ES3035111T3 - Separator, electrical apparatus containing such separator, and preparation method thereof - Google Patents

Separator, electrical apparatus containing such separator, and preparation method thereof

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ES3035111T3 ES20947109T ES20947109T ES3035111T3 ES 3035111 T3 ES3035111 T3 ES 3035111T3 ES 20947109 T ES20947109 T ES 20947109T ES 20947109 T ES20947109 T ES 20947109T ES 3035111 T3 ES3035111 T3 ES 3035111T3
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Jiarui Tian
Cong Cheng
Na Liu
Chuying Ouyang
Yuanyuan Lan
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Abstract

Un separador, un dispositivo eléctrico que lo comprende y su método de preparación. El separador presenta diversas propiedades mejoradas gracias a la inclusión de un recubrimiento compuesto por un compuesto híbrido orgánico-inorgánico, el cual está constituido por el conjunto periódico de la unidad básica mostrada en la fórmula I. Una batería y un aparato eléctrico que lo comprende, sus métodos de fabricación, y un método y el uso del compuesto híbrido orgánico-inorgánico para mejorar las propiedades de un separador. Lx(MaCb)y·Az Fórmula I. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Separador, aparato eléctrico que contiene dicho separador y procedimiento de preparación del mismo
REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS
Esta solicitud reivindica la prioridad de la solicitud de patente china n.° 202010734845.9, presentada el 28 de julio de 2020 por Contemporary Amperex Technology Co. Ltd. y titulada "SEPARATOR, El ECTRICAL APPARATUS CONTAINING SUCH SEPARATOR, AND PREPARATION METHOD THEREOF."
SECTOR TÉCNICO
La presente solicitud se refiere al sector de los aparatos eléctricos, en particular, a un separador para su uso en aparatos eléctricos, una batería y otros aparatos eléctricos que contienen dicho separador, un dispositivo eléctrico que incluye la batería u otros aparatos eléctricos y procedimientos de preparación de los mismos.
ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR
Los aparatos eléctricos se utilizan ampliamente en todos los sectores de la sociedad moderna. En muchos aparatos eléctricos es necesario utilizar separadores para el aislamiento físico y el aislamiento eléctrico. Las baterías recargables son los aparatos eléctricos más conocidos que necesitan utilizar separadores. Un principio de funcionamiento de las baterías recargables es implementar carga y descarga repetidas a través de reacciones electroquímicas reversibles. Generalmente se utilizan una o más capas de separadores dentro de la batería recargable para aislar un lado del electrodo positivo de un lado del electrodo negativo y para proporcionar transmisión o bloqueo selectivo para materiales de diferentes tipos, tamaños y cargas en el sistema. Por ejemplo, el separador aísla los electrones y separa físicamente los materiales activos de los electrodos positivo y negativo de la batería secundaria, evitando así que se produzca un cortocircuito interno que forme un campo eléctrico en una dirección específica. Además, los iones de la batería pueden pasar a través del separador para moverse entre el electrodo positivo y el electrodo negativo. Con el desarrollo de los sectores relacionados en los últimos años, las baterías recargables se utilizan cada vez más en sectores de alta tecnología, alta resistencia y altos requisitos, tales como vehículos de nueva energía, aeroespaciales, barcos y maquinaria pesada, e incluso sirven como equipos principales de suministro de energía y potencia en estos sectores. En comparación con las baterías recargables convencionales utilizadas en pequeños bienes de consumo durante las últimas décadas, estos sectores de alta tecnología imponen requisitos sin precedentes a las baterías recargables, y muchos de estos requisitos están estrechamente relacionados con el rendimiento de los separadores de las baterías. Por ejemplo, dependiendo del uso específico, las personas pueden esperar con urgencia que los separadores recientemente desarrollados logren al menos uno de los siguientes efectos: ser favorables para la mejora de al menos uno de densidad de energía de la batería, conductividad iónica y rendimiento cíclico; peso extremadamente ligero, excelente permeabilidad al aire y excelente resistencia mecánica, resistencia a la abrasión y resistencia al pelado; buena afinidad con la fase líquida utilizada en el sistema de batería para lograr una excelente tasa de retención de electrolitos y humectabilidad de electrolitos; ser capaz de suprimir eficazmente la generación y acumulación de gas dentro del sistema de batería para evitar que la batería o celda se expandan; buena promoción de la reacción electroquímica en la batería e inhibición significativa de cualquier efecto adverso en la reacción electroquímica; excelentes propiedades térmicas y estabilidad térmica; y así sucesivamente.
Con este fin, los investigadores en este sector han llevado a cabo muchas investigaciones hasta ahora y han realizado muchas mejoras experimentales en los materiales del separador, por ejemplo, diseñando una composición polimérica de una matriz en el separador o depositando partículas poliméricas orgánicas o partículas de material cerámico inorgánico en la matriz. Sin embargo, hasta ahora no se ha desarrollado ningún separador satisfactorio.
El documento US2020/220136 A1 da a conocer separadores compuestos recubiertos con armazón metalorgánico (MOF) para dispositivos electroquímicos. La invención sugiere el uso de una composición de CU<3>BTC<2>como material MOF. El documento CN 104 393 220 A da a conocer un diafragma de batería, cuyo sustrato es polietileno y está recubierto con un material de armazón metalorgánico, tal como CU3(BTC)2. Otro documento relacionado con los separadores que utilizan un MOF que abarca compuestos relacionados con BTC es el documento CN 108807798 A.
SUMARIO
Un separador en esta solicitud presenta una densidad de energía extremadamente alta, baja masa por unidad de área, alta permeabilidad al aire, alta resistencia mecánica y excelente humectabilidad de electrolito y tasa de retención, absorción de gas, promoción de reacción electroquímica, estabilidad térmica, parámetros térmicos requeridos y similares debido a una capa de recubrimiento que incluye un compuesto híbrido orgánico-inorgánico especialmente diseñado. El rendimiento de velocidad, el rendimiento cíclico y similares de las baterías y otros aparatos eléctricos que utilizan dichos separadores se mejoran enormemente.
Un primer aspecto de esta solicitud da a conocer un separador según las características de la reivindicación 1, donde el separador incluye:
una capa de matriz polimérica; y
una capa de recubrimiento aplicada sobre al menos una superficie de la capa de matriz polimérica, donde la capa de recubrimiento incluye un compuesto híbrido orgánico-inorgánico, y el compuesto híbrido orgánico-inorgánico se forma ensamblando periódicamente, a lo largo de al menos una dirección espacial, unidades básicas expresadas por la fórmula I; donde
Lx(MaCbVAz fórmula I
en la fórmula I, M es un catión de uno o más metales seleccionados entre los siguientes: Zn, Co, Cu, Fe, Cd, Mn, Ag, Rh, Ru, Be, Mg, Al, Sc, Cr, Ni, Y, Ti, Zr, Hf, Li, Na, K, In, Ca, Sr, Pb, metales lantánidos y metales actínidos, donde a es un valor que varía de 0,1 a 10;
C se selecciona entre uno o más de los siguientes átomos, grupos atómicos, moléculas pequeñas o aniones: O, =O, O2-, S2-, Cl-, Br-, I-, CO, -OH, OH- y H<2>O, donde b es un valor que varía de 0,1 a 20;
y es un valor que varía de 1 a 50;
cuando M son cationes de dos o más metales, el producto de a e y representa el número de todos los cationes metálicos en una sola unidad básica expresada por la fórmula I;
L se selecciona entre uno o más de los siguientes ligandos: carbazol, un compuesto de ácido policarboxílico, y sales, ácidos, ésteres, amidas, anhídridos, dímeros y trímeros de estos ligandos, donde uno o más átomos de hidrógeno (tales como un átomo de hidrógeno conectado directamente a un átomo de carbono o un átomo de hidrógeno conectado directamente a un átomo de nitrógeno) en el ligando pueden estar opcionalmente sustituidos por uno o más grupos sustituyentes seleccionados entre los siguientes: grupo ciano, grupo nitro, grupo amino, grupo aldehído, grupo carboxilo, halógeno (por ejemplo, uno o más de F, Cl, Br e I), grupo alquilo C<1>-C<8>, grupo alquilo hidroxi C<1>-C<8>, grupo alcoxi C<1>-C<8>, grupo alquenilo C<2>-C<8>, grupo alquinilo C<2>-C<8>, grupo cicloalquilo C<3>-C<16>, grupo arilo C<6>-C<20>, grupo heterocíclico C<6>-C<20>, o cualquier combinación de los mismos, donde x es un valor que varía desde de 1 a 50; y
A es un átomo o catión seleccionado de uno o más de los siguientes elementos metálicos: Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Sr, Zn, Al, Mg y Ca; o se selecciona de una o más de las siguientes moléculas: H<2>, O<2>, H<2>O, CO<2>, NH<3>, CH<4>, formiato de metilo, acetato de etilo y carbonato de propileno, donde z es un valor que varía de 0 a 100, en donde
el compuesto híbrido orgánico-inorgánico tiene la siguiente estructura: cada catión metálico M está unido a átomos de oxígeno en una pluralidad de grupos carboxilo en dos o más compuestos de ácido policarboxílico y un C mediante enlaces coordinados, para formar una estructura unitaria básica. La estructura unitaria básica constituye una microestructura con un ensamblaje periódico tridimensional a través de un resto de un ligando, con una A opcional ubicada en poros de la unidad básica.
De acuerdo con una implementación del primer aspecto, en el compuesto híbrido orgánico-inorgánico, el número de unidades básicas expresadas por la fórmula I que se ensamblan periódicamente a lo largo de al menos una dirección espacial es un número entero que varía de 3 a 10.000. De acuerdo con una implementación del primer aspecto, el número de unidades básicas expresadas por la fórmula I que se ensamblan periódicamente a lo largo de al menos una dirección espacial de las direcciones X, Y y Z del sistema de coordenadas cartesianas es un entero que varía de 3 a 10.000. De acuerdo con otra implementación del primer aspecto, una dirección de extensión del ensamblaje periódico de las unidades básicas expresada por la fórmula I es al menos una de tres direcciones espaciales X', Y' y Z'; el número de unidades básicas ensambladas periódicamente es un entero que varía de 3 a 10.000; y las tres direcciones X', Y' y Z' y las direcciones X, Y y Z del sistema de coordenadas cartesianas forman ángulos incluidos de 0 grados a 75 grados respectivamente, por ejemplo, un ángulo incluido de 5 grados a 60 grados. Según otra implementación del primer aspecto, 0,5< x:y <6. Según otra implementación del primer aspecto, en un caso en que b no es cero, 0,5< a:b <8. Según otra implementación de este primer aspecto, M es un catión de uno o más metales seleccionados entre los siguientes: Cu y Zn; y L se selecciona entre uno o más de los siguientes ligandos: ácido trimésico, ácido 3,3',5,5'-bifeniltetracarboxílico y ácido 4,4',4"-tricarboxílico trifenilamina. De acuerdo con otra implementación del primer aspecto, la unidad básica expresada por la fórmula I en el compuesto híbrido orgánicoinorgánico se selecciona entre una o más de las siguientes: BTC2[Cu]3, EBTC[Cu]<2>, EBTC[Cu]<2>(H<2>O)<2>y NTB2[Zn4O]. Según otra implementación del primer aspecto, la capa de recubrimiento incluye, además, uno o más componentes seleccionados entre los siguientes: aglutinante, partículas inorgánicas, estabilizador, agente humectante, antiespumante, espesante, modificador de reología, ajustador de pH y conservante. De acuerdo con otra implementación del primer aspecto, la partícula inorgánica se selecciona entre al menos uno de los siguientes: boehmita, zeolita, tamiz molecular, alúmina, hidróxido de alúmina, sílice, nitruro de aluminio, carburo de silicio, MgO, CaO, ZnO, ZrO<2>, TiO<2>, y una mezcla de los mismos. De acuerdo con otra implementación del primer aspecto, una relación de masa del compuesto híbrido orgánico-inorgánico con respecto a las partículas inorgánicas es de 1:5 a 5:1.
Un segundo aspecto de esta solicitud da a conocer una batería, y la batería incluye el separador descrito en cualquiera de las implementaciones anteriores. Según una implementación, la batería incluye, además, un electrodo y un electrolito. Según una implementación, la batería es una batería secundaria.
Un tercer aspecto de esta solicitud da a conocer un aparato eléctrico, el aparato eléctrico incluye el separador descrito en cualquiera de las implementaciones anteriores, y el aparato eléctrico se selecciona entre una batería de iones de litio recargable, una batería de iones de sodio recargable, una batería de litio-azufre, una batería de magnesio, una batería de zinc y un supercondensador. De acuerdo con una implementación, el aparato eléctrico se selecciona entre una batería secundaria de iones de litio, una batería secundaria de iones de sodio, una batería secundaria de litioazufre, una batería secundaria de magnesio y una batería secundaria de zinc.
Un cuarto aspecto de esta solicitud da a conocer un dispositivo eléctrico, y el dispositivo eléctrico incluye la batería o el aparato eléctrico descrito en cualquiera de las implementaciones del segundo aspecto o del tercer aspecto.
Un quinto aspecto de esta solicitud da a conocer un procedimiento para preparar un separador, y el procedimiento incluye: proporcionar una capa de matriz polimérica, y formar, sobre al menos una superficie de la capa de matriz polimérica, una capa de recubrimiento que incluye un compuesto híbrido orgánico-inorgánico, donde el compuesto híbrido orgánico-inorgánico se describe en cualquiera de las implementaciones del primer aspecto.
Un sexto aspecto de esta solicitud da a conocer un procedimiento para mejorar el rendimiento de un separador, y el procedimiento incluye: proporcionar una capa de matriz polimérica y formar, sobre al menos una superficie de la capa de matriz polimérica, una capa de recubrimiento que incluye un compuesto híbrido orgánico-inorgánico, donde el rendimiento mejorado del separador se selecciona de al menos uno de los siguientes: (1) afinidad del separador con el electrolito; (2) permeabilidad al aire, capacidad de gas y rendimiento antiexpansión del separador; (3) densidad superficial, densidad de energía y resistencia mecánica del separador; (4) resistencia al calor, retardo de llama y rendimiento antiexplosión del separador; (5) conductividad iónica del separador; y (6) rendimiento de velocidad y rendimiento de ciclo de una celda de batería preparada utilizando el separador.
Un séptimo aspecto de esta solicitud da a conocer un compuesto híbrido orgánico-inorgánico para mejorar el rendimiento de un separador, donde el rendimiento mejorado del separador se selecciona de al menos uno de los siguientes: (1) afinidad del separador con el electrolito; (2) permeabilidad al aire, capacidad de gas y rendimiento antiexpansión del separador; (3) densidad superficial, densidad de energía y resistencia mecánica del separador; (4) resistencia al calor, retardo de llama y rendimiento antiexplosión del separador; (5) conductividad iónica del separador; y (6) rendimiento de velocidad y rendimiento de ciclo de una celda de batería preparada utilizando el separador.
De acuerdo con cualquiera de las implementaciones de esta solicitud, la capa de recubrimiento de esta solicitud es capaz de mejorar el rendimiento, y el rendimiento se selecciona de al menos uno de los siguientes: densidad de energía, conductividad iónica, rendimiento cíclico, peso, permeabilidad al aire, resistencia mecánica, resistencia a la abrasión, resistencia al pelado, antiexpansión, promoción de reacción electroquímica, propiedades térmicas y estabilidad térmica.
En la sección de descripción detallada a continuación, se describen los detalles de diseño del separador, el aparato eléctrico y el procedimiento de preparación de los mismos diseñados en esta solicitud con referencia a los dibujos adjuntos.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La Figura 1A y la Figura 1B ilustran un vehículo según una realización de esta solicitud, donde una batería del vehículo incluye un separador de esta solicitud;
la Figura 2A es una vista esquemática, con las piezas desmontadas, de una batería según una realización de esta solicitud; y
la Figura 2B y la Figura 2C son vistas tridimensionales esquemáticas de la batería de la Figura 2A.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES
Un "intervalo" dado a conocer en este documento puede tener la forma de un límite superior y un límite inferior, que pueden ser uno o más límites inferiores y uno o más límites superiores, respectivamente. Un intervalo dado se define eligiendo un límite inferior y un límite superior. Los límites inferior y superior seleccionados definen los límites de un intervalo particular. Todos los intervalos que se pueden definir de esta manera son inclusivos y combinables, es decir, cualquier límite inferior se puede combinar con cualquier límite superior para formar un solo intervalo. Por ejemplo, los intervalos de 60-120 y 80-110 enumerados para un parámetro específico se interpretan como que se pueden concebir intervalos de 60-110 y 80-120. Además, si se enumeran los valores mínimos de intervalo 1 y 2, y los valores máximos de intervalo 3, 4 y 5, se pueden concebir los siguientes intervalos: 1-3, 1-4, 1-5, 2-3, 2-4, y 2-5.
En esta solicitud, a menos que se especifique lo contrario, un intervalo numérico "a-b" representa una representación abreviada de cualquier combinación de números reales de a a b, donde a y b son números reales. Por ejemplo, un intervalo numérico "0-5" significa que todos los números reales dentro de "0-5" se han enumerado en la especificación, y "0-5" es solo una representación abreviada de una combinación de estos valores. Además, cuando un parámetro se expresa como un número entero mayor o igual a 2, es equivalente revelar que el parámetro es, por ejemplo, un número entero 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 o 12.
A menos que se especifique lo contrario, el término "dos" utilizado en esta memoria descriptiva se refiere a "al menos dos".
En esta solicitud, a menos que se especifique lo contrario, todas las realizaciones mencionadas en esta memoria descriptiva se pueden combinar entre sí para formar una nueva solución técnica.
En esta solicitud, a menos que se especifique lo contrario, todas las características técnicas mencionadas en esta memoria descriptiva se pueden combinar entre sí para formar una nueva solución técnica.
En esta solicitud, a menos que se especifique lo contrario, todos los pasos mencionados en esta memoria descriptiva pueden realizarse de forma secuencial o aleatoria. Por ejemplo, el procedimiento incluye los pasos (a) y (b), lo que indica que el procedimiento puede incluir los pasos (a) y (b) realizados secuencialmente, o puede incluir los pasos (b) y (a) realizados secuencialmente. Por ejemplo, el procedimiento puede incluir, además, el paso (c), lo que indica que el paso (c) puede agregarse al procedimiento en cualquier orden, por ejemplo, el procedimiento puede incluir los pasos (a), (b) y (c), o puede incluir los pasos (a), (c) y (b), o puede incluir los pasos (c), (a) y (b), y así sucesivamente.
En esta solicitud, a menos que se especifique lo contrario, "incluir" mencionado en esta memoria descriptiva significa un tipo inclusivo o un tipo exclusivo. Por ejemplo, "incluir" puede significar que también se pueden incluir otros componentes no enumerados, o que solo se pueden incluir los componentes enumerados.
En esta solicitud, los términos "dentro", "fuera", "encima", "debajo" y similares, que se utilizan para describir una relación espacial de componentes u objetos particulares con respecto a otros componentes u objetos, indican que los primeros están ubicados dentro, fuera, encima o debajo de los segundos, y los dos pueden estar en contacto directo, o estar separados por una distancia específica o separados por un tercer componente u objeto.
Según una implementación de esta solicitud, el compuesto híbrido orgánico-inorgánico se puede preparar de una manera muy sencilla. Específicamente, se agregan sal soluble o insoluble de catión metálico, ligando, solvente y uno o más de otros aditivos (tales como ajustador de pH, surfactante, agente oxidante, agente reductor, solubilizante, cristal semilla y materias primas de A y C en la fórmula I) en base a una proporción establecida para formar un sistema mixto; el sistema se sella y se envejece a una temperatura específica durante un tiempo específico, de modo que el catión metálico M, el ligando L y opcionalmente A y C se puedan ensamblar espontáneamente (lo que a veces también se puede considerar como coprecipitación ordenada), para formar el compuesto híbrido orgánico-inorgánico de esta solicitud. De acuerdo con algunas implementaciones de esta solicitud, las moléculas pequeñas expresadas por C pueden introducirse por adsorción después de la síntesis del compuesto híbrido orgánico-inorgánico en esta solicitud.
En esta solicitud, el ligando contenido en el compuesto híbrido orgánico-inorgánico se selecciona de al menos uno de los siguientes: carbazol, compuesto de ácido policarboxílico y sales, ácidos, ésteres, amidas, anhídridos, dímeros y trímeros de estos ligandos, uno o más átomos de hidrógeno en el ligando (por ejemplo, un átomo de hidrógeno conectado directamente a un átomo de carbono o un átomo de hidrógeno conectado directamente a un átomo de nitrógeno) pueden estar opcionalmente sustituidos por uno o más grupos sustituyentes seleccionados de entre los siguientes: grupo ciano, grupo nitro, grupo amino, grupo aldehído, grupo carboxilo, halógeno (por ejemplo, uno o más de F, Cl, Br e I), grupo alquilo C<1>-C<8>, grupo hidroxialquilo C<1>-C<8>, grupo alcoxi C<1>-C<8>, grupo alquenilo C<2>-C<8>, grupo alquinilo C<2>-C<8>, grupo cicloalquilo C<3>-C<16>, grupo arilo C<6>-C<20>, grupo heterocíclico C<6>-C<20>, o cualquier combinación de ellos, donde x es un valor que oscila entre 1 y 50. M y C (y opcionalmente A, cuando A no es metano, formiato de metilo, acetato de etilo y carbonato de propileno) contribuyen a la porción inorgánica, mientras que L y opcionalmente A (donde A es metano, formiato de metilo, acetato de etilo o carbonato de propileno) contribuyen a la porción orgánica.
"Ensamblaje periódico", "ensamblaje ordenado" y "ensamblaje periódico ordenado" pueden usarse indistintamente en esta solicitud para significar que la unidad básica ocurre repetidamente a lo largo de al menos una dirección especificada, por ejemplo, a lo largo de una, dos o tres direcciones especificadas, y las unidades básicas adyacentes están conectadas regularmente por puntos, bordes o caras compartidos.
Uno de los principales puntos de mejora de esta aplicación es formar, sobre una matriz polimérica, una capa de recubrimiento que incluye un compuesto híbrido orgánico-inorgánico especialmente diseñado. En adelante, a efectos de simplificación, el término "compuesto híbrido orgánico-inorgánico" se denominará "compuesto". Es decir, en toda la memoria descriptiva de esta solicitud, los términos "compuesto híbrido orgánico-inorgánico", "compuesto" y "compuesto híbrido orgánico-inorgánico formado mediante el ensamblaje periódico de unidades básicas expresadas por la fórmula I" pueden usarse indistintamente. Además, a lo largo de toda la memoria descriptiva de esta solicitud, los términos "poro", "canal de poro" y "agujero" se utilizan indistintamente para indicar un microporo, un mesoporo, una estructura macroporosa o cualquier combinación de los mismos en el óxido compuesto de esta solicitud.
El compuesto especialmente diseñado para esta solicitud tiene una microestructura bastante diferente de la de los complejos metalorgánicos convencionales. Específicamente, en el compuesto utilizado en esta solicitud, el catión metálico expresado por M está coordinado con el ligando expresado por L, y opcionalmente se agregan C y A para formar una unidad estructural más pequeña (unidad básica) expresada por la fórmula I. Luego, una pluralidad de dichas unidades estructurales se ensamblan periódicamente a lo largo de al menos una de tres direcciones X, Y y Z del sistema de coordenadas cartesianas (o a lo largo de al menos una de las direcciones X', Y' y Z' desviada de 0 a 75 grados con respecto a las direcciones X, Y y Z del sistema de coordenadas cartesianas) para formar un material poroso con un armazón de red periódicamente poroso. El tamaño de poro de un canal de poro en el armazón puede ser nanométrico (por ejemplo, varios nanómetros, docenas de nanómetros, decenas de nanómetros o cientos de nanómetros), un canal de poro con dicho tamaño puede denominarse "canal de nanoporo", y un compuesto con un canal de poro de dicho tamaño puede denominarse "compuesto a nanoescala" o "nanocompuesto". El tamaño de poro del canal de poro en el armazón puede ser alternativamente de microescala (por ejemplo, varios micrómetros, docenas de micrómetros, decenas de micrómetros o cientos de micrómetros). Un canal de poro con tal tamaño puede denominarse "canal de microporos", y un compuesto con un canal de poro de tal tamaño puede denominarse "compuesto a microescala" o "microcompuesto". Según una forma de ensamblaje específica de unidades estructurales en el compuesto, el compuesto puede posiblemente incluir canales de nanoporos y canales de microporos, y en este caso el compuesto también puede denominarse "compuesto mixto".
De acuerdo con una implementación de esta solicitud, las unidades básicas se ensamblan periódicamente a lo largo de al menos una dirección, por ejemplo, a lo largo de una, dos o tres direcciones, para formar un compuesto de esta solicitud, donde el compuesto tiene una forma geométrica seleccionada de entre una o más de las siguientes: nanobarra o microbarra, nanoalambre, lámina mono o multicapa, cubo, cuasicubo, cuboide, paralelepípedo, hexaedro asimétrico, octaedro regular, octaedro asimétrico, esfera, esfera aproximada, elipsoide, elipsoide aproximado, óvalo, óvalo aproximado, partículas irregulares y similares. En esta solicitud, una forma "aproximada" o una forma "cuasi" significa que una desviación del contorno de la forma en cualquier punto de su contorno exterior con respecto a una forma estándar que sigue a "aproximada" o "cuasi" es menor o igual al 20 %, por ejemplo, menor o igual al 15 %, o menor o igual al 10 %, o menor o igual al 8 %, o menor o igual al 5 %, o menor o igual al 2 %, o menor o igual al 1 %.
La llamada desviación del contorno se determina en función de la distancia entre un punto concreto del contorno exterior y un centro de masa del compuesto.
De acuerdo con una implementación de esta solicitud, el catión metálico M es un catión seleccionado de entre uno o más de Zn, Co, Cu, Fe, Cd, Mn, Ag, Rh, Ru, Be, Mg, Al, Sc, Cr, Ni, Y, Ti, Zr, Hf, Li, Na, K, In, Ca, Sr, Pb, metales lantánidos y metales actínidos, por ejemplo, un catión seleccionado entre uno o más de Zn, Mn, Ni, Co, Fe y Cu. Por ejemplo, el catión metálico M puede ser un catión de Co o Zn. a es un valor que varía de 1 a 10, por ejemplo, un número entero de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 o 10; o su valor cae dentro de un intervalo definido por cualquiera de estos dos valores. En algunos casos, debido al dopaje, la sustitución o un grado específico de defecto reticular de un metal específico en el compuesto de esta solicitud, a puede describirse mediante un número no entero, por ejemplo, siendo aproximadamente 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1,0, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9, 2,0, 2,1, 2,2,
2.3, 2,4, 2,5, 2,6, 2,7, 2,8, 2,9, 3,0, 3,1,3,2, 3,3, 3,4, 3,5, 3,6, 3,7, 3,8, 3,9, 4,0, 4,1,4,2, 4,3, 4,4, 4,5, 4,6, 4,7, 4,8, 4,9, 5.0, 5,1,5,2, 5,3, 5,4, 5,5, 5,6, 5,7, 5,8, 5,9, 6,0, 6,1,6,2, 6,3, 6,4, 6,5, 6,6, 6,7, 6,8, 6,9, 7,0, 7,1,7,2, 7,3, 7,4, 7,5, 7,6, 7,7, 7,8, 7,9, 8,0, 8,1, 8,2, 8,3, 8,4, 8,5, 8,6, 8,7, 8,8, 8,9, 9,0, 9,1, 9,2, 9,3, 9,4, 9,5, 9,6, 9,7, 9,8, 9,9, o 10,0; o cuyo valor esté dentro de un intervalo definido por cualquiera de estos dos valores.
En la unidad básica del compuesto expresada por la fórmula I, C se selecciona de entre uno o más de los siguientes átomos, grupos atómicos, moléculas pequeñas o aniones: O, =O, O2-, S2-, Cl-, Br-, I-, CO, -OH, OH- y H<2>O, y está conectado al catión metálico M a través de enlaces iónicos, covalentes o coordinados para formar una estructura de grupo de catión metálico-anión/catión metálico-átomo pequeño/catión metálico-molécula pequeña, y luego la estructura de grupo y el ligando sirven como partes constituyentes de la unidad básica, para formar el compuesto de esta solicitud a través del autoensamblaje periódico. Según una implementación de esta solicitud, C es un átomo de oxígeno o un anión de oxígeno, y el metal se combina con C para formar una estructura de grupo, por ejemplo, una estructura de grupo formada por un catión metálico central rodeado de aniones de oxígeno, tal como un "grupo tetraédrico metal-oxígeno" o un "grupo octaédrico metal-oxígeno". Dependiendo del tipo de aniones que rodean al catión metálico, la estructura del grupo, "grupo tetraédrico metal-oxígeno" o "grupo octaédrico metal-oxígeno" puede ser un tetraedro regular o un octaedro regular, o puede ser un tetraedro u octaedro deformado local o globalmente.
Según otra implementación de esta solicitud, al menos un ion de oxígeno o un átomo de oxígeno que rodea al catión metálico (por ejemplo, en una esquina superior del grupo) en la estructura del grupo anterior se sustituye por un anión o una molécula pequeña seleccionada de S2-, Cl-, Br-, I-, Co , CO<2>, -OH, OH- y H<2>O, lo que resulta en una deformación local o global de la estructura del grupo. b es un valor que varía de 0 a 20, por ejemplo, un número entero de 0, 1, 2,
3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 o 20; o su valor se encuentra dentro de un intervalo definido por cualesquiera dos de estos valores. En algunos casos, debido al dopaje, la sustitución o un grado específico de defecto reticular de un metal específico en el compuesto de esta solicitud, b puede describirse mediante un número no entero, por ejemplo, siendo aproximadamente 0,1,0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1,0, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9, 2,0, 2,1,2,2, 2,3, 2,4, 2,5, 2,6, 2,7, 2,8, 2,9, 3,0, 3,1,3,2, 3,3, 3,4, 3,5, 3,6, 3,7, 3,8, 3,9, 4,0, 4,1,4,2, 4,3, 4,4, 4,5,
4,6, 4,7, 4,8, 4,9, 5,0, 5,1,5,2, 5,3, 5,4, 5,5, 5,6, 5,7, 5,8, 5,9, 6,0, 6,1,6,2, 6,3, 6,4, 6,5, 6,6, 6,7, 6,8, 6,9, 7,0, 7.3, 7,4, 7,5, 7,6, 7,7, 7,8, 7,9, 8,0, 8,1,8,2, 8,3, 8,4, 8,5, 8,6, 8,7, 8,8, 8,9, 9,0, 9,1,9,2, 9,3, 9,4, 9,5, 9,6, 9,7, 10.0, 10,1, 10,2, 10,3, 10,4, 10,5, 10,6, 10,7, 10,8, 10,9, 11,0, 11,1, 11,2, 11,3, 11,4, 11,5, 11,6, 11,7, 11,8, 11,9, 12,0, 12.1, 12,2, 12,3, 12,4, 12,5, 12,6, 12,7, 12,8, 12,9, 13,0, 13,1, 13,2, 13,3, 13,4, 13,5, 13,6, 13,7, 13,8, 13,9, 14,0, 14,1, 14.2, 14,3, 14,4, 14,5, 14,6, 14,7, 14,8, 14,9, 5,0, 15,1, 15,2, 15,3, 15,4, 15,5, 15,6, 15,7, 15,8, 15,9, 16,0, 16,1, 16,2, 16.3, 16,4, 16,5, 16,6, 16,7, 16,8, 16,9, 17,0, 17,1, 17,2, 17,3, 17,4, 17,5, 17,6, 17,7, 17,8, 17,9, 18,0, 18,1, 18,2, 18,3, 18.4, 18,5, 18,6, 18,7, 18,8, 18,9, 19,0, 19,1, 19,2, 19,3, 19,4, 19,5, 19,6, 19,7, 19,8, 19,9 o 20,0; o cuyo valor esté dentro de un intervalo definido por cualquiera de estos dos valores. y es un valor que varía de 0 a 50, por ejemplo, un número entero de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29,
30, 31,32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41,42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49 o 50; o su valor cae dentro de un intervalo definido por cualesquiera dos de estos valores. Se puede aprender que un producto de a e y representa el número de
M cationes metálicos en una sola unidad básica expresada por la fórmula I. Cuando la fórmula I contiene más de dos
tipos de cationes metálicos diferentes descritos anteriormente, el producto de a e y representa el número de todos los cationes metálicos en una sola unidad básica expresada por la fórmula I. De manera similar, un producto de b e y representa el número de aniones, átomos o grupos atómicos representados por C en una sola unidad básica expresada por la fórmula I. Cuando la unidad básica expresada por la fórmula I contiene más de dos tipos de C diferentes, el producto de b e y representa el número de todos los C en una sola unidad básica de fórmula I. Según algunas implementaciones de esta aplicación, un valor de b es cero. Según algunas implementaciones de esta solicitud, en ausencia de C, para simplificar, el valor de M en un compuesto específico puede escribirse directamente
como el producto de a e y.
De acuerdo con otra implementación de esta solicitud, el ligando L se selecciona de entre uno o más de los siguientes: policarboxilato opcionalmente sustituido (radical/éster) y policarbazol opcionalmente sustituido (radical/éster). En esta solicitud, el término ''carbazol (radical/éster)" incluye cualquiera de los siguientes: carbazol, radical carbazol y éster carbazol, y el término "policarboxilato (radical/éster)" incluye cualquiera de los siguientes: policarboxilato, radical policarboxilato y éster policarboxilato. En esta solicitud, el denominado "opcionalmente sustituido" significa que al menos un átomo de hidrógeno conectado directamente a un átomo de carbono, un átomo de nitrógeno, un átomo de oxígeno o un átomo de azufre a través de un enlace covalente (por ejemplo, un átomo de hidrógeno conectado directamente a un átomo de carbono a través de un enlace covalente) en el ligando está sustituido por un grupo sustituyente seleccionado de los siguientes: grupo ciano, grupo nitro, grupo nitroso, grupo amino, grupo imino, grupo aldehído, grupo carboxilo, halógeno (por ejemplo, flúor, cloro, bromo o yodo), grupo alquilo C<1>-C<8>(por ejemplo, metilo, etilo, n-propilo, isopropilo, n-butilo, isobutilo, sec-butilo, terc-butilo, n-pentilo, sec-pentilo, n-hexilo, isohexilo, n-heptilo, iso-heptilo, n-octilo o isooctilo), grupo alquilo hidroxi C<1>-C<8>(por ejemplo, hidroximetilo, hidroxietilo o hidroxipropilo), grupo alcoxi C<1>-C<8>(por ejemplo, metoxi, etoxi o propoxi), grupo alquenilo C<2>-C<8>(por ejemplo, vinilo, propenilo, alilo), grupo alquinilo C<2>-C<8>(por ejemplo, etinilo), grupo cicloalquilo C<3>-C<16>(por ejemplo, ciclopropilo, ciclobutilo, ciclopentilo, ciclohexilo o adamantilo), grupo arilo C<6>-C<20>(por ejemplo, fenilo, bencilo, bifenilo, naftilo o antracenilo) y grupo heterocíclico C<6>-C<20>.
Según otra implementación de esta solicitud, el policarboxilato (radical/éster) es un policarboxilato aromático opcionalmente sustituido (radical carboxilato/éster carboxilato). Por ejemplo, el ácido policarboxilato aromático opcionalmente sustituido (radical carboxilato/éster carboxilato) puede seleccionarse de entre uno o más de los siguientes: ácido 1,4-bencenodicarboxílico (radical carboxilato/éster carboxilato), ácido 1,2-bencenodicarboxílico
(radical carboxilato/éster carboxilato), ácido 1,3-bencenodicarboxílico (radical carboxilato/éster carboxilato), ácido
1,3,5-bencenotricarboxílico (radical carboxilato/éster carboxilato), ácido 1,2,3-bencenotricarboxílico (radical carboxilato/éster carboxilato), ácido 1,2,4-bencenotricarboxílico (radical carboxilato/éster carboxilato), ácido trimésico, ácido 2,2',5,5'-bifeniltetracarboxílico, ácido 3,3',5,5'-bifeniltetracarboxílico, ácido 2,2',4,4'-bifeniltetracarboxílico, ácido 3,3',4,4'-bifeniltetracarboxílico, ácido 4,4'-bifenildicarboxílico (radical carboxilato/éster carboxilato), ácido 2,2'-bifenildicarboxílico (radical carboxilato/éster carboxilato), ácido 4,4'-bifenildicarboxílico (carboxilato/carboxilato), ácido
3,3'-bifenildicarboxílico (radical carboxilato/éster carboxilato), ácido 2,4,4'-bifeniltricarboxílico (radical carboxilato/éster carboxilato), ácido 3,4,4'-bifeniltricarboxílico (radical carboxilato/éster carboxilato), ácido 3,5,4'-bifeniltricarboxílico
(radical carboxilato/éster carboxilato), ácido 2,4,2'-bifeniltricarboxílico (carboxilato/carboxilato), ácido 3,4,2'-bifeniltricarboxílico (radical carboxilato/éster carboxilato), ácido 3,5,2'-bifeniltricarboxílico (radical carboxilato/éster carboxilato), ácido 2,4,3'-bifeniltricarboxílico (radical carboxilato/éster carboxilato), ácido 3,4,3'-bifeniltricarboxílico (carboxilato radical/éster carboxilato), ácido 3,5,3'-bifeniltricarboxílico (radical carboxilato/éster carboxilato), 1,3,5-tri[4-carboxilato (radical carboxilato/éster carboxilato)fenil]benceno y tricarboxilato de 4,4',4"-trifenilamina. De acuerdo con
otra implementación de esta solicitud, el ligando puede seleccionarse alternativamente de uno o más de los siguientes:
1,4-bencenodi(tetrazol) (radical/éster) y 1,3,5-bencenotri(tetrazol) (radical/éster).
x representa el número de ligandos contenidos en la unidad básica expresada por la fórmula I, y es un valor que varía
de 1 a 50, siendo por ejemplo un número entero de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20,
21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, o 50; o
su valor cae dentro de un intervalo definido por cualesquiera dos de estos valores, o puede ser un valor decimal entre cualesquiera dos de estos valores, por ejemplo, el valor de x puede caer dentro de un intervalo definido por cualesquiera dos de los siguientes valores: 0,1,0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1,0, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7,
1.8, 1,9, 2,0, 2,1, 2,2, 2,3, 2,4, 2,5, 2,6, 2,7, 2,8, 2,9, 3,0, 3,1,3,2, 3,3, 3,4, 3,5, 3,6, 3,7, 3,8, 3,9, 4,0, 4,1,4,2, 4,3, 4,4,
4,5, 4,6, 4,7, 4,8, 4,9, 5,0, 5,1,5,2, 5,3, 5,4, 5,5, 5,6, 5,7, 5,8, 5,9, 6,0, 6,1,6,2, 6,3, 6,4, 6,5, 6,6, 6,7, 6,8, 6,9, 7,0, 7,1,
7,2, 7,3, 7,4, 7,5, 7,6, 7,7, 7,8, 7,9, 8,0, 8,1,8,2, 8,3, 8,4, 8,5, 8,6, 8,7, 8,8, 8,9, 9,0, 9,1,9,2, 9,3, 9,4, 9,5, 9,6, 9,7, 9,8,
9.9, 10,0, 10,1, 10,2, 10,3, 10,4, 10,5, 10,6, 10,7, 10,8, 10,9, 11,0, 11,1, 11,2, 11,3, 11,4, 11,5, 11,6, 11,7, 11,8, 11,9,
12.0, 12,1, 12,2, 12,3, 12,4, 12,5, 12,6, 12,7, 12,8, 12,9, 13,0, 13,1, 13,2, 13,3, 13,4, 13,5, 13,6, 13,7, 13,8, 13,9, 14,0,
14.1, 14,2, 14,3, 14,4, 14,5, 14,6, 14,7, 14,8, 14,9, 5,0, 15,1, 15,2, 15,3, 15,4, 15,5, 15,6, 15,7, 15,8, 15,9, 16,0, 16,1,
16.2, 16,3, 16,4, 16,5, 16,6, 16,7, 16,8, 16,9, 17,0, 17,1, 17,2, 17,3, 17,4, 17,5, 17,6, 17,7, 17,8, 17,9, 18,0, 18,1, 18,2,
18.3, 18,4, 18,5, 18,6, 18,7, 18,8, 18,9, 19,0, 19,1, 19,2, 19,3, 19,4, 19,5, 19,6, 19,7, 19,8, 19,9, 20,0, 20,1,20,2, 20,3,
20.4, 20,5, 20,6, 20,7, 20,8, 20,9, 21,1,21,2, 21,5, 21,8, 22,0, 22,1,22,2, 22,5, 22,8, 23,0, 23,2, 23,5, 23,8, 24.5, 24,8, 25,0, 26,2, 26,5, 26,8, 27,0, 27,2, 27,5, 27,8, 28,0, 28,2, 28,5, 28,8, 29,0, 29,2, 29,5, 29,8, 30,0, 30,8, 31,0, 31,2, 31,5, 31,8, 32,0, 32,2, 32,5, 32,8, 33,0, 33,2, 33,5, 33,8, 34,0, 34,2, 34,5, 34,8, 35,0, 35,2, 36,0, 36,2, 36,5, 36,8, 37,0, 37,2, 37,5, 37,8, 38,0, 38,2, 38,5, 38,8, 39,0, 39,2, 39,5, 39,8, 40,0, 40,2, 40,5, 41,2, 41,5, 41,8, 42,0, 42,2, 42,5, 42,8, 43,0, 43,2, 43,5, 43,8, 44,0, 44,2, 44,5, 44,8, 45,0, 45,2, 45,5, 45,8, 46,0, 46,2, 46,5, 46,8, 47,0, 47,2, 47,5, 47,8, 48,0, 48,2, 48,5, 48,8, 49,0, 49,2, 49,5, 49,8 y 50,0. Cuando la unidad básica expresada por la fórmula I contiene dos o más tipos de ligandos L diferentes, x representa la suma del número de todos los ligandos L en una sola unidad básica expresada por la fórmula I.
En la unidad básica expresada por la fórmula I anterior, A es un átomo o catión seleccionado de entre uno o más de los siguientes elementos metálicos: Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Sr, Zn, Al, Mg y Ca; o se selecciona de una o más de las siguientes moléculas: H<2>, O<2>, H<2>O, CO<2>, NH<3>, CH<4>, formiato de metilo, acetato de etilo y carbonato de propileno. En esta solicitud, no existe un enlace significativo entre el átomo, ion o molécula pequeña expresado por A y otros componentes M, L y C del compuesto de esta solicitud. Por ejemplo, no hay enlace covalente, enlace coordinado y/o enlace iónico. Por ejemplo, solo existe una fuerza de dispersión muy débil, un enlace de hidrógeno o una interacción de carga muy débil entre A y M y entre L y C. En otras palabras, A puede estar simplemente alojado en una estructura porosa del compuesto de esta solicitud, y no existe un enlace real con los otros componentes del compuesto. z representa el número de átomos, iones o moléculas pequeñas alojadas en la estructura porosa del compuesto de esta solicitud, y es un número entero que varía de 0 a 100 o un decimal, por ejemplo, siendo un número entero de 0, 1,2,
3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21,22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31,32, 33, 34, 35, 36,
37, 38, 39, 40, 41,42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61,62, 63, 64, 65, 66, 67,
68, 69, 70, 71,72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81,82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98,
99, o 100; o cuyo valor esté dentro de un intervalo definido por cualesquiera dos de estos valores, o un decimal entre cualesquiera dos de estos valores.
En esta solicitud, una relación de x a y (x:y) puede variar dentro de un intervalo de 0,5-6, por ejemplo, siendo 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1,0, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9, 2,0, 2,1,2,2, 2,3, 2,4, 2,5, 2,6, 2,7, 2,8, 2,9, 3,0, 3,1,3,2, 3,3, 3,4, 3,5, 3,6, 3,7, 3,8, 3,9, 4,0, 4,1,4,2, 4,3, 4,4, 4,5, 4,6, 4,7, 4,8, 4,9, 5,0, 5,1, 5,2, 5,3, 5,4, 5,5, 5,6, 5,7, 5,8, 5,9, o
6,0; o cuyo valor esté dentro de un intervalo definido por cualquiera de estos dos valores. En esta solicitud, en un caso en el que b no es cero, una relación de a a b (a:b) puede variar dentro de un intervalo de 0,1-8, por ejemplo, siendo
0. 1, 0,2, 0,25, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1,0, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9, 2,0, 2,1, 2,2, 2,3, 2,4, 2,5, 2,6, 2,7, 2,8, 2,9, 3,0, 3,1,3,2, 3,3, 3,4, 3,5, 3,6, 3,7, 3,8, 3,9, 4,0, 4,1,4,2, 4,3, 4,4, 4,5, 4,6, 4,7, 4,8, 4,9, 5,0, 5,1,5,2, 5,3, 5,4, 5,5, 5,6, 5,7, 5,8, 5,9, 6,0, 6,1,6,2, 6,3, 6,4, 6,5, 6,6, 6,7, 6,8, 6,9, 7,0, 7,1,7,2, 7,3, 7,4, 7,5, 7,6, 7,7, 7,8, 7,9, o 8,0; o su valor cae dentro de un intervalo definido por cualquiera de estos dos valores. Según una implementación de esta solicitud, el número de repeticiones del ensamblaje periódico de unidades básicas, expresado por la fórmula
1, a lo largo de al menos una de las tres direcciones espaciales X, Y y Z del sistema de coordenadas cartesianas (por ejemplo, a lo largo de la dirección X, o a lo largo de la dirección Y, o a lo largo de la dirección Z, o a lo largo de las direcciones X e Y, o a lo largo de las direcciones X y Z, o a lo largo de las direcciones Y y Z, por ejemplo, a lo largo de la dirección X, la dirección Y y la dirección Z) es un número entero comprendido entre 3 y 10000, por ejemplo, siendo un número entero comprendido entre 5 y 8000, o un número entero comprendido entre 10 y 7000, o un número entero comprendido entre 20 y 6000, o un número entero comprendido entre 50 y 5000, o un número entero comprendido entre 70 y 4000, o un número entero comprendido entre 80 y 3000, o un número entero comprendido entre 90 y 2000, o un número entero comprendido entre de 100 a 1000. Por ejemplo, el número de repeticiones del ensamblaje periódico a lo largo de cualquiera de las direcciones X, Y y Z (por ejemplo, a lo largo de las tres direcciones X, Y y Z) es 3, 5, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 200, 220, 250, 280, 300, 320, 350, 380, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000, 2100, 2200, 2300, 2400, 2500, 2600, 2700, 2800, 2900, 3000, 3100, 3200, 3300, 3400, 3700, 3800, 3900, 4000, 4100, 4200, 4300, 4400, 4500, 4600, 4700, 4800, 4900, 5000, 5100, 5200, 5300, 5800, 6000, 6200, 6400, 6500, 6600, 6800, 7000, 7200, 7400, 7500, 7800, 8000, 8200, 8400, 8600, 8800, 9400, 9500, 9800, o 10000; o cuyo valor esté dentro de un intervalo definido por cualquiera de estos dos valores.
De acuerdo con otra implementación de esta solicitud, la unidad básica expresada por la fórmula I se ensambla periódicamente a lo largo de una o más de las direcciones espaciales X', Y' y Z' que se desvían de las direcciones X,
Y y Z del sistema de coordenadas cartesianas, por ejemplo, las direcciones X', Y' y Z' se desvían de al menos una de las tres direcciones X, Y y Z del sistema de coordenadas cartesianas en un ángulo específico, respectivamente, por ejemplo, se desvían de 0 a 70 grados, se desvían de 2 a 65 grados o se desvían de 5 a 60 grados; o un ángulo de desviación es 0, 1,2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31,32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41,42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51,52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61,
62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, o 70; o un valor del ángulo de desviación cae dentro de un intervalo definido por cualquiera de estos dos valores. Según una implementación de esta solicitud, el número de repeticiones del ensamblaje periódico de unidades básicas, expresado por la fórmula I, a lo largo de una o más de las direcciones X',
Y' y Z' (por ejemplo, a lo largo de la dirección X', o a lo largo de la dirección Y', o a lo largo de la dirección Z', o a lo largo de las direcciones X' e Y', o a lo largo de las direcciones X' y Z', o a lo largo de las direcciones Y' y Z', por ejemplo, a lo largo de la dirección X', la dirección Y' y la dirección Z') es un número entero comprendido entre 3 y 10000, por ejemplo, siendo un número entero comprendido entre 5 y 8000, o un número entero comprendido entre 10 y 7000, o un número entero comprendido entre 20 y 6000, o un número entero comprendido entre 50 y 5000, o un número entero comprendido entre 70 y 4000, o un número entero comprendido entre 80 y 3000, o un número entero comprendido entre 90 y 2000, o un número entero entre 100 y 1000. Por ejemplo, el número de repeticiones del ensamblaje periódico a lo largo de cualquiera de las direcciones X’, Y’ y Z ’ (por ejemplo, a lo largo de las tres direcciones X’, Y’ y Z’) es 3, 5,
9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 200, 220, 250, 280, 300, 320, 350, 380, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000, 2100, 2200, 2300, 2400, 2500, 2600, 2700, 2800, 2900, 3000, 3100, 3200, 3300, 3400, 3500, 3600, 3700, 3800, 3900, 4000, 4100, 4200, 4300, 4400, 4500, 4600, 4700, 4800, 4900, 5000, 5100, 5200, 5300, 5500, 5600, 5800, 6000, 6200, 6400, 6500, 6600, 6800, 7000, 7200, 7400, 7500, 7800, 8000, 8200, 8400, 8600, 8800, 9000, 9200, 9400, 9500, 9800, o 10000; o cuyo valor esté dentro de un intervalo definido por cualquiera de estos dos valores.
De acuerdo con una implementación de esta solicitud, con fines de simplificación, se utiliza la unidad básica expresada por la fórmula 1 para representar el compuesto de esta solicitud. Como se describió anteriormente, el compuesto se forma ensamblando periódicamente, a lo largo de al menos una dirección espacial, las unidades básicas expresadas por la fórmula I. Según una implementación de esta solicitud, el compuesto de esta solicitud se forma ensamblando periódicamente, a lo largo de tres direcciones espaciales, las unidades básicas expresadas por la fórmula I, y su macroestructura se expresa como partículas sustancialmente esféricas. El tamaño de partícula de estas partículas se obtiene mediante medición utilizando diversos medios técnicos convencionales. El tamaño de la unidad básica está determinado por los tipos de todos los componentes que se muestran en la fórmula I, y un valor promedio o valor máximo del número de repeticiones de ensamblaje periódico para el compuesto de esta solicitud puede determinarse por una relación del tamaño de partícula de las partículas a un tamaño unidimensional de la unidad básica.
Según una implementación de esta solicitud, el compuesto de esta solicitud no incluye ni C ni A. Según otra implementación de esta solicitud, el compuesto de esta solicitud incluye tanto C como A. Según otra implementación de esta solicitud, el compuesto de esta solicitud contiene C pero no A. Según otra implementación de esta solicitud, el compuesto de esta solicitud contiene A pero no C.
Esta solicitud incluye, además, nuevas implementaciones obtenidas mediante la combinación de dos o más de las implementaciones de esta solicitud.
De acuerdo con una implementación de esta solicitud, la estructura del armazón del compuesto se forma principalmente ensamblando, de manera ordenada y uniforme, las unidades básicas compuestas por cationes metálicos expresados por M y ligandos expresados por L (y opcionalmente C y A), el compuesto obtenido tiene una estructura orientada altamente regularmente. Se puede ajustar un patrón de ensamblaje y un tamaño de poro de la estructura del armazón del compuesto en función de los tipos y proporciones relativas de los cationes metálicos y ligandos en uso, las condiciones de procesamiento utilizadas en el proceso de síntesis y la selección de otras materias primas. De acuerdo con una implementación de esta solicitud, el catión metálico M está conectado al ligando L a través de uno o más de enlace coordinado, enlace covalente y enlace iónico. Según otra implementación de esta solicitud, el compuesto de esta solicitud incluye tanto M como C, donde M y C primero forman una estructura de grupo, y luego la estructura de grupo se conecta al ligando L a través de uno o más de enlace coordinado, enlace covalente y enlace iónico.
De acuerdo con una implementación especial de esta solicitud, el compuesto de esta solicitud tiene la siguiente estructura. En esta estructura, el ligando expresado por la fórmula I es un compuesto de ácido policarboxílico, tal como un compuesto aromático o heteroaromático que tiene al menos dos grupos carboxilo, por ejemplo, el ligando puede ser un ligando seleccionado de entre uno o más de los siguientes: ácido 1,4-bencenodicarboxílico (radical carboxilato/éster carboxilato), ácido 1,2-bencenodicarboxílico (radical carboxilato/éster carboxilato), ácido 1,3-bencenodicarboxílico (radical carboxilato/éster carboxilato), ácido 1,3,5-bencenotricarboxílico (radical carboxilato/éster carboxilato), ácido 1,2,3-bencenotricarboxílico (radical carboxilato/éster carboxilato), ácido 1,2,4-bencenotricarboxílico (radical carboxilato/éster carboxilato), ácido trimésico, ácido 2,2',5,5'-bifeniltetracarboxílico, ácido 3,3',5,5'-bifeniltetracarboxílico, ácido 2,2',4,4'-bifeniltetracarboxílico, ácido 3,3',4,4'-bifeniltetracarboxílico, ácido 4,4'-bifenildicarboxílico (radical carboxilato/éster carboxilato), ácido 2,2'-bifenildicarboxílico (radical carboxilato/éster carboxilato), ácido 4,4'-bifenildicarboxílico (carboxilato/carboxilato), ácido 3,3'-bifenildicarboxílico (radical carboxilato/éster carboxilato), ácido 2,4,4'-bifeniltricarboxílico (radical carboxilato/éster carboxilato), ácido 3,4,4'-bifeniltricarboxílico (radical carboxilato/éster carboxilato), ácido 3,5,4'-bifeniltricarboxílico (radical carboxilato/éster carboxilato), ácido 2,4,2'-bifeniltricarboxílico (carboxilato/carboxilato), ácido 3,4,2'-bifeniltricarboxílico (radical carboxilato/éster carboxilato), ácido 3,5,2'-bifeniltricarboxílico (radical carboxilato/éster carboxilato), ácido 2,4,3'-bifeniltricarboxílico (radical carboxilato/éster carboxilato), ácido 3,4,3'-bifeniltricarboxílico (carboxilato radical/éster carboxilato), ácido 3,5,3'-bifeniltricarboxílico (radical carboxilato/éster carboxilato), 1,3,5-tri[4-carboxilato (radical carboxilato/éster carboxilato)fenil]benceno y tricarboxilato de 4,4',4"-trifenilamina. De acuerdo con una implementación de esta solicitud, el catión metálico M expresado por la fórmula I es un catión seleccionado de entre Zn, Co, Cu, Fe, Cd, Mn, Ag, Rh, Ru, Sc, Cr, Ni, Y, Ti, Zr, Hf, Sr, Pb y metales lantánidos. Por ejemplo, el catión metálico M puede ser uno o ambos de Zn(II) y Cu(II). De acuerdo con una implementación de esta solicitud, en el compuesto de esta solicitud, cada catión metálico M está unido a una pluralidad de átomos de oxígeno (oxígeno de carbonilo y oxígeno de hidroxilo) en una pluralidad de grupos carboxilo en dos o más de los ligandos anteriores mediante enlaces coordinados, para formar una estructura unitaria básica. Las estructuras unitarias básicas están dispuestas en una estructura cristalina tridimensional regular en el espacio, es decir, en cada uno de los elementos de la matriz más pequeños (una estructura de la celda que incluye solo un microporo o mesoporo), las estructuras unitarias básicas y los ligandos están dispuestos de manera regular y lineal a lo largo de una dirección de extensión de cada lado, y los elementos de la matriz más pequeños se ensamblan de manera regular y repetida para formar unidades básicas expresadas por la fórmula I con dicha estructura. Las unidades básicas se ensamblan periódicamente a lo largo de al menos una de las tres direcciones X, Y y Z del sistema de coordenadas cartesianas, y las unidades básicas adyacentes se combinan mediante los grupos metálicos constituyentes y los fragmentos de ligando en las esquinas y bordes compartidos, para formar el compuesto complejo de esta solicitud. De acuerdo con una implementación de esta solicitud, el compuesto de esta solicitud se forma mediante el ensamblaje periódico de la estructura básica expresada por la fórmula I a lo largo de al menos una de las tres direcciones X, Y y Z en el sistema de coordenadas cartesianas. Según una implementación de esta solicitud, la unidad básica del compuesto es BTC2[Cu]3, EBTC[Cu]<2>, EBTC[Cu]<2>(H<2>O<)2>y NTB2[Zn4O], donde BTC representa ácido trimésico, EBTC representa ácido 3,3',5,5'-bifeniltetracarboxílico y NTB representa tricarboxilato de 4,4',4"-trifenilamina.
Según una implementación de esta solicitud, C en la fórmula I no está presente, es decir, b=0. Según una implementación de esta solicitud, A no está presente, es decir, z puede ser cero.
Según una implementación de esta solicitud, la "unidad básica" como la unidad repetitiva más pequeña en el compuesto se obtiene ensamblando periódicamente más de una celda unitaria más pequeña, por ejemplo, un agregado de 2x2x2 formado al ensamblar periódicamente 8 celdas unitarias más pequeñas se utiliza como la estructura básica de la fórmula I; un agregado de 3*3*3 formado al ensamblar periódicamente 27 celdas unitarias más pequeñas se utiliza como la estructura básica de la fórmula I; un agregado de 4*4*4 formado al ensamblar periódicamente 64 celdas unitarias más pequeñas se utiliza como la estructura básica de la fórmula I; un agregado de 5x5x5 formado al ensamblar periódicamente 125 celdas unitarias más pequeñas se utiliza como la estructura básica de la fórmula I; un agregado de 6*6*6 formado al ensamblar periódicamente 216 celdas unitarias más pequeñas se utiliza como la estructura básica de la fórmula I; un agregado de 7*7*7 formado al ensamblar periódicamente 343 celdas unitarias más pequeñas se utiliza como la estructura básica de la fórmula I; un agregado de 8*8*8 formado al ensamblar periódicamente 512 celdas unitarias más pequeñas se utiliza como la estructura básica de la fórmula I; o se utiliza como estructura básica de la fórmula I un agregado más grande, donde en este caso las relaciones x, a, b, y y z en la fórmula I pueden tener valores mayores.
De acuerdo con una implementación de esta solicitud, se prepara un separador que tiene un rendimiento mejorado formando, sobre al menos una superficie de una capa de matriz, una capa de recubrimiento que incluye el compuesto de esta solicitud. La capa de matriz utilizada en esta solicitud puede ser una película de polímero con una estructura microporosa, por ejemplo, una película de polímero seleccionada de entre los siguientes materiales: poliolefina (tal como copolímero de etileno-propileno), fibra de vidrio, aramida, alcohol polivinílico, celulosa, óxido de polietileno, politetrafluoroetileno, polialilamina, poliacrilonitrilo, poliuretano, polimetilmetacrilato, poliimida, tereftalato de polietileno, tereftalato de butileno de polietileno, poliacetal, policarbonato, polieteretercetona, polisulfona, éter de polifenileno, poliestireno, naftaleno de polietileno y mezclas físicas o copolímeros de dos o más de estos materiales, donde la poliolefina puede incluir polipropileno, polietileno y una mezcla física o copolímero de los mismos. La capa de matriz de esta solicitud puede tener diferentes tamaños de poro según sea necesario, por ejemplo, 0,01 micras-100 micras, o 0,1 micras-10 micras, o 1 micra-5 micras. El espesor de la capa de matriz se puede ajustar adecuadamente según sea necesario, por ejemplo, el espesor puede ser de 0,1 micras-100 micras, tal como 0,5 micras-80 micras, o 1 micras-70 micras, o 2 micras-60 micras, o 4 micras-50 micras, o 5 micras-40 micras, o 6 micras-30 micras, o 7 micras-20 micras, o 8 micras-15 micras, o 9 micras-12 micras. En función de los requisitos, opcionalmente se puede aplicar primero una capa aglutinante o una capa de imprimación sobre al menos una superficie de la capa de matriz antes de aplicar la capa de recubrimiento que incluye el compuesto de esta solicitud sobre la capa de matriz, a fin de mejorar la resistencia de unión de la capa de recubrimiento o mejorar el rendimiento general del separador. Por ejemplo, los ejemplos no limitativos del aglutinante que se puede utilizar incluyen copolímero de acrilonitrilo-estireno-butadieno, copolímero acrílico-acrilato-acrilonitrilo, acrílico-poliimida, carboximetilcelulosa, cianoetil sacarosa, cianoetilcelulosa, cianoetil alcohol polivinílico, acetato propionato de celulosa, acetato butirato de celulosa, acetato de celulosa, óxido de polietileno, copolímero de etileno-acetato de vinilo, ésteres de acetato de polivinilo, polivinilpirrolidona, poliacrilonitrilo, polimetilmetacrilato, copolímero de fluoruro de vinilidenotricloroetileno, copolímero de fluoruro de vinilideno-hexafluoropropileno o cualquier mezcla de estos aglutinantes. De acuerdo con otra implementación de esta solicitud, la capa aglutinante formada entre la capa de matriz y la capa de recubrimiento puede incluir, además, uno o más tipos de partículas inorgánicas, por ejemplo, las partículas inorgánicas pueden seleccionarse de entre una o más de las siguientes: boehmita, tamiz molecular, zeolita, alúmina, hidróxido de alúmina, sílice, nitruro de aluminio, carburo de silicio, MgO, CaO, ZnO, ZrO<2>, TiO<2>y cualquier mezcla de estas partículas inorgánicas. De acuerdo con algunas implementaciones de esta solicitud, el tamiz molecular se selecciona de entre uno o más de los siguientes: tamices moleculares basados en ZSM, tales como ZSM-5, ZSM-11, ZSM-12, ZSM-34 y ZSM-41; tamices moleculares basados en SAPO, tales como SAPO-5, SAPO-11, SAPO-31, SAPO-34 y SAPO-41; tamiz molecular tipo A; tamiz molecular tipo Y; y tamiz molecular tipo X. De acuerdo con una implementación de esta solicitud, el tamaño medio de partícula de estas partículas inorgánicas es de 0,001 micras-10 micras, por ejemplo, siendo 0,01 micras-8 micras, o 0,02 micras-7 micras, o 0,03 micras-6 micras, o 0,05 micras-5 micras, o 0,1 micras-4 micras, o 0,5 micras-3 micras, o 0,8 micras-2 micras, o 0,5 micras-1 micra. De acuerdo con una implementación de esta solicitud, en la capa aglutinante, una relación de masa del aglutinante a las partículas inorgánicas puede ser de 1:0 a 1:10, por ejemplo, siendo de 1:0,2 a 1:9, o de 1:0,4 a 1:8, o de 1:0,5 a 1:7, o de 1:0,6 a 1:6, o de 1:0,7 a 1:5, o de 1:0,8 a 1:4, o de 1:1 a 1:3, o de 1:1,5 a 1:2. Según otra implementación de esta solicitud, la capa de recubrimiento que incluye el compuesto de esta solicitud se aplica directamente a la capa de matriz sin una capa de aglutinante o una capa de imprimación aplicada en el medio.
De acuerdo con una implementación de esta solicitud, el compuesto de esta solicitud se dispersa (se disuelve o se suspende) en un disolvente acuoso o un disolvente orgánico, o en caso de no utilizar disolvente, y se aplica sobre la capa base. Una técnica de recubrimiento específica puede ser cualquiera de las siguientes: recubrimiento por inmersión, recubrimiento con matriz de ranura, recubrimiento por huecograbado, recubrimiento por extrusión, recubrimiento por cuchilla, recubrimiento por centrifugación, recubrimiento por cortina y similares. De acuerdo con una implementación de esta solicitud, el disolvente orgánico puede seleccionarse de entre uno o más de los siguientes: agua, acetona, metanol, etanol, ácido acético, dimetilformamida, dimetilacetamida, N-metilpirrolidona, tetrahidrofurano, diclorometano, cloroformo y ciclohexano. De acuerdo con una implementación de esta solicitud, en caso de utilizar un solvente, en comparación con el peso total de la capa de recubrimiento (solución o suspensión) antes de la solicitud, la cantidad de solvente puede ser de 5 % en peso-95 % en peso, por ejemplo, siendo 10 % en peso-90 % en peso, o 20 % en peso-80 % en peso, o 30 % en peso-70 % en peso, o 40 % en peso-60 % en peso, o 45 % en peso-50 % en peso.
De acuerdo con una implementación de esta solicitud, además del compuesto que incluye esta solicitud, la capa de recubrimiento formada sobre la capa de matriz puede incluir, además, uno o más aglutinantes. Los aglutinantes pueden seleccionarse entre uno o más de los siguientes: poliacrilato, copolímero de acrilonitrilo-estireno-butadieno, copolímero acrílico-acrilato-acrilonitrilo, acrílico-poliimida, carboximetilcelulosa, cianoetil sacarosa, cianoetilcelulosa, cianoetil alcohol polivinílico, acetato propionato de celulosa, acetato butirato de celulosa, acetato de celulosa, óxido de polietileno, copolímero de etileno-acetato de vinilo, ésteres de acetato de polivinilo, polivinilpirrolidona, poliacrilonitrilo, polimetilmetacrilato, copolímero de fluoruro de vinilideno-tricloroetileno, copolímero de fluoruro de vinilidenohexafluoropropileno o cualquier mezcla de estos aglutinantes. De acuerdo con una implementación de esta solicitud, con base en el peso total de la capa de recubrimiento finalmente formada, el contenido del aglutinante puede ser de 1 % en peso-25 % en peso, por ejemplo, siendo 3 % en peso-20 % en peso, o 5 % en peso-15 % en peso, o 6 % en peso-10 % en peso, o 7 % en peso-9 % en peso.
De acuerdo con otra implementación de esta solicitud,, además del compuesto que incluye esta solicitud, la capa de recubrimiento formada sobre la capa matriz puede incluir, además, uno o más tipos de partículas inorgánicas. Estas partículas inorgánicas pueden tener una constante dieléctrica mayor a 1, piezoelectricidad y/o conductividad iónica, por ejemplo, las partículas inorgánicas pueden seleccionarse de una o más de las siguientes: boehmita, tamiz molecular, zeolita, alúmina, hidróxido de alúmina, sílice, nitruro de aluminio, carburo de silicio, MgO, CaO, ZnO, ZrO<2>, TiO<2>y cualquier mezcla de estas partículas inorgánicas. De acuerdo con algunas implementaciones de esta solicitud, el tamiz molecular se selecciona de entre uno o más de los siguientes: tamices moleculares basados en ZSM, tales como ZSM-5, ZSM-11, ZSM-12, ZSM-34 y ZSM-41; tamices moleculares basados en SAPO, tales como SAPO-5, SAPO-11, SAPO-31, SAPO-34 y SAPO-41; tamiz molecular tipo A; tamiz molecular tipo Y; y tamiz molecular tipo X. De acuerdo con una implementación de esta solicitud, con base en el peso total de la capa de recubrimiento finalmente formada, el contenido de partículas inorgánicas puede ser de 0 % en peso-70 % en peso, por ejemplo, 10 % en peso-65 % en peso, o 20 % en peso-60 % en peso, o 30 % en peso-50 % en peso, o 35 % en peso-45 % en peso. De acuerdo con una implementación de esta solicitud, el tamaño medio de partícula de estas partículas inorgánicas es de 0,001 micras-10 micras, por ejemplo, siendo 0,01 micras-8 micras, o 0,02 micras-7 micras, o 0,03 micras-6 micras, o 0,05 micras-5 micras, o 0,1 micras-4 micras, o 0,5 micras-3 micras, o 0,8 micras-2 micras, o 0,5 micras-1 micra.
Según otra implementación de esta solicitud, además del compuesto de esta solicitud, la capa de recubrimiento formada sobre la capa de matriz puede incluir, además, uno o más tipos de otros aditivos, tales como estabilizador, agente humectante, modificador de reología, ajustador de pH y conservante.
De acuerdo con una implementación de esta solicitud, el tamaño medio de partícula del compuesto de esta solicitud contenido en la capa de recubrimiento formada sobre la capa matriz es de 0,001 micras-10 micras, por ejemplo, siendo 0,01 micras-8 micras, o 0,02 micras-7 micras, o 0,03 micras-6 micras, o 0,05 micras-5 micras, o 0,1 micras-4 micras, o 0,5 micras-3 micras, o 0,8 micras-2 micras, o 0,5 micras-1 micra. De acuerdo con otra implementación de esta solicitud, con base en el peso total de la capa de recubrimiento finalmente formada, el contenido del compuesto de esta solicitud puede ser de 0 % en peso-99 % en peso, por ejemplo, siendo 10 % en peso-90 % en peso, o 20 % en peso-80 % en peso, o 30 % en peso-70 % en peso, o 40 % en peso-60 % en peso, o 45 % en peso-50 % en peso.
De acuerdo con una implementación de esta solicitud, se aplica una dispersión (solución, suspensión o lechada) que incluye el compuesto de esta solicitud sobre al menos una superficie de la capa matriz, para formar la capa de recubrimiento después del secado. El espesor de la capa de recubrimiento seca es de 0,1-100 micras, por ejemplo, siendo 0,5 micras-80 micras, o 1 micras-70 micras, o 2 micras-60 micras, o 4 micras-50 micras, o 5 micras-40 micras, o 6 micras-30 micras, o 7 micras-20 micras, o 8 micras-15 micras, o 9 micras-12 micras.
En esta solicitud, basada principalmente en la batería recargable de iones de sodio y la batería recargable de iones de litio, se han estudiado los efectos técnicos del separador de esta solicitud. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que el separador de esta solicitud se puede utilizar para muchos otros aparatos eléctricos y proporciona mejoras técnicas correspondientes. Otros ejemplos de aparatos eléctricos pueden incluir baterías de iones de potasio, baterías de azufre y litio, supercondensadores y similares.
Según una implementación, el aparato eléctrico en esta solicitud es una celda de batería o una batería.
En esta solicitud, "celda de batería" se refiere a una celda de batería que puede cargarse y descargarse de forma independiente. Una estructura de la celda de batería incluye un electrodo positivo, un electrodo negativo, un separador, un electrolito (por ejemplo, electrolito) y un paquete exterior para encapsular el electrodo positivo, el electrodo negativo, el separador y el electrolito (electrolito). Esta solicitud no tiene ninguna limitación particular en cuanto al tipo y forma de la celda de la batería, que puede ser una celda perforada, una celda cilíndrica, una celda prismática o similar.
"Batería" se refiere a un solo módulo físico que incluye una o más celdas de batería para proporcionar mayor voltaje y capacidad. La batería puede incluir un módulo de batería y un paquete de baterías. El módulo de batería se forma conectando eléctricamente una cantidad específica de celdas de batería y colocando las celdas de batería en un marco para proteger las celdas de batería de impactos externos, calor, vibración y similares. El paquete de baterías es el estado final de un sistema de baterías ensamblado en un vehículo eléctrico (por ejemplo, un vehículo eléctrico de batería). Según algunas implementaciones de esta solicitud, el paquete de baterías puede formarse ensamblando varios sistemas de control y protección, tales como un sistema de gestión de baterías y un componente de gestión térmica, en uno o más módulos de baterías. De acuerdo con algunas otras implementaciones de esta solicitud, varios sistemas de control y protección tales como un sistema de gestión de batería y un componente de gestión térmica pueden omitirse en el módulo de batería, es decir, en esta implementación, una o más celdas de batería pueden formar directamente un paquete de batería, y en tales implementaciones, para el sistema de batería, la cantidad de componentes se reduce significativamente mientras que la densidad de energía en peso o la densidad de energía en volumen se mejoran.
El electrodo positivo aplicable a esta solicitud puede incluir un material activo de electrodo positivo comúnmente utilizado en la batería, incluyendo, por ejemplo, óxido de manganeso de metal alcalino, óxido de cobalto de metal alcalino, óxido de níquel de metal alcalino, óxido de níquel y manganeso de metal alcalino, óxido de níquel y cobalto y manganeso de metal alcalino, óxido de níquel y cobalto y aluminio de metal alcalino, óxido de hierro de metal alcalino o fosfato de hierro de metal alcalino. Se pueden incluir, además, otros materiales en el electrodo positivo, tales como dopante, agente conductor, aglutinante, suplemento iónico o lámina metálica. El electrodo negativo aplicable a esta solicitud puede incluir un material de electrodo negativo comúnmente utilizado en la batería, por ejemplo, grafito, litio metálico, grafeno, nanotubo de carbono, carbono blando, carbono duro, óxido de titanio, silicio, óxido de silicio, compuesto de silicio-carbono, titanato de litio, germanio, óxido de estaño, óxido de metal de transición (por ejemplo, óxido férrico, óxido ferroférrico, óxido cobáltico, óxido cobaltósico u óxido de manganeso), o una sustancia orgánica con propiedades redox reversibles. De acuerdo con una implementación de esta solicitud, el electrolito incluye un disolvente y una sal de electrolito disuelta en el disolvente. Por ejemplo, el disolvente utilizado para el electrolito puede incluir uno o más de los siguientes: carbonato de etileno, carbonato de fluoroetileno, carbonato de propileno, carbonato de dimetilo, carbonato de etilmetilo, carbonato de propilmetilo, éster de buteno de ácido carbónico, carbonato de dietilo, carbonato de metilbutilo, carbonato de etilpropilo, carbonato de dipropilo, ciclopentanona, sulfóxido de dimetilo, formiato de metilo, acetato de metilo, acetato de etilo, N-metilpirrolidona, tetrahidrofurano, éter dimetílico, nitrometano, acetato de 2-metoxietilo, acetato de 2-etoxietilo, oxalato de dietilo, Y-butirolactona, ésteres de Y-valerolactona,<y>-caprolactona, dimetoxietano, 2-metiltetrahidrofurano y dioxano. La sal electrolítica utilizada en el electrolito puede ser una sal metálica, tal como sal de sodio, sal de litio, sal de potasio, sal de magnesio, sal de zinc y sal de aluminio. De acuerdo con una implementación, el aparato electroquímico de esta solicitud es una batería de iones de litio, donde el electrolito en uso es una sal de sodio, que puede incluir, por ejemplo, uno o más de los siguientes: hexafluorofosfato de sodio (V), hexafluoroarseniato de sodio (V), perclorato de sodio, tetracloroaluminato de sodio, cloruro de sodio, tetrafluoroborato de sodio, trifluorometanosulfonato de sodio, tetrafluorofosfato de sodio, dioxalato borato de sodio, difluorooxalato borato de sodio y bis(trifluorometanosulfonil)imida de sodio; o según se requiera, puede ser una sal de litio o una sal de potasio correspondiente a la sal de sodio anterior, o una mezcla de dos o más de las sales de sodio, litio y potasio anteriores. De acuerdo con una implementación de esta solicitud, en función del peso total del electrolito, el contenido del solvente es de 60 % en peso-99 % en peso, por ejemplo, siendo 65 % en peso-95 % en peso, o 70 % en peso-90 % en peso, o 75 % en peso-89 % en peso, o 80 % en peso-85 % en peso. Según otra implementación de esta solicitud, en función del peso total del electrolito, el contenido de la sal del electrolito es de 1 % en peso-40 % en peso, por ejemplo, siendo 5 % en peso-35 % en peso, o 10 % en peso-30 % en peso, u 11 % en peso-25 % en peso, o 15 % en peso-20 % en peso.
De acuerdo con una implementación de esta solicitud, el electrodo positivo, el separador y el electrodo negativo se apilan en secuencia, de modo que el separador se ubica entre el electrodo positivo y el electrodo negativo para separarlos. La estructura de apilamiento se enrolla formando un rollo para obtener una celda desnuda. La celda desnuda se encapsula en un material de embalaje exterior y se inyecta el electrolito para obtener una celda de batería para su uso en el aparato eléctrico. De acuerdo con una implementación de esta solicitud, ambos lados de la capa de matriz en el separador están recubiertos con una capa de recubrimiento que incluye el compuesto de esta solicitud. Según otra implementación de esta solicitud, la capa de recubrimiento que incluye el compuesto de esta solicitud se aplica solo en un lado de la capa de matriz del separador. En este caso, el lado recubierto está orientado hacia un lado del electrodo negativo o hacia un lado del electrodo positivo.
De acuerdo con una implementación de esta solicitud, el compuesto de esta solicitud puede sintetizarse de la siguiente manera: De acuerdo con una fórmula general de un producto objetivo, dispersar la sal soluble o la sal insoluble del catión metálico correspondiente y el ligando en un disolvente polar (que es agua, amoníaco, metanol, dimetilformamida o similares), agregar opcionalmente un agente oxidante, un agente reductor, un surfactante o similar según se requiera (alternativamente agregar solo uno de estos aditivos o no agregar ninguno de estos aditivos), realizar un envejecimiento durante un período de tiempo en un entorno sellado a una temperatura ambiente de 80 °C-280 °C (por ejemplo, 80 °C-200 °C u 80 °C-120 °C), y realizar una reacción de autoensamblaje, para obtener el producto objetivo.
De acuerdo con algunas implementaciones de esta solicitud, un aparato eléctrico (por ejemplo, una batería) que incluye el separador de esta solicitud puede ser aplicable a varios dispositivos eléctricos (dispositivos eléctricos) que utilizan las baterías. Por ejemplo, el dispositivo eléctrico puede incluir un teléfono móvil, un dispositivo portátil, un ordenador portátil, una bicicleta eléctrica, un vehículo eléctrico de batería, un barco, una nave espacial, un juguete eléctrico o una herramienta eléctrica. La nave espacial es, por ejemplo, un avión, un cohete, un transbordador espacial o una nave espacial. El juguete eléctrico incluye, por ejemplo, un juguete eléctrico fijo o móvil, tal como una consola de juegos, un juguete de vehículo eléctrico, un juguete de barco eléctrico y un juguete de avión eléctrico. La herramienta eléctrica incluye, por ejemplo, una herramienta eléctrica para cortar metal, una herramienta eléctrica para amolar, una herramienta eléctrica de montaje y una herramienta eléctrica específica para ferrocarriles, tal como un taladro eléctrico, una amoladora eléctrica, una llave eléctrica, un destornillador eléctrico, un martillo eléctrico, un taladro de impacto eléctrico, un vibrador de hormigón y una cepilladora eléctrica.
El uso de la batería en esta solicitud no se limita al dispositivo eléctrico descrito anteriormente, y su uso previsto puede incluir baterías en vehículos. Por ejemplo, la Figura 1A y la Figura 1B son diagramas esquemáticos de un vehículo según una implementación de esta solicitud. El vehículo puede ser un vehículo alimentado por combustible, un vehículo a gas o un vehículo de nueva energía. El vehículo de nueva energía puede ser un vehículo eléctrico de batería, un vehículo eléctrico híbrido, un vehículo eléctrico de autonomía extendida o similares. Como se muestra en la Figura 1 A, la batería 10 puede estar dispuesta dentro del vehículo 1, y en la Figura 1 A, la batería 10 está dispuesta en la parte inferior del vehículo. Sin embargo, la batería 10 puede disponerse alternativamente en la parte delantera o trasera del vehículo 1 según sea necesario. Durante el funcionamiento del vehículo, la batería 10 puede alimentar el vehículo 1 de manera intermitente o continua. Por ejemplo, la batería 10 se puede utilizar para suministrar energía eléctrica a aparatos tales como una luz, una pantalla LCD y un encendedor del vehículo 1, y para un vehículo eléctrico híbrido o un vehículo eléctrico de batería, la batería 10 se puede utilizar, además, para suministrar energía de conducción al vehículo 1. Como se muestra en la Figura 1B, el vehículo 1 puede incluir, además, un controlador 30 y un motor 40, y el controlador 30 está configurado para controlar la batería 10 para alimentar el motor 40, por ejemplo, para satisfacer una necesidad de electricidad de funcionamiento durante el arranque, la navegación y la conducción del vehículo 1. En otra implementación de esta solicitud, la batería 10 no sólo se puede utilizar como una fuente de energía operativa para el vehículo 1, sino que también se puede utilizar como una fuente de energía de conducción para el vehículo 1, para reemplazar total o parcialmente el combustible fósil o el gas natural para proporcionar energía de conducción para el vehículo 1. De acuerdo con una implementación de esta solicitud, la batería 10 utilizada en un vehículo también puede ser un paquete de baterías que incluye una pluralidad de celdas de batería 20 mostradas en las Figuras 2A a 2C.
Las Figuras 2A a 2C muestran una batería 10 según una implementación de esta solicitud. En esta implementación, la batería puede denominarse alternativamente celda de batería 20, y la celda de batería 20 incluye una carcasa 21, un conjunto de electrodos 22 y un electrolito, donde el conjunto de electrodos 22 está alojado en la carcasa 21 de la celda de batería 20, y el conjunto de electrodos 22 incluye una placa de electrodo positivo, una placa de electrodo negativo y un separador. El separador puede ser un separador preparado en las realizaciones de esta solicitud. El conjunto de electrodos 22 puede ser una estructura enrollada o una estructura laminada, por ejemplo, puede ser una estructura realmente utilizada en las realizaciones de esta solicitud. La caja 21 incluye un cuerpo de carcasa 211 y una placa de cubierta 212. El cuerpo de la carcasa 211 incluye una cavidad de alojamiento 211a encerrada por una pluralidad de paredes y una abertura 211b. La placa de cubierta 212 está dispuesta en la abertura 211b para cerrar la cavidad de alojamiento 211a. Además del conjunto de electrodos 22, la cavidad de alojamiento 211a aloja, además, el electrolito. La placa de electrodo positivo y la placa de electrodo negativo en el conjunto de electrodos 22 generalmente están provistas de pestañas, y la pestaña generalmente incluye una pestaña de electrodo positivo y una pestaña de electrodo negativo. De acuerdo con algunas implementaciones de esta solicitud, la pestaña de electrodo positivo se proporciona en pluralidad y se apilan juntas, y la pestaña de electrodo negativo se proporciona en pluralidad y se apilan juntas. Las pestañas están conectadas a un terminal de electrodo positivo 214a y a un terminal de electrodo negativo 214b fuera de la celda de batería 20 a través de un elemento de conexión 23. Para una celda de batería prismática, como se muestra en las Figuras 2A y 2C, el terminal del electrodo positivo 214a y el terminal del electrodo negativo 214b pueden estar generalmente dispuestos en la placa de cubierta 212.
A continuación se describe la influencia del separador fabricado de acuerdo con las realizaciones de esta solicitud en el rendimiento de aparatos electroquímicos basados en ejemplos específicos. Se debe tener en cuenta particularmente que el alcance de protección de esta solicitud está definido por las reivindicaciones, pero no se limita a las realizaciones específicas anteriores.
Ejemplos
A menos que se indique lo contrario, las materias primas utilizadas en esta solicitud son todas analíticamente puras y el agua es agua desionizada.
Ejemplo 1: Síntesis del compuesto de esta solicitud
El compuesto con la unidad básica expresada por la fórmula I se sintetizó realizando los siguientes pasos en este ejemplo.
NTB<2>(Zn<4>O) se preparó realizando los siguientes pasos: Se pesó Zn(NO<3>)<2>(59,50 g, 0,2 moles) y se disolvió en dimetilformamida para obtener una solución con una concentración de 0,05 M. Se pesó H<3>NTB (37,63 g, 0,1 moles) y se disolvió en dimetilformamida para obtener una solución con una concentración de 0,1 M. La solución resultante se añadió gota a gota a una solución de nitrato de cinc en dimetilformamida, se añadieron 20 g de polietilenglicol surfactante al 2 % en peso (de la firma Jinan Heshun Chemical Co., Ltd., con un grado de polimerización de 6000) a la solución de dimetilformamida mixta y, a continuación, la mezcla se selló y se dejó envejecer a 105 °C durante 24 h para obtener un producto sólido.
Después de la reacción, se recogió un producto sólido mediante filtración por aspiración, se lavó tres veces con dimetilformamida y luego se secó a 110 °C durante la noche. El producto sólido se caracterizó por difracción de rayos X y se encontró que el producto tenía picos de señal objetivo en 20=8° y 20=11°, lo que demostró que se formó una estructura objetivo. Se realizó un análisis elemental mediante espectrometría de emisión óptica de plasma acoplado inductivamente (ICP), el cual demostró que su composición elemental cumplió con la composición elemental esperada del producto objetivo. Se obtuvo un tamaño de partícula promedio de 0,8 gm mediante medición en caracterización utilizando la técnica de análisis de tamaño de partícula láser. Se demostró que se formó el producto objetivo.
Los materiales que se muestran en la siguiente Tabla 1 se procesaron de la misma manera que en los pasos anteriores. Los tipos de materias primas y las proporciones de materias primas de materiales específicos se resumieron en la Tabla 1, y se utilizaron las mismas técnicas para caracterizar los productos. Los resultados de la caracterización de los productos resultantes también se resumieron en la Tabla 1.
Además, el H<2>O en EBTC[Cu]<2>(H<2>O)<2>que se muestra en la siguiente Tabla 1 se introdujo mediante el siguiente procedimiento: Se sintetizó un producto sólido EBTC[Cu]<2>utilizando la relación de materia prima y la condición de pH que se muestra en la siguiente Tabla 1 y los pasos anteriores. El producto sólido se activó a una temperatura de 110°C durante 10 horas y se colocó en un recipiente sellado, en el que se inyectó 1 bar de nitrógeno puro que contenía vapor de agua saturado, y el recipiente sellado se dejó reposar a temperatura ambiente durante 36 horas. El sólido resultante se caracterizó por termogravimetría, y se observó una pérdida de peso de aproximadamente el 9,65 % en peso a una temperatura <200 °C. Se determinó mediante cálculo que el producto sólido contenía H<2>O en la proporción indicada en la fórmula general anterior.
T l 1: M ri rim r l r riz i n l m n l E m l li i
Ejemplo 2: Preparación del separador
Se utilizó como capa matriz una película microporosa de copolímero PP-PE con un espesor de 16 pm fabricada por la firma Dongguan Advanced Electronic Technology Co., Ltd., cuyo tamaño de poro promedio es de 80 nm. Se utilizó el compuesto de la misma calidad preparado en el Ejemplo 1 y se mezcló uniformemente con un aglutinante de acrilato de polimetilo (producido por la firma Hubei Norna Technology Co., Ltd.), un estabilizador de carboximetilcelulosa sódica (químicamente pura), un agente humectante éter de polioxietileno (producido por la firma Hubei Norna Technology Co., Ltd.) en una proporción de 85:6:3:3:3 y se agregó agua durante la mezcla para obtener una suspensión a base de agua con un contenido de sólidos del 9 %. La lechada se aplicó sobre dos superficies de la capa matriz mediante recubrimiento por raspado, para formar una capa de recubrimiento húmedo con un espesor de aproximadamente 10 micras en las dos superficies, se colocó en un horno y luego se secó a una temperatura de 80°C durante 60 minutos para obtener un separador cuya capa de recubrimiento seca tiene 2 micras de espesor. El separador preparado en este ejemplo, la celda de batería y la batería se denominarán en adelante según el tipo de compuesto utilizado para el separador.
Además, en este ejemplo también se prepararon tres separadores cuyas capas de recubrimiento contienen el compuesto de esta solicitud y óxidos inorgánicos. En concreto, para los separadores, las capas de recubrimiento también se obtuvieron realizando los pasos anteriores, con la diferencia de que una proporción de peso específica del compuesto se sustituyó por alúmina (Shandong Shuochuang Chemical Technology Co., Ltd., un tamaño de partícula promedio fue de aproximadamente 1,5 pm). Los separadores y las celdas de batería fabricados a partir de ellos se escribieron a continuación como 80 % BTC2[Cu]3 20 %Al2Ü3, 51 % BTC2[Cu]3 49 %Al2Ü3, 20 % BTC2[Cu]3 80 %Al2Ü3, respectivamente.
Ejemplo 3: Preparación de la celda de la batería
Un material activo Na0,9Fe0,5Mn0,5O2, un agente conductor negro de acetileno (Denka, Denka Black) y un aglutinante fluoruro de polivinilideno (Arkema, HSV 900) se mezclaron completamente en un sistema de solvente de N-metilpirrolidona en una relación de masa de 94:3:3 agitando uniformemente para obtener una suspensión con un contenido de sólidos del 30 %. Se formó una capa de recubrimiento húmedo con un espesor de 250 pm en un lado de una lámina de Al con un espesor de 12 pm utilizando un procedimiento de recubrimiento por transferencia, y luego se colocó en un horno y se secó a una temperatura de 150 °C durante 60 minutos, seguido de prensado en frío utilizando un rodillo a una presión de 60 toneladas, para obtener una placa de electrodo positivo, donde una capa de recubrimiento seco en un lado de la lámina de Al tenía 130 pm de espesor.
Un material activo de carbón duro, un agente conductor de negro de acetileno, un aglutinante de caucho de estirenobutadieno y un espesante de carboximetilcelulosa sódica se mezclaron completamente en un sistema de solvente de agua desionizada en una relación de masa de 95:2:2:1 agitando uniformemente para obtener una suspensión con un contenido de sólidos del 15 %. La suspensión se aplicó en un lado de una lámina de Al con un espesor de 12 pm utilizando una cuchilla para formar una capa de recubrimiento húmedo con un espesor de 120 pm, y luego se colocó en un horno y se secó a una temperatura de 150 ° C durante 60 minutos, seguido de prensado en frío utilizando una prensa en frío a una presión de 50 toneladas, para obtener una placa de electrodo negativo, donde una capa de recubrimiento seco en un lado de la lámina de Al tiene 60 pm de espesor.
La placa del electrodo positivo, el separador preparado en el Ejemplo 2 y la placa del electrodo negativo se enrollaron secuencialmente para formar una estructura enrollada y laminada de 16 cm x 10 cm x 2,8 cm. La celda desnuda se colocó en una caja de acero y se inyectaron y encapsularon 150 gramos de electrolito para obtener la celda de batería. El electrolito era una solución de NaPF6 PC 1M.
Ejemplos comparativos 1 a 4: Preparación de separadores y celdas de batería para comparación
En el ejemplo comparativo 1, se utilizó como separador la película microporosa descrita en el ejemplo 2. En los Ejemplos comparativos 2 a 4, los separadores se prepararon realizando los pasos del Ejemplo 2, y una diferencia radica en que el hidróxido de aluminio (producido por la firma Shandong Shuochuang Chemical Technology Co., Ltd., donde el tamaño promedio de partícula es de aproximadamente 0,6 pm), SAPO-34 (producido por la firma Taizhou Juna, donde el tamaño promedio de partícula es de aproximadamente 1,2 pm) y alúmina (producida por la firma Shandong Shuochuang Chemical Technology Co., Ltd., donde el tamaño promedio de partícula es de aproximadamente 1,5 pm) con el mismo peso reemplazaron el compuesto de esta solicitud. Los separadores se utilizaron para preparar celdas de batería de la misma manera que en el Ejemplo 3.
Ejemplo 4: Caracterización de la afinidad electrolítica de los separadores y del rendimiento de las celdas de batería
En este ejemplo, se caracterizaron los siguientes parámetros: porosidad, humectabilidad del electrolito y tasa de retención del electrolito de los separadores preparados en el Ejemplo 2 y los Ejemplos Comparativos 1 a 4; y tasa de inyección del electrolito, rendimiento de la velocidad y rendimiento cíclico de las celdas de batería preparadas en el Ejemplo 3 y los Ejemplos Comparativos 1 a 4.
Procedimiento para medir la porosidad del separador:
Se obtuvo un separador con un tamaño de 10 cm*10 cm*20 |Jm (el separador en el Ejemplo Comparativo 1 tenía un espesor de 16 |jm debido a que no se formó una capa de recubrimiento sobre la superficie) preparado en el Ejemplo 2 o los Ejemplos Comparativos 1 a 4, y se obtuvo un volumen del separador a través de un cálculo basado en el tamaño del separador. La masa seca mp del separador para calcular la densidad seca pp del separador. El separador se sumergió en n-butanol durante 10 horas y, después de sacarlo, se pesó para obtener un peso húmedo. Con base en la diferencia entre el peso húmedo y el peso seco, se determinó la masa ma de n-butanol totalmente absorbida por el separador. La densidad pa del n-butanol era un parámetro conocido y la porosidad del separador se obtuvo mediante cálculo utilizando la siguiente fórmula basada en los parámetros anteriores. Se puede observar que en esta porosidad total se considera una porosidad total tanto de la capa de matriz como de la capa de recubrimiento. Sin embargo, en el caso en que otros componentes de la capa de matriz y la capa de recubrimiento permanecen sin cambios para diferentes separadores, la porosidad total refleja de manera muy intuitiva el impacto del compuesto de esta solicitud en la porosidad del separador.
P=(ma/pa)/(nia/pa+mp/pp)x 100%
Procedimiento para medir la humectabilidad del electrolito del separador:
Una gota (aproximadamente 0,05 mL) de electrolito hidrófilo prótico con electrolito (NaPF61 M en carbonato de etileno (EC): carbonato de metilo y etilo (EMC) = solución 1/1 p/p) a los separadores que se prepararon en el Ejemplo 2 o en los Ejemplos Comparativos 1 a 4 y se colocaron horizontalmente. Después de cinco minutos, se obtuvo un área aproximada infiltrada por el electrolito a través de estadística utilizando un procedimiento de cuadrícula. En concreto, una forma de medición del procedimiento de cuadrícula es la siguiente: Cinco minutos después, se fotografió directamente desde arriba la superficie superior del separador y luego se utilizaron cuadrados con un área de 0,1 cm2 cada uno para cubrir todas las áreas que mostraban trazas de infiltración de electrolitos en la fotografía. Un cuadrado totalmente ocupado por la traza de infiltración de electrolito se registró como "totalmente infiltrado", un cuadrado con un área de infiltración de electrolito igual o mayor que la mitad del cuadrado también se registró como "totalmente infiltrado", y un cuadrado con un área de infiltración de electrolito menor que la mitad del cuadrado se registró como "no infiltrado". La humectabilidad final del electrolito del separador fue igual al número de cuadrados completamente infiltrados * 0,1, medido en centímetros cuadrados.
Procedimiento para medir la tasa de retención de electrolitos del separador:
Se tomó un separador con un tamaño de 10 cm*10 cm*20 jm (el separador en el Ejemplo Comparativo 1 tenía un espesor de 16 jm debido a que no se formó una capa de recubrimiento sobre la superficie) preparado en el Ejemplo 2 o los Ejemplos Comparativos 1 a 4, y se pesó un peso seco W<0>del separador. Luego, el separador se sumergió en el electrolito durante 10 horas y se dejó reposar en un recipiente sellado durante 1 hora para saturar el separador con el electrolito. Luego, se pesó el peso húmedo W del separador y se obtuvo la tasa de retención de electrolitos mediante un cálculo basado en la siguiente fórmula. Se puede aprender que la tasa de retención de electrolitos no solo caracteriza la capacidad del electrolito incluido en el separador, sino que también refleja la capacidad de retención de electrolitos del separador.
Tasa de retención de e lectro litos= [(W -W o)/W o]x 100%
Procedimiento para medir la tasa de inyección de electrolitos de la celda de la batería:
Se inyectó un electrolito en la celda de la batería en el Ejemplo 3 y los Ejemplos Comparativos 1 a 4 a través de inyección de electrolito al vacío. Se registró el tiempo transcurrido desde la transferencia total de masa del electrolito en un estado discreto hacia el interior del separador y la transferencia de masa hacia el interior de las placas de los electrodos positivo y negativo hasta la infiltración total de la celda de la batería, bajo la premisa de que las celdas de batería obtenidas tenían un rendimiento normal (no se produjo un fenómeno de caída del rendimiento causado por electrolito insuficiente dentro de los 100 ciclos).
Procedimiento para medir el rendimiento de la tasa:
La celda de la batería se colocó en un túnel de prueba de una estación de trabajo electroquímica Arbin, se cargó a un voltaje de corte de carga de 4 V con una corriente constante a una tasa de 0,1 C, se cargó a un voltaje constante durante 30 minutos y luego se descargó a un voltaje de corte de descarga de 2,5 V con una corriente constante a una tasa de 0,1 C y 1 C por separado. La capacidad de descarga se registró como capacidad de 0,1 C y capacidad de 1 C, respectivamente. Rendimiento de la tasa = capacidad de 1 C / capacidad de 0,1 C * 100 %.
Procedimiento para medir el rendimiento ciclista:
La celda de la batería se colocó en un túnel de prueba de una estación de trabajo electroquímica Arbin, se cargó a un voltaje de corte de carga de 4 V con una corriente constante a una velocidad de 1 C, se dejó reposar durante 5 minutos y luego se descargó a un voltaje de corte de descarga de 2,5 V con una corriente constante a una velocidad de 1 C. Se registró la capacidad de descarga y la celda de la batería se dejó reposar durante 5 minutos más. Los pasos anteriores se realizaron durante 100 ciclos. Rendimiento cíclico = capacidad del ciclo 100/capacidad del ciclo 1 x 100 %.
Los resultados de la medición del rendimiento de afinidad del electrolito del separador de esta solicitud y el rendimiento de trabajo de la celda de la batería se resumieron en la siguiente Tabla 2.
Tabla 2: Resultados de la medición del rendimiento de afinidad del electrolito y del rendimiento cíclico de los separadores las celdas de la batería en esta solicitud
De la Tabla 2 anterior se puede aprender que, aunque los separadores de todos los ejemplos y ejemplos comparativos tienen una porosidad muy similar, el separador proporcionado por los ejemplos de esta solicitud presenta una excelente humectabilidad de electrolito y una tasa de retención de electrolitos porque la capa de recubrimiento en la superficie contiene el compuesto proporcionado en el ejemplo de esta solicitud. La celda de batería preparada con dicho separador tiene una tasa de inyección de electrolito significativamente menor y un rendimiento de velocidad y rendimiento cíclico significativamente mejorados.
Ejemplo 5: Caracterización de propiedades tales como el rendimiento antiexpansión y las propiedades mecánicas de separadores y celdas de batería
En este ejemplo, se utilizaron los siguientes medios técnicos para caracterizar diversas propiedades de los separadores y celdas de batería de los Ejemplos y Ejemplos Comparativos que se obtienen en los Ejemplos 2 y 3 y los Ejemplos Comparativos 1 a 4.
Procedimiento para medir la tasa de hinchamiento de la batería:
Las celdas de batería obtenidas en el Ejemplo 3 anterior y los Ejemplos Comparativos 1 a 4 de esta solicitud se ensamblaron en una batería de perforación para pruebas de carga y descarga, y se agregaron 1000 ppm de agua al electrolito para acelerar la producción de gas. Se probó el volumen de la batería antes de cargarla y descargarla utilizando un procedimiento de drenaje, y se designó V1, y el volumen de la batería después de 100 ciclos de carga y descarga se designó V2. Tasa de hinchamiento de la batería P=(V2-V1)/V1x100 %.
Procedimiento de prueba para la densidad de energía de la celda:
Las celdas de batería obtenidas en el Ejemplo 3 anterior de esta solicitud y los Ejemplos Comparativos 1 a 4 se cargaron a un voltaje de corte de carga de 4,0 V con una corriente constante a una velocidad de 0,1C, se cargaron a un voltaje constante durante 30 minutos y luego se descargaron a un voltaje de corte de descarga de 2,5 V con una corriente constante a una velocidad de 0,1C. Se registró la energía liberada durante la descarga a corriente constante y se dividió por la masa total de la celda de la batería para obtener la densidad de energía de la celda.
Procedimiento de prueba para la densidad del área:
Se utilizaron los separadores obtenidos en el Ejemplo 2 de esta solicitud y en los Ejemplos Comparativos 1 a 4. Se pesó un separador de capa de recubrimiento cuadrado con un tamaño de 10 cmx10 cm para obtener su masa y la masa se dividió por su área para obtener la densidad del área.
Procedimiento de prueba de permeabilidad al aire:
Se utilizaron los separadores obtenidos en el Ejemplo 2 de esta solicitud y en los Ejemplos Comparativos 1 a 4. Se utilizó el comprobador Gurley 4110N para medir la permeabilidad del aire del separador, que era un índice Gurley del tiempo necesario para que 100 ml de aire pasaran a través del separador.
Procedimiento de prueba para determinar la resistencia al pelado:
Se utilizaron los separadores (la única diferencia es que el separador utilizado en este documento tiene una capa de recubrimiento en un lado) obtenidos en el Ejemplo 2 de esta solicitud y en los Ejemplos Comparativos 1 a 4. Se obtuvo una muestra limpia y ordenada del separador, y la muestra se cortó en tiras de 15 mmx20 mm. También se cortó una matriz de lámina de tereftalato de polietileno (PET) en tiras de 15 mmx20 mm, y el otro lado del separador, sin capa de recubrimiento, se adhirió firmemente a la matriz de lámina de tereftalato de polietileno (PET). Se fijó firmemente una cinta 3M al lado con la capa de recubrimiento. Se utilizó una máquina tensora para fijar un extremo de la muestra prensada anterior y tirar de la cinta 3M en el otro extremo. Se puso en marcha la máquina tensora y el resultado de la prueba fue una fuerza de pelado (resistencia al pelado).
Tabla 3: Resultados de la medición de la tasa de hinchamiento de la batería, la densidad de energía de la celda, la densidad del área, la permeabilidad del aire y la resistencia al pelado de los separadores y las l l rí n l m l li i
Como se puede ver en la Tabla 3 anterior, en comparación con los Ejemplos Comparativos, los separadores proporcionados por los ejemplos de esta solicitud presentan una densidad de área, permeabilidad al aire y resistencia al pelado mejoradas porque la capa de recubrimiento en la superficie contiene el compuesto proporcionado en los ejemplos de esta solicitud, y las celdas de batería y las baterías preparadas utilizando dichos separadores presentan un excelente rendimiento antiexpansión y una excelente densidad de energía de celda.
Ejemplo 6: Caracterización de propiedades tales como resistencia térmica, índice de oxígeno limitante y conductividad iónica de separadores y celdas de batería
En este ejemplo, se utilizaron los siguientes medios técnicos para caracterizar diversas propiedades de los separadores y celdas de batería de los Ejemplos y Ejemplos Comparativos que se obtienen en los Ejemplos 2 y 3 y los Ejemplos Comparativos 1 a 4.
Procedimiento de prueba de resistencia al calor:
Se utilizaron los separadores obtenidos en el Ejemplo 2 de esta solicitud y en los Ejemplos Comparativos 1 a 4. Se cortó una lámina de muestra de separador uniforme y ordenada en unidades de 12 cmx12 cm y se marcó la dimensión transversal (TD) y la dimensión longitudinal (MD). Se dibujaron líneas rectas en las dimensiones transversales y longitudinales utilizando un marcador, se midieron sus longitudes utilizando un calibrador vernier y se registraron los datos. La muestra se colocó en una caja con temperatura y humedad constantes y se mantuvo caliente durante un tiempo determinado. Después de sacar la muestra de la caja de temperatura y humedad constantes y dejarla reposar durante 15 a 20 minutos, se midieron las longitudes de las líneas rectas dibujadas usando un calibrador vernier y se registraron los datos. A partir de los datos dimensionales registrados antes y después del tratamiento térmico, se calcularon los datos de contracción térmica en la dimensión transversal (TD) y la dimensión longitudinal (MD).
Procedimiento de medición para la prueba de caja caliente:
Las celdas de batería obtenidas en el Ejemplo 3 anterior de esta solicitud y los Ejemplos Comparativos 1 a 4 se utilizaron para la preparación de baterías. La batería se almacenó a 150 °C durante 1 hora y luego se verificó si se produjo una explosión o rotura de la batería. Una muestra que pasó la prueba de caja caliente se designó como °, y una muestra que explotó o estalló se designó como x.
Procedimiento de prueba para el índice de oxígeno limitante:
Se utilizaron los separadores obtenidos en el Ejemplo 2 de esta solicitud y en los Ejemplos Comparativos 1 a 4. La lámina de muestra se cortó en tiras de 20 mm de ancho y 200 mm de largo, y se apilaron varias capas de las tiras hasta alcanzar un espesor aproximado de 0,1 mm. Se utilizó una varilla de bobinado para enrollar las tiras apiladas en un rollo, y se utilizó un analizador de índice de oxígeno limitante para medir el índice de oxígeno según la norma GB/T2406-93. El resultado de la medición fue una concentración mínima de oxígeno (porcentaje de volumen) requerida para que la muestra mantenga la combustión. Un valor mayor indica un mejor retardo de llama del separador obtenido.
Procedimiento de prueba de conductividad iónica:
Se utilizaron los separadores obtenidos en el Ejemplo 2 de esta solicitud y en los Ejemplos Comparativos 1 a 4. Basándose en el procedimiento de celda simétrica restringida, se realizaron pruebas de espectroscopia de impedancia de CA de voltaje constante en separadores con diferentes cantidades de capas utilizando la estación de trabajo electroquímica Bio-logic. La intersección de una curva de impedancia y una parte real en un diagrama de Nyquist fue Rs, y se comparó con un parámetro Rs conocido de una muestra de conductividad estándar, para obtener la conductividad iónica.
Tabla 4: Resultados de medición de la resistencia al calor, retardo de llama y conductividad iónica de los r r n l m l li i
De los resultados experimentales de la Tabla 4 anterior se desprende que, en comparación con los Ejemplos comparativos, los separadores proporcionados por los ejemplos de esta solicitud presentan una resistencia al calor mejorada, retardo de llama y una excelente conductividad iónica porque la capa de recubrimiento de la superficie contiene el compuesto proporcionado en los ejemplos de esta solicitud.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Separador, en el que el separador comprende:
una capa de matriz polimérica; y
una capa de recubrimiento aplicada sobre al menos una superficie de la capa de matriz polimérica, en el que la capa de recubrimiento comprende un compuesto híbrido orgánico-inorgánico, y el compuesto híbrido orgánicoinorgánico se forma ensamblando periódicamente, a lo largo de al menos una dirección espacial, unidades básicas expresadas por la fórmula I; donde
Lx(MaCb)yAz fórmula I
en la fórmula I, M es un catión de uno o más metales seleccionados entre los siguientes: Zn, Co, Cu, Fe, Cd, Mn, Ag, Rh, Ru, Be, Mg, Al, Sc, Cr, Ni, Y, Ti, Zr, Hf, Li, Na, K, In, Ca, Sr, Pb, metales lantánidos y metales actínidos, donde a es un valor que varía de 0,1 a 10;
C se selecciona entre uno o más de los siguientes átomos, grupos atómicos, moléculas pequeñas o aniones: O, =O, O2-, S2-, Cl-, Br-, I-, CO, -OH, OH- y H<2>O, donde b es un valor que varía de 0,1 a 20;
y es un valor que varía de 1 a 50;
cuando M son cationes de dos o más metales, el producto de a e y representa el número de todos los cationes metálicos en una sola unidad básica expresada por la fórmula I;
L se selecciona de entre uno o más de los siguientes ligandos: carbazol, compuestos de ácido policarboxílico y sales, ácidos, ésteres, amidas, anhídridos, dímeros y trímeros de estos ligandos, en el que uno o más átomos de hidrógeno en el ligando están opcionalmente sustituidos por uno o más grupos sustituyentes seleccionados de entre los siguientes: grupo ciano, grupo nitro, grupo amino, grupo aldehído, grupo carboxilo, halógeno, grupo alquilo C<1>-C<8>, grupo alquilo hidroxi C<1>-C<8>, grupo alcoxi C<1>-C<8>, grupo alquenilo C<2>-C<8>, grupo alquinilo C<2>-C<8>, grupo cicloalquilo C<3>-C<16>, grupo arilo C<6>-C<20>, grupo heterocíclico C<6>-C<20>, o cualquier combinación de los mismos, donde x es un valor que varía de 1 a 50; y
A es un átomo o catión seleccionado de uno o más de los siguientes elementos metálicos: Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Sr, Zn, Al, Mg y Ca; o se selecciona de una o más de las siguientes moléculas: H<2>, O<2>, H<2>O, CO<2>, NH<3>, CH<4>, formiato de metilo, acetato de etilo y carbonato de propileno, donde z es un valor que varía de 0 a 100, en donde
cada catión metálico M está unido a átomos de oxígeno en una pluralidad de grupos carboxilo en dos o más compuestos de ácido policarboxílico y un C mediante enlaces coordinados, para formar una estructura de unidad básica, la estructura de unidad básica constituye una microestructura con un ensamblaje periódico tridimensional a través de un remanente de un ligando, la unidad básica tiene poros, y cuando z no es cero, A se encuentra en los poros de la unidad básica.
2. Separador, según la reivindicación 1, en el que en el compuesto híbrido orgánico-inorgánico, el número de unidades básicas expresadas por la fórmula I que se ensamblan periódicamente a lo largo de al menos una dirección espacial es un número entero que varía de 3 a 10.000.
3. Separador, según la reivindicación 1 o 2, en el que 0,5<x:y<6; y/o en caso de que b no sea cero, 0,5<a:b<8.
4. Separador, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que M es un catión de uno o más metales seleccionados de entre los siguientes: Cu y Zn; y L se selecciona de entre uno o más de los siguientes ligandos: ácido trimésico, ácido 3,3',5,5'-bifeniltetracarboxílico y ácido 4,4',4"-tricarboxílico trifenilamina.
5. Separador, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la unidad básica se selecciona de entre una o más de las siguientes: BTC2[Cu]3, EBTC[Cu]<2>, EBTC[Cu]<2>(H<2>O<)2>y NTB2[Zn4O].
6. Separador, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la capa de recubrimiento comprende, además, uno o más componentes seleccionados de los siguientes: aglutinante, partículas inorgánicas, estabilizador, agente humectante, modificador de reología, antiespumante, espesante, ajustador de pH y conservante; y/o
la capa de recubrimiento comprende, además, partículas inorgánicas, y la partícula inorgánica se selecciona de al menos una de las siguientes: boehmita, tamiz molecular, zeolita, alúmina, hidróxido de alúmina, sílice, nitruro de aluminio, carburo de silicio, MgO, CaO, ZnO, ZrO<2>, TiO<2>, y una mezcla de los mismos; y/o
la relación de masa del compuesto híbrido orgánico-inorgánico con respecto a las partículas inorgánicas es de 1:5 a 5: 1.
7. Batería (10), en la que la batería (10) comprende el separador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.
8. Aparato eléctrico, en el que el aparato eléctrico comprende el separador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.
9. Dispositivo eléctrico, en el que el dispositivo eléctrico comprende la batería (10), según la reivindicación 7, o el aparato eléctrico, según la reivindicación 9.
10. Procedimiento de preparación del separador, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el procedimiento comprende:
proporcionar una capa de matriz polimérica; y
formar, sobre al menos una superficie de la capa de matriz polimérica, una capa de recubrimiento que comprende un compuesto híbrido orgánico-inorgánico.
11. Procedimiento para mejorar el rendimiento de un separador, en el que el procedimiento comprende: proporcionar una capa de matriz polimérica y formar, sobre al menos una superficie de la capa de matriz polimérica, una capa de recubrimiento que comprende un compuesto híbrido orgánico-inorgánico, en el que el compuesto híbrido orgánicoinorgánico se forma ensamblando periódicamente, a lo largo de al menos una dirección espacial, unidades básicas expresadas por la fórmula I:
Lx(MaCb)yAz fórmula I,
donde
en la fórmula I, M es un catión de uno o más metales seleccionados entre los siguientes: Zn, Co, Cu, Fe, Cd, Mn, Ag, Rh, Ru, Be, Mg, Al, Sc, Cr, Ni, Y, Ti, Zr, Hf, Li, Na, K, In, Ca, Sr, Pb, metales lantánidos y metales actínidos, donde a es un valor que varía de 0,1 a 10;
C se selecciona entre uno o más de los siguientes átomos, grupos atómicos, moléculas pequeñas o aniones: O, =O, O2-, S2-, Cl-, Br-, I-, CO, -OH, OH- y H<2>O, donde b es un valor que varía de 0,1 a 20;
y es un valor que varía de 1 a 50;
cuando M son cationes de dos o más metales, el producto de a e y representa el número de todos los cationes metálicos en una sola unidad básica expresada por la fórmula I;
L se selecciona de entre uno o más de los siguientes ligandos: carbazol, compuestos de ácido policarboxílico y sales, ácidos, ésteres, amidas, anhídridos, dímeros y trímeros de estos ligandos, en el que uno o más átomos de hidrógeno en el ligando están opcionalmente sustituidos por uno o más grupos sustituyentes seleccionados de entre los siguientes: grupo ciano, grupo nitro, grupo amino, grupo aldehído, grupo carboxilo, halógeno, grupo alquilo C<1>-C<8>, grupo alquilo hidroxi C<1>-C<8>, grupo alcoxi C<1>-C<8>, grupo alquenilo C<2>-C<8>, grupo alquinilo C<2>-C<8>, grupo cicloalquilo C<3>-C<16>, grupo arilo C<6>-C<20>, grupo heterocíclico C<6>-C<20>, o cualquier combinación de los mismos, donde x es un valor que varía de 1 a 50; y
A es un átomo o catión seleccionado de uno o más de los siguientes elementos metálicos: Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Sr, Zn, Al, Mg y Ca; o se selecciona de una o más de las siguientes moléculas: H<2>, O<2>, H<2>O, CO<2>, NH<3>, CH<4>, formiato de metilo, acetato de etilo y carbonato de propileno, donde z es un valor que varía de 0 a 100, en donde cada catión metálico M está unido a átomos de oxígeno en una pluralidad de grupos carboxilo en dos o más compuestos de ácido policarboxílico y un C mediante enlaces coordinados, para formar una estructura unitaria básica, la estructura unitaria básica constituye una microestructura con un ensamblaje periódico tridimensional a través de un resto de un ligando; y
el rendimiento mejorado del separador se selecciona de entre al menos uno de los siguientes:
(1) afinidad del separador con el electrolito;
(2) permeabilidad al aire, capacidad de gas y rendimiento antiexpansión del separador;
(3) densidad del área, densidad de energía y resistencia mecánica del separador;
(4) resistencia al calor, retardo de llama y rendimiento antiexplosión del separador;
(5) conductividad iónica del separador; y
(6) rendimiento de velocidad y rendimiento cíclico de una celda de batería (20) preparada utilizando el separador.
12. Compuesto híbrido orgánico-inorgánico para mejorar el rendimiento de un separador, en el que el compuesto híbrido orgánico-inorgánico se forma ensamblando periódicamente, a lo largo de al menos una dirección espacial, unidades básicas expresadas por la fórmula I:
Lx(MaCb)yAz fórmula I,
donde
en la fórmula I, M es un catión de uno o más metales seleccionados entre los siguientes: Zn, Co, Cu, Fe, Cd, Mn, Ag, Rh, Ru, Be, Mg, Al, Sc, Cr, Ni, Y, Ti, Zr, Hf, Li, Na, K, In, Ca, Sr, Pb, metales lantánidos y metales actínidos, donde a es un valor que varía de 0,1 a 10;
C se selecciona entre uno o más de los siguientes átomos, grupos atómicos, moléculas pequeñas o aniones: O, =O, O2-, S2-, Cl-, Br-, I-, CO, -OH, OH- y H<2>O, donde b es un valor que varía de 0,1 a 20;
y es un valor que varía de 1 a 50;
cuando M son cationes de dos o más metales, el producto de a e y representa el número de todos los cationes metálicos en una sola unidad básica expresada por la fórmula I;
L se selecciona de entre uno o más de los siguientes ligandos: carbazol, compuestos de ácido policarboxílico y sales, ácidos, ésteres, amidas, anhídridos, dímeros y trímeros de estos ligandos, en el que uno o más átomos de hidrógeno en el ligando están opcionalmente sustituidos por uno o más grupos sustituyentes seleccionados de entre los siguientes: grupo ciano, grupo nitro, grupo amino, grupo aldehído, grupo carboxilo, halógeno, grupo alquilo C<1>-C<8>, grupo alquilo hidroxi C<1>-C<8>, grupo alcoxi C<1>-C<8>, grupo alquenilo C<2>-C<8>, grupo alquinilo C<2>-C<8>, grupo cicloalquilo C<3>-C<16>, grupo arilo C<6>-C<20>, grupo heterocíclico C<6>-C<20>, o cualquier combinación de los mismos, donde x es un valor que varía de 1 a 50; y
A es un átomo o catión seleccionado de uno o más de los siguientes elementos metálicos: Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Sr, Zn, Al, Mg y Ca; o se selecciona de una o más de las siguientes moléculas: H<2>, O<2>, H<2>O, CO<2>, NH<3>, CH<4>, formiato de metilo, acetato de etilo y carbonato de propileno, donde z es un valor que varía de 0 a 100, en donde
cada catión metálico M está unido a átomos de oxígeno en una pluralidad de grupos carboxilo en dos o más compuestos de ácido policarboxílico y un C mediante enlaces coordinados, para formar una estructura unitaria básica, la estructura unitaria básica constituye una microestructura con un ensamblaje periódico tridimensional a través de un resto de un ligando; y
el rendimiento mejorado del separador se selecciona de entre al menos uno de los siguientes:
(1) afinidad del separador con el electrolito;
(2) permeabilidad al aire, capacidad de gas y rendimiento antiexpansión del separador;
(3) densidad del área, densidad de energía y resistencia mecánica del separador;
(4) resistencia al calor, retardo de llama y rendimiento antiexplosión del separador;
(5) conductividad iónica del separador; y
(6) rendimiento de velocidad y rendimiento cíclico de una celda de batería (20) preparada utilizando el separador.
ES20947109T 2020-07-28 2020-09-25 Separator, electrical apparatus containing such separator, and preparation method thereof Active ES3035111T3 (en)

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