ES3038132T3 - Current collector comprising primer coating layer having improved adhesive strength, and manufacturing method for same - Google Patents

Current collector comprising primer coating layer having improved adhesive strength, and manufacturing method for same

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ES3038132T3 ES21861855T ES21861855T ES3038132T3 ES 3038132 T3 ES3038132 T3 ES 3038132T3 ES 21861855 T ES21861855 T ES 21861855T ES 21861855 T ES21861855 T ES 21861855T ES 3038132 T3 ES3038132 T3 ES 3038132T3
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Abstract

La presente invención se refiere a un colector de corriente que tiene una resistencia adhesiva mejorada, y es una estructura que comprende una lámina metálica y una capa de revestimiento de imprimación formada sobre al menos una superficie de la lámina metálica, en donde la superficie de la capa de revestimiento de imprimación es una superficie plana que se lamina de manera que sea uniformemente plana. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Colector de corriente que comprende una capa de recubrimiento de imprimación que tiene una fuerza adhesiva mejorada, y método de fabricación del mismo
Sector de la técnica
Esta solicitud reivindica el beneficio de la prioridad basada en la solicitud de patente coreana n.° 10-2020-0109410, presentada el 28 de agosto de 2020.
La presente invención se refiere a un electrodo con un colector de corriente que incluye una capa de recubrimiento de imprimación y un método de fabricación del mismo, y más particularmente, a un electrodo con un colector de corriente que incluye una capa de recubrimiento de imprimación que tiene una fuerza adhesiva mejorada, y un método de fabricación del mismo.
Antecedentes de la invención
Recientemente, se han usado ampliamente baterías secundarias capaces de cargarse y descargarse como fuentes de energía para dispositivos móviles inalámbricos. Además, la batería secundaria ha atraído la atención como fuente de energía de un vehículo eléctrico, un vehículo eléctrico híbrido, etc., que se proponen como una solución para la contaminación atmosférica de los vehículos de gasolina y los vehículos de diésel existentes que usan combustible fósil. Por lo tanto, los tipos de aplicaciones que usan la batería secundaria son actualmente muy diversificados debido a las ventajas de la batería secundaria, y se espera que la batería secundaria se aplique a muchos campos y productos en el futuro.
Dichas baterías secundarias se pueden clasificar en baterías de ion litio, baterías de polímero de ion litio, baterías de polímero de litio, etc., dependiendo de la composición del electrodo y del electrolito, y entre ellas, está aumentando la cantidad de uso de baterías de polímero de ion litio, que son menos propensas a sufrir fugas de electrolito y son fáciles de fabricar. En general, las baterías secundarias se clasifican en baterías cilíndricas y baterías prismáticas, en las que un conjunto de electrodos está incrustado en una lata metálica cilíndrica o rectangular, dependiendo de la forma de la carcasa de la batería, y baterías de tipo bolsa, en las que el conjunto de electrodos está incrustado en una carcasa de tipo bolsa de una hoja laminada de aluminio. El conjunto de electrodos integrado en la carcasa de la batería está compuesto por un electrodo positivo, un electrodo negativo y un separador interpuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, y es un elemento generador de energía capaz de cargarse y descargarse. El conjunto de electrodos se clasifica en un enrollado de tipo brazo de gitano con un separador interpuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, que tienen forma de hoja alargada y están recubiertos con materiales activos, y un tipo apilado en el que se apilan secuencialmente una pluralidad de electrodos positivos y electrodos negativos de un tamaño predeterminado mientras se interpone entre ellos un separador.
Además, el electrodo usado para dicha batería secundaria tiene generalmente una estructura en la que se forma una capa de material activo del electrodo aplicando una suspensión de electrodo que contiene un material activo del electrodo sobre un colector de corriente y realizando a continuación un proceso de secado y laminado. En este caso, la suspensión de electrodo contiene un aglutinante, pero incluso en este caso se produce un problema debido a la disminución de la fuerza de unión entre el colector de corriente y la capa de material activo del electrodo. Sin embargo, el documento de patente KR20200012768A describe un electrodo en donde se proporcionan capas adicionales, que contienen un material basado en carbono y un aglutinante, entre el colector de corriente y la capa de material activo.
La FIG. 1 es una vista en sección transversal que muestra una estructura de un electrodo y un colector de corriente que tiene una capa de recubrimiento de imprimación según la técnica convencional. Con referencia a la FIG. 1, en el electrodo convencional 1, se forma una capa de material activo del electrodo 5 sobre un colector de corriente 2, pero se puede formar una capa de recubrimiento de imprimación 4 sobre una lámina metálica 3 que forma el colector de corriente 2 para evitar la disminución de la fuerza adhesiva entre el colector de corriente 2 y la capa de material activo del electrodo 5.
Sin embargo, la capa de recubrimiento de imprimación 4 puede formarse sobre la lámina metálica 3, pero generalmente se forma aplicando una suspensión para formar la capa de recubrimiento de imprimación 4 sobre la lámina metálica 3 usando un rodillo, etc. En este caso, la superficie de la capa de recubrimiento de imprimación 4 llega a tener una forma no uniforme después del recubrimiento.
Del mismo modo, cuando la superficie de la capa de recubrimiento de imprimación 4 llega a tener una forma no uniforme, si posteriormente se fabrica un electrodo 1 formando una capa de material activo del electrodo 5 sobre la capa de recubrimiento de imprimación 4, se forma un espacio entre la capa de material activo del electrodo 5 y la capa de recubrimiento de imprimación 4, lo que provoca la disminución de la fuerza adhesiva entre las interfases del electrodo y el deterioro del rendimiento del electrodo, tal como la salida.
Por lo tanto, existe la necesidad de desarrollar una tecnología que resuelva el problema.
Explicación de la invención
Problema técnico
Es un objeto de la presente invención proporcionar un colector de corriente que tiene una fuerza adhesiva mejorada entre una capa de material activo del electrodo y una capa de recubrimiento de imprimación, y un método de fabricación del mismo.
Solución técnica
Un electrodo con un colector de corriente según una realización de la presente invención incluye: una lámina metálica; y una capa de recubrimiento de imprimación formada sobre al menos una superficie de la lámina metálica, en donde una superficie de la capa de recubrimiento de imprimación tiene una superficie plana uniformemente aplanada por laminado.
Según la invención, la capa de recubrimiento de imprimación incluye un material basado en carbono y un aglutinante. En otra realización de la presente invención, una superficie de la lámina metálica tiene irregularidades formadas por un laminado de la capa de recubrimiento de imprimación.
Según la presente invención, el colector de corriente de la presente invención incluye además una capa de aglutinante formada sobre la capa de recubrimiento de imprimación.
Según la presente invención, la capa de aglutinante incluye un material basado en carbono y un aglutinante, y el contenido de aglutinante de la capa de aglutinante es mayor que el contenido de aglutinante de la capa de recubrimiento de imprimación.
En un ejemplo específico, el espesor de la capa de aglutinante es menor que el espesor de la capa de recubrimiento de imprimación.
En un ejemplo específico, la capa de aglutinante puede formarse según un patrón sobre una parte de la capa de recubrimiento de imprimación.
Además, la presente invención proporciona un electrodo que incluye un colector de corriente como se ha descrito anteriormente, y el electrodo tiene una estructura en la que se forma una capa de material activo de electrodo sobre el colector de corriente como se ha descrito anteriormente.
Además, la presente invención proporciona un método de fabricación de un electrodo con un colector de corriente como se ha descrito anteriormente. Un método de fabricación de un electrodo con un colector de corriente según una realización de la presente invención incluye: preparar una lámina metálica; formar una capa de recubrimiento de imprimación recubriendo una composición de imprimación sobre al menos una superficie de la lámina metálica; y laminar la lámina metálica que tiene una capa de recubrimiento de imprimación formada sobre ella para aplanar uniformemente una superficie de la capa de recubrimiento de imprimación.
Según la invención, la composición de imprimación incluye un material basado en carbono y un aglutinante.
En otra realización de la presente invención, se forman irregularidades sobre una superficie de la lámina metálica mediante un laminado de la capa de recubrimiento de imprimación.
Un método de fabricación de un colector de corriente según la invención incluye además la formación de una capa de aglutinante recubriendo una composición de aglutinante sobre la capa de recubrimiento de imprimación.
Según la invención, la composición de aglutinante incluye un material basado en carbono y un aglutinante, y el contenido de aglutinante de la composición de aglutinante es mayor que el contenido de aglutinante de la composición de imprimación.
En un ejemplo específico, el espesor de la capa de aglutinante es menor que el espesor de la capa de recubrimiento de imprimación.
En un ejemplo específico, la composición de aglutinante se recubre con un patrón sobre una parte de la capa de recubrimiento de imprimación.
Además, la presente invención proporciona un método de fabricación de un electrodo que incluye un método de fabricación de un colector de corriente como se ha descrito anteriormente. El método de fabricación de un electrodo incluye: fabricar un colector de corriente según el método de fabricación de un colector de corriente como se ha descrito anteriormente; y aplicar una suspensión de electrodo que contiene un material activo de electrodo sobre el colector de corriente para formar así una capa de material activo de electrodo.
Efectos ventajosos
Según la presente invención, se forma una capa de recubrimiento de imprimación sobre un colector de corriente y, al laminar la capa de recubrimiento de imprimación, se aplana la superficie de la capa de recubrimiento de imprimación y se pueden minimizar los poros dentro de la capa de recubrimiento de imprimación. De este modo, se puede mejorar la fuerza adhesiva de la interfase entre la capa de recubrimiento de imprimación y la capa de material activo del electrodo, y se puede evitar el deterioro del rendimiento del electrodo.
Además, al hacer uniforme el espesor del colector de corriente, se puede mejorar la productividad y la procesabilidad del electrodo.
Breve descripción de los dibujos
La FIG. 1 es una vista en sección transversal que muestra una estructura de un electrodo y un colector de corriente que tiene una capa de recubrimiento de imprimación según la técnica convencional.
La FIG. 2 es una vista en sección transversal que ilustra una estructura de un colector de corriente según una realización de la presente invención.
La FIG. 3 es una vista en sección transversal que ilustra una estructura de un colector de corriente según otra realización de la presente invención.
La FIG. 4 es una vista en sección transversal que ilustra una estructura de un colector de corriente según otra realización más de la presente invención.
La FIG. 5 es una vista en sección transversal que ilustra una estructura de un electrodo según una realización de la presente invención.
La FIG. 6 es un diagrama de flujo que ilustra el orden del método de fabricación de un colector de corriente según la presente invención.
La FIG. 7 es un diagrama esquemático que ilustra un método de fabricación de un colector de corriente según una realización de la presente invención.
La FIG. 8 es un diagrama esquemático que ilustra un método de fabricación de un colector de corriente según otra realización de la presente invención.
La FIG. 9 es un diagrama esquemático que ilustra un método de fabricación de un colector de corriente según otra realización más de la presente invención.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
A continuación, se describirá en detalle la presente invención con referencia a los dibujos. Los términos y palabras usados en la presente memoria descriptiva y en las reivindicaciones no deben interpretarse como limitados a términos comunes o de diccionario, y el inventor puede definir adecuadamente el concepto de los términos con el fin de describir mejor su invención. Los términos y palabras deben interpretarse con un significado y un concepto coherentes con la idea técnica de la presente invención.
En esta solicitud, se debe entender que términos tales como "incluir' o "tener" pretenden indicar que hay una característica, número, etapa, operación, componente, parte o una combinación de los mismos descritos en la memoria descriptiva, y no excluyen de antemano la posibilidad de la presencia o adición de una o más de otras características o números, etapas, operaciones, componentes, partes o combinaciones de los mismos. Asimismo, cuando se hace referencia a que una parte, tal como una capa, una película, un área, una placa, etc., está "sobre" otra parte, esto incluye no solo el caso en el que la parte está "directamente sobre" la otra parte, sino también el caso en el que se interpone otra parte adicional entre ambas. Por otra parte, cuando se hace referencia a que una parte, tal como una capa, una película, un área, una placa, etc., está "debajo" de otra parte, esto incluye no solo el caso en el que la parte está "directamente debajo" de la otra parte, sino también el caso en el que hay otra parte intercalada entre ellas. Además, estar dispuesto "sobre" en la presente solicitud puede incluir el caso dispuesto en la parte inferior, así como en la parte superior.
A continuación, se describirá en detalle la presente invención con referencia a los dibujos.
La FIG. 2 es una vista en sección transversal que ilustra una estructura de un colector de corriente según una realización de la presente invención.
Con referencia a la FIG. 2, un colector de corriente 10 según una realización de la presente invención incluye: una lámina metálica 11; y una capa de recubrimiento de imprimación 12 formada sobre al menos una superficie de la lámina metálica 11, y la superficie de la capa de recubrimiento de imprimación 12 tiene una estructura en la que se forma una superficie plana aplanada uniformemente por laminado.
Como se ha descrito anteriormente, la capa de recubrimiento de imprimación puede formarse sobre la lámina metálica, y generalmente se forma aplicando una suspensión para formar la capa de recubrimiento de imprimación sobre la lámina metálica usando un rodillo, etc. En este caso, la superficie de la capa de recubrimiento de imprimación llega a tener una forma no uniforme después del recubrimiento.
Del mismo modo, en el caso de que la superficie de la capa de recubrimiento de imprimación llegue a tener una forma no uniforme, al recubrir posteriormente un material activo de electrodo sobre la capa de recubrimiento de imprimación, se forma un espacio entre la capa de material activo de electrodo y la capa de recubrimiento de imprimación, como se muestra en la FIG. 1, lo que provoca una disminución de la fuerza adhesiva entre las interfases de los electrodos y un deterioro del rendimiento de los electrodos, tal como la salida.
Según la presente invención, se forma una capa de recubrimiento de imprimación sobre un colector de corriente y, al laminar la capa de recubrimiento de imprimación, se aplana la superficie de la capa de recubrimiento de imprimación y se pueden minimizar los poros dentro de la capa de recubrimiento de imprimación. De este modo, se puede mejorar la fuerza adhesiva de la interfase entre la capa de recubrimiento de imprimación y la capa de material activo del electrodo y se puede evitar el deterioro del rendimiento del electrodo.
Con referencia a la FIG. 2, el colector de corriente 10 según una realización de la presente invención tiene una estructura en la que la capa de recubrimiento de imprimación 12 está formada sobre la lámina metálica 11. Además, el colector de corriente puede ser un colector de corriente de electrodo positivo o un colector de corriente de electrodo negativo.
En el caso del colector de corriente de electrodo positivo, la lámina metálica 11 tiene generalmente un espesor de 3 a 500 micrómetros. La lámina metálica no está particularmente limitada, siempre que tenga una alta conductividad sin provocar un cambio químico en la batería. Por ejemplo, el colector de corriente puede estar hecho de un metal como acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio, carbono sinterizado, o aluminio o acero inoxidable, cuya superficie esté tratada con carbono, níquel, titanio o plata, o similares. La lámina metálica puede presentar irregularidades finas sobre su superficie para aumentar la adhesión del material activo del electrodo positivo, y son posibles diversas formas, tales como una película, una lámina, una malla, un cuerpo poroso, una espuma y un tejido no tejido.
En el caso del colector de corriente del electrodo negativo, la lámina metálica 11 tiene generalmente un espesor de 3 a 500 micrómetros. La lámina metálica no está particularmente limitada, siempre que tenga conductividad sin provocar cambios químicos en la batería. Ejemplos de colectores de corriente del electrodo negativo incluyen cobre, acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio, carbono sinterizado, cobre o acero inoxidable, cuya superficie ha sido tratada con carbono, níquel, titanio, plata o similares, una aleación de aluminio-cadmio, o similares. Además, al igual que el colector de corriente del electrodo positivo, se pueden formar rugosidades finas sobre la superficie de la lámina metálica para mejorar la fuerza de unión del material activo del electrodo negativo, y se puede usar en diversas formas, tales como una película, una lámina, una red, un cuerpo poroso, una espuma y un tejido no tejido.
Además, la capa de recubrimiento de imprimación 12 aumenta la fuerza adhesiva de la capa de material activo del electrodo al colector de corriente, al tiempo que suprime en la medida de lo posible el aumento de la resistencia interna del electrodo, y contiene un material basado en carbono para mejorar la conductividad eléctrica entre la capa de material activo del electrodo y la lámina metálica que se describirá más adelante. Con referencia a la FIG. 2, se forma una capa de recubrimiento de imprimación 12 solo sobre una superficie de una lámina metálica 11. En este caso, cuando se fabrica un electrodo en el que se forma una capa de material activo del electrodo sobre ambas superficies de la lámina metálica 11, la capa de recubrimiento de imprimación 12 puede formarse sobre ambas superficies de la lámina metálica 11.
El material basado en carbono no está particularmente limitado, siempre que sea un elemento que mantenga la conductividad conectando eléctricamente la lámina metálica 11 a la capa de material activo del electrodo. Por ejemplo, el material basado en carbono puede ser uno o más seleccionados del grupo que consiste en grafito natural, grafito artificial, grafeno, negro de humo, negro Denka, negro de acetileno, negro Ketjen, super-P, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara, negro de verano, nanotubos de carbono, nanofibras de grafito y nanofibras de carbono.
Además, la capa de recubrimiento de imprimación 12 puede fijar un material basado en carbono como se ha descrito anteriormente sobre la lámina metálica 11 y formar una película de recubrimiento, y además incluye un aglutinante para acoplar la lámina metálica 11 con la capa de material activo del electrodo.
No hay ninguna limitación particular en cuanto al tipo de aglutinante, siempre que pueda ejercer fuerza de unión. Por ejemplo, el aglutinante puede incluir uno o más seleccionados del grupo que consiste en poli(fluoruro de vinilideno), poli(alcohol vinílico), carboximetilcelulosa (CMC), almidón, hidroxipropilcelulosa (HPC), celulosa regenerada, polivinilpirrolidona, politetrafluoroetileno, polietileno, polipropileno, monómero de etileno-propileno-dieno (EPDM), EPDM sulfonado, estireno butadieno y caucho fluorado.
La capa de recubrimiento de imprimación 12 contiene un aglutinante junto con un material basado en carbono. La relación en peso entre el material basado en carbono y el aglutinante puede ser de 3:7 a 7:3, y específicamente de 4:6 a 6:4. Cuando la relación en peso entre el material basado en carbono y el aglutinante se encuentra en el intervalo anterior, se pueden garantizar adecuadamente la conductividad eléctrica y la fuerza de unión de la capa de recubrimiento de imprimación 12. Específicamente, cuando la relación en peso entre el material basado en carbono y el aglutinante es inferior al intervalo anterior, el contenido del material conductor es excesivamente pequeño, y así las características de funcionamiento de la batería se ven degradadas por el aumento de la resistencia interna. Por el contrario, si la relación en peso supera el intervalo anterior, el contenido del material aglutinante es excesivamente pequeño, por lo que no se puede obtener una fuerza de unión suficiente.
Además, la capa de recubrimiento de imprimación 12 puede contener además partículas inorgánicas, tales como aluminio, níquel, óxido de cinc, ácido titánico potásico y óxido de titanio, para asegurar adicionalmente la conductividad eléctrica.
El espesor de la capa de recubrimiento de imprimación 12 está en un intervalo de 0,1 a 10 pm, específicamente de 0,1 a 5 pm, y más específicamente de 0,1 a 1 pm. Si el espesor de la capa de recubrimiento de imprimación 12 es inferior al intervalo, no se puede asegurar suficientemente la fuerza de unión entre la lámina metálica 11 y la capa de material activo del electrodo, y es difícil formar una capa uniforme. Por el contrario, si el espesor supera el intervalo, la capa de recubrimiento de imprimación 12 actúa como resistencia, deteriorando así el rendimiento eléctrico del electrodo o aumentando el volumen del electrodo.
Un método de formación de una capa de recubrimiento se puede usar generalmente en la técnica relacionada como método de formación de la capa de recubrimiento de imprimación. Por ejemplo, se pueden usar métodos de recubrimiento en húmedo, tales como recubrimiento por huecograbado, recubrimiento con boquilla ranurada, recubrimiento por centrifugación, recubrimiento por pulverización, recubrimiento con barra y recubrimiento por deposición; y métodos de recubrimiento en seco, tales como evaporación térmica, evaporación por haz de electrones, deposición química en fase vapor (CVD) y la pulverización catódica.
En este momento, en la presente invención, la superficie de la capa de recubrimiento de imprimación 12 tiene una estructura en la que se forma una superficie plana uniformemente aplanada por laminado. En el presente documento, la superficie de la capa de recubrimiento de imprimación 12 significa una superficie opuesta de una superficie en la que la capa de recubrimiento de imprimación entra en contacto con la lámina metálica 11. Concretamente, cuando se forma una capa de recubrimiento de imprimación 12 sobre la lámina metálica 11, se forman irregularidades finas sobre la superficie. En este momento, se puede formar una superficie plana presionando las irregularidades finas mediante laminado. Concretamente, el colector de corriente 10 puede mejorar la fuerza adhesiva entre la capa de recubrimiento de imprimación 12 y la capa de material activo del electrodo al evitar que las irregularidades finas anteriores actúen como burbujas en un espacio entre la capa de recubrimiento de imprimación 12 y la capa de material activo del electrodo.
En el presente documento, por ejemplo, la lámina metálica 11, donde se forma la capa de recubrimiento de imprimación 12, puede laminarse mediante un par de rodillos laminadores. En el presente documento, el método de laminado no se limita a esto, y se pueden usar diversos métodos de laminado conocidos.
Por otra parte, la rugosidad superficial (Ra) de la capa de recubrimiento de imprimación 12 puede ser de 0,01 a 1 pm y, específicamente, de 0,1 a 0,5 pm. En el presente documento, la rugosidad superficial (Ra) también se denomina "media de la línea central" y es la media de los valores absolutos de las longitudes desde la línea central de la curva de rugosidad hasta la curva de la sección transversal de la superficie, dentro de una longitud de referencia.
Si la rugosidad superficial es inferior al intervalo anterior, el área superficial de la capa de recubrimiento de imprimación 12 se vuelve excesivamente pequeña, y puede reducirse la fuerza adhesiva entre la capa de recubrimiento de imprimación 12 y la capa de material activo del electrodo. Si la rugosidad superficial supera el intervalo anterior, pueden formarse burbujas entre la capa de material activo del electrodo y la capa de recubrimiento de imprimación 12 al formar la capa de material activo del electrodo.
La FIG. 3 es una vista en sección transversal que ilustra una estructura de un colector de corriente según otra realización de la presente invención.
Con referencia a la FIG. 3, la superficie de la lámina metálica 11 puede tener una estructura en la que se forman irregularidades (A) por el laminado de la capa de recubrimiento de imprimación 12. Específicamente, cuando se lamina una lámina metálica 11, en la que se ha formado una capa de recubrimiento de imprimación 12, para aplanar la superficie de la capa de recubrimiento de imprimación 12, pueden formarse irregularidades (A) sobre la superficie de la lámina metálica 11, ya que las partículas que constituyen la capa de recubrimiento de imprimación 12 presionan la lámina metálica 11. Dichas irregularidades (A) pueden mejorar la fuerza de unión entre la capa de recubrimiento de imprimación 12 y la lámina metálica 11. De este modo, se pueden formar irregularidades de un tamaño predeterminado sobre la lámina metálica 11 ajustando adecuadamente el tamaño (por ejemplo, el diámetro medio de las partículas) y la resistencia de las partículas que constituyen la capa de recubrimiento de imprimación 12, es decir, el material basado en carbono, etc.
En este momento, el estado de la superficie de la capa de recubrimiento de imprimación 12 y la lámina metálica 11, y el espesor de la capa de recubrimiento de imprimación 12, pueden determinarse según el grado de laminado de la capa de recubrimiento de imprimación 12. El grado de laminado puede diseñarse adecuadamente según las especificaciones del colector de corriente que se desea fabricar. Específicamente, la capa de recubrimiento de imprimación 12 puede laminarse con una fuerza de laminado de 5 a 200 MPa, y específicamente de 50 a 100 MPa. Además, la tasa de laminado de la capa de recubrimiento de imprimación 12 puede ser del 50 al 90 %, específicamente del 60 al 80 %. En el presente documento, la tasa de laminado significa el porcentaje que se obtiene dividiendo la diferencia entre la densidad (G1) de la capa de recubrimiento de imprimación antes del laminado y la densidad (G2) de la capa de recubrimiento de imprimación después del laminado por la densidad (G1) de la capa de recubrimiento de imprimación antes del laminado, y puede calcularse mediante {(G2-G1)/G1}*100.
Además, la porosidad de la capa de recubrimiento de imprimación después del laminado puede ser del 10 % o menos, específicamente del 5 % o menos, y más específicamente del 3 % o menos. Concretamente, la porosidad de la capa de recubrimiento de imprimación es preferiblemente lo más pequeña posible en términos de propiedad de unión y conductividad eléctrica.
La FIG. 4 es una vista en sección transversal que ilustra una estructura de un colector de corriente según otra realización más de la presente invención.
Con referencia a la FIG. 4, el colector de corriente 10 según otra realización de la presente invención incluye además una capa de aglutinante 13 formada sobre la capa de recubrimiento de imprimación 12. La FIG. 4(a) muestra que se forma una capa de aglutinante sobre el colector de corriente según la FIG. 2, y la FIG. 4(b) muestra que se forma una capa de aglutinante sobre un colector de corriente que tiene una estructura en la que se forman irregularidades sobre la superficie de una lámina metálica, como se muestra en la FIG. 3. Con referencia a la FIG. 4, dado que la capa de recubrimiento de imprimación 12 se forma solo sobre una superficie de la lámina metálica 11, la capa de aglutinante 13 también se forma sobre una superficie de la lámina metálica 11. En el presente documento, si la capa de recubrimiento de imprimación 12 se forma sobre ambas superficies de la lámina metálica 11, la capa de aglutinante 13 también se puede formar sobre ambas superficies de la lámina metálica 11.
De este modo, la capa de aglutinante 13 confiere una fuerza adhesiva adicional a la capa de material activo del electrodo en un espacio entre la capa de recubrimiento de imprimación 12 y la capa de material activo del electrodo que se describirá más adelante.
La capa de aglutinante 13 incluye un material basado en carbono y un aglutinante. En este caso, el material basado en carbono se usa para garantizar la conductividad eléctrica entre la capa de recubrimiento de imprimación 12 y la lámina metálica 11 y la capa de material activo del electrodo, y el aglutinante se usa para acoplar la capa de recubrimiento de imprimación 12 con la capa de material activo del electrodo. Se puede usar lo mismo que se ha descrito anteriormente como material basado en carbono y aglutinante, se puede usar lo mismo como el material basado en carbono y el aglutinante usados para la capa de recubrimiento de imprimación 12, o también se pueden usar tipos diferentes.
Además, en la capa de aglutinante 13, la relación en peso entre el material basado en carbono y el aglutinante puede ser de 0:10 a 7:3, y específicamente de 1:9 a 6:4. Concretamente, la capa de aglutinante 13 contiene tanto el material basado en carbono como el aglutinante. Cuando la relación en peso entre el material basado en carbono y el aglutinante se encuentra dentro del intervalo anterior, se pueden garantizar adecuadamente la conductividad eléctrica y la fuerza de unión de la capa de aglutinante 13. En el presente documento, para garantizar una fuerza de unión suficiente, el contenido de aglutinante es mayor que el contenido de aglutinante en la capa de recubrimiento de imprimación 12. En el presente documento, el contenido de aglutinante es la relación entre el peso del aglutinante y el peso total de cada capa.
Además, el espesor de la capa de aglutinante 13 está en un intervalo de 0,1 a 5 pm, específicamente de 0,1 a 3 pm, y más específicamente de 0,1 a 2 pm. En el presente documento, en este caso, para garantizar una conductividad eléctrica suficiente entre la lámina metálica 11 y la capa de recubrimiento de imprimación 12 y la capa de material activo del electrodo, el espesor de la capa de aglutinante 13 es preferiblemente menor que el espesor de la capa de recubrimiento de imprimación 12. Cuando el espesor de la capa de aglutinante 13 es inferior al intervalo anterior, puede ser difícil garantizar la fuerza de unión a la capa de material activo del electrodo, y cuando el espesor de la capa de aglutinante 13 supera el intervalo, puede ser difícil garantizar suficientemente la conductividad eléctrica entre la lámina metálica 11 y la capa de recubrimiento de imprimación 12 y la capa de material activo del electrodo, ya que la capa de aglutinante actúa como resistencia.
Además, dado que la capa de aglutinante 13 usa una gran cantidad de aglutinante, en comparación con la capa de recubrimiento de imprimación 12, la capa de aglutinante 13 puede reducir la conductividad eléctrica entre la lámina metálica 11 y la capa de recubrimiento de imprimación 12 y la capa de material activo del electrodo. Por lo tanto, la capa de aglutinante 13 debe formarse en la cantidad mínima para asegurar la fuerza de unión sobre la capa de recubrimiento de imprimación 12. Como tal, la capa de aglutinante 13 puede formarse según un patrón en una parte de la capa de recubrimiento de imprimación 12. Específicamente, la capa de aglutinante 13 puede formarse en una parte que se separa frecuentemente debido a la débil fuerza de unión entre la capa de recubrimiento de imprimación 12 y la capa de material activo del electrodo. Por ejemplo, la capa de aglutinante 13 puede formarse según un patrón en ambas partes del borde de la capa de recubrimiento de imprimación 12.
Además, la presente invención proporciona un electrodo que incluye un colector de corriente según la presente invención.
La FIG. 5 es una vista en sección transversal que ilustra una estructura de un electrodo según una realización de la presente invención.
Con referencia a la FIG. 5, el electrodo 20 según la presente invención incluye un colector de corriente 10 como se ha descrito anteriormente, y el electrodo 20 tiene una estructura en la que se forma una capa de material activo del electrodo 14 sobre el colector de corriente 10. Concretamente, el electrodo 20 tiene una estructura en la que la capa de recubrimiento de imprimación 12 y la capa de material activo del electrodo 14 se apilan secuencialmente sobre la lámina metálica 11, y la superficie de la capa de recubrimiento de imprimación 12 puede tener una estructura en la que se forma una superficie plana aplanada por laminado. Además, aunque no se muestra en la FIG. 5, pueden formarse irregularidades sobre la superficie de la lámina metálica 11 según las condiciones de laminado. Además, la capa de aglutinante 13 puede formarse sobre la capa de recubrimiento de imprimación 12, y la capa de material activo del electrodo 14 puede formarse sobre la capa de aglutinante 13. En este momento, la capa de material activo del electrodo 14 puede contener un material activo del electrodo, un material conductor y un aglutinante, y el material activo del electrodo puede ser un material activo del electrodo positivo o un material activo del electrodo negativo.
En la presente invención, el material activo del electrodo positivo es un material capaz de provocar una reacción electroquímica y un óxido de metal de transición de litio, y contiene dos o más metales de transición. Ejemplos de los mismos incluyen: compuestos en capas, tales como óxido de cobalto y litio (LiCoO<2>) y óxido de níquel y litio (LiNiO<2>) sustituidos por uno o más metales de transición; óxido de manganeso y litio sustituido por uno o más metales de transición; óxido de litio y níquel representado por la fórmula LiNi<1-y>M<y>O<2>(en donde M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn o Ga y contiene al menos uno de los elementos anteriores, 0,01 ^ y ^ 0,7); óxido compuesto de litio, níquel, cobalto y manganeso representado por la fórmula Li<1+z>Ni<b>Mn<c>Co<1-(b+c+d)>M<d>O<(2-e)>A<e>, tal como Lh<+z>Nh</3>Co<1/3>Mn<1/3>O<2>, Li<1+z>Ni<0,4>Mn<0,4>Co<0,2>O<2>, etc. (en donde -0,5<z<0,5, 0,1<b<0,8, 0,1<c<0,8, 0<d<0,2, 0<e<0,2, b+c+d<1, M = Al, Mg, Cr, Ti, Si o Y, y A = F, P o Cl); fosfato metálico de litio basado en olivino representado por la fórmula Li<1+x>M<1-y>M'<y>PO<4-z>X<z>(en donde M = metal de transición, preferiblemente Fe, Mn, Co o Ni, M'= Al, Mg o Ti, X = F, S o N, y -0,5<x<0,5, 0<y<0,5, 0<z<0,1).
Ejemplos de material activo del electrodo negativo incluyen carbono, tal como carbono no grafitizado y carbono grafito; óxido de complejo metálico, tal como Li<x>Fe<2>O<3>(0<x<1), Li<x>WO<2>(0<x<1), Sn<x>Me<1-x>Me'<y>O<z>(Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, grupos 1, 2 y 3 de la tabla periódica, halógeno; 0<x<1; 1<y<3; 1<z<8); aleación de litio; aleación de silicio; aleación de estaño; óxidos metálicos tales como SnO, SnO<2>, PbO, PbO<2>, Pb<2>O<3>, Pb<3>O<4>, Sb<2>O<3>, Sb<2>O<4>, Sb<2>O<5>, GeO, GeO<2>, Bi<2>O<3>, Bi<2>O<4>y B<b>O<s>; polímeros conductores tales como poliacetileno; y materiales basados en Li-Co-Ni.
El material conductor se añade normalmente en una cantidad del 1 al 30 % en peso, basada en el peso total de la mezcla, incluido el material activo del electrodo positivo. Dicho material conductor no está particularmente limitado, siempre que tenga conductividad eléctrica sin provocar un cambio químico en la batería, y ejemplos del mismo son grafito, tal como grafito natural y grafito artificial; negro de carbón, tal como negro de carbón, negro de acetileno, negro Ketjen, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara y negro de verano; fibras conductoras, tales como fibra de carbono y fibra metálica; polvos metálicos, tales como polvos de fluoruro de carbono, aluminio y níquel; fibras cortas monocristalinas conductoras, tales como óxido de cinc y titanato de potasio; óxidos metálicos conductores, tales como óxido de titanio; y materiales conductores, tales como derivados de polifenileno y similares.
El aglutinante se añade en una cantidad del 1 al 30 % en peso, basada en el peso total de la mezcla que contiene el material activo del electrodo positivo, como componente que ayuda a la unión entre el material activo y el material conductor y a la unión con el colector de corriente. Ejemplos de dichos aglutinantes incluyen el poli(fluoruro de vinilideno), poli(alcohol vinílico), carboximetilcelulosa<( C m C ) ,>almidón, hidroxipropilcelulosa, celulosa regenerada, polivinilpirrolidona, politetrafluoroetileno, polietileno, polipropileno, terpolímero de etileno-propileno-dieno (EPDM), EPDM sulfonado, caucho de estireno-butileno, caucho fluorado, diversos copolímeros y similares.
La presente invención también proporciona un método de fabricación de un colector de corriente como se ha descrito anteriormente.
La FIG. 6 es un diagrama de flujo que ilustra el orden del método de fabricación de un colector de corriente según la presente invención.
Con referencia a la FIG. 6, un método de fabricación de un colector de corriente según una realización de la presente invención incluye: preparar una lámina metálica (S10); formar una capa de recubrimiento de imprimación recubriendo una composición de imprimación sobre al menos una superficie de la lámina metálica (S20); y laminar la lámina metálica que tiene una capa de recubrimiento de imprimación formada sobre ella para así aplanar uniformemente una superficie de la capa de recubrimiento de imprimación (S30).
Según la presente invención, se forma una capa de recubrimiento de imprimación sobre un colector de corriente y, al laminar la capa de recubrimiento de imprimación, se aplana la superficie de la capa de recubrimiento de imprimación y se pueden minimizar los poros dentro de la capa de recubrimiento de imprimación. De este modo, se puede mejorar la fuerza adhesiva de la interfase entre la capa de recubrimiento de imprimación y la capa de material activo del electrodo, y se puede evitar el deterioro del rendimiento del electrodo.
La FIG. 7 es un diagrama esquemático que ilustra un método de fabricación de un colector de corriente según una realización de la presente invención.
Con referencia a las FIG. 6 y 7, en el método de fabricación de un colector de corriente según la presente invención, primero se forma una capa de recubrimiento de imprimación 12 sobre al menos una superficie de una lámina metálica 11. La capa de recubrimiento de imprimación 12 se forma recubriendo una composición de imprimación sobre al menos una superficie de la lámina metálica 11. En el presente documento, la composición de imprimación contiene un material basado en carbono y un aglutinante.
El material basado en carbono no está particularmente limitado, siempre que sea un elemento que mantenga la conductividad conectando eléctricamente la lámina metálica 11 a la capa de material activo del electrodo. Por ejemplo, el material basado en carbono puede ser uno o más seleccionados del grupo que consiste en grafito natural, grafito artificial, grafeno, negro de humo, negro Denka, negro de acetileno, negro Ketjen, super-P, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara, negro de verano, nanotubos de carbono, nanofibras de grafito y nanofibras de carbono.
No hay ninguna limitación particular en cuanto al tipo de aglutinante, siempre que pueda ejercer fuerza de unión. Por ejemplo, el aglutinante puede incluir uno o más seleccionados del grupo que consiste en poli(fluoruro de vinilideno), poli(alcohol vinílico), carboximetilcelulosa (CMC), almidón, hidroxipropilcelulosa (HPC), celulosa regenerada, polivinilpirrolidona, politetrafluoroetileno, polietileno, polipropileno, monómero de etileno-propileno-dieno (EPDM), EPDM sulfonado, estireno butadieno y caucho fluorado.
Cuando la composición de la imprimación contiene un aglutinante junto con un material basado en carbono, la relación en peso entre el material basado en carbono y el aglutinante puede ser de 3:7 a 7:3, y específicamente 4:6 a 6:4. Cuando la relación en peso entre el material basado en carbono y el aglutinante se encuentra en el intervalo anterior, se pueden garantizar adecuadamente la conductividad eléctrica y la fuerza de unión de la capa de recubrimiento de imprimación 12.
Además, la composición de imprimación puede contener además un dispersante para la dispersión del material basado en carbono y partículas inorgánicas para garantizar una conductividad eléctrica adicional.
La composición de imprimación puede aplicarse con un espesor de 0,1 a 10 pm, específicamente de 0,1 a 5 pm, y más específicamente de 0,1 a 1 pm. Si el espesor es inferior al intervalo, no se puede garantizar suficientemente la fuerza de unión entre la lámina metálica 11 y la capa de material activo del electrodo, y es difícil formar una capa uniforme. Por el contrario, si el espesor supera el intervalo, la capa de recubrimiento de imprimación 12 actúa como resistencia, deteriorando así el rendimiento eléctrico del electrodo o aumentando el volumen del electrodo.
Un método de formación de una capa de recubrimiento se puede usar generalmente en la técnica relacionada como método de formación de la capa de recubrimiento de imprimación. Por ejemplo, se pueden usar métodos de recubrimiento en húmedo, tales como recubrimiento por huecograbado, recubrimiento con boquilla ranurada, recubrimiento por centrifugación, recubrimiento por pulverización, recubrimiento con barra y recubrimiento por deposición; y métodos de recubrimiento en seco, tales como evaporación térmica, evaporación por haz de electrones, deposición química en fase vapor (CVD) y la pulverización catódica.
Si se forma la capa de recubrimiento de imprimación 12, la superficie de la capa de recubrimiento de imprimación 12 se aplana laminando la capa de recubrimiento de imprimación 12. Cuando se forma una capa de recubrimiento de imprimación 12 sobre la lámina metálica 11, se forman irregularidades finas sobre la superficie. En este momento, se puede formar una superficie plana presionando las irregularidades finas mediante laminado. Concretamente, el colector de corriente 10 puede mejorar la fuerza adhesiva entre la capa de recubrimiento de imprimación 12 y la capa de material activo del electrodo al evitar que las irregularidades finas anteriores actúen como burbujas en un espacio entre la capa de recubrimiento de imprimación 12 y la capa de material activo del electrodo.
En el presente documento, por ejemplo, la lámina metálica 11, en la que se forma la capa de recubrimiento de imprimación 12, puede laminarse mediante un par de rodillos laminadores (no mostrados). En el presente documento, el método de laminado no se limita a esto, y se pueden usar diversos métodos de laminado conocidos.
La FIG. 8 es un diagrama esquemático que ilustra un método de fabricación de un colector de corriente según otra realización de la presente invención.
Con referencia a las FIG. 6 y 8, se pueden formar irregularidades (A) sobre la superficie de la lámina metálica 11 laminando la lámina metálica 11, en la que se forma la capa de recubrimiento de imprimación 12, con una fuerza de laminado adecuada. Cuando se lamina una lámina metálica 11, en la que se forma una capa de recubrimiento de imprimación 12, para aplanar la superficie de la capa de recubrimiento de imprimación 12, pueden formarse irregularidades (A) sobre la superficie de la lámina metálica 11 a medida que las partículas que constituyen la capa de recubrimiento de imprimación 12 presionan la lámina metálica 11. De este modo, se pueden formar irregularidades (A) de un tamaño predeterminado sobre la lámina metálica 11 ajustando adecuadamente el tamaño (por ejemplo, el diámetro medio de las partículas) y la resistencia de las partículas que constituyen la capa de recubrimiento de imprimación 12, es decir, el material basado en carbono, etc.
Las condiciones de laminado para formar irregularidades sobre la superficie de la lámina metálica 11 y el aplanamiento de la capa de recubrimiento de imprimación 12 pueden diseñarse adecuadamente por un experto en la materia, y la descripción detallada de las mismas se ha descrito anteriormente.
La FIG. 9 es un diagrama esquemático que ilustra un método de fabricación de un colector de corriente según otra realización más de la presente invención.
Con referencia a las FIG. 6 y 9, el método de fabricación de un colector de corriente según la presente invención incluye además la formación de una capa de aglutinante 13 mediante el recubrimiento de una composición de aglutinante sobre la capa de recubrimiento de imprimación 12.
La composición de aglutinante incluye un material basado en carbono y un aglutinante. Se puede usar lo mismo que se ha descrito anteriormente como material basado en carbono y aglutinante, se puede usar lo mismo como el material basado en carbono y el aglutinante usados para la composición de imprimación, o también se pueden usar tipos diferentes.
Además, en la composición de aglutinante, la relación en peso del material basado en carbono y el aglutinante puede ser de 0: 10 a 7: 3, y específicamente de 1: 9 a 6: 4. Concretamente, la composición de aglutinante puede contener tanto el material basado en carbono como el aglutinante, y puede contener solo el aglutinante. Cuando la relación en peso entre el material basado en carbono y el aglutinante se encuentra en el intervalo anterior, se pueden garantizar adecuadamente la conductividad eléctrica y la fuerza de unión de la capa de recubrimiento de imprimación 12. En el presente documento, para garantizar una fuerza de unión suficiente, es preferible que el contenido del aglutinante sea mayor que el contenido del aglutinante en la composición de la imprimación. En el presente documento, el contenido del aglutinante puede ser una proporción del peso del aglutinante con respecto al peso total de cada capa.
La composición de aglutinante puede aplicarse con un espesor de 0,1 a 5 pm, concretamente de 0,1 a 3 pm, y más concretamente de 0,1 a 2 pm. En el presente documento, en este caso, para garantizar una conductividad eléctrica suficiente entre la lámina metálica 11 y la capa de recubrimiento de imprimación 12 y la capa de material activo del electrodo, el espesor de la capa de aglutinante 13 es preferiblemente menor que el espesor de la capa de recubrimiento de imprimación 12. Cuando el espesor de la capa de aglutinante 13 es inferior al intervalo anterior, puede ser difícil garantizar la fuerza de unión a la capa de material activo del electrodo, y cuando el espesor de la capa de aglutinante 13 supera el intervalo, puede ser difícil garantizar suficientemente la conductividad eléctrica entre la lámina metálica 11 y la capa de recubrimiento de imprimación 12 y la capa de material activo del electrodo.
Además, dado que la capa de aglutinante 13 usa una gran cantidad de aglutinante, en comparación con la capa de recubrimiento de imprimación 12, la capa de aglutinante 13 puede reducir la conductividad eléctrica entre la lámina metálica y la capa de recubrimiento de imprimación 12 y la capa de material activo del electrodo. Por lo tanto, la capa de aglutinante 13 debe formarse en la cantidad mínima para asegurar la fuerza de unión sobre la capa de recubrimiento de imprimación 12. Como tal, la composición de aglutinante puede recubrirse con un patrón en una parte de la capa de recubrimiento de imprimación 12. Específicamente, la composición de aglutinante puede recubrirse en una parte que se separa frecuentemente debido a la débil fuerza de unión entre la capa de recubrimiento de imprimación 12 y la capa de material activo del electrodo. Por ejemplo, la capa de aglutinante 13 puede recubrirse con un patrón en ambas partes del borde de la capa de recubrimiento de imprimación 12.
Además, la presente invención proporciona un método de fabricación de un electrodo, y el método de fabricación de un electrodo según la presente invención incluye: fabricar un colector de corriente según un método de fabricación de un colector de corriente como se ha descrito anteriormente; y formar una capa de material activo del electrodo aplicando una suspensión de electrodo que contiene un material activo del electrodo sobre el colector de corriente. Los detalles sobre el material activo del electrodo y la suspensión de electrodo son los descritos anteriormente.
Por otra parte, en esta memoria descriptiva, se usan términos que indican direcciones como arriba, abajo, izquierda, derecha, antes y después, pero es obvio que estos términos son solo para facilitar la descripción y pueden cambiar dependiendo de la ubicación del objeto o la ubicación del observador.
Descripción de los números de referencia
1, 20: electrodo
2, 10: colector de corriente
3, 11: lámina metálica
4, 12: capa de recubrimiento de imprimación
5, 14: capa de material activo del electrodo
13: capa de aglutinante

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Un electrodo (20) que tiene una estructura en la que se forma una capa de material activo del electrodo (14) sobre un colector de corriente (10) que comprende:
una lámina metálica (11);
una capa de recubrimiento de imprimación (12) formada sobre al menos una superficie de la lámina metálica (11), y
una capa de aglutinante (13) formada sobre la capa de recubrimiento de imprimación (12);
en donde una superficie de la capa de recubrimiento de imprimación (12) tiene una superficie plana uniformemente aplanada por laminado,
en donde la capa de recubrimiento de imprimación (12) incluye un material basado en carbono y un aglutinante; en donde la capa de aglutinante (13) incluye un material basado en carbono y un aglutinante, y
en donde un contenido de aglutinante de la capa de aglutinante (13) es mayor que un contenido de aglutinante de la capa de recubrimiento de imprimación (12), siendo el contenido del aglutinante una relación entre el peso del aglutinante y el peso total de cada capa.
2. El electrodo (20) de la reivindicación 1, en donde una superficie de la lámina metálica (11) tiene irregularidades formadas por un laminado de la capa de recubrimiento de imprimación (12).
3. El electrodo (20) de la reivindicación 1, en donde un espesor de la capa de aglutinante (13) es menor que un espesor de la capa de recubrimiento de imprimación (12).
4. El electrodo (20) de la reivindicación 1, en donde la capa de aglutinante (13) está formada según un patrón en una parte de la capa de recubrimiento de imprimación (12).
5. Un método de fabricación de un electrodo (20), comprendiendo el método:<
- fabricar un colector de corriente (10) mediante:
preparar (S10) una lámina metálica (11);
formar (S20) una capa de recubrimiento de imprimación (12) recubriendo una composición de imprimación sobre al menos una superficie de la lámina metálica (11);
laminar (S30) la lámina metálica (11) que tiene una capa de recubrimiento de imprimación (12) formada sobre ella para aplanar uniformemente una superficie de la capa de recubrimiento de imprimación (12), formar una capa de aglutinante (13) recubriendo una composición de aglutinante sobre la capa de recubrimiento de imprimación (12);
en donde la composición de imprimación incluye un material basado en carbono y un aglutinante en donde la composición de aglutinante incluye un material basado en carbono y un aglutinante, y en donde el contenido de aglutinante de la composición de aglutinante es mayor que el contenido de aglutinante de la composición de imprimación, siendo el contenido del aglutinante una relación entre el peso del aglutinante y el peso total de cada capa, y
- aplicar una suspensión de electrodo que contiene un material activo de electrodo sobre el colector de corriente (10) para formar así una capa de material activo de electrodo.
6. El método de la reivindicación 5, en donde se forman irregularidades sobre una superficie de la lámina metálica (11) mediante un laminado de la capa de recubrimiento de imprimación (12).
7. El método de la reivindicación 5, en donde el espesor de la capa de aglutinante (13) es menor que el espesor de la capa de recubrimiento de imprimación (12).
8. El método de la reivindicación 5, en donde la composición de aglutinante se recubre con un patrón sobre una parte de la capa de recubrimiento de imprimación (12).
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