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Electrodo negativo y batería secundaria que incluye el mismo
Campo técnico
Referencia cruzada a solicitudes relacionadas
Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud de patente coreana n.° 10-2019-0028273, presentada el 12 de marzo de 2019, ante la Oficina Surcoreana de Propiedad Intelectual.
Campo técnico
La presente invención se refiere a un electrodo negativo y a una batería secundaria que incluye el mismo.
Antecedentes de la técnica
Recientemente, la demanda de una batería secundaria pequeña y ligera que tenga una capacidad relativamente alta está aumentando rápidamente debido a la rápida propagación de dispositivos electrónicos que usan baterías, tales como teléfonos móviles, ordenadores portátiles, vehículos eléctricos, y similares. Particularmente, una batería secundaria de litio es ligera y tiene una alta densidad de energía y, por tanto, está atrayendo la atención como fuente de alimentación de accionamiento para dispositivos portátiles. Por tanto, se han realizado activamente esfuerzos de investigación y desarrollo para mejorar el rendimiento de una batería secundaria de litio.
Normalmente, una batería secundaria de litio incluye un electrodo positivo, un electrodo negativo, un separador interpuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, un electrolito, un disolvente orgánico, y similares. Además, un electrodo positivo y un electrodo negativo pueden tener una capa de material activo que incluye un material activo de electrodo positivo o un material activo de electrodo negativo sobre un colector de corriente. En el electrodo positivo, como material activo de electrodo positivo se usa un óxido metálico que contiene litio tal como LiCoO<2>o LiMn<2>O<4>y, por consiguiente, en el electrodo negativo, como material activo de electrodo negativo se usa un material activo a base de carbono o un material activo a base de silicio que no contiene litio.
Particularmente, entre los materiales activos de electrodo negativo, un material activo a base de silicio está atrayendo la atención porque tiene una capacidad aproximadamente 10 veces mayor que la de un material activo a base de carbono, y debido a la alta capacidad del mismo, el material activo a base de silicio tiene la ventaja de que es capaz de lograr una alta densidad de energía incluso con un electrodo delgado. Sin embargo, un material activo a base de silicio no se usa universalmente debido al problema de la expansión de volumen según la carga/descarga y al deterioro en las propiedades de vida útil provocado por la misma.
Por tanto, existe una demanda para el desarrollo de una batería secundaria capaz de mejorar las propiedades de vida útil al tiempo que implementa la alta capacidad y la alta densidad de energía de un material activo a base de silicio.
La patente coreana abierta a consulta por el público n.° 10-2017-0074030 se refiere a un material activo de electrodo negativo para una batería secundaria de litio, a un método para preparar el mismo y a una batería secundaria de litio que incluye el mismo, y divulga un material activo de electrodo negativo que incluye un material compuesto de silicio-carbono poroso. Sin embargo, hay una limitación a la hora de resolver los problemas mencionados anteriormente. Huang Qianyeet al.divulgan, en “Novel Binary Binder PAA-SBR towards Silicon Anodes in Li-Ion batteries”, ECS Meeting Abstracts, 24 de junio de 2016, sistemas de aglutinantes que incluyen PAA-SBR en una razón en masa de 2:1 y una razón en masa de 5:1. El documento US 2010/129704 A1 divulga un electrodo negativo de Si que incluye PAN y PVDF en una razón de 8,1. El documento EP 2071 651 A1 divulga electrodos negativos que comprenden aleaciones de Si-Al, PAA, PVA y SBR.
[Documento de la técnica anterior]
[Documento de patente]
Publicación de patente coreana abierta a consulta por el público n.° 10-2017-0074030
Divulgación de la invención
Problema técnico
Un aspecto de la presente invención proporciona un electrodo negativo capaz de implementar propiedades de vida útil mejoradas.
Otro aspecto de la presente invención proporciona un electrodo negativo capaz de implementarse como una película delgada.
Aún otro aspecto de la presente invención proporciona una batería secundaria que incluye el electrodo negativo descrito anteriormente.
Solución técnica
La invención se divulga en las reivindicaciones adjuntas.
Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un electrodo negativo que incluye un colector de corriente de electrodo negativo y una capa de material activo de electrodo negativo formada sobre el colector de corriente de electrodo negativo, en el que la capa de material activo de electrodo negativo incluye un material activo a base de silicio y un aglutinante de electrodo negativo, en el que el aglutinante de electrodo negativo incluye un aglutinante acuoso y un aglutinante a base de caucho en una razón en peso de 82:18 a 88:12, y el aglutinante acuoso incluye poli(alcohol vinílico) y poli(ácido acrílico).
Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona una batería secundaria que incluye el electrodo negativo descrito anteriormente, un electrodo positivo opuesto al electrodo negativo, un separador interpuesto entre el electrodo negativo y el electrodo positivo, y un electrolito.
Efectos ventajosos
Un electrodo negativo de la presente invención usa un aglutinante de electrodo negativo que incluye un aglutinante acuoso y un aglutinante a base de caucho específicos en una razón en peso específica, de modo que puede minimizarse la expansión de volumen de un material activo a base de silicio para mejorar las propiedades de vida útil, y puede implementarse un electrodo de película delgada que es delgado al tiempo que se satisface la densidad de energía requerida.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un gráfico que muestra la evaluación de la tasa de retención de capacidad de una batería secundaria de cada uno de los ejemplos 1 a 3 y los ejemplos comparativos 1 a 5.
Modo para llevar a cabo la invención
Se entenderá que las expresiones o los términos usados en la memoria descriptiva y las reivindicaciones de la presente invención no deben interpretarse como limitados a tener el significado definido en los diccionarios de uso común. Se entenderá además que debe interpretarse que las expresiones o los términos tienen significados que sean compatibles con sus significados en el contexto de la técnica relevante y la idea técnica de la invención, basándose en el principio de que un inventor puede definir de manera apropiada el significado de las expresiones o los términos para explicar mejor la invención.
La terminología que se usa en el presente documento tiene el propósito de describir realizaciones a modo de ejemplo particulares únicamente y no se pretende que sea limitativa de la presente invención. Los términos de forma singular pueden incluir formas plurales a menos que el contexto indique claramente lo contrario.
En la presente memoria descriptiva, debe entenderse que se pretende que los términos “incluir”, “comprender” o “tener” especifiquen la presencia de características, números, etapas, elementos o combinaciones de los mismos indicados, pero no excluyen la presencia o adición de una o más características, números, etapas, elementos adicionales o combinaciones de los mismos.
En la presente memoria descriptiva, un diámetro de partícula promedio (D50) puede definirse como un diámetro de partícula correspondiente al 50 % de la acumulación de volumen en una curva de distribución de diámetro de partícula de una partícula. El diámetro de partícula promedio (D50) puede medirse, por ejemplo, mediante un método de difracción láser. El método de difracción láser generalmente permite medir el diámetro de una partícula desde una región submicrónica hasta varios milímetros, de modo que pueden obtenerse resultados de alta reproducibilidad y alta resolución.
A continuación en el presente documento, la presente invención se describirá en más detalle.
<Electrodo negativo>
La presente invención se refiere a un electrodo negativo, y más específicamente, a un electrodo negativo para una batería secundaria de litio.
El electrodo negativo de la presente invención incluye un colector de corriente de electrodo negativo y una capa de material activo de electrodo negativo formada sobre el colector de corriente de electrodo negativo, en el que la capa de material activo de electrodo negativo incluye un material activo a base de silicio y un aglutinante de electrodo negativo, en el que el aglutinante de electrodo negativo incluye un aglutinante acuoso y un aglutinante a base de caucho en una razón en peso de 82:18 a 88:12, y el aglutinante acuoso incluye poli(alcohol vinílico) y poli(ácido acrílico).
Normalmente, se sabe que un material activo a base de silicio tiene una capacidad aproximadamente 10 veces mayor que la de un material activo a base de carbono y, por consiguiente, cuando el material activo a base de silicio se aplica a un electrodo negativo, se espera que pueda implementarse un electrodo de película delgada que es delgado pero tiene un alto nivel de densidad de energía. Sin embargo, el material activo a base de silicio presenta el problema de expansión/contracción de volumen debido a la intercalación/desintercalación de litio según la carga y descarga y, por consiguiente, no es fácil de usar universalmente el material activo a base de silicio.
Cuando el electrodo negativo de la presente invención usa un material activo a base de silicio, una capa de material activo de electrodo negativo incluye un aglutinante de electrodo negativo que tiene un aglutinante acuoso y un aglutinante a base de caucho específicos en una razón en peso específica. El aglutinante acuoso presenta una fuerte tensión y puede suprimir la expansión de volumen según la carga y descarga del material activo a base de silicio, y el aglutinante a base de caucho puede aliviar la fuerte tensión del aglutinante acuoso a un determinado nivel e impedir el problema de flexión de la capa de material activo de electrodo negativo debido al uso del aglutinante acuoso. Por consiguiente, el electrodo negativo de la presente invención puede resolver el problema de expansión de volumen del material activo a base de silicio, mejorando de ese modo el rendimiento de vida útil de una batería e implementando una alta capacidad y, al mismo tiempo, puede implementar un electrodo negativo de película delgada que tiene una alta densidad de energía.
El colector de corriente de electrodo negativo no está particularmente limitado siempre que tenga conductividad sin provocar ningún cambio químico en la batería. Específicamente, como colector de corriente de electrodo negativo puede usarse cobre, acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio, carbono cocido, cobre o acero inoxidable cuya superficie se trata con uno de carbono, níquel, titanio, plata, y similares, una aleación de aluminio-cadmio, y similares.
El colector de corriente de electrodo negativo normalmente puede tener un grosor de 3 |im a 100 |im, preferiblemente de 4 |im a 40 |im, para la implementación de un electrodo negativo delgado.
El colector de corriente de electrodo negativo puede tener irregularidades microscópicas formadas sobre la superficie del mismo para mejorar la adhesión del material activo de electrodo negativo. Por ejemplo, el colector de corriente de electrodo negativo puede usarse en diversas formas tales como una película, una lámina, una hoja, una red, un cuerpo poroso, una espuma y un cuerpo no tejido.
La capa de material activo de electrodo negativo se forma sobre el colector de corriente de electrodo negativo. La capa de material activo de electrodo negativo incluye un material activo a base de silicio.
El material activo a base de silicio puede incluir un compuesto representado por SiOx (0<x<2). Dado que el SiO2 no reacciona con los iones de litio, no pudiendo de ese modo almacenar litio, es preferible que x esté en el intervalo anterior.
Específicamente, el material activo a base de silicio puede incluir Si. Normalmente, el Si es ventajoso porque la capacidad del mismo es aproximadamente de 2,5 a 3 veces mayor que la de un óxido de silicio (por ejemplo, SiOx (0<x<2)).
Sin embargo, la expansión/contracción de volumen debido a la carga y descarga de Si es mucho mayor que la de un óxido de silicio, de modo que no es fácil de comercializar el Si. Sin embargo, en la presente invención, se usa un aglutinante de electrodo negativo que se describirá más adelante, de modo que puede resolverse eficazmente el problema del deterioro en las propiedades de vida útil provocado por la expansión de volumen de un material activo a base de silicio, y pueden implementarse más preferiblemente las ventajas del material activo a base de silicio, tales como capacidad y densidad de energía altas.
El diámetro de partícula promedio (D50) del material activo a base de silicio puede ser de 1 a 10 |im, preferiblemente de 2 |im a 6 |im, en cuanto a garantizar la estabilidad estructural del material activo durante la carga y descarga, formar con menos problemas una red conductora para mantener la conductividad eléctrica o facilitar el acceso al aglutinante de electrodo negativo para unir el material activo y el colector de corriente.
El material activo a base de silicio puede incluirse en la capa de material activo de electrodo negativo en una cantidad del 60 % en peso al 90 % en peso, preferiblemente del 65 % en peso al 75 % en peso, en cuanto a implementar suficientemente la alta capacidad del material activo a base de silicio en la batería secundaria.
La capa de material activo de electrodo negativo incluye un aglutinante de electrodo negativo. El aglutinante de electrodo negativo incluye un aglutinante acuoso y un aglutinante a base de caucho.
El aglutinante acuoso puede disolverse en un disolvente acuoso tal como agua, e incluye poli(alcohol vinílico) (PVA) y poli(ácido acrílico) (PAA).
El aglutinante acuoso tiene propiedades hidrófilas y, normalmente, no se disuelve en un electrolito o una disolución de electrolito habitualmente usados en una batería secundaria. Las propiedades pueden impartir una fuerte tensión o una fuerte resistencia a la tracción al aglutinante acuoso cuando se aplica a un electrodo negativo o a una batería secundaria y, por consiguiente, puede suprimirse eficazmente el problema de expansión/contracción de volumen según la carga y descarga de un material activo a base de silicio.
Por otro lado, dado que un aglutinante acuoso presenta una fuerte tensión, cuando el aglutinante acuoso se usa solo, existe el riesgo de flexión de un electrodo negativo, grietas provocadas por la flexión y deterioro en las propiedades de vida útil. Un aglutinante a base de caucho puede disolverse bien en un electrolito o una disolución de electrolito habitualmente usados en una batería secundaria, de modo que cuando se usa junto con un aglutinante acuoso, puede aliviarse la tensión del aglutinante acuoso a un determinado nivel. Por tanto, mediante el uso de un aglutinante de electrodo negativo que incluye el aglutinante acuoso y el aglutinante a base de caucho en una razón en peso específica, el electrodo negativo de la presente invención puede mejorar las propiedades de vida útil resolviendo eficazmente el problema de expansión/contracción de volumen de un material activo a base de silicio, y puede implementar un electrodo negativo que es delgado pero tiene una alta densidad de energía resolviendo el problema de flexión que se produce cuando se fabrica un electrodo negativo de película delgada.
El aglutinante de electrodo negativo incluye el aglutinante acuoso y el aglutinante a base de caucho en una razón en peso de 82:18 a 88:12.
Cuando el aglutinante de electrodo negativo incluye el aglutinante acuoso en una cantidad de menos del 82 % en peso y el aglutinante a base de caucho en una cantidad de más del 18 % en peso, no es posible unir fuertemente un material activo a base de silicio, de modo que no puede controlarse eficazmente el problema de expansión/contracción de volumen según la carga y descarga de un material activo. Cuando el aglutinante de electrodo negativo incluye el aglutinante acuoso en una cantidad de más del 88 % en peso y el aglutinante a base de caucho en una cantidad de menos del 12 % en peso, el contenido del aglutinante acuoso es demasiado alto, intensificando de ese modo el problema de flexión cuando se fabrica un electrodo negativo de película delgada, de modo que existe el riesgo de defectos de producto y deterioro en el rendimiento de vida útil, y no es preferible porque puede aumentar la resistencia del electrodo negativo debido a las propiedades de que un aglutinante acuoso no se disuelva bien en un electrolito.
El aglutinante de electrodo negativo puede incluir el aglutinante acuoso y el aglutinante a base de caucho preferiblemente en una razón en peso de 82:18 a 88:12, más preferiblemente de 83,5:16,5 a 86,5:13,5, y cuando se encuentra en el intervalo anterior, pueden lograrse más preferiblemente la mejora de las propiedades de vida útil cuando un material activo a base de silicio se aplica a un electrodo negativo y la implementación de un electrodo negativo de película delgada.
El aglutinante acuoso puede disolverse en un disolvente acuoso tal como agua, e incluye poli(alcohol vinílico) y poli(ácido acrílico). Cuando el aglutinante acuoso incluye poli(alcohol vinílico) y poli(ácido acrílico), pueden implementarse de una mejor manera las ventajas descritas anteriormente de un aglutinante acuoso. Específicamente, el aglutinante acuoso puede incluir poli(alcohol vinílico) y poli(ácido acrílico) en una razón en peso de 50:50 a 90:10, preferiblemente en una razón en peso de 55:45 a 80:20.
El aglutinante acuoso puede incluir aquellos que tienen un hidrógeno en el aglutinante acuoso sustituido por Li, Na o Ca, en cuanto a facilitar la dispersión en un disolvente acuoso tal como agua cuando se prepara una suspensión para formar una capa de material activo de electrodo negativo y mejorar la fuerza de unión recubriendo con menos problemas el material activo.
El aglutinante acuoso puede tener un peso molecular promedio en peso de 250.000 g/mol a 500.000 g/mol, preferiblemente de 350.000 g/mol a 400.000 g/mol, y cuando tiene un peso molecular promedio en peso en el intervalo anterior, es preferible porque el aglutinante acuoso tiene un nivel apropiado de viscosidad y se dispersa bien en un disolvente o similar.
El aglutinante a base de caucho es un material diferente del aglutinante acuoso, y puede definirse como que no se disuelve bien en un disolvente acuoso tal como agua, pero se dispersa sin problemas en un disolvente acuoso. Específicamente, el aglutinante a base de caucho puede incluir al menos uno seleccionado del grupo que consiste en caucho de estireno-butadieno (SBR), caucho de nitrilo-butadieno hidrogenado (HNBR), caucho de acrilonitrilobutadieno, caucho acrílico, caucho butílico y caucho fluorado, preferiblemente, en cuanto a una fácil dispersión y una estabilidad de fase excelente, al menos uno seleccionado del grupo que consiste en caucho de estireno-butadieno y caucho de nitrilo-butadieno hidrogenado, más preferiblemente caucho de estireno-butadieno.
Preferiblemente, el aglutinante acuoso puede incluir al menos uno seleccionado del grupo que consiste en poli(alcohol vinílico) y poli(ácido acrílico), y el aglutinante a base de caucho puede incluir al menos uno seleccionado del grupo que consiste en caucho de estireno-butadieno y caucho de nitrilo-butadieno hidrogenado. Preferiblemente, el aglutinante acuoso puede incluir poli(alcohol vinílico) y poli(ácido acrílico), y el aglutinante a base de caucho puede incluir caucho de estireno-butadieno. Un aglutinante de electrodo negativo que incluye el aglutinante acuoso y el aglutinante a base de caucho puede controlar suficientemente la expansión/contracción de volumen de un material activo a base de silicio e impartir una excelente flexibilidad y, por tanto, es preferible.
El aglutinante de electrodo negativo puede incluirse en la capa de material activo de electrodo negativo en una cantidad del 10% en peso al 30% en peso, preferiblemente del 15% en peso al 25% en peso, y cuando se encuentra en el intervalo anterior, puede minimizarse el problema de la expansión de volumen de un material activo mediante la unión mejorada al material activo a base de silicio y, al mismo tiempo, puede facilitarse la dispersión del aglutinante cuando se prepara una suspensión para formar una capa de material activo de electrodo negativo y pueden mejorarse las propiedades de recubrimiento y la estabilidad de fase de una suspensión.
En la presente invención, cuando se mide una altura de flexión mediante el siguiente método, la altura de flexión de una película de aglutinante preparada con el aglutinante de electrodo negativo puede ser de 1 cm o menos:
Una etapa de preparar una disolución para formar una película de aglutinante mediante la adición de 2 g del aglutinante de electrodo negativo a agua destilada de manera que el contenido de sólidos es del 15 % en peso; Una etapa de aplicar la disolución para formar una película de aglutinante a un área de 10 cm * 10 cm en un sustrato de Teflon cuadrado que tiene un tamaño de 10 cm * 10 cm;
Una etapa de secar la disolución aplicada para formar una película de aglutinante a 60 °C durante 48 horas para preparar la película de aglutinante que incluye un vértice separado del sustrato de Teflon;
Una etapa de definir, como altura de flexión, una distancia vertical máxima entre la película de aglutinante separada del sustrato de Teflon y el sustrato de Teflon, cuando el vértice separado del sustrato de Teflon se prensa verticalmente hacia abajo contra el sustrato de Teflon con una fuerza de 3 kgf.
Cuando la altura de flexión de la película de aglutinante es de 1 cm o menos, puede suprimirse la expansión/contracción de volumen de un aglutinante según la carga y descarga de un material activo a base de silicio, y puede resolverse eficazmente el problema de flexión que se produce cuando se fabrica un electrodo negativo de película delgada. Preferiblemente, la altura de flexión puede ser de 0,6 cm o menos, más preferiblemente de 0,35 cm a 0,6 cm, incluso más preferiblemente de 0,46 cm a 0,55 cm, en cuanto a controlar sin problemas la expansión/contracción de volumen de un material activo a base de silicio mediante el uso de un aglutinante de electrodo negativo en una capa de material activo.
Un sustrato de Teflon tiene una baja adhesión a un aglutinante de electrodo negativo. Cuando se seca la disolución para formar una película de aglutinante aplicada sobre el sustrato de Teflon, debido a la tensión del aglutinante de electrodo negativo, al menos dos vértices, específicamente cuatro vértices, de la película de aglutinante pueden separarse de un vértice del sustrato de Teflon. Por consiguiente, cuando un vértice de una película de aglutinante separado del sustrato de Teflon se prensa verticalmente hacia abajo contra el sustrato de Teflon, se mide una distancia vertical máxima entre la película de aglutinante separada del sustrato de Teflon y el sustrato de Teflon, y la distancia medida se define como altura de flexión. Por ejemplo, cuando un vértice de la película de aglutinante separado del sustrato de Teflon se prensa verticalmente hacia abajo contra el sustrato de Teflon, el otro vértice de la película de aglutinante, específicamente el otro vértice en la dirección diagonal del vértice, se mueve verticalmente hacia arriba del sustrato de Teflon y, en este momento, puede definirse una distancia mínima entre el otro vértice y el sustrato de Teflon como distancia vertical máxima entre la película de aglutinante y el sustrato de Teflon.
La distancia mínima puede definirse como distancia entre el otro vértice de la película de aglutinante y un vértice del sustrato de Teflon opuesto al otro vértice.
La capa de material activo de electrodo negativo puede incluir además un material conductor de electrodo negativo además del material activo a base de silicio y el aglutinante de electrodo negativo descritos anteriormente.
El material conductor de electrodo negativo puede usarse para ayudar a y mejorar la conductividad en la batería secundaria, y no está particularmente limitado siempre que tenga conductividad sin provocar ningún cambio químico. Específicamente, el material conductor de electrodo negativo puede incluir grafito tal como grafito natural o grafito artificial; un material a base de carbono tal como negro de carbono, negro de acetileno, negro de Ketjen, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara y negro térmico; fibra conductora tal como fibra de carbono y fibra de metal; un tubo conductor tal como un nanotubo de carbono; fluorocarbono; polvo de metal tal como polvo de aluminio y polvo de níquel; una fibra corta monocristalina conductora tal como óxido de zinc y titanato de potasio; un óxido de metal conductor tal como óxido de titanio; y un derivado de polifenileno, y puede incluir preferiblemente negro de carbono en cuanto a implementar una alta conductividad.
En cuanto a facilitar la dispersión del material conductor de electrodo negativo cuando se prepara una suspensión para formar una capa de material activo de electrodo negativo y mejorar adicionalmente la conductividad eléctrica, el área de superficie específica del material conductor de electrodo negativo puede ser de 80 m2/g a 200 m2/g, preferiblemente de 100 m2/g a 150 m2/g.
El material conductor de electrodo negativo puede incluirse en la capa de material activo de electrodo negativo en una cantidad del 5% en peso al 20% en peso, preferiblemente del 7% en peso al 15% en peso, y cuando se encuentra en el intervalo anterior, es preferible en cuanto a ser capaz de formar una excelente red conductora al tiempo que se alivia el aumento en la resistencia debido al aglutinante de electrodo negativo.
La capa de material activo de electrodo negativo tiene una excelente fuerza de unión a un material activo a base de silicio debido al aglutinante de electrodo negativo descrito anteriormente, y puede implementar un electrodo negativo de película delgada que tiene una alta densidad de energía. Específicamente, el grosor de la capa de material activo de electrodo negativo puede ser de 10 |im a 40 |im, preferiblemente de 20 |im a 30 |im.
La porosidad del electrodo negativo puede ser del 37 % al 45 %, preferiblemente del 38 % al 41 %, y cuando se encuentra en el intervalo anterior, es preferible porque puede mejorarse la conductividad manteniendo el grado de contacto entre materiales activos a un nivel apropiado al tiempo que admite adecuadamente la expansión/contracción de volumen del material activo a base de silicio.
En la presente memoria descriptiva, la porosidad del electrodo negativo puede calcularse mediante la ecuación 1 a continuación.
[Ecuación 1]
Porosidad de electrodo negativo (%) = {1-(densidad real de electrodo negativo/densidad de electrodo del electrodo negativo)} x 100
En la ecuación 1 anterior, la densidad real de un electrodo negativo es una densidad de una capa de material activo de electrodo negativo medida recogiendo el electrodo negativo a un tamaño determinado y luego prensando el electrodo negativo recogido con un equipo de prensado hasta que el grosor del electrodo negativo no cambie, y la densidad de electrodo de un electrodo negativo es una densidad de una capa de material activo de electrodo negativo medida recogiendo el electrodo negativo a un tamaño determinado.
El electrodo negativo puede fabricarse recubriendo con una suspensión de electrodo negativo que incluye un material activo de electrodo negativo, un aglutinante de electrodo negativo y, selectivamente, un material conductor de electrodo negativo y/o un disolvente para formar una suspensión de electrodo negativo sobre el colector de corriente de electrodo negativo, seguido de secado y prensado con rodillo.
El disolvente para formar una suspensión de electrodo negativo puede incluir, por ejemplo, al menos uno seleccionado del grupo que consiste en agua destilada, etanol, metanol y alcohol isopropílico, preferiblemente agua destilada, en cuanto a facilitar la dispersión del material activo de electrodo negativo, el aglutinante de electrodo negativo y/o el material conductor de electrodo negativo.
El disolvente para formar una suspensión de electrodo negativo puede incluirse en la suspensión de electrodo negativo en una cantidad de manera que la concentración de un sólido que incluye el material activo de electrodo negativo, el aglutinante de electrodo negativo y, selectivamente, el material conductor de electrodo negativo sea del 15 % en peso al 45 % en peso, preferiblemente del 20 % en peso al 30 % en peso, más preferiblemente del 24 % en peso al 27 % en peso, teniendo en cuenta la viscosidad, las propiedades de recubrimiento y la dispersibilidad de la suspensión de electrodo negativo.
<Batería secundaria>
La presente invención proporciona una batería secundaria que incluye el electrodo negativo descrito anteriormente, específicamente, una batería secundaria de litio.
Específicamente, la batería secundaria según la presente invención incluye el electrodo negativo descrito anteriormente, un electrodo positivo opuesto al electrodo negativo, un separador interpuesto entre el electrodo negativo y el electrodo positivo, y un electrolito.
El electrodo positivo puede incluir un colector de corriente de electrodo positivo y una capa de material activo de electrodo positivo formada sobre el colector de corriente de electrodo positivo.
El colector de corriente de electrodo positivo no está particularmente limitado siempre que tenga conductividad sin provocar ningún cambio químico en la batería. Específicamente, como colector de corriente de electrodo positivo puede usarse cobre, acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio, carbono cocido, cobre o acero inoxidable cuya superficie se trata con uno de carbono, níquel, titanio, plata, y similares, una aleación de aluminio-cadmio, y similares.
El colector de corriente de electrodo positivo normalmente puede tener un grosor de 3 |im a 500 |im.
El colector de corriente de electrodo positivo puede tener irregularidades microscópicas formadas sobre la superficie del mismo para mejorar la adhesión del material activo de electrodo positivo. Por ejemplo, el colector de corriente de electrodo positivo puede usarse en diversas formas tales como una película, una lámina, una hoja, una red, un cuerpo poroso, una espuma y un cuerpo no tejido.
La capa de material activo de electrodo positivo puede incluir un material activo de electrodo positivo.
El material activo de electrodo positivo es un compuesto capaz de realizar la intercalación y desintercalación reversibles de litio y, específicamente, puede incluir un óxido compuesto de litio-metal de transición que incluye al menos un metal de transición seleccionado del grupo que consiste en níquel, cobalto, manganeso y aluminio, y litio, preferiblemente un óxido compuesto de litio-metal de transición que incluye un metal de transición que contiene níquel, cobalto o manganeso, y litio.
Más específicamente, el óxido compuesto de litio-metal de transición puede ser un óxido a base de litio-manganeso (por ejemplo, LiMnO2, LiMn2O4, etc.), un óxido a base de litio-cobalto (por ejemplo, LiCoO2, etc.), un óxido a base de litio-níquel (por ejemplo, LiNiO2, etc.), un óxido a base de litio-níquel-manganeso (por ejemplo, LiNh_YMnYO2 (en el que 0<Y<1), LiMn2-zNizO4 (en el que 0<Z<2), etc.), un óxido a base de litio-níquel-cobalto (por ejemplo, LiNi<1>-<y>1C<oy>1O2 (en el que 0<Y1<1), etc.), un óxido a base de litio-manganeso-cobalto (por ejemplo, LiCo1-Y2MnY2O2 (en el que 0<Y2<1), LiMn2-z1Coz1O4 (en el que 0<Z1<2), etc.), un óxido a base de litio-níquel-manganeso-cobalto (por ejemplo, Li(NipCoqMnri)O2 (en el que 0<p<1, 0<q<1, 0<r1<1, p+q+r1=1) o Li(Nip1Coq1Mnr2)O4 (en el que 0<p1<2, 0<q1<2, 0<r2<2, p1+q1+r2=2), etc.) o un óxido de litio-níquel-cobalto-metal de transición (M) (por ejemplo, Li(Nip2Coq2Mnr3AS2)O2 (en el que M se selecciona del grupo que consiste en Al, Fe, V, Cr, Ti, Ta, Mg y Mo, y p2, q2, r3 y s2 son, cada uno, una fracción atómica de los elementos independientes, y 0<p2<1, 0<q2<1, 0<r3<1, 0<s2<1, p2+q2+r3+s2=1), etc.), y similares, y puede incluirse uno cualquiera de los mismos o un compuesto de dos o más de los mismos. Entre estos, en cuanto a ser capaz de aumentar la capacidad y la estabilidad de una batería, el óxido compuesto de litio-metal de transición puede ser LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2, un óxido de litio níquel-manganeso-cobalto (por ejemplo, Li(Ni0,6Mn0,2Co0,2)O2, Li(Ni<0,5>Mn<0,3>Co<0,2>)O<2>, Li(Ni<0,7>Mn<0,15>Co<0,15>)O<2>o Li(Ni0,8Mn0,1Co0,1)O2, etc.) o un óxido de litio-níquel-cobalto-aluminio (por ejemplo, Li(Ni0,8Co0,15Al0,05)O2, etc.), y similares. Teniendo en cuenta un efecto de mejora considerable según el control del tipo y la razón de contenido de los elementos constituyentes que forman un óxido compuesto de litio-metal de transición, el óxido compuesto de litio-metal de transición puede ser Li(Ni0,6Mn0,2Co0,2)O2, Li(Ni<0,5>Mn<0,3>Co<0,2>)O<2>, Li(Ni<0,7>Mn<0,15>Co<0,15>)O<2>o Li(Ni0,8Mn0,1Co0,1)O2, y similares, y puede usarse uno cualquiera de los mismos o una mezcla de dos o más de los mismos.
El material activo de electrodo positivo puede incluirse en la capa de material activo de electrodo positivo en una cantidad del 80% en peso al 99% en peso, preferiblemente del 92% en peso al 98,5% en peso, teniendo en cuenta el ejercicio de una capacidad suficiente del material activo de electrodo positivo.
La capa de material activo de electrodo positivo puede incluir además un aglutinante de electrodo positivo y/o un material conductor de electrodo positivo además del material activo de electrodo positivo descrito anteriormente. El aglutinante de electrodo positivo es un componente para ayudar en la unión de un material activo, un material conductor, y similares, y en la unión a un colector de corriente y, específicamente, puede incluir al menos uno seleccionado del grupo que consiste en poli(fluoruro de vinilideno), poli(alcohol vinílico), carboximetilcelulosa (CMC), almidón, hidroxipropilcelulosa, celulosa regenerada, polivinilpirrolidona, politetrafluoroetileno, polietileno, polipropileno, un monómero de etileno-propileno-dieno (EPDM), un EPDM sulfonado, caucho de estireno-butadieno y caucho fluorado, preferiblemente poli(fluoruro de vinilideno).
El aglutinante de electrodo positivo puede incluirse en la capa de material activo de electrodo positivo en una cantidad del 1 % en peso al 20% en peso, preferiblemente del 1,2% en peso al 10% en peso, en cuanto a garantizar una fuerza de unión suficiente entre componentes tales como un material activo de electrodo positivo. El material conductor de electrodo positivo puede usarse para ayudar a y mejorar la conductividad en la batería secundaria, y no está particularmente limitado siempre que tenga conductividad sin provocar ningún cambio químico. Específicamente, el material conductor de electrodo positivo puede incluir grafito tal como grafito natural o grafito artificial; un material a base de carbono tal como negro de carbono, negro de acetileno, negro de Ketjen, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara y negro térmico; fibra conductora tal como fibra de carbono y fibra de metal; un tubo conductor tal como un nanotubo de carbono; polvo de metal tal como polvo de fluorocarbono, polvo de aluminio y polvo de níquel; una fibra corta monocristalina conductora tal como óxido de zinc y titanato de potasio; un óxido de metal conductor tal como óxido de titanio; y un derivado de polifenileno, y puede incluir preferiblemente negro de carbono en cuanto a mejorar la conductividad.
En cuanto a facilitar la dispersión del material conductor de electrodo positivo cuando se prepara una suspensión para formar una capa de material activo de electrodo positivo y mejorar adicionalmente la conductividad eléctrica, el área de superficie específica del material conductor de electrodo positivo puede ser de 80 m2/g a 200 m2/g, preferiblemente de 100 m2/g a 150 m2/g.
El material conductor de electrodo positivo puede incluirse en la capa de material activo de electrodo positivo en una cantidad del 1 % en peso al 20% en peso, preferiblemente del 1,2% en peso al 10% en peso, en cuanto a garantizar una conductividad eléctrica suficiente.
El grosor de la capa de material activo de electrodo positivo puede ser de 30 |im a 400 |im, preferiblemente de 50 |im a 110 |im.
El electrodo positivo puede fabricarse recubriendo con una suspensión de electrodo positivo que incluye un material activo de electrodo positivo y, selectivamente, un aglutinante de electrodo positivo, un material conductor de electrodo positivo y un disolvente para formar una suspensión de electrodo positivo sobre el colector de corriente de electrodo positivo, seguido de secado y prensado con rodillo.
El disolvente para formar una suspensión de electrodo positivo puede incluir un disolvente orgánico tal como N-metil-2-pirrolidona (NMP), y puede usarse en una cantidad de manera que se logre una viscosidad preferida cuando se incluyen el material activo de electrodo positivo y, selectivamente, el aglutinante de electrodo positivo, el material conductor de electrodo positivo, y similares. Por ejemplo, el disolvente para formar una suspensión de electrodo positivo puede incluirse en la suspensión de electrodo positivo en una cantidad de manera que la concentración de un sólido que incluye el material activo de electrodo positivo y, selectivamente, el aglutinante de electrodo positivo y el material conductor de electrodo positivo sea del 50 % en peso al 95 % en peso, preferiblemente del 70 % en peso al 90 % en peso.
El separador es para separar el electrodo negativo y el electrodo positivo y para proporcionar una trayectoria de movimiento para los iones de litio. Puede usarse cualquier separador sin particular limitación siempre que sea un separador habitualmente usado en una batería secundaria. Particularmente, es preferible un separador que tiene una excelente retención de humedad de un electrolito así como una baja resistencia al movimiento de iones en el electrolito. Específicamente, puede usarse una película polimérica porosa, por ejemplo, una película polimérica porosa fabricada usando un polímero a base de poliolefina tal como un homopolímero de etileno, un homopolímero de propileno, un copolímero de etileno/buteno, un copolímero de etileno/hexeno y un copolímero de etileno/metacrilato, o una estructura laminada que tiene dos o más capas de los mismos. Además, puede usarse un material textil no tejido poroso típico, por ejemplo, un material textil no tejido formado de fibra de vidrio que tiene un alto punto de fusión, fibra de poli(tereftalato de etileno), o similares. Además, puede usarse un separador recubierto que incluye un componente cerámico o un material polimérico para garantizar la resistencia al calor o la resistencia mecánica, y puede usarse en una estructura de una sola capa o de múltiples capas, selectivamente.
Además, el electrolito usado en la presente invención puede ser un electrolito líquido orgánico, un electrolito líquido inorgánico, un electrolito polimérico sólido, un electrolito polimérico de tipo gel, un electrolito inorgánico sólido, un electrolito inorgánico de tipo masa fundida, y similares, todos los cuales pueden usarse en la fabricación de una batería secundaria, pero no se limita a los mismos.
Específicamente, el electrolito puede incluir un disolvente orgánico y una sal de litio.
Puede usarse cualquier disolvente orgánico sin particular limitación siempre que pueda servir como medio a través del cual puedan moverse los iones implicados en una reacción electroquímica de una batería. Específicamente, como disolvente orgánico, puede usarse un disolvente a base de éster tal como acetato de metilo, acetato de etilo, y-butirolactona y g-caprolactona; un disolvente a base de éter tal como dibutil éter o tetrahidrofurano; un disolvente a base de cetona tal como ciclohexanona; un disolvente a base de hidrocarburo aromático tal como benceno y fluorobenceno; un disolvente a base de carbonato tal como carbonato de dimetilo (DMC), carbonato de dietilo (DEC), carbonato de metiletilo (MEC), carbonato de etilmetilo (EMC), carbonato de etileno (EC) y carbonato de propileno (PC); un disolvente a base de alcohol tal como alcohol etílico y alcohol isopropílico; nitrilos tales como R-CN (donde R es un grupo hidrocarbonado C2 a C20 lineal, ramificado o cíclico y puede incluir un enlace éter o anillo aromático con dobles enlaces); amidas tales como dimetilformamida; dioxolanos tales como 1,3-dioxolano; o sulfolanos. Entre los disolventes anteriores, es preferible un disolvente a base de carbonato, y es más preferible una mezcla de un carbonato cíclico (por ejemplo, carbonato de etileno o carbonato de propileno) que tiene una alta conductividad iónica y una alta constante dieléctrica, que puede aumentar el rendimiento de carga/descarga de la batería, y un compuesto a base de carbonato lineal de baja viscosidad (por ejemplo, carbonato de etilmetilo, carbonato de dimetilo o carbonato de dietilo). En este caso, el rendimiento del electrolito puede ser excelente cuando se mezclan el carbonato cíclico y el carbonato en cadena en una razón en volumen de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 1:9.
Puede usarse cualquier compuesto como sal de litio sin particular limitación siempre que pueda proporcionar los iones de litio usados en una batería secundaria de litio. Específicamente, como sal de litio, puede usarse LiPF<6>, LiClO<4>, LiAsFa, UBF4, LiSbFa, LiAlO<4>, LiAlCk UCF3SO3, UC4F9SO3, LiN(C<2>FaSO<3>)<2>, LiN(C2FaSO2)2, LiN( LiCl, Lil, LiB(C2O4)2, o similares. La sal de litio puede usarse en un intervalo de concentración de 0,1 M a 2,0 M.
Cuando la concentración de la sal de litio se encuentra en el intervalo anterior, el electrolito tiene una conductividad y una viscosidad adecuadas, mostrando de ese modo un excelente rendimiento, y los iones de litio pueden moverse eficazmente.
Según un método típico para fabricar una batería secundaria, la batería secundaria puede fabricarse interponiendo un separador entre el electrodo negativo y el electrodo positivo descritos anteriormente, y luego inyectando una disolución de electrolito en la misma.
La batería secundaria según la presente invención es útil para dispositivos portátiles tales como un teléfono móvil, un ordenador portátil y una cámara digital y en el campo de vehículos eléctricos tales como un vehículo eléctrico híbrido (HEV) y, en particular, puede usarse preferiblemente como batería componente para un módulo de batería de tamaño mediano a grande. Por tanto, la presente invención también proporciona un módulo de batería de tamaño mediano a grande que incluye la batería secundaria tal como se describió anteriormente como celda unitaria.
Un módulo de batería de tamaño mediano a grande tal como se describió anteriormente puede aplicarse preferiblemente a una fuente de alimentación que requiere una alta salida y una gran capacidad, tal como un vehículo eléctrico, un vehículo eléctrico híbrido y un dispositivo de almacenamiento de energía.
A continuación en el presente documento, se describirán en detalle los ejemplos de la presente invención de modo que los expertos en la técnica puedan llevar a cabo fácilmente la presente invención. Sin embargo, la presente invención puede realizarse de muchas formas diferentes, y no se limita a los ejemplos expuestos en el presente documento.
Ejemplos
Ejemplo 1: Fabricación de electrodo negativo
Se añadieron un material activo a base de silicio Si (diámetro de partícula promedio (D50): 3,5 |im), que es un material activo de electrodo negativo, negro de carbono (nombre de producto: Super C65, fabricante: Timcal), que es un material conductor de electrodo negativo, y un aglutinante de electrodo negativo a agua destilada, que es un disolvente para formar una suspensión de electrodo negativo, en una razón en peso de 70:10:20 para preparar una suspensión de electrodo negativo (concentración de contenido de sólidos: 25 % en peso). El aglutinante de electrodo negativo se preparó mezclando una mezcla (peso molecular promedio en peso: aproximadamente 360.000 g/mol) en la que se mezclaron poli(alcohol vinílico) (PVA) y poli(ácido acrílico) (PAA) en una razón en peso de 66:34, que es un aglutinante acuoso, y caucho de estireno-butadieno (SBR), que es un aglutinante a base de caucho, en una razón en peso de 85:15.
Con la suspensión de electrodo negativo se recubrió una superficie de un colector de corriente de cobre (grosor:
8 |im), que es un colector de corriente de electrodo negativo, con una cantidad de carga de 2,91 mg/cm<2>
(7,38 mAh/cm<2>), se prensó con rodillo y luego se secó en un horno de vacío a 130 °C durante 10 horas para formar una capa de material activo de electrodo negativo (grosor: 24 |im), que se preparó como electrodo negativo según el ejemplo 1 (grosor de electrodo negativo: 32 |im, porosidad del 40,5 %).
Ejemplos 2 a 3 y ejemplos comparativos 1 a 5
Se fabricó un electrodo negativo de cada uno de los ejemplos 2 y 3 y los ejemplos comparativos 1 a 5 de la misma manera que en el ejemplo 1, excepto porque el contenido de cada uno del material activo a base de silicio, el material conductor de electrodo negativo y el aglutinante de electrodo negativo usados en el ejemplo 1 se ajustó según la tabla 1 a continuación.
[Tabla 1]
En la tabla 1 anterior, la altura de flexión y la porosidad se midieron mediante el siguiente método.
1) Altura de flexión
Se preparó una disolución para formar una película de aglutinante mediante la adición de 2 g del aglutinante de electrodo negativo usado en cada uno de los ejemplos 1 a 3 y los ejemplos comparativos 1 a 5 a agua destilada de manera que el contenido de sólidos fuera del 15% en peso. Se aplicó la disolución para formar una película de aglutinante a un área de 10 cm * 10 cm en un sustrato de Teflon cuadrado que tenía un tamaño de 10 cm * 10 cm. Se secó la disolución para formar una película de aglutinante aplicada a 60 °C durante 48 horas para preparar la película de aglutinante que incluía un vértice separado del sustrato de Teflon. Cuando el vértice separado del sustrato de Teflon se prensó verticalmente hacia abajo contra el sustrato de Teflon con una fuerza de 3 kgf, se midió una distancia vertical máxima entre la película de aglutinante separada del sustrato de Teflon y el sustrato de Teflon y se definió como altura de flexión.
2) Porosidad
La porosidad de un electrodo negativo se midió mediante la ecuación 1 a continuación.
[Ecuación 1]
Porosidad de electrodo negativo (%) = {1-(densidad real de electrodo negativo/densidad de electrodo del electrodo negativo)} x 100
En la ecuación 1 anterior, la densidad real de un electrodo negativo es una densidad de una capa de material activo de electrodo negativo medida recogiendo el electrodo negativo a un tamaño determinado y luego prensando el electrodo negativo recogido con un equipo de prensado hasta que el grosor del electrodo negativo no cambie, y la densidad de electrodo de un electrodo negativo es una densidad de una capa de material activo de electrodo negativo medida recogiendo el electrodo negativo a un tamaño determinado.
Ejemplos experimentales
Ejemplo experimental 1: Evaluación de la tasa de retención de capacidad
<Fabricación de batería secundaria>
Se usó un metal de litio como electrodo positivo.
Se interpuso un separador de polietileno entre el electrodo negativo de cada uno de los ejemplos 1 a 3 y los ejemplos comparativos 1 a 5 fabricado anteriormente y el electrodo positivo, y se inyectó un electrolito en la misma para fabricar una batería secundaria de semicelda. El electrolito se preparó mediante la adición de carbonato de vinileno en una cantidad del 3%en peso basada en el peso total del electrolito y LiPF6, que es una sal de litio, a una concentración de 1 M a un disolvente orgánico en el que se mezclaron carbonato de fluoroetileno (FEC) y carbonato de dietilo (DMC) en una razón en volumen de 30:70.
<Evaluación de la tasa de retención de capacidad>
Se evaluó la batería secundaria fabricada en cada uno de los ejemplos 1 a 3 y los ejemplos comparativos 1 a 5 para determinar la tasa de retención de capacidad usando un dispositivo electroquímico de carga/descarga.
La batería secundaria 1) se cargó (0,1 C CC/CV de carga, 0,005 V 0,05 C de corte) y se descargó (0,1 C CC de descarga, 1,5 V de corte), que se estableció como primer ciclo, 2) se cargó (0,1 C CC/Cv de carga, 0,005 V 0,05 C de corte) y se descargó (0,1 C CC de descarga, 1,0 V de corte), que se estableció como segundo ciclo, 3) se cargó (0,5 C CC/CV de carga, 0,005 V 0,05 C de corte) y se descargó (0,5 C CC de descarga, 1,0 V de corte), que se estableció como tercer ciclo, y 4) se cargó y se descargó hasta el 27° ciclo en las mismas condiciones que las del tercer ciclo.
Se evaluó la tasa de retención de capacidad del ciclo de carga/descarga de la batería secundaria de cada uno de los ejemplos 1 a 3 y los ejemplos comparativos 1 a 5 según la ecuación 2 a continuación, y se muestra en la figura 1. En la figura 1, los ejemplos 1 a 3 se representan como “Acción 1” a “Acción 3” en orden y los ejemplos comparativos 1 a 5 se representan como “Comparación 1” a “Comparación 5” en orden.
[Ecuación 2]
Tasa de retención de capacidad (%) = {(capacidad de descarga en el Nésimo ciclo/capacidad de descarga en el 1er ciclo)} x 100
(En la ecuación anterior, N es un número entero entre 1 y 27)
Además, se evaluó la tasa de retención de capacidad en el 27° ciclo según la ecuación 2 anterior, y se muestra en la tabla 2.
[Tabla 2]
Haciendo referencia a la tabla 2 anterior, en el caso de los ejemplos, se usó un aglutinante de electrodo negativo que contiene un aglutinante acuoso y un aglutinante a base de caucho en una razón preferida, impidiendo de ese modo que se produzca el problema de expansión/contracción cuando se usa un material activo a base de silicio, de modo que puede observarse que la tasa de retención de capacidad aumentó significativamente en comparación con los ejemplos comparativos.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Electrodo negativo que comprende:
un colector de corriente de electrodo negativo; y
una capa de material activo de electrodo negativo formada sobre el colector de corriente de electrodo negativo, en el que
la capa de material activo de electrodo negativo incluye un material activo a base de silicio y un aglutinante de electrodo negativo, y
el aglutinante de electrodo negativo incluye un aglutinante acuoso y un aglutinante a base de caucho en una razón en peso de 82:18 a 88:12, y
el aglutinante acuoso incluye poli(alcohol vinílico) y poli(ácido acrílico).
2. Electrodo negativo según la reivindicación 1, en el que el aglutinante a base de caucho comprende al menos uno seleccionado del grupo que consiste en caucho de estireno-butadieno, caucho de nitrilobutadieno hidrogenado, caucho de acrilonitrilo-butadieno, caucho acrílico, caucho butílico y caucho fluorado.
3. Electrodo negativo según la reivindicación 1, en el que:
el aglutinante a base de caucho comprende al menos uno seleccionado del grupo que consiste en caucho de estireno-butadieno y caucho de nitrilo-butadieno hidrogenado.
4. Electrodo negativo según la reivindicación 1, en el que el aglutinante acuoso contiene poli(alcohol vinílico) y poli(ácido acrílico) en una razón en peso de 50:50 a 90:10.
5. Electrodo negativo según la reivindicación 1, en el que el material activo a base de silicio contiene Si.
6. Electrodo negativo según la reivindicación 1, en el que el grosor de la capa de material activo de electrodo negativo es de 10 |im a 40 |im.
7. Electrodo negativo según la reivindicación 1, en el que:
el material activo a base de silicio se incluye en la capa de material activo de electrodo negativo en una cantidad del 60 % en peso al 90 % en peso; y
el aglutinante de electrodo negativo se incluye en la capa de material activo de electrodo negativo en una cantidad del 10 % en peso al 30 % en peso.
8. Electrodo negativo según la reivindicación 1, en el que la capa de material activo de electrodo negativo comprende además un material conductor de electrodo negativo.
9. Electrodo negativo según la reivindicación 8, en el que el material conductor de electrodo negativo se incluye en la capa de material activo de electrodo negativo en una cantidad del 5 % en peso al 20 % en peso.
10. Batería secundaria que comprende:
un electrodo negativo según la reivindicación 1;
un electrodo positivo opuesto al electrodo negativo;
un separador interpuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo; y
un electrolito.
ES20769375T 2019-03-12 2020-03-12 Electrodo negativo y batería secundaria que incluye el mismo Active ES2980601T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190028273A KR102564970B1 (ko) 2019-03-12 2019-03-12 음극 및 이를 포함하는 이차전지
PCT/KR2020/003472 WO2020185014A1 (ko) 2019-03-12 2020-03-12 음극 및 이를 포함하는 이차전지

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2980601T3 true ES2980601T3 (es) 2024-10-02

Family

ID=72426104

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES20769375T Active ES2980601T3 (es) 2019-03-12 2020-03-12 Electrodo negativo y batería secundaria que incluye el mismo

Country Status (7)

Country Link
US (1) US12315931B2 (es)
EP (1) EP3863084B1 (es)
KR (1) KR102564970B1 (es)
CN (1) CN113632260B (es)
ES (1) ES2980601T3 (es)
HU (1) HUE066577T2 (es)
WO (1) WO2020185014A1 (es)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4203099A4 (en) * 2020-08-18 2025-01-15 APB Corporation COATED NEGATIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL PARTICLES FOR LITHIUM-ION BATTERIES, NEGATIVE ELECTRODE FOR LITHIUM-ION BATTERIES AND METHOD FOR PRODUCING COATED NEGATIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL PARTICLES
CN113488611A (zh) * 2021-06-24 2021-10-08 东莞塔菲尔新能源科技有限公司 一种电极组件及二次电池
CA3229755A1 (en) * 2021-12-22 2023-06-29 Lg Energy Solution, Ltd. Anode composition, lithium secondary battery anode comprising same, and lithium secondary battery comprising anode
KR20230111981A (ko) * 2022-01-19 2023-07-26 에스케이온 주식회사 음극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지
KR20230139409A (ko) * 2022-03-25 2023-10-05 주식회사 엘지에너지솔루션 음극 슬러리, 음극 슬러리의 제조 방법, 음극 슬러리를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 및 리튬 이차 전지용 음극의 제조 방법
KR20240102303A (ko) * 2022-12-26 2024-07-03 주식회사 엘지에너지솔루션 리튬 이차 전지용 음극 및 음극을 포함하는 리튬 이차 전지
CN116093331B (zh) * 2023-04-06 2023-06-23 宁德新能源科技有限公司 二次电池和电子装置
KR20240156158A (ko) * 2023-04-21 2024-10-29 주식회사 엘지에너지솔루션 전기화학소자용 분리막 및 이를 포함하는 전기화학소자
CN116779859B (zh) * 2023-06-14 2024-11-05 中创新航科技集团股份有限公司 粘结剂组合物、锂硫电池正极及其制备方法
KR102744260B1 (ko) * 2023-09-06 2024-12-17 에스케이온 주식회사 음극 슬러리, 리튬 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
WO2026079800A1 (ko) * 2024-10-11 2026-04-16 주식회사 엘지에너지솔루션 전극의 제조방법, 전극 및 리튬 이차전지

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4212458B2 (ja) * 2003-11-19 2009-01-21 三洋電機株式会社 リチウム二次電池
KR100839369B1 (ko) 2006-11-27 2008-06-19 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 음극 활물질 조성물, 이를 이용하여제조된 리튬 이차 전지용 음극 및 리튬 이차 전지
KR20090051381A (ko) 2007-11-19 2009-05-22 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
KR20090110133A (ko) * 2008-04-17 2009-10-21 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
US7931984B2 (en) * 2007-11-28 2011-04-26 Samsung Sdi Co., Ltd. Negative electrode for rechargeable lithium battery, and rechargeable lithium battery including the same
CN101740747B (zh) 2008-11-27 2012-09-05 比亚迪股份有限公司 一种硅负极和含有该硅负极的锂离子电池
JP5382120B2 (ja) * 2009-07-03 2014-01-08 ダイキン工業株式会社 リチウム二次電池の電極合剤用スラリー、該スラリーを用いた電極およびリチウム二次電池
US20120177989A1 (en) * 2011-01-12 2012-07-12 Son Dong-Ho Negative active material composition, method of preparing negative electrode plate by using negative active material composition, and lithium secondary battery manufactured by using the negative active material composition
US9178199B2 (en) 2012-02-21 2015-11-03 Samsung Sdi Co., Ltd. Lithium battery
KR20130134917A (ko) * 2012-05-31 2013-12-10 삼성에스디아이 주식회사 리튬 전지의 전극용 바인더 및 이를 채용한 전극 및 리튬 전지
GB2507535B (en) * 2012-11-02 2015-07-15 Nexeon Ltd Multilayer electrode
KR101706414B1 (ko) 2013-03-13 2017-02-27 삼성에스디아이 주식회사 이차전지용 바인더 조성물 및 이를 포함하는 리튬이차전지
KR20140147052A (ko) 2013-06-18 2014-12-29 주식회사 엘지화학 애노드용 바인더 용액, 그를 포함하는 애노드용 활물질 슬러리, 그 활물질 슬러리를 이용한 애노드 및 이를 포함하는 전기화학소자
KR101753023B1 (ko) 2014-04-11 2017-07-03 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 비수전해질 이차 전지
KR101787066B1 (ko) 2015-12-21 2017-10-18 주식회사 포스코 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
KR101774683B1 (ko) * 2016-01-26 2017-09-19 현대자동차주식회사 전극 활물질 슬러리, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전고체 이차전지
KR102144876B1 (ko) * 2016-03-28 2020-08-14 주식회사 엘지화학 접착력이 향상된 음극 활물질 조성물, 이를 이용한 음극 및 리튬 이차전지
KR102248864B1 (ko) * 2017-04-06 2021-05-06 주식회사 엘지화학 이차 전지용 음극 및 이의 제조 방법
US10804530B2 (en) * 2017-08-03 2020-10-13 Nanograf Corporation Composite anode material including surface-stabilized active material particles and methods of making same
KR102663020B1 (ko) * 2018-10-12 2024-05-07 삼성전자주식회사 바인더, 그 제조방법, 이를 포함하는 이차전지용 전극 및 이차전지
WO2020102362A1 (en) * 2018-11-13 2020-05-22 Alliance For Sustainable Energy, Llc Solid-state energy storage devices and methods of making the same

Also Published As

Publication number Publication date
CN113632260A (zh) 2021-11-09
EP3863084B1 (en) 2024-05-01
US12315931B2 (en) 2025-05-27
KR102564970B1 (ko) 2023-08-09
HUE066577T2 (hu) 2024-08-28
EP3863084A1 (en) 2021-08-11
EP3863084A4 (en) 2021-12-01
KR20200109141A (ko) 2020-09-22
WO2020185014A1 (ko) 2020-09-17
CN113632260B (zh) 2025-05-30
US20220013784A1 (en) 2022-01-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2980601T3 (es) Electrodo negativo y batería secundaria que incluye el mismo
ES2964486T3 (es) Material activo de cátodo para batería secundaria, método de preparación para el mismo y batería secundaria de litio que comprende el mismo
ES2960557T3 (es) Material de cátodo para batería secundaria de litio, y cátodo y batería secundaria de litio que comprende el mismo
ES2985194T3 (es) Material de electrodo positivo para batería secundaria y batería secundaria de litio que comprende el mismo
ES2981290T3 (es) Material activo de electrodo positivo para batería secundaria, método de preparación del mismo y batería secundaria de litio que incluye el material activo de electrodo positivo
ES2976034T3 (es) Electrodo negativo, método de producción del mismo y batería secundaria que comprende el mismo
ES2970957T3 (es) Material activo de ánodo compuesto, método de preparación del mismo y ánodo que comprende el mismo
ES3055145T3 (en) Positive electrode material for secondary battery and lithium secondary battery comprising same
ES2991098T3 (es) Electrodo negativo y batería secundaria que comprende el mismo
CN111433946B (zh) 用于锂金属电池的负极和包括其的锂金属电池
CN111480251B (zh) 锂二次电池用负极、其制备方法以及包含该锂二次电池用负极的锂二次电池
ES3007564T3 (en) Negative electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same
ES3033907T3 (en) Separator including coating layer of lithium-containing composite, lithium secondary battery including the same, and method for manufacturing the secondary battery
CN104904049B (zh) 二次电池用负极及包括该负极的锂二次电池
ES2982977T3 (es) Batería secundaria
ES2985408T3 (es) Material activo de electrodo negativo, método de preparación del mismo, y electrodo negativo y batería secundaria que incluye el mismo
ES2989030T3 (es) Material activo de electrodo positivo a base de litio-cobalto, método de preparación del mismo, electrodo positivo y batería secundaria que incluye el mismo
US12555835B2 (en) Method for charging and discharging secondary battery
KR20210143980A (ko) 이차전지
ES2979401T3 (es) Material activo de cátodo para batería secundaria y batería secundaria que comprende el mismo
EP3016197B1 (en) Lithium secondary battery
US12255336B2 (en) Negative electrode and lithium secondary battery including same
ES3033107T3 (en) Negative electrode and secondary battery including the same
ES2988271T3 (es) Material activo de electrodo positivo a base de litio y cobalto, método de preparación del mismo, electrodo positivo y batería secundaria que incluye el mismo
ES2988696T3 (es) Electrodo positivo para batería secundaria, método de fabricación del mismo, y batería secundaria de litio que incluye el mismo