ES3044087T3 - Method of manufacturing an electrode using an inorganic layer coating tape therefor - Google Patents

Method of manufacturing an electrode using an inorganic layer coating tape therefor

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ES3044087T3
ES3044087T3 ES20901010T ES20901010T ES3044087T3 ES 3044087 T3 ES3044087 T3 ES 3044087T3 ES 20901010 T ES20901010 T ES 20901010T ES 20901010 T ES20901010 T ES 20901010T ES 3044087 T3 ES3044087 T3 ES 3044087T3
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inorganic
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plasticizer
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Yong Tae Kim
Jun Soo Park
Bum Young Jung
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LG Energy Solution Ltd
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Abstract

La presente solicitud se refiere a una cinta de revestimiento y a un método de fabricación para la misma, y, más específicamente, a: una cinta de revestimiento en la que una capa inorgánica formada en un lado o en ambos lados de un electrodo se forma en forma de cinta adhesiva para ser fijada a una batería; y a un método de fabricación para la misma. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Método de fabricación de un electrodo usando una cinta de recubrimiento de capa inorgánica para el mismoCampo técnico
[0003] La presente invención se refiere a un método de fabricación de un electrodo para recubrir la capa inorgánica en una superficie o ambas superficies de un electrodo usando una cinta de recubrimiento.
[0004] Antecedentes de la técnica
[0005] En general, una batería secundaria incluye un conjunto de electrodos en el que se apila un electrodo positivo/separador/electrodo negativo. Cada uno del electrodo positivo y el electrodo negativo se fabrica aplicando una suspensión que incluye un material activo de electrodo a una superficie o ambas superficies de un colector de corriente de metal, secando la suspensión y laminando el colector de corriente de metal que tiene la suspensión seca aplicada al mismo. Además, el separador sirve para pasar un electrolito y los iones mientras se evita un cortocircuito eléctrico entre los dos electrodos separando el electrodo positivo y el electrodo negativo.
[0006] En general, el separador incluye un sustrato poroso para evitar un cortocircuito eléctrico entre los dos electrodos. Un sustrato de poliolefina, que se usa principalmente como sustrato poroso, se encoge en una forma antes del alargamiento a una temperatura alta, provocando un problema en que el electrodo positivo y el electrodo negativo se cortocircuitan. Para resolver este problema, la resistencia al calor se mejora mediante un método tal como conferir un material adicional al sustrato poroso. Alternativamente, la resistencia al calor de todo el separador se mejora añadiendo una capa de recubrimiento a una superficie del sustrato poroso para mejorar la resistencia al calor de todo el separador. En este momento, la capa de recubrimiento puede mejorar la resistencia al calor del separador añadiendo un material resistente al calor a la propia capa de recubrimiento o cambiando las propiedades físicas de la propia capa de recubrimiento.
[0007] El método de mejorar la resistencia al calor del separador tal como se describió anteriormente aumenta la temperatura a la que se encoge el separador. Sin embargo, cuando la temperatura supera de manera eventual una temperatura límite, el separador con resistencia al calor mejorada también se encoge de manera eventual. La presente invención se refiere a este punto y considera un método de adición de una capa a un electrodo, la capa capaz de impedir un cortocircuito eléctrico.
[0008] El documento de patente 1 divulga un método para formar una capa de recubrimiento inorgánico en al menos una superficie de un electrodo. Cuando la capa de recubrimiento inorgánico se aplica (recubre) directamente al electrodo como en el documento de patente 1, el polvo inorgánico penetra en los poros del electrodo tal como se muestra en la figura 1, haciendo de ese modo que el grosor de la capa de recubrimiento inorgánico no sea uniforme. Además, el polvo inorgánico penetrado actúa como una resistencia del electrodo, deteriorando de ese modo el rendimiento de la batería.
[0009] En el documento de patente 2, se aplica una solución que contiene un medio de dispersión para recubrimiento inorgánico y un aglutinante a una capa de material activo de electrodo para mantener constante el grosor de la capa de recubrimiento inorgánico. Cuando el aglutinante se añade por separado, disminuye la densidad de una batería, y el aglutinante actúa como una resistencia, deteriorando el rendimiento de la batería. En el caso en el que se forma una capa de recubrimiento independiente en el documento de patente 2, existe el problema de que se endurece la capa de recubrimiento, provocando grietas o desgarros.
[0010] El documento de patente 3 añade un plastificante a una capa de material activo de electrodo negativo, pero esto propone simplemente una solución para impedir un cortocircuito interno de una batería.
[0011] El documento de patente 4 divulga un método para aumentar la trabajabilidad de una capa de recubrimiento seca al tiempo que mejora la flexibilidad de una capa de recubrimiento mezclando un plastificante en una suspensión para un separador. Sin embargo, en el caso del documento de patente 4, dado que la capa de recubrimiento está unida a un soporte inorgánico independiente, no se ha resuelto el problema de que se produzca un cortocircuito interno cuando se encoge el separador. Además, puesto que se requiere sinterización para unir la capa de recubrimiento al soporte inorgánico, existe una desventaja en que el tamaño de poro y la distribución de la capa de recubrimiento pueden ser diferentes del tamaño de poro y la distribución durante la formación de la suspensión inicial.
[0012] Tal como se describió anteriormente, existe la necesidad de una tecnología capaz de mejorar la seguridad y el rendimiento de la batería impidiendo un cortocircuito interno de la batería.
[0013] Documentos de la técnica anterior
[0014] Bibliografía de patentes
[0015] Publicación de solicitud de patente coreana n.° 2008-0105853 (04.12.2008) (documento de patente 1) Publicación de solicitud de patente coreana n.° 2014-0028754 (10.03.2014) (documento de patente 2) Publicación de solicitud de patente japonesa n.° 2012-238396 (06.12.2012) (documento de patente 3) Publicación de solicitud de patente coreana n.° 2018-0077030 (06.07.2018) (documento de patente 4)Divulgación
[0016] Problema técnico
[0017] La presente invención se ha realizado en vista de los problemas anteriores, y es un objeto de la presente invención para proporcionar un método de fabricación de un electrodo recubriendo una capa inorgánica en una superficie o ambas superficies de un electrodo usando una cinta de recubrimiento, formando la cinta de recubrimiento una capa inorgánica en una superficie o ambas superficies de un electrodo estando en forma de una cinta adhesiva para aislamiento para unirse a una batería, mejorando de ese modo el rendimiento de la batería e impidiendo un cortocircuito interno.
[0018] Solución técnica
[0019] Los objetos anteriores y otros pueden alcanzarse mediante un método de fabricación de un electrodo para recubrir una capa inorgánica en una superficie o ambas superficies de un electrodo usando una cinta de recubrimiento, comprendiendo el método
[0020] 1) soportar la cinta de recubrimiento en un rodillo o prensar la cinta de recubrimiento usando un rodillo, de modo que la capa inorgánica se pone en contacto con el electrodo; y
[0021] 2) retirar la película después de aplicar la capa inorgánica de la cinta de recubrimiento en el electrodo;
[0022] en el que la cinta de recubrimiento comprende:
[0023] una película; y
[0024] una capa inorgánica que comprende un material inorgánico, un aglutinante, y un plastificante unidos a una superficie de la película,
[0025] en el que la cantidad de plastificante es de más de 17 partes en peso a menos de 50 partes en peso basándose en 100 partes en peso del aglutinante.
[0026] El plastificante puede incluir un polímero que incluye al menos uno o más de propilenglicol, alcohol bencílico, alcohol n-butílico, alcohol isopropílico, fosfato de dietilo, fosfato de trietilo, fosfato de trimetilo, fosfato de tributilo, acetato de isoamilo, lactato de etilo, lactato de metilo, butilato de etilo, carbonato de dietilo, propionato de tributilo, acetato de amilo y metilo, acetato de isopropilo, diisobutil cetona, metil etil cetona, dipropil cetona, etil butil cetona, y metil amil cetona, o un copolímero de los mismos.
[0027] El plastificante está presente en una cantidad de más de 17 partes en peso a menos de 50 partes en peso basándose en 100 partes en peso del aglutinante. Además, el plastificante puede estar en de 22 partes en peso o más a 40 partes en peso o menos basándose en 100 partes en peso del aglutinante.
[0028] El peso molecular promedio en peso (Mw) del plastificante puede ser de 350 g/mol a 500 g/mol.
[0029] El material inorgánico puede ser un material inorgánico que tiene una constante dieléctrica de 1 o más, un material inorgánico que tiene piezoelectricidad, un material inorgánico que tiene capacidad de transferencia de iones de litio, o una mezcla de dos o más de los mismos.
[0030] El material inorgánico puede estar en forma de partícula y puede tener un diámetro de 1 nm a 10 |im.
[0031] El aglutinante puede ser poli(fluoruro de vinilideno), poli(alcohol vinílico), carboximetilcelulosa (CMC), almidón, hidroxipropilcelulosa, celulosa regenerada, polivinilpirrolidona, tetrafluoroetileno, polietileno, polipropileno, terpolímero de etileno-propileno-dieno (EPDM), EPDM sulfonado, caucho de estireno-butadieno, caucho fluorado, o un copolímero de los mismos.
[0032] La adhesión entre la capa inorgánica y un electrodo puede ser de 20 gf/cm o más, y la adhesión entre la capa inorgánica y la película puede ser menor que la adhesión entre la capa de material inorgánico y el electrodo. La cinta de recubrimiento según la presente invención puede incluir además un retardante de la llama además del material inorgánico. El retardante de la llama puede ser hidróxido de aluminio o aluminio hidratado.
[0033] La película puede ser una película desprendible que tiene diferente adhesión en ambas superficies.
[0034] La película desprendible puede tener una adhesión de la superficie de unión de capa inorgánica igual o inferior que la adhesión de la otra superficie.
[0035] La adhesión entre la superficie de unión de capa inorgánica de la película y la propia capa inorgánica puede ser mayor que una resistencia mecánica capaz de soportar un peso de la capa inorgánica y menor que la adhesión entre la propia capa inorgánica y el electrodo.
[0036] Puede recubrirse o tratarse superficialmente la superficie de unión de capa inorgánica de la película desprendible. También se divulga un método de fabricación de una cinta de recubrimiento, comprendiendo el método: 1) preparar una suspensión inorgánica mezclando un disolvente con una composición de capa inorgánica que comprende un material inorgánico, un aglutinante, y un plastificante; 2) aplicar la suspensión inorgánica de la etapa 1) a una película; y 3) secar la suspensión inorgánica aplicada en la etapa 2) para formar una capa inorgánica.
[0037] Puede añadirse una etapa de controlar de manera uniforme una cantidad de la suspensión inorgánica aplicada entre la etapa 2) y la etapa 3) .
[0038] En la etapa 2), la suspensión inorgánica puede tener una mayor cantidad del aglutinante en una porción de superficie de contacto de electrodo que en las otras porciones.
[0039] Al recubrir la capa inorgánica en una superficie o ambas superficies del electrodo usando la cinta de recubrimiento tal como se describió anteriormente, la presente invención proporciona un método de fabricación de un electrodo, comprendiendo el método: 1) soportar la cinta de recubrimiento en un rodillo o prensar la cinta de recubrimiento usando un rodillo, de modo que la capa inorgánica se pone en contacto con el electrodo; y 2) retirar la película después de aplicar la capa inorgánica de la cinta de recubrimiento en el electrodo.
[0040] El rodillo puede incluir un rodillo de guiado, un rodillo de prensado, un rodillo de calentamiento, y un rodillo de calentamiento y prensado.
[0041] En la etapa 2), puede no añadirse un aglutinante independiente.
[0042] Descripción de los dibujos
[0043] La figura 1 es una micrografía electrónica de una capa de material activo de un electrodo en el que una capa inorgánica se aplica directamente en el electrodo en un estado en suspensión.
[0044] La figura 2 muestra el número de fuegos y resistencia a la corriente continua según una razón de composición de un plastificante durante la carga y descarga en los ejemplos y los ejemplos comparativos de la presente invención. La figura 3 es un gráfico que muestra la capacidad de una batería expresada como una razón según los ciclos de carga y descarga de los ejemplos y los ejemplos comparativos de la presente invención.
[0045] Mejor modo
[0046] Ahora, se describirán con detalle realizaciones preferidas de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos de manera que las realizaciones preferidas de la presente invención pueden implementarse fácilmente por un experto en la técnica a la que pertenece la presente invención. Sin embargo, al describir el principio de funcionamiento de las realizaciones preferidas de la presente invención con detalle, se omitirá una descripción detallada de las funciones y configuraciones conocidas incorporadas en el presente documento cuando las mismas puedan complicar el contenido de la presente invención.
[0047] En el caso en el que se dice que una parte está conectada a otra parte en toda la memoria descriptiva, no sólo la una parte puede estar conectada directamente a la otra parte, sino que también, la una parte puede estar conectada indirectamente a la otra parte a través de una parte adicional. Además, que se incluya un determinado elemento no significa que se excluyan otros elementos, sino que significa que tales elementos pueden incluirse adicionalmente a menos que se mencione lo contrario.
[0048] A continuación en el presente documento, se describirá con más detalle la presente invención. Esto se proporciona únicamente para ilustración de la presente invención y no debe interpretarse como limitativo del alcance de la presente invención.
[0049] La presente invención se refiere a un método de fabricación de un electrodo para recubrir la capa inorgánica en una superficie o ambas superficies de un electrodo usando una cinta de recubrimiento que comprende una película, y una capa inorgánica que incluye un material inorgánico, un aglutinante, y un plastificante unidos a una superficie de la película, en el que la cantidad de plastificante es de más de 17 partes en peso a menos de 50 partes en peso basándose en 100 partes en peso del aglutinante.
[0050] Material inorgánico
[0051] El material inorgánico puede ser un material inorgánico que tiene una constante dieléctrica de 1 o más, un material inorgánico que tiene piezoelectricidad, un material inorgánico que tiene capacidad de transferencia de iones de litio, o una mezcla de dos o más de los mismos. Es preferible que el material inorgánico está en forma de partícula. Ejemplos del material inorgánico que tiene una constante dieléctrica de 1 o más pueden ser SrTio<3>, SnO<2>, CeO<2>, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO<2>, Y<2>O<3>, AhO<3>, TO<2>, SiC o una mezcla de los mismos, pero la presente invención no se limita a los mismos.
[0052] El material inorgánico que tiene piezoelectricidad significa un material que es no conductor a presión normal pero, cuando se aplica una determinada presión al mismo, se cambia la estructura interna y de ese modo tiene conductividad. En particular, el material inorgánico que tiene piezoelectricidad presenta características de alta constante dieléctrica teniendo una constante dieléctrica de 100 o más y tiene una diferencia de potencial entre ambas caras en el que una cara se carga con una carga positiva y la otra cara se carga con una carga negativa mediante una carga eléctrica generada cuando las partículas se tensionan o comprimen mediante una determinada presión.
[0053] En un caso en el que se usa el material inorgánico que tiene las características mencionadas anteriormente, puede producirse un cortocircuito en el electrodo positivo y el electrodo negativo, mediante lo cual el electrodo positivo y el electrodo negativo pueden no estar en contacto directamente entre sí debido al material inorgánico, y pueden producirse diferencias de potencial en las partículas debido a la piezoelectricidad del material inorgánico. Por consiguiente, la migración de electrones, concretamente, un flujo de corriente fino, se logra entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, mediante lo cual se reduce de manera gradual la tensión de la batería y, por tanto, puede mejorarse la seguridad.
[0054] Ejemplos del material inorgánico que tiene piezoelectricidad puede ser BaTiO<3>, Pb(Zr,Ti)O<3>(PZT), Pb<1>-xLaxZr-i-yTiyO<3>(P<lz>T), Pb(Mg<1/3>Nb<2/3>)O<3>-PbTiO<3>(PMN-PT), hafnia (HfO<2>), o una mezcla de los mismos, pero la presente invención no se limita a los mismos.
[0055] El material inorgánico que tiene capacidad de transferencia de iones de litio indica un material inorgánico que contiene elementos de litio, no ahorra litio, y transporta iones de litio. El material inorgánico que tiene capacidad de transferencia de iones de litio puede transferir y transportar iones de litio por un defecto presente en una estructura de partícula. Por consiguiente, se mejora la conductividad de iones de litio en una batería y, por tanto, puede mejorarse el rendimiento de la batería.
[0056] Ejemplos del material inorgánico que tiene capacidad de transferencia de iones de litio puede ser fosfato de litio (Li<3>PO<4>), fosfato de litio-titanio (LixTiy(PO<4>)<3>, donde 0<x<2 y 0<y<3), fosfato de litio-aluminio-titanio (LixAlyTiz(PO<4>)<3>, donde 0<x<2, 0<y<1, y 0<z<3), vidrios a base de (LiAlTiP)xOy (donde 0<x<4 y 0<y<13) tal como 14Li2O-9AhO3-<3 8>TO<2>-<3 9>P<2>O<5>, titanato de litio-lantano (LixLayTiO<3>, donde 0<x<2 y 0<y<3), tiofosfato de litio-germanio (LixGeyPzSw, donde 0<x<4, 0<y<1, 0<z<1, y 0<w<5) tal como Li<3,25>Ge<0,25>P<0,75>S<4>, nitruro de litio (LixNy, donde 0<x<4 y 0<y<2) tal como Li<3>N, vidrio a base de SiS<2>(LixSiySz, donde 0<x<3, 0<y<2, y 0<z<4) tal como Li<3>PO<4>-Li<2>S-SiS<2>, vidrio a base de P<2>S<5>(LixPySz, donde 0<x<3, 0<y<3, y 0<z<7) tal como LiI-Li<2>S-P<2>S<5>, o una mezcla de los mismos, pero la presente invención no se limita a los mismos.
[0057] Cuando se usan juntos el material inorgánico con alta constante dieléctrica, el material inorgánico que tiene piezoelectricidad, y el material inorgánico que tiene capacidad de transferencia de iones de litio descritos anteriormente, pueden mejorarse adicionalmente los efectos obtenidos a través de estos componentes.
[0058] El tamaño de cada uno de los materiales inorgánicos, que está en forma de partícula, no está particularmente restringido. Para formar una capa de recubrimiento que tiene un grosor uniforme y para lograr una porosidad adecuada, sin embargo, cada uno de los materiales inorgánicos puede tener un tamaño de 0,001 |im a 10 |im. En el caso en el que el tamaño de cada uno de los materiales inorgánicos es menor de 0,001 |im, se reduce la dispersibilidad, mediante lo cual es difícil presentar un efecto de aislamiento uniforme. En el caso en el que el tamaño de cada uno de los materiales inorgánicos es mayor de 10 |im, es difícil formar una capa de recubrimiento delgada. Además, puede producirse fácilmente un cortocircuito en la batería cuando la batería se carga y descarga debido a poros con un tamaño excesivamente grande.
[0059] Aglutinante
[0060] El aglutinante se usa para unir el material inorgánico y hacer que la capa inorgánica tenga un determinado grado de viscosidad.
[0061] El aglutinante usado en la presente invención puede ser un polímero usado habitualmente en la formación de una capa inorgánica recubierta en al menos una superficie de un sustrato poroso usado como separador en la técnica. En particular, el aglutinante puede usar un polímero que tiene una temperatura de transición vitrea (Tg) de -200 °C a 200 °C para mejorar las propiedades mecánicas tales como flexibilidad y elasticidad de la capa inorgánica finalmente formada. Un aglutinante de este tipo sirve para conectar y fijar de manera estable materiales inorgánicos entre los mismos, impidiendo de ese modo que se reduzca la propiedad mecánica de la capa inorgánica.
[0062] Además, no es necesario que el aglutinante tenga conductividad iónica, sin embargo, un polímero que tiene conductividad iónica puede usarse para mejorar los rendimientos de dispositivos electroquímicos. Por consiguiente, el aglutinante usado en la presente invención incluye preferiblemente uno que tiene una alta constante dieléctrica. En realidad, el grado de disociación de una sal en una disolución de electrolito depende de una constante dieléctrica de la disolución de electrolito. Por tanto, a medida que la constante dieléctrica del polímero es mayor, aumenta el grado de disociación de una sal en una disolución de electrolito. A este respecto, en la presente invención, el aglutinante puede tener una constante dieléctrica de 1,0 a 100 (frecuencia de medición = 1 kHz), preferiblemente de 10 o mayor.
[0063] Además, el aglutinante puede gelatinizarse cuando se impregna con una disolución de electrolito líquido para presentar un alto grado de hinchamiento en una disolución de electrolito. A este respecto, se prefiere que el polímero aglutinante tenga un parámetro de solubilidad de 15 a 45 MPa1/2, de 15 a 25 MPa1/2, o de 30 a 45 MPa1/2 Por consiguiente, un polímero hidrófilo que tenga muchos grupos polares se usa favorablemente en comparación con un polímero hidrófobo tal como poliolefina. Cuando el parámetro de solubilidad del polímero es menor de 15 MPa1/2 o mayor de 45 MPa1/2, el polímero es difícil que se hinche con una disolución de electrolito líquido convencional para una batería.
[0064] Ejemplos no limitativos del aglutinante pueden ser uno cualquiera seleccionado del grupo que consiste en poli(fluoruro de vinilideno)-hexafluoropropileno, poli(fluoruro de vinilideno)-tricloroetileno, poli(metacrilato de metilo), poli(acrilato de butilo), poliacrilonitrilo, polivinilpirrolidona, poli(acetato de vinilo), polietileno-co-acetato de vinilo, poli(óxido de etileno), poliarilato, acetato de celulosa, acetato-butirato de celulosa, acetato-propionato de celulosa, cianoetilpululano, cianoetilpoli(alcohol vinílico), cianoetilcelulosa, cianoetilsacarosa, pululano, carboximetilcelulosa, y ácido tánico, o una mezcla de dos o más de los mismos.
[0065] Preparación de la capa inorgánica
[0066] La razón en peso del material inorgánico y el aglutinante puede oscilar desde 1:1 hasta 99:1, desde 60:40 hasta 90:10, o desde 70:30 hasta 80:20.
[0067] En la capa inorgánica, el aglutinante permite la adhesión de materiales inorgánicos de modo que los materiales inorgánicos puedan unirse entre sí. Además, la capa inorgánica entra en contacto con el sustrato poroso mediante el aglutinante. En la capa inorgánica, los materiales inorgánicos están sustancialmente presentes en contacto entre sí para formar una estructura más compacta, y un volumen intersticial generado a partir del contacto de los materiales inorgánicos entre sí se convierte en un poro de la capa inorgánica.
[0068] Los poros de la capa inorgánica son un espacio formado por los materiales inorgánicos que están en contacto entre sí en una estructura compacta cerrada o densamente compacta de los materiales inorgánicos. A través de los poros de la capa inorgánica, es posible proporcionar un canal para el movimiento de iones de litio.
[0069] Plastificante
[0070] Un plastificante se usa para proporcionar flexibilidad a la capa inorgánica e impedir el agrietamiento o desgarro en la capa inorgánica después del secado.
[0071] Ejemplos no limitativos del plastificante pueden ser un polímero que comprende al menos uno o más de propilenglicol, alcohol bencílico, alcohol n-butílico, alcohol isopropílico, fosfato de dietilo, fosfato de trietilo, fosfato de trimetilo, fosfato de tributilo, acetato de isoamilo, lactato de etilo, lactato de metilo, butilato de etilo, carbonato de dietilo, propionato de tributilo, acetato de amilo y metilo, acetato de isopropilo, diisobutil cetona, metil etil cetona, dipropil cetona, etil butil cetona, y metil amil cetona, o un copolímero de los mismos.
[0072] El plastificante está presente en una cantidad de más de 17 partes en peso a menos de 50 partes en peso basándose en 100 partes en peso del aglutinante. En el caso en el que el plastificante son 17 partes en peso basándose en 100 partes en peso del aglutinante, puede endurecerse la capa inorgánica y pueden producirse grietas, o la capa inorgánica puede rasgarse cuando la capa inorgánica se une usando una cinta de recubrimiento. En el caso en el que el plastificante son 50 partes en peso basándose en 100 partes en peso del aglutinante, la cantidad del aglutinante se reduce en el peso total de la capa inorgánica, de ese modo no puede obtenerse suficiente adhesión. Como resultado, la capa inorgánica no puede unirse al electrodo cuando la capa inorgánica se une usando una cinta de recubrimiento.
[0073] Además, cuando hay demasiado plastificante, el propio plastificante actúa como resistencia, lo que puede deteriorar el rendimiento de la batería.
[0074] Más preferiblemente, el plastificante puede ser más de 22 partes en peso y menos 40 partes en peso basándose en 100 partes en peso del aglutinante. En el caso en el que el plastificante son 22 partes en peso basándose en 100 partes en peso del aglutinante, puesto que la razón de plastificante es baja, no es posible impedir las grietas en la capa inorgánica o un fenómeno en el que una porción de la capa inorgánica se daña cuando se une usando una cinta de recubrimiento, dando como resultado de ese modo un fuego debido a sobrecarga. En el caso en el que el plastificante son 40 partes en peso basándose en 100 partes en peso del aglutinante, el plastificante actúa como resistencia, lo que puede deteriorar el rendimiento de la batería.
[0075] El peso molecular promedio en peso del plastificante puede ser de 350 g/mol a 10000 g/mol. En el caso en el que el peso molecular promedio en peso es menor de 350 g/mol, puede haber el problema de que la capa inorgánica no obtiene adhesión que pueda unirse al electrodo. En el caso en el que el peso molecular promedio en peso es de 10000 g/mol o más, puede haber el problema de que el plastificante puede desviarse hacia una porción. Cuanto mayor sea el peso molecular, mejor será la adhesión y el aislamiento eléctrico, y menor será la volatilidad. Por tanto, dentro del intervalo anterior, es posible seleccionar un plastificante capaz de presentar una adhesión adecuada, aislamiento eléctrico, y permeabilidad al aire y porosidad deseadas.
[0076] Al añadir el plastificante tal como se describió anteriormente, la capa inorgánica puede unirse directamente al electrodo sin provocar grietas cuando se une usando una cinta de recubrimiento. Para que la capa inorgánica se una a una superficie del electrodo, la adhesión entre la capa inorgánica y el electrodo debe ser de 20 gf/cm o más. Para usar la capa inorgánica como cinta de recubrimiento usada retirando la capa inorgánica de la película, es preferible que la capa inorgánica tenga una adhesión que se desprenda fácilmente de la película. Por tanto, es preferible que la adhesión entre la capa inorgánica y la película sea menor que la adhesión entre la capa inorgánica y el electrodo. Aditivo
[0077] La capa inorgánica según la presente invención puede incluir un aditivo distinto del material inorgánico, el aglutinante y el plastificante. El aditivo es un material que se requiere esencial o adicionalmente para la mejora del funcionamiento y el rendimiento de un dispositivo electroquímico, y puede aplicarse sin ninguna limitación particular si requiere un suplemento continuo debido a su consumo durante el funcionamiento del dispositivo electroquímico. Ejemplos no limitativos del aditivo pueden ser un aditivo para inhibir una reacción secundaria que se produce en una batería, un aditivo para mejorar la estabilidad térmica, un aditivo para inhibir la sobrecarga, un dispersante y una mezcla de dos o más de los mismos.
[0078] Como aditivo para inhibir una reacción secundaria que se produce en una batería, puede usarse al menos uno seleccionado del grupo que consiste en ácido etilendiaminotetraacético, tetrametiletilendiamina, piridina, dipiridilo, etilbis(difenilfosfina), butironitrilo, succinonitrilo, yodo, haluro de amonio, y un derivado de los mismos, o una mezcla de dos o más de los mismos, pero la presente invención no se limita a los mismos.
[0079] Como aditivo para mejorar la estabilidad térmica, puede usarse al menos uno seleccionado del grupo que consiste en hexametildisiloxano, hexametilmetoxiciclotrifosfaceno, hexametilfosforamida, ciclohexilbenceno, bifenilo, dimetilpirrol, y un derivado de los mismos, o una mezcla de dos o más de los mismos, pero la presente invención no se limita a los mismos.
[0080] Un ejemplo de un aditivo para mejorar la estabilidad térmica puede ser un retardante de la llama. El retardante de la llama puede incluir un retardante de la llama a base de fósforo o a base de compuestos inorgánicos, y puede incluir además un sinergista de retardante de la llama capaz de mejorar un efecto del retardante de la llama además del retardante de la llama.
[0081] Como aditivo para inhibir la sobrecarga, puede usarse al menos uno seleccionado del grupo que consiste en nbutilferroceno, un derivado de benceno sustituido con halógeno, ciclohexilbenceno, y bifenilo, o una mezcla de dos o más de los mismos, pero la presente invención no se limita a los mismos.
[0082] El dispersante no está limitado siempre que sea un material que mejore la dispersibilidad y mantenga una dispersión uniforme. Sin embargo, es preferible que el dispersante sea un material que tenga alta dispersibilidad. Por ejemplo, puede usarse un tensioactivo aniónico. El tensioactivo aniónico puede ser un componente en el que un componente aniónico que contiene una o más sales seleccionadas del grupo que consiste en carboxilato, fosfato, sulfonato, y sulfato constituye una porción de cabeza. Además, ejemplos de sustancias que pueden usarse como dispersante pueden ser una cualquiera o más seleccionadas de poliaminas solubles en aceite, compuestos de amina solubles en aceite, ácidos grasos, alcoholes grasos, ésteres de ácido graso de sorbitano, ácido tánico, ácido tánico, y ácido pirogálico.
[0083] Cinta de recubrimiento
[0084] La cinta de recubrimiento empleada en el método según la presente invención puede usarse en forma de una cinta aplicando una capa inorgánica a una película. La capa inorgánica se une a la película de manera similar a una cinta adhesiva de doble cara antes de unirse al electrodo. Para este propósito, es preferible que la adhesión entre la superficie de unión de capa inorgánica de la película y la propia capa inorgánica sea mayor que el peso de la capa inorgánica y menor que la adhesión entre la propia capa inorgánica y el electrodo.
[0085] La cinta de recubrimiento puede enrollarse en una forma circular y almacenarse, y luego usarse colgándola en un rollo cuando se usa. Alternativamente, la cinta de recubrimiento puede adoptar una forma que puede usarse colocando una película independiente sobre una película cortada a un tamaño específico y una capa inorgánica para cubrir una superficie expuesta de la capa inorgánica y luego retirarla.
[0086] Tal como se describió anteriormente, cuando la cinta de recubrimiento se enrolla en una forma circular y se almacena o la película se usa retirándola, la película puede ser una película desprendible que tiene una adhesión diferente en ambas superficies. Cuando la película desprendible se usa en un estado en el que la cinta de recubrimiento se lamina en múltiples capas, la adhesión entre la capa inorgánica y la superficie de unión puede ser igual o menor que la adhesión de la otra superficie para facilitar el uso.
[0087] La película puede usar cualquier material siempre que tenga una baja rugosidad superficial y pueda desprenderse fácilmente de modo que no quede residuo cuando se desprende la capa inorgánica. Los ejemplos de la película pueden incluir una película de resina sintética tal como polietileno, polipropileno, copolímero de etileno-acetato de vinilo, copolímero de etileno-alcohol vinílico y poli(tereftalato de etileno), una lámina metálica y similares.
[0088] La película puede recubrirse o tratarse superficialmente al menos sobre la superficie de unión de capa inorgánica de modo que no quede ningún residuo de la capa inorgánica. Los ejemplos del tratamiento de superficie incluyen un tratamiento con plasma, un tratamiento de modificación de superficie tal como un tratamiento de sulfonación, o un tratamiento de desprendimiento tal como un tratamiento con silicio, un tratamiento con alquilo cíclico largo, y un tratamiento con flúor.
[0089] La película puede usar un material que se evapora por tratamiento térmico, irradiación ultravioleta, o tratamiento con disolución.
[0090] También se divulga un método de fabricación de una cinta de recubrimiento, incluyendo el método 1) preparar una suspensión inorgánica mezclando un disolvente con una composición de capa inorgánica que comprende un material inorgánico, un aglutinante, y un plastificante; 2) aplicar la suspensión inorgánica de la etapa 1) a una película; y 3) secar la suspensión inorgánica aplicada en la etapa 2) para formar una capa inorgánica.
[0091] El material inorgánico, el aglutinante, el plastificante, y la razón de mezclado de los mismos y la película son tal como se describieron anteriormente.
[0092] Como disolvente, puede usarse sin limitación un disolvente convencional conocido en la técnica. Los ejemplos no limitativos de disolventes incluyen acetona, tetrahidrofurano, cloruro de metileno, cloroformo, dimetilformamida, N-metil-2-pirrolidona (NMP), ciclohexano, agua, y una mezcla de los mismos.
[0093] En la etapa de secado, puede usarse un horno o una cámara calentada en un intervalo de temperatura teniendo en cuenta la presión de vapor del disolvente. Alternativamente, también es posible un método para permitir que el disolvente se volatilice dejando la suspensión inorgánica a temperatura ambiente. En este momento, pueden tenerse en cuenta condiciones de temperatura de 25 °C a 100 °C para el intervalo de temperatura y condiciones de humedad relativa del 40 % o más.
[0094] Una etapa de controlar de manera uniforme la cantidad de la suspensión inorgánica aplicada puede incluirse además entre la etapa 2) y la etapa 3).
[0095] En la etapa de controlar de manera uniformemente la cantidad de la suspensión inorgánica aplicada, puede controlarse de manera uniforme usando un rodillo. Alternativamente, también puede usarse un método de corte de la superficie aplicada usando una cuchilla. Además, también puede usarse un método para colocar una película en un recipiente que tiene un tamaño deseado, aplicar una suspensión, y luego prensar una superficie para ajustarse al recipiente.
[0096] En la etapa 2), la suspensión inorgánica puede tener un contenido de aglutinante más alto en una superficie de contacto de electrodo que en otras porciones. Al aumentar el contenido de aglutinante, es posible mejorar la adhesión a un electrodo sin añadir un aglutinante independiente.
[0097] La cinta de recubrimiento usada en el procedimiento según la presente invención puede tener adhesión incluso después del secado en la etapa 3). Esto se debe a que la capa inorgánica se forma mezclando el plastificante en el aglutinante en una razón de más de 22 partes en peso y menos de 40 partes en peso basándose en 100 partes en peso del aglutinante. La cinta de recubrimiento, que mantiene la adhesión incluso después del secado tal como se describió anteriormente, puede aplicarse directamente al electrodo sin añadir un aglutinante independiente.
[0098] Fabricación de un electrodo
[0099] El método de fabricación de un electrodo según la presente invención incluye 1) soportar la cinta de recubrimiento según la descripción anterior en un rodillo o prensar la cinta de recubrimiento usando un rodillo, de modo que la capa inorgánica se pone en contacto con el electrodo; y 2) retirar la película después de aplicar la capa inorgánica de la cinta de recubrimiento en el electrodo.
[0100] El electrodo puede ser un electrodo negativo o un electrodo positivo.
[0101] El electrodo positivo puede fabricarse aplicando, por ejemplo, una mezcla de electrodo positivo, en el que un material activo de electrodo positivo consiste en partículas de material activo de electrodo positivo, se mezclan un agente conductor, y un aglutinante, sobre un colector de corriente de electrodo positivo. Según sea necesario, puede añadirse adicionalmente una carga a la mezcla de electrodo positivo.
[0102] En general, el colector de corriente de electrodo positivo se fabrica para que tenga un grosor de 3 |im a 500 |im. El colector de corriente de electrodo positivo no está particularmente restringido, siempre que el colector de corriente de electrodo positivo presente alta conductividad mientras que el colector de corriente de electrodo positivo no induzca ningún cambio químico en una batería a la que se aplique el colector de corriente de electrodo positivo. Por ejemplo, el colector de corriente de electrodo positivo puede fabricarse de uno seleccionado de acero inoxidable, aluminio, níquel, y titanio. Alternativamente, el colector de corriente de electrodo positivo puede fabricarse de uno seleccionado de aluminio o acero inoxidable, cuya superficie se trata con carbono, níquel, titanio, o plata. Específicamente, puede usarse aluminio. El colector de corriente puede tener un patrón no uniforme a microescala formado sobre la superficie del mismo para aumentar la adhesión del material activo de electrodo positivo. El colector de corriente puede estar configurado en diversas formas, tales como las de una película, una lámina, una hoja, una red, un cuerpo poroso, un cuerpo de espuma, y un cuerpo de material textil no tejido.
[0103] El material activo de electrodo positivo puede incluir, por ejemplo, además de las partículas de material activo de electrodo positivo, un compuesto dispuesto en capas tal como óxido de litio-níquel (LiNiO<2>) o un compuesto sustituido con uno o más metales de transición; óxido de litio-manganeso tal como la fórmula química Lh+xMn<2>-xO<4>(en donde x oscila desde 0 hasta 0,33), LiMnO<3>, LiMn<2>O<3>, LiMnO<2>; óxido de litio-cobre (Li<2>CuO<2>); óxido de vanadio tal como UV<3>O<8>, UV<3>O<4>, V<2>O<5>, Cu<2>V<2>O<7>; óxido de litio-níquel de tipo sitio de Ni representado por LiNh_xMxO<2>(en donde M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, o Ga, y x oscila desde 0,01 hasta 0,3); óxido compuesto de litio-manganeso representado por LiMn<2>-xMxO<2>(en donde M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn o Ta, y x oscila desde 0,01 hasta 0,1) o Li<2>Mn<3>MO<8>(en donde M = Fe, Co, Ni, Cu o Zn); LiMn<2>O<4>que tiene una parte de Li que está sustituida con iones de metales alcalinotérreos; un compuesto de disulfuro; Fe<2>(MoO<4>)<3>, etc., sin limitarse particularmente a los mismos.
[0104] El agente conductor se añade generalmente de modo que el agente conductor representa del 0,1 % en peso al 30 % en peso basándose en el peso total de la mezcla que incluye el material activo de electrodo positivo. El agente conductor no está particularmente restringido, siempre que el agente conductor presente alta conductividad sin inducir ningún cambio químico en una batería a la que se aplica el agente conductor. Por ejemplo, puede usarse como agente conductor grafito, tal como grafito natural o grafito artificial; negro de carbono, tal como negro de carbono, negro de acetileno, negro de Ketjen, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara, o negro térmico; fibra conductora, tal como fibra de carbono o fibra metálica; polvo metálico, tal como polvo de fluoruro de carbono, polvo de aluminio, o polvo de níquel; fibra corta monocristalina conductora, tal como un óxido de zinc o titanato de potasio; un óxido metálico conductor, tal como un óxido de titanio; o sustancias conductoras, tales como derivados de polifenileno.
[0105] El aglutinante incluido en el electrodo positivo es un componente que ayuda en la unión entre un material activo y un agente conductor y en la unión con un colector de corriente. El aglutinante se añade generalmente en una cantidad del 0,1 % en peso al 30 % en peso basándose en el peso total de la mezcla que incluye el material activo de electrodo positivo. Ejemplos del aglutinante pueden ser poli(fluoruro de vinilideno), poli(alcohol vinílico), carboximetilcelulosa (CMC), almidón, hidroxipropilcelulosa, celulosa regenerada, polivinilpirrolidona, tetrafluoroetileno, polietileno, polipropileno, terpolímero de etileno-propileno-dieno (EPDM), EPDM sulfonado, caucho de estireno-butadieno, caucho fluorado, y diversos copolímeros.
[0106] El electrodo negativo puede fabricarse recubriendo un material activo de electrodo negativo sobre un colector de corriente de electrodo negativo y secando el colector de corriente de electrodo negativo recubierto. El electrodo negativo opcionalmente puede comprender además los componentes anteriores, según sea necesario.
[0107] En general, el colector de corriente de electrodo negativo se fabrica para que tenga un grosor de 3 |im a 500 |im. El colector de corriente de electrodo negativo no está particularmente restringido, siempre que el colector de corriente de electrodo negativo presente alta conductividad mientras que el colector de corriente de electrodo negativo no induzca ningún cambio químico en una batería en la que se aplica el colector de corriente de electrodo negativo. Por ejemplo, el colector de corriente de electrodo negativo puede fabricarse de cobre, acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio, o carbono sinterizado. Alternativamente, el colector de corriente de electrodo negativo puede fabricarse de cobre o acero inoxidable, cuya superficie se trata con carbono, níquel, titanio, o plata, o una aleación de aluminiocadmio. Además, el colector de corriente de electrodo negativo puede tener un patrón no uniforme a microescala formado sobre la superficie del mismo para aumentar la fuerza de adhesión de un material activo de electrodo negativo, de la misma manera que el colector de corriente de electrodo positivo. El colector de corriente de electrodo negativo puede estar configurado en diversas formas, tales como las de una película, una lámina, una hoja, una red, un cuerpo poroso, un cuerpo de espuma, y un cuerpo de material textil no tejido.
[0109] El material activo de electrodo negativo puede incluir, por ejemplo, carbono tal como carbono no grafitizado y carbono a base de grafito; un óxido compuesto metálico, tal como LixFe<2>O<3>(0<x<1), LixWO<2>(0<x<1), SnxMei-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, elementos del grupo 1, 2 y 3 de la tabla periódica, halógeno; 0<x<1; 1<y<3; 1<z<8); metal de litio; aleación de litio; aleación a base de silicio; aleación a base de estaño; un óxido metálico, tal 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 BhOs; un polímero conductor, tal como poliacetileno; o un material a base de Li-Co-Ni.
[0111] El rodillo puede incluir un rodillo de guiado, un rodillo de calentamiento, y un rodillo de calentamiento y prensado. El rodillo puede prensar o calentar y prensar la cinta de recubrimiento dependiendo de la adhesión de la cinta de recubrimiento. La resistencia mecánica de tal presión puede variar dependiendo de la adhesión de la cinta de recubrimiento. Sin embargo, es preferible que la resistencia mecánica de tal presión sea la misma o más fuerte que una resistencia mecánica en la medida en que la cinta de recubrimiento pueda formarse como una capa inorgánica en una superficie o en ambas superficies del electrodo.
[0113] En el método de fabricación de un electrodo según la presente invención, una capa de recubrimiento inorgánico se forma sobre el electrodo usando la adhesión de la propia capa inorgánica sin añadir un aglutinante independiente.
[0114] El electrodo de la presente invención puede formar un conjunto de electrodos apilando un electrodo de la presente invención sobre el mismo. Como otro ejemplo, un separador fabricado de sólo un sustrato poroso, un separador recubierto con una capa de recubrimiento inorgánico independiente sobre un sustrato poroso, o un electrodo de la presente invención puede apilarse sobre el electrodo de la presente invención.
[0116] Como sustrato poroso, puede usarse cualquier sustrato poroso usado para un separador de una batería, pero es preferible usar un sustrato poroso que tenga excelente conductividad iónica. El diámetro de poro del sustrato poroso es normalmente de 0,01 |im a 10 |im, y el grosor del mismo es normalmente de 5 |im a 300 |im. Los ejemplos de un sustrato poroso de este tipo incluyen láminas o materiales textiles no tejidos fabricados de un polímero de olefina tal como polipropileno, fibras de vidrio, o polietileno, que tengan resistencia química e hidrofobicidad. Cuando un electrolito sólido tal como un polímero se usa como electrolito, el electrolito sólido también puede servir como separador. Una capa de recubrimiento inorgánico independiente sobre el sustrato poroso puede ser igual que la capa de recubrimiento inorgánico definida en la presente invención. Alternativamente, una capa de recubrimiento inorgánico independiente sobre el sustrato poroso puede ser una que excluya un plastificante de la capa de recubrimiento inorgánico definida en la presente invención.
[0118] El conjunto de electrodos apilado tal como se describió anteriormente puede someterse a un procedimiento de laminación después de apilarse.
[0120] En este momento, la temperatura de laminación puede ser de 90 °C a 130 °C. La temperatura preferida es de 100 °C o 125 °C. Cuando la temperatura de laminación es inferior a 90 °C, la adhesión entre el electrodo y el separador no alcanza un nivel deseado, lo que no es preferible. Cuando la temperatura de laminación es mayor que 130 °C, se deteriora el rendimiento del aglutinante, lo que da como resultado una menor adhesión, y puede deformarse el separador, lo que no es preferible.
[0122] La presión durante la laminación puede ser de aproximadamente 1 a aproximadamente 3 toneladas. En este momento, el intervalo más preferible puede ser de aproximadamente 1,5 a aproximadamente 2 toneladas. Cuando la presión durante la laminación supera las 3 toneladas, pueden producirse daños tales como desgarros, y cuando la presión durante la laminación es inferior a 1 tonelada, no puede obtenerse el nivel deseado de adhesión entre el electrodo y el separador. Cuando la presión durante la laminación es mayor de 3 toneladas, pueden producirse daños tales como desgarros.
[0124] El tiempo de laminación durante la laminación puede ser de desde aproximadamente 1 minuto hasta aproximadamente 3 minutos. En este momento, el intervalo más preferido puede ser de desde aproximadamente 1,5 minutos hasta aproximadamente 2,5 minutos. Cuando el tiempo de laminación es mayor de 3 minutos, puede producirse la deformación estructural del separador. Cuando el tiempo de laminación es menor de 1 minuto, no puede lograrse la adhesión entre el electrodo y el separador a un nivel deseado.
[0125] La presente invención también proporciona un bloque de baterías que incluye una celda unitaria como batería unitaria y un dispositivo que incluye el bloque de baterías como fuente de alimentación. La celda unitaria de la presente invención puede ser en sí misma un dispositivo de suministro de energía usado para un dron o un ordenador portátil, y puede usarse en forma de celdas unitarias apilables. Específicamente, el bloque de baterías puede usarse como fuente de alimentación para un dispositivo que requiere la capacidad de soportar altas temperaturas, una larga vida útil, características de alta velocidad, etc. Los ejemplos preferidos del dispositivo pueden incluir un dispositivo electrónico móvil, un dispositivo electrónico portátil, una herramienta eléctrica accionada por un motor alimentado por baterías, un vehículo eléctrico (VE), un vehículo híbrido eléctrico (VHE), un vehículo híbrido eléctrico enchufable (VHEE) y un sistema de almacenamiento de energía. Sin embargo, la presente invención no se limita a los mismos.
[0126] La estructura y método de fabricación del dispositivo se conocen bien en la técnica a la que pertenece la presente invención, y se omitirá una descripción detallada de los mismos.
[0127] A continuación en el presente documento, se describirá la presente invención con referencia a los siguientes ejemplos. Estos ejemplos se proporcionan únicamente para una comprensión más fácil de la presente invención y no deben interpretarse como limitativos del alcance de la presente invención.
[0128] Ejemplo 1 (razón en peso de plastificante con respecto a aglutinante: 22)
[0129] Se dispersaron previamente 20 g de polvo inorgánico, 10 g de acetona como disolvente, 2,5 g de CMC (carboximetilcelulosa) como dispersante, y luego se añadieron 20 g de PVdF-HFP como aglutinante y 4,4 g de ftalato de dibutilo y se dispersaron. Se aplicó la composición a una película de PET y luego se secó para preparar una cinta de recubrimiento.
[0130] Se aplicó la cinta de recubrimiento a un electrodo negativo que usa grafito como material activo en metal de litio y un electrodo positivo que usa NCMA como material activo en aluminio.
[0131] Después de eso, se apiló un sustrato poroso de poliolefina entre el electrodo negativo y el electrodo positivo, y luego se laminó a 90 °C a una presión de 100 MPa durante 10 segundos para formar una celda unitaria.
[0132] Ejemplo 2 (razón en peso de plastificante con respecto a aglutinante: 26)
[0133] En el ejemplo 1, se cambió el ftalato de dibutilo a 5,2 g para preparar una cinta de recubrimiento. Las etapas posteriores son las mismas que en el ejemplo 1.
[0134] Ejemplo 3 (razón en peso de plastificante con respecto a aglutinante: 28)
[0135] En el ejemplo 1, se cambió el ftalato de dibutilo a 5,6 g para preparar una cinta de recubrimiento. Las etapas posteriores son las mismas que en el ejemplo 1.
[0136] Ejemplo 4 (razón en peso de plastificante con respecto a aglutinante: 36)
[0137] En el ejemplo 1, se cambió el ftalato de dibutilo a 7,2 g para preparar una cinta de recubrimiento. Las etapas posteriores son las mismas que en el ejemplo 1.
[0138] Ejemplo 5 (razón en peso de plastificante con respecto a aglutinante: 40)
[0139] En el ejemplo 1, se cambió el ftalato de dibutilo a 8 g para preparar una cinta de recubrimiento. Las etapas posteriores son las mismas que en el ejemplo 1.
[0140] Ejemplo comparativo 1 (razón en peso de plastificante con respecto a aglutinante: 0)
[0141] En el ejemplo 1, se cambió el ftalato de dibutilo a 0 g para preparar una cinta de recubrimiento. Las etapas posteriores son las mismas que en el ejemplo 1. Se aplicó la suspensión al electrodo positivo y al electrodo negativo del ejemplo 1, respectivamente. Después de eso, se formó una celda unitaria apilando un sustrato poroso de poliolefina entre el electrodo negativo y el electrodo positivo.
[0142] Ejemplo comparativo 2 (razón en peso de plastificante con respecto a aglutinante: 17)
[0143] En el ejemplo 1, se cambió el ftalato de dibutilo a 3,4 g para preparar una cinta de recubrimiento. Las etapas posteriores son las mismas que en el ejemplo 1.
[0144] Ejemplo comparativo 3 (razón en peso de plastificante con respecto a aglutinante: 50)
[0145] En el ejemplo 1, se cambió el ftalato de dibutilo a 10 g para preparar una cinta de recubrimiento. Las etapas posteriores son las mismas que en el ejemplo 1.
[0146] En este momento, en el caso del ejemplo comparativo 2, cuando se secó la composición, se endureció la capa de recubrimiento y se produjeron grietas, o se rasgó la capa de recubrimiento cuando se aplicó la composición al electrodo. Como resultado, no pudo fabricarse una celda unitaria. En el caso del ejemplo comparativo 3, el recubrimiento en el electrodo negativo fue imposible debido a una adhesión deficiente.
[0147] Evaluación de fuego por sobrecarga
[0148] Se formaron las celdas unitarias de los ejemplos 1 a 5 y el ejemplo comparativo 1 para dar una celda de batería de tipo bolsa de 3 A, y luego se cargó a 4,2 V con una corriente constante. La figura 2 muestra un estado después de la carga de una batería secundaria de litio completamente cargado para ser un SOC del 100 % SOC en condiciones de 8,4 V/1 C.
[0149] Tal como puede observarse en la figura 2, en el caso del ejemplo comparativo 1, se observó fuego en las cinco baterías. Sin embargo, se observó fuego en cuatro baterías de las cinco baterías en el ejemplo 1, y se observó fuego en dos baterías de las cinco baterías en el ejemplo 2. En los ejemplos 3 a 5, no se observó fuego en las cinco baterías. Por tanto, puede observarse que la batería formada mediante el método del ejemplo es más excelente en cuanto a seguridad.
[0150] Evaluación de la resistencia
[0151] Se midió el cambio de tensión cuando se aplicó un pulso de 3 C a un SOC de 50 a las celdas unitarias de los ejemplos 1 a 5 y el ejemplo comparativo 1 durante 10 segundos. Los resultados se muestran en la figura 2.
[0152] Tal como puede observarse en la figura 2, el valor de resistencia es de 4,19 mQ para el ejemplo 1, 4,685475 mQ para el ejemplo 2, 4,86 mQ para el ejemplo 3, 13,29595 mQ para el ejemplo 4, 14,52 mQ para el ejemplo 5, y 3,89 mQ para el ejemplo comparativo 1. Puede observarse que el valor de resistencia aumenta a medida que aumenta la cantidad de plastificante. En particular, puede observarse que el valor de resistencia aumenta significativamente entre el ejemplo 2 y el ejemplo 3. Por tanto, puede identificarse que cuando la cantidad del plastificante con respecto al aglutinante supera el intervalo del ejemplo 5, aumenta excesivamente el valor de resistencia y el rendimiento de la batería está muy deteriorado.
[0153] Experimento de evaluación de tasa de retención de capacidad de celda de batería
[0154] Se cargaron las celdas unitarias del ejemplo 1, el ejemplo 3, el ejemplo 5, y el ejemplo comparativo 1 a 25 °C, 1 C para alcanzar 4,2 V, y se descargaron a una corriente constante de 1 C para alcanzar 3,0 V. Se realizaron la carga y descarga durante 100 ciclos, y se midieron la capacidad de descarga después de 1 ciclo y la capacidad de descarga después de 100 ciclos. Después de eso, se midieron las tasas de retención de capacidad según la siguiente ecuación (1).
[0155] Ecuación (1): Tasa de retención de capacidad (%) = {Capacidad de descarga después de ciclo/capacidad de descarga después de 1 ciclo} X 100
[0156] Las tasas de retención de capacidad medidas según el experimento anterior se muestran en la figura 3.
[0157] Tal como se muestra en la figura 3, en el caso de los ejemplos 1 y 3, y el ejemplo comparativo 1, se muestran tasas de retención de capacidad similares. Sin embargo, en el caso del ejemplo 5, puede observarse que la capacidad disminuye como el valor de resistencia.
[0158] La capacidad de descarga después de 100 ciclos es del 97,6 % para el ejemplo 1, del 98,5 % para el ejemplo 3, del 88,5 % para el ejemplo 5, y del 99,23 % para el ejemplo comparativo 1. Tal como se describió anteriormente, cuando la cantidad de plastificante con respecto al aglutinante es la misma que en el ejemplo 5, puede observarse que la capacidad de la batería está en un buen intervalo mientras se garantiza la seguridad de la batería. Cuando se usa un plastificante que supera el intervalo del ejemplo 5, puede identificarse que la tasa de retención de capacidad también es muy deficiente.
[0159] Aplicabilidad industrial
[0160] La presente invención proporciona una cinta adhesiva de recubrimiento para una capa inorgánica que puede unirse a una superficie o ambas superficies de un electrodo para aislamiento, impidiendo de ese modo un cortocircuito interno de una batería debido a la contracción de un separador, y reduciendo un fenómeno en el que una capa de electrodo se impregna con las partículas de capa inorgánica, en comparación con el caso de usar una suspensión. Por tanto, la resistencia de una celda se reduce en comparación con la tasa de reducción de contracción del separador, de ese modo es posible obtener una batería que tenga un rendimiento y una seguridad excelentes.
[0161] Además, puesto que no se añade un aglutinante independiente entre el electrodo y la capa inorgánica, se aumenta la capacidad con respecto al tamaño de la batería, y el método de fabricación de un electrodo es sencillo.
[0162] Además, al añadirla en forma de cinta, el grosor de la capa inorgánica se vuelve uniforme y la resistencia y la conductividad iónica se vuelven uniforme, mejorando de ese modo la capacidad y la salida de la batería.
[0163] También puede mantenerse constante la distribución de poros y el tamaño de poro de la capa inorgánica.

Claims (6)

1. REIVINDICACIONES
1 Método de fabricación de un electrodo para recubrir la capa inorgánica en una superficie o ambas superficies de un electrodo usando una cinta de recubrimiento, comprendiendo el método:
1) soportar la cinta de recubrimiento en un rodillo o prensar la cinta de recubrimiento usando un rodillo, de modo que la capa inorgánica se pone en contacto con el electrodo; y
2) retirar la película después de aplicar la capa inorgánica de la cinta de recubrimiento en el electrodo; en el que la cinta de recubrimiento comprende:
una película; y
una capa inorgánica que comprende un material inorgánico, un aglutinante, y un plastificante unidos a una superficie de la película,
en el que la cantidad de plastificante es de más de 17 partes en peso a menos de 50 partes en peso basándose en 100 partes en peso del aglutinante.
2 Método según la reivindicación 1, en el que el plastificante comprende un polímero que comprende al menos uno o más de propilenglicol, alcohol bencílico, alcohol n-butílico, alcohol isopropílico, fosfato de dietilo, fosfato de trietilo, fosfato de trimetilo, fosfato de tributilo, acetato de isoamilo, lactato de etilo, lactato de metilo, butilato de etilo, carbonato de dietilo, propionato de tributilo, acetato de amilo y metilo, acetato de isopropilo, diisobutil cetona, metil etil cetona, dipropil cetona, etil butil cetona, y metil amil cetona, o un copolímero de los mismos.
3 Método según la reivindicación 1, en el que la capa inorgánica comprende además uno cualquiera de un aditivo para inhibir una reacción secundaria que se produce en una batería, un aditivo para mejorar la estabilidad térmica, un aditivo para inhibir la sobrecarga, y una mezcla de dos o más de los mismos, además del material inorgánico, el aglutinante, y el plastificante.
4 Método según la reivindicación 1, en el que la película es una película desprendible que tiene diferente adhesión en ambas superficies.
5 Método según la reivindicación 4, en el que se recubre o se trata superficialmente la superficie de unión de capa inorgánica de la película desprendible.
6 Método según la reivindicación 1, en el que un aglutinante independiente no se añade en la etapa 2).
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