ES3055349T3 - Apparatus for pre-lithiation of anode and method for pre-lithiation of anode - Google Patents

Apparatus for pre-lithiation of anode and method for pre-lithiation of anode

Info

Publication number
ES3055349T3
ES3055349T3 ES21877854T ES21877854T ES3055349T3 ES 3055349 T3 ES3055349 T3 ES 3055349T3 ES 21877854 T ES21877854 T ES 21877854T ES 21877854 T ES21877854 T ES 21877854T ES 3055349 T3 ES3055349 T3 ES 3055349T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
negative electrode
prelithiation
electrode structure
lithium metal
section
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES21877854T
Other languages
English (en)
Inventor
Seo Young Jeon
Ye Ri Kim
Oh Byong Chae
Seung Hae Hwang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Energy Solution Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020200128084A external-priority patent/KR102953902B1/ko
Application filed by LG Energy Solution Ltd filed Critical LG Energy Solution Ltd
Application granted granted Critical
Publication of ES3055349T3 publication Critical patent/ES3055349T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0438—Processes of manufacture in general by electrochemical processing
    • H01M4/045—Electrochemical coating; Electrochemical impregnation
    • H01M4/0452—Electrochemical coating; Electrochemical impregnation from solutions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0438—Processes of manufacture in general by electrochemical processing
    • H01M4/044—Activating, forming or electrochemical attack of the supporting material
    • H01M4/0445—Forming after manufacture of the electrode, e.g. first charge, cycling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0438—Processes of manufacture in general by electrochemical processing
    • H01M4/0459—Electrochemical doping, intercalation, occlusion or alloying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

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

Abstract

La presente invención se refiere a un aparato y un método para la prelitiación de un ánodo. El aparato comprende: un baño de reacción de prelitiación dividido secuencialmente en una sección de impregnación, una sección de prelitiación y una sección de envejecimiento, que contiene una solución de prelitiación a través de la cual se impulsa una estructura de ánodo; un rodillo de ánodo dispuesto fuera de la solución de prelitiación, sobre el cual se enrolla la estructura de ánodo de prelitiación; un contraelectrodo de litio metálico dispuesto en la solución de prelitiación de la sección de prelitiación y separado de la estructura de ánodo a una distancia predeterminada, de modo que queda frente a la estructura de ánodo que impulsa la solución de prelitiación; y una unidad de carga y descarga conectada a la estructura de ánodo y al contraelectrodo de litio metálico, con una distancia entre el contraelectrodo de litio metálico y la estructura de ánodo de entre 7 y 15 mm. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Aparato para la prelitiación de ánodo y método para la prelitiación de ánodo
[0003] [Campo técnico]
[0004] La presente invención se refiere a un aparato y a un método para someter a prelitiación un electrodo negativo.
[0005] [Antecedentes de la técnica]
[0006] Recientemente, como los dispositivos móviles inalámbricos se usan ampliamente, la demanda de baterías secundarias es alta. Además, a medida que la energía del carbono se agota gradualmente y aumenta el interés en la contaminación ambiental, las baterías secundarias están volviéndose populares a nivel mundial como una fuente de energía alternativa. Por tanto, se espera que el alcance de utilización de baterías secundarias sea más diversificado y ampliado en la característica. Por consiguiente, están llevándose a cabo muchos estudios sobre baterías secundarias que puedan responder a diversas necesidades.
[0007] Para preparar una batería secundaria, en primer lugar, se forman un electrodo positivo y un electrodo negativo aplicando una mezcla de electrodos que contiene un material activo de electrodo a una superficie de un colector de corriente, después se interpone un separador entre ellos para producir de ese modo un conjunto de electrodos, que después se monta en una lata metálica cilíndrica o rectangular o dentro de una carcasa de tipo bolsa de una lámina de material laminado de aluminio, y un electrolito líquido inyectado o impregnado en el conjunto de electrodos o un electrolito sólido para preparar una batería secundaria.
[0008] Específicamente, en el caso de un electrodo negativo de este tipo, se forma una película pasiva tal como una capa de interfase sólido-electrolito (SEI) sobre la superficie del electrodo negativo durante la carga inicial. La película pasiva interrumpe la inyección del disolvente orgánico en el electrodo negativo y suprime la reacción de descomposición del disolvente orgánico impidiendo el movimiento de electrones mientras actúa como túnel de iones permitiendo el paso sólo de iones de litio, estabilizando de ese modo la estructura del electrodo negativo, mejorando la reversibilidad del electrodo negativo, y permitiendo que pueda usarse el electrodo negativo. Sin embargo, dado que la reacción de formación de la película pasiva es una reacción irreversible, hay un problema de que se reduce la capacidad de la batería al consumirse iones de litio. Además, la eficiencia de la batería no es completamente del 100 %. Así, a medida que se repite el ciclo de la batería, se produce el consumo de iones de litio, reduciéndose de ese modo la capacidad y deteriorándose la vida útil en ciclos.
[0009] Como tal, actualmente se desarrolla un método para formar una película pasiva sobre la superficie de un electrodo negativo, impedir la reducción de capacidad y mejorar la vida útil en ciclos mediante prelitiación del electrodo negativo insertando litio en el electrodo negativo.
[0010] Un método de prelitiación de este tipo incluye un método físico de permitir que metal de litio entre directamente en contacto con la superficie del electrodo negativo, y un método de conectar metal de litio con el electrodo negativo y someter a carga electroquímica el electrodo negativo. En este momento, en el caso un esquema de carga electroquímica, se realiza la carga en un estado en el que se hace que el metal de litio esté separado del electrodo negativo una distancia predeterminada en la disolución de electrolito. En este caso, se cambia la composición de la película de SEI de acuerdo con la distancia entre el metal de litio y el electrodo negativo, deteriorándose de ese modo el rendimiento de la batería. Por tanto, existe la necesidad de una tecnología para mejorar la eficiencia y las características de ciclo de una batería a través de la formación de una película de SEI mejorada a través del ajuste de una distancia entre un metal de litio y un electrodo negativo en el momento de la prelitiación.
[0011] El documento EP 4020627 A1, que es técnica anterior según el Art.54(3) CPE, se refiere a un dispositivo y método para la prelitiación de un electrodo negativo.
[0012] El documento WO 2020/096177 A1 se refiere a un electrodo negativo para una batería secundaria de litio, a un método para fabricar el mismo, y a una batería secundaria de litio que usa el mismo.
[0013] [Divulgación]
[0014] [Problema técnico]
[0015] Un objetivo de la presente invención es proporcionar un aparato y método de prelitiación de electrodo negativo para mejorar la eficiencia inicial de un electrodo negativo e impedir la degeneración de una batería ajustando la composición de una película de SEI en la prelitiación de un electrodo negativo de acuerdo con un esquema de carga electroquímica.
[0016] [Solución técnica]
[0017] Se define en la reivindicación 1 un aparato para someter a prelitiación un electrodo negativo según la presente invención e incluye: un reactor de prelitiación que se divide secuencialmente en una sección de impregnación, una sección de prelitiación y una sección de envejecimiento, y aloja una disolución de prelitiación en la que se mueve una estructura de electrodo negativo, en el que la sección de envejecimiento se configura para envejecer la estructura de electrodo negativo prelitiada dejando la estructura de electrodo negativo prelitiada sin vigilancia en la disolución de prelitiación durante un tiempo predeterminado; un rodillo de electrodo negativo que se coloca fuera de la disolución de prelitiación y sobre el que se enrolla la estructura de electrodo negativo antes de moverse; un contraelectrodo de metal de litio que se coloca en la disolución de prelitiación en la sección de prelitiación y está separado de la estructura de electrodo negativo por una distancia predeterminada para orientarse hacia la estructura de electrodo negativo que se mueve en la disolución de prelitiación; y una unidad de carga y descarga que se conecta a la estructura de electrodo negativo y al contraelectrodo de metal de litio, en el que una distancia de separación entre el contraelectrodo de metal de litio y la estructura de electrodo negativo está en un intervalo de 7 a 15 mm. El contraelectrodo de metal de litio se coloca en una dirección paralela a la estructura de electrodo negativo. En un ejemplo específico, la distancia de separación entre el contraelectrodo de metal de litio y la estructura de electrodo negativo puede estar en un intervalo de 9 a 13 mm.
[0018] En un ejemplo, el contraelectrodo de metal de litio se ha obtenido laminando un metal de litio sobre un sustrato de acero inoxidable.
[0019] En un ejemplo, la estructura de electrodo negativo tiene una estructura en la que se forma una capa de material activo de electrodo negativo al menos en una superficie de un colector de corriente de electrodo negativo, y se forma una parte no recubierta al menos en un lado en una dirección de anchura de la capa de material activo de electrodo negativo.
[0020] En este momento, puede colocarse el contraelectrodo de metal de litio para orientarse sólo hacia la capa de material activo de electrodo negativo.
[0021] En un ejemplo, el aparato para someter a prelitiación un electrodo negativo según la presente invención incluye además un tanque de lavado que contiene un disolvente orgánico.
[0022] En un ejemplo, el aparato incluye además una unidad de secado que seca la estructura de electrodo negativo que se ha hecho pasar a través del tanque de lavado, y un rodillo de recogida para enrollar y desenrollar la estructura de electrodo negativo transferida a la unidad de secado.
[0023] Además, la presente invención proporciona un método para someter a prelitiación un electrodo negativo tal como se define en la reivindicación 8, incluyendo el método: preparar una estructura de electrodo negativo y el aparato descrito anteriormente para someter a prelitiación un electrodo negativo; impregnar la estructura de electrodo negativo con una disolución de prelitiación mientras se mueve la estructura de electrodo negativo en la sección de impregnación en el reactor de prelitiación; someter a prelitiación la estructura de electrodo negativo impregnada mientras se mueve la estructura de electrodo negativo en la disolución de prelitiación de la sección de prelitiación; y envejecer la estructura de electrodo negativo prelitiada en la sección de envejecimiento, en el que el envejecimiento es una etapa de dejar la estructura de electrodo negativo prelitiada sin vigilancia en la disolución de prelitiación durante un tiempo predeterminado, en el que se realiza la prelitiación colocando un contraelectrodo de metal de litio, que se dispone para estar separado de la estructura de electrodo negativo, en una sección de prelitiación, y sometiendo a carga electroquímica la estructura de electrodo negativo, y en el que una distancia de separación entre el contraelectrodo de metal de litio y la estructura de electrodo negativo está en un intervalo de 7 a 15 mm, y en el que el contraelectrodo de metal de litio se coloca en una dirección paralela a la estructura de electrodo negativo. Específicamente, la distancia de separación entre el contraelectrodo de metal de litio y la estructura de electrodo negativo puede estar en un intervalo de 9 a 13 mm.
[0024] En un ejemplo, el contraelectrodo de metal de litio se ha obtenido laminando un metal de litio sobre un sustrato de acero inoxidable.
[0025] En un ejemplo, la estructura de electrodo negativo tiene una estructura en la que se forma una capa de material activo de electrodo negativo al menos en una superficie de un colector de corriente de electrodo negativo, y se forma una parte no recubierta al menos en un lado en una dirección de anchura de la capa de material activo de electrodo negativo.
[0026] En este momento, puede colocarse el contraelectrodo de metal de litio para orientarse sólo hacia la capa de material activo de electrodo negativo.
[0027] Además, el método para someter a prelitiación un electrodo negativo según la presente invención incluye además lavar y secar la estructura de electrodo negativo.
[0028] Además, se forma una película de SEI sobre una superficie de la estructura de electrodo negativo, y una razón de contenido de Li<2>CO<3>con respecto a ROCO<2>Li dentro de la película de SEI puede estar en un intervalo de 1,5 a 5. En el presente documento, el R es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en un grupo alquilo que tiene de 1 a 4 átomos de carbono y un alquilenglicol que tiene de 1 a 4 átomos de carbono.
[0029] Además, la presente invención proporciona un electrodo negativo. En el presente documento, se forma una película de SEI sobre una superficie del electrodo negativo, y una razón de contenido de Li<2>CO<3>con respecto a ROCO<2>Li dentro de la película de SEI puede estar en un intervalo de 1,5 a 5.
[0030] En el presente documento, el R es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en un grupo alquilo que tiene de 1 a 4 átomos de carbono y un alquilenglicol que tiene de 1 a 4 átomos de carbono.
[0031] [Efectos ventajosos]
[0032] Según un método de someter a prelitiación un electrodo negativo de la presente invención, es posible mejorar la eficiencia inicial y las características de ciclo de una batería ajustando la distancia entre el contraelectrodo de metal de litio y la estructura de electrodo negativo para que esté en el intervalo de 7 a 15 mm durante el proceso de carga electroquímica de un electrodo negativo.
[0033] [Breve descripción de los dibujos]
[0034] La figura 1 es un diagrama esquemático que muestra la estructura de un aparato para someter a prelitiación un electrodo negativo según la presente invención.
[0035] Las figuras 2 y 3 son diagramas esquemáticos que ilustran una relación de ordenación entre una estructura de electrodo negativo y un contraelectrodo de metal de litio en un aparato para someter a prelitiación un electrodo negativo según la presente invención.
[0036] La figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra la secuencia de un método para someter a prelitiación un electrodo negativo según la presente invención.
[0037] La figura 5 es un diagrama esquemático que muestra un electrodo negativo preparado según un método para someter a prelitiación un electrodo negativo según la presente invención.
[0038] [Descripción detallada de las realizaciones preferidas]
[0039] Más adelante en el presente documento, se describirá con detalle la presente invención con referencia a los dibujos. Los términos y expresiones usados en la presente memoria descriptiva y en las reivindicaciones no deben interpretarse como limitados a términos habituales o de diccionario y el inventor puede definir de manera apropiada el concepto de los términos para describir de la mejor manera su invención. Los términos y expresiones deben interpretarse como un significado y concepto que concuerdan con la idea técnica de la presente invención.
[0040] En esta solicitud, debe entenderse 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 características o números, etapas, operaciones, componentes, partes o combinaciones de los mismos.
[0041] Además, cuando se hace referencia a que una porción tal como una capa, una película, un área, una placa, etc. está “sobre” otra porción, esto incluye no sólo el caso en el que la porción está “directamente sobre” la otra porción sino también el caso en el que otra porción adicional está interpuesta entre las mismas. Por otro lado, cuando se hace referencia a que una porción tal como una capa, una película, un área, una placa, etc. está “bajo” otra porción, esto incluye no sólo el caso en el que la porción está “directamente bajo” la otra parte, sino también el caso en el que otra porción adicional está interpuesta entre las mismas. Además, estar dispuesto “sobre” en la presente solicitud puede incluir el caso dispuesto en la parte inferior así como en la parte superior.
[0042] Más adelante en el presente documento, se describirá con detalle la presente invención con referencia a los dibujos. La figura 1 es un diagrama esquemático que muestra la estructura de un aparato para someter a prelitiación un electrodo negativo según la presente invención. Las figuras 2 y 3 son diagramas esquemáticos que ilustran una relación de ordenación entre una estructura de electrodo negativo y un contraelectrodo de metal de litio en un aparato para someter a prelitiación un electrodo negativo según la presente invención.
[0043] Haciendo referencia a la figura 1, el aparato 1 para someter a prelitiación un electrodo negativo según la presente invención incluye: un reactor 10 de prelitiación que se divide secuencialmente en una sección 10a de impregnación, una sección 10b de prelitiación y una sección 10c de envejecimiento, y aloja una disolución 30 de prelitiación en la que se mueve una estructura 20 de electrodo negativo; un rodillo 40 de electrodo negativo que se coloca fuera de la disolución 30 de prelitiación y sobre el que se enrolla la estructura 20 de electrodo negativo antes de moverse; un contraelectrodo 50 de metal de litio que se coloca en la disolución 30 de prelitiación en la sección 10b de prelitiación y está separado de la estructura 20 de electrodo negativo una distancia predeterminada para orientarse hacia la estructura 20 de electrodo negativo que se mueve en la disolución 30 de prelitiación; y una unidad 60 de carga y descarga que se conecta a la estructura 20 de electrodo negativo y al contraelectrodo 50 de metal de litio.
[0044] Además, en la presente invención, la dirección en la que se mueve la estructura de electrodo negativo en cada sección, se define como la dirección de movimiento, que se indica como la dirección del eje x. Además, la dirección de anchura de la estructura de electrodo negativo es una dirección perpendicular a la dirección de movimiento y se indica como la dirección del eje y.
[0045] Tal como se ha descrito anteriormente, en el caso de un método de prelitiación a través de carga electroquímica como en una técnica anterior, se realiza la carga en un estado en el que se hace que el metal de litio esté separado del electrodo negativo una distancia predeterminada en la disolución de electrolito. En este caso, la composición de la película de SEI se vuelve diferente según la distancia, deteriorando de ese modo el rendimiento de la batería. Como tal, según la presente invención, en el proceso de carga electroquímica de un electrodo negativo, es posible impedir la reacción con oxígeno o dióxido de carbono ajustando la distancia de separación (d) entre el contraelectrodo de metal de litio y la estructura de electrodo negativo para que esté en el intervalo de 7 a 15 mm tal como se ilustra en las figuras 2 y 3, mejorando de ese modo la eficiencia inicial y las características de ciclo de la batería.
[0046] Específicamente, la distancia de separación (d) puede estar en el intervalo de 9 a 13 mm.
[0047] Más adelante en el presente documento, se describirá con detalle la configuración de un aparato para someter a prelitiación un electrodo negativo según la presente invención.
[0048] Haciendo referencia a la figura 1, un aparato 1 para someter a prelitiación un electrodo negativo de la presente invención puede ser un aparato para someter a prelitiación una estructura de electrodo negativo, por ejemplo, someter a prelitiación un electrodo negativo usando un esquema de carga electroquímica, y puede ser un aparato para someter a prelitiación un electrodo negativo usando un proceso de rodillo a rodillo.
[0049] Específicamente, el reactor 10 de prelitiación es un lugar en el que se aloja una disolución 30 de prelitiación, y se realizan la impregnación, la reacción de prelitiación, y el envejecimiento de la estructura de electrodo negativo. El reactor 10 de prelitiación se divide secuencialmente en una sección 10a de impregnación, una sección 10b de prelitiación, y una sección 10c de envejecimiento. Como tal, la estructura 20 de electrodo negativo, que se desenrolla del rodillo 40 de electrodo negativo, se inserta en la disolución 30 de prelitiación para moverse de ese modo en cada sección del reactor 10 de prelitiación.
[0050] En este momento, no se dividieron las secciones en el reactor 10 de prelitiación de manera cerrada y se dividieron de manera abstracta según el proceso que se realizó de acuerdo con la posición de la estructura 20 de electrodo negativo en el reactor 10 de prelitiación. Específicamente, la sección 10a de impregnación, la sección 10b de prelitiación, y la sección 10c de envejecimiento no se dividieron físicamente y se dividieron de manera abstracta según el proceso en el que se realizó la estructura 20 de electrodo negativo en la sección correspondiente. A medida que se mueve la estructura 20 de electrodo negativo en el reactor 10 de prelitiación, se somete a prelitiación la estructura 20 de electrodo negativo mientras pasa a través de cada sección. El movimiento de la estructura de electrodo negativo puede realizarse mediante un rodillo de transferencia en la disolución de prelitiación.
[0051] Además, la disolución 30 de prelitiación puede contener una sal de litio y un disolvente orgánico. Los usados de manera convencional en la disolución de electrolito para baterías secundarias de litio pueden usarse como la sal de litio sin limitación. Específicamente, la sal de litio puede contener al menos uno seleccionada del grupo que consiste en LiCl, LiBr, LiI, LiClO<4>, LiBF<4>, LiB<10>Cl<10>, LiPF<6>, LiCF<3>SO<3>, LiCF<3>CO<2>, LiAsF<6>, LiSbF<6>, LiAlCl<4>, CH<3>SO<3>Li, CF<3>SO<3>Li, (CF<3>SO<2>)<2>NLi, cloroborano de litio, ácido carboxílico alifático inferior de litio, y ácido 4 fenilbórico de litio.
[0052] Cualquier disolvente orgánico, que se usa comúnmente en la técnica relacionada, puede usarse como disolvente orgánico, pero puede usarse preferiblemente un disolvente orgánico de alto punto de ebullición para minimizar el consumo de la disolución de electrolito para la prelitiación por evaporación durante la prelitiación.
[0053] Por ejemplo, el disolvente orgánico puede contener al menos uno seleccionado del grupo que consiste en un disolvente de carbonato y un disolvente a base de éster. El disolvente no acuoso puede contener al menos uno seleccionado del grupo que consiste en carbonato de propileno (PC), carbonato de etileno (EC), carbonato de dietilo (DEC), carbonato de dimetilo (DMC), carbonato de dipropilo (DPC), dimetilsulfóxido, acetonitrilo, dimetoxietano, dietoxietano, tetrahidrofurano, N-metil-2-pirrolidona (NMP), carbonato de etilo y metilo (EMC), gamma-butirolactona (g-butirolactona), propionato de etilo, metil-bropopona, pero la presente invención no se limita a los mismos.
[0054] Además, la disolución de prelitiación puede contener además un aditivo, y el aditivo puede incluir al menos uno seleccionado del grupo que consiste en carbonato de vinileno, carbonato de viniletileno, carbonato de fluoroetileno, ácido salicílico, LiBF<4>, LITFSI (bis(trifluorometanosulfonil)imiduro de litio), LiBOB (bis(oxalato)borato de litio), y LiODFB (difluoro(oxalato)borato de litio).
[0055] Además, la temperatura de la disolución de prelitiación puede ser de 10 a 80C, específicamente de 20 a 60C, y más específicamente de 25 a 40C. Cuando se realiza la prelitiación en el intervalo de temperatura anterior, la prelitiación puede difundir suavemente.
[0056] Como la disolución 30 de prelitiación se aloja en el reactor 10 de prelitiación, la disolución 30 de prelitiación se incluye en la totalidad de la sección 10a de impregnación, la sección 10b de prelitiación, y la sección 10c de envejecimiento.
[0057] El tamaño, la forma, etc. del reactor 10 de prelitiación pueden diseñarse de manera apropiada teniendo en cuenta el grado de impregnación, prelitiación, y envejecimiento de la estructura de electrodo negativo, y la distancia de movimiento de la estructura de electrodo negativo según el proceso de rodillo a rodillo, etc.
[0058] Además, el tamaño o la longitud de la sección 10a de impregnación, la sección 10b de prelitiación, y la sección 10c de envejecimiento pueden diseñarse de manera apropiada teniendo en cuenta el grado de impregnación con la disolución de electrolito, prelitiación y envejecimiento de la estructura 20 de electrodo negativo. Específicamente, la relación de longitudes de la sección 10a de impregnación, la sección 10b de prelitiación, y la sección 10c de envejecimiento puede diseñarse de manera apropiada para una prelitiación suave.
[0059] Además, el aparato 1 para someter a prelitiación un electrodo negativo según la presente invención incluye un rodillo 40 de electrodo negativo sobre el que se enrolla la estructura 20 de electrodo negativo. La estructura 20 de electrodo negativo puede enrollarse sobre el rodillo 40 de electrodo negativo y luego desenrollarse del rodillo de electrodo negativo para insertarse de ese modo en la disolución 30 de prelitiación en el reactor 10 de prelitiación. Cualquier rodillo, que se usa comúnmente en un proceso de rodillo a rodillo, puede usarse como el rodillo 40 de electrodo negativo.
[0060] El diámetro, la anchura, etc. del rodillo 40 de electrodo negativo pueden diseñarse de manera apropiada teniendo en cuenta el grosor, la cantidad, etc. de la estructura de electrodo negativo enrollada. Por ejemplo, el diámetro del rodillo 40 de electrodo negativo puede estar en el intervalo de 3 a 50 cm, y específicamente en el intervalo de 5 a 12 cm. La anchura del rodillo 40 de electrodo negativo puede estar en el intervalo de 5 a 40 cm, y específicamente en el intervalo de 10 a 20 cm.
[0061] La estructura 20 de electrodo negativo tiene una estructura en la que se forma una capa 22 de material activo de electrodo negativo al menos en una superficie de un colector 21 de corriente de electrodo negativo, y se forma una parte 23 no recubierta al menos en un lado en una dirección de anchura de la capa 22 de material activo de electrodo negativo. En este momento, se aplica una suspensión de electrodo negativo que contiene un material activo de electrodo negativo y luego se seca y se enrolla para formar de ese modo una capa 22 de material activo de electrodo negativo. La suspensión de electrodo negativo puede incluir además materiales conductores y aglutinantes.
[0062] El colector de electrodo negativo tiene generalmente un grosor de 3 a 500 micrómetros. El colector de corriente de electrodo negativo no está particularmente limitado siempre que tenga conductividad eléctrica sin provocar cambios químicos en la batería, y los ejemplos del mismo incluyen cobre, acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio, carbono sinterizado, cobre o acero inoxidable cuya superficie se ha tratado con carbono, níquel, titanio, plata o similar, aleación de aluminio-cadmio, o similar. Además, como el colector de corriente de electrodo positivo, puede formarse una irregularidad fina en la superficie para mejorar la fuerza de unión del material activo de electrodo negativo, y puede usarse en diversas formas, tales como una película, una hoja, una lámina, una red, un cuerpo poroso, una espuma, y un material textil no tejido.
[0063] El material activo de electrodo negativo puede contener al menos uno seleccionado del grupo que consiste en un material activo a base de carbono y un material activo a base de silicio.
[0064] El material activo a base de silicio puede conferir excelentes características de capacidad al electrodo negativo o la batería secundaria de la presente invención y puede contener un compuesto representado por SiO<x>(0 ≤ x < 2). Puesto que el SiO<2>no reacciona con iones de litio, el litio no puede almacenarse y, por tanto, x está preferiblemente en el intervalo anterior. Más preferiblemente, el óxido a base de silicio puede ser SiO. El diámetro de partícula promedio (D<50>) del óxido a base de silicio puede ser de 1 a 30m, y preferiblemente de 3 a 15m en cuanto a reducción de la reacción secundaria con la disolución de electrolito mientras se mantiene la estabilidad estructural durante la carga/descarga. El diámetro de partícula promedio D<50>puede medirse usando, por ejemplo, un método de difracción láser.
[0065] El material activo a base de carbono puede conferir excelentes características de ciclo o rendimiento de vida útil de batería a una batería secundaria o un electrodo negativo para una batería secundaria de la presente invención. Específicamente, el material activo a base de carbono puede contener al menos uno seleccionado del grupo que consiste en grafito artificial, grafito natural, carbono duro, carbono blando, negro de carbono, negro de acetileno, negro de Ketjen, super P, grafeno y carbono textil, y preferiblemente al menos uno seleccionado del grupo que consiste en grafito artificial y grafito natural. El diámetro de partícula promedio (D<50>) del óxido a base de carbono puede ser de 10 a 30m, y preferiblemente de 15 a 25m en cuanto a la reducción de la reacción secundaria con la disolución de electrolito mientras se mantiene la estabilidad estructural durante la carga/descarga.
[0066] Específicamente, tanto el material activo a base de silicio como el material activo a base de carbono pueden usarse como material activo de electrodo negativo en cuanto a la mejora tanto de las características de capacidad como de las características de ciclo. Específicamente, el material activo de electrodo negativo puede incluir el material activo a base de carbono y el material activo a base de silicio en la razón en peso de 50:50 a 95:5, y preferiblemente en la razón en peso de 60:40 a 80:20.
[0067] El material conductor se añade habitualmente en una cantidad del 1 al 30 % en peso basado en el peso total de la mezcla que incluye el material activo de electrodo positivo. Tal material conductor no está particularmente limitado siempre que tenga conductividad eléctrica sin provocar un cambio químico en la batería, y los ejemplos del mismo incluyen grafito tal como grafito natural y 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 y negro térmico; fibras conductoras tales como fibra de carbono y fibra de metal; fluoruro de carbono; polvos de metal tales como polvo de aluminio y níquel; fibras cortas conductoras tales como óxido de zinc y titanato de potasio; óxidos metálicos conductores tales como óxido de titanio; y materiales conductores tales como derivados de polifenileno y similares.
[0068] El aglutinante se añade en una cantidad del 1 al 30 % en peso, basándose en el peso total de la mezcla que contiene el material activo de electrodo positivo, como componente que ayuda a la unión entre el material activo y el material conductor y la unión al colector de corriente. Los ejemplos de tales aglutinantes incluyen 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-butileno, caucho fluorado, diversos copolímeros, y similares.
[0069] La estructura 20 de electrodo negativo puede someterse a prelitiación al cargarse y descargarse por una unidad 60 de carga y descarga después de conectarse a la unidad 60 de carga y descarga junto con un contraelectrodo 50 de metal de litio que va a describirse más adelante.
[0070] Además, en la presente invención, el contraelectrodo 50 de metal de litio puede disponerse en la disolución 30 de prelitiación y disponerse para estar separado de la estructura 20 de electrodo negativo una distancia predeterminada para orientarse hacia la estructura 20 de electrodo negativo, para funcionar de ese modo como contraelectrodo con respecto a la estructura de electrodo negativo durante la carga electroquímica para la prelitiación. Específicamente, cuando se somete a prelitiación el contraelectrodo 50 de metal de litio mediante carga electroquímica, el contraelectrodo 50 de metal de litio puede funcionar como una fuente de litio que suministra iones de litio a la estructura 20 de electrodo negativo. El contraelectrodo 50 de metal de litio puede tener una forma de hoja dispuesta para orientarse hacia la estructura 20 de electrodo negativo.
[0071] El grosor del contraelectrodo 50 de metal de litio puede establecerse de manera apropiada teniendo en cuenta el nivel de prelitiación, y puede ser específicamente de 10 a 500m, y más específicamente de 40 a 200m.
[0072] Además, el contraelectrodo 50 de metal de litio se ha obtenido laminando un metal de litio sobre un sustrato de acero inoxidable. A través de esto, el contraelectrodo de metal de litio puede conectarse fácilmente a la unidad de carga y descarga, y a medida que se realiza la prelitiación, el metal de litio puede soportarse en un estado que se ha separado de la estructura de electrodo negativo una distancia predeterminada aunque se reduzca el tamaño del metal de litio.
[0073] Además, el contraelectrodo 50 de metal de litio puede disponerse para estar separado de la estructura 20 de electrodo negativo una distancia predeterminada. Como tal, el contraelectrodo 50 de metal de litio puede impedir un fenómeno de cortocircuito que puede producirse por un contacto directo entre la estructura 20 de electrodo negativo y el contraelectrodo 50 de metal de litio durante la carga electroquímica al estar separado de la estructura 20 de electrodo negativo. Además, tal como se describirá más adelante, es posible impedir que se genere una reacción redox en la superficie del electrodo negativo ajustando el contenido de componentes contenidos en la película de SEI a través del ajuste de la distancia entre la estructura 20 de electrodo negativo y el contraelectrodo 50 de metal de litio.
[0074] Específicamente, haciendo referencia a las figuras 2 y 3 junto con la figura 1, la distancia de separación (d) entre el contraelectrodo 50 de metal de litio y la estructura 20 de electrodo negativo puede estar en el intervalo de 7 a 15 mm, y específicamente en el intervalo de 9 a 13 mm.
[0075] En este momento, según la invención reivindicada, el contraelectrodo 50 de metal de litio se coloca en una dirección paralela a la estructura 20 de electrodo negativo.
[0076] Es posible formar una película de SEI, tal como de Li<2>CO<3>que tiene un alto contenido de componentes inorgánicos en lugar de una película orgánica, tal como de ROCO<2>Li, ajustando la distancia (d) entre el contraelectrodo de metal de litio y la estructura de electrodo negativo para que esté en el intervalo anterior. En este momento, el R es uno o más seleccionados del grupo que consiste en un grupo alquilo que tiene de 1 a 4 átomos de carbono y alquilenglicol que tiene de 1 a 4 átomos de carbono, y más específicamente, el R puede ser un grupo metilo, un grupo etilo, o un grupo etilenglicol. En este caso, la razón de contenido de Li<2>CO<3>con respecto a ROCO<2>Li puede estar en el intervalo de 1,5 a 5. El R puede cambiarse según el disolvente orgánico, y se muestran la estructura específica y la causa de generación de ROCO<2>Li en la tabla 1 a continuación.
[0077] En este momento, puede medirse la razón de Li<2>CO<3>con respecto a ROCO<2>Li usando resonancia magnética nuclear (RMN). En este caso, puede usarse sin limitación cualquier equipo de RMN capaz de analizar diversos nucleidos. Por ejemplo, el equipo de RMN de Varian Company, y puede medirse el espectro para<1>H-RMN.
[0078] [Tabla 1]
[0081]
[0083] Los componentes de la película de SEI, que se forma en la superficie del electrodo negativo según la prelitiación, se cambian según el intervalo de tensión en el que se forma la película de SEI. En un potencial bajo, se reciben muchos electrones, y se forma fácilmente una película de SEI que tiene un gran contenido de Li<2>CO<3>, que es un componente inorgánico, y en un potencial alto, se gasta un electrón, y se forma fácilmente una película de SEI que tiene un gran contenido de ROCO<2>Li, que es un componente orgánico. Por tanto, si aumenta la distancia aumenta, la resistencia, y a medida que aumenta la polarización, disminuye el potencial. Si se forma un potencial bajo aumentando de manera apropiada la distancia usando tal principio, es posible formar una película inorgánica que contiene un gran contenido de Li<2>CO<3>. Dado que tal película inorgánica tiene una característica que puede bloquear el oxígeno o dióxido de carbono externo frente al electrodo negativo, es posible impedir eficazmente la reacción redox del electrodo negativo con oxígeno o dióxido de carbono externo. Concretamente, es posible impedir el consumo de iones de litio y electrones introducidos de antemano a través de prelitiación, a través de lo cual pueden mejorarse la eficiencia inicial y las características de ciclo de la batería.
[0084] Además, cuando la distancia de separación (d) entre el contraelectrodo 50 de metal de litio y la estructura 20 de electrodo negativo es menor de 7 mm, pueden aumentar los componentes orgánicos en la película de SEI debido a una distancia corta, y cuando la distancia de separación (d) entre el contraelectrodo 50 de metal de litio y la estructura 20 de electrodo negativo supera los 15 mm, la reacción de prelitiación puede no realizarse suavemente debido a una distancia larga.
[0085] Además, haciendo referencia a la figura 3, el contraelectrodo 50 de metal de litio se coloca para orientarse sólo hacia la capa 22 de material activo de electrodo negativo. Concretamente, el contraelectrodo 50 de metal de litio se coloca para no estar orientado hacia la parte 23 no recubierta formada en dos lados de la capa 22 de material activo de electrodo negativo. Esto es para impedir que precipite metal de litio en la parte 23 no recubierta a medida que el contraelectrodo 50 de metal de litio se orienta hacia la parte 23 no recubierta.
[0086] Para ello, la longitud en la dirección de anchura (dirección del eje y) del contraelectrodo 50 de metal de litio puede ser la misma que la longitud en la dirección de anchura de la capa 22 de material activo de electrodo negativo. Alternativamente, puede establecerse la longitud en la dirección de anchura del contraelectrodo de metal de litio para que sea menor que la longitud en la dirección de anchura de la capa de material activo de electrodo negativo, reflejando el grado en el que se agita la estructura de electrodo negativo durante el movimiento.
[0087] Además, haciendo referencia a las figuras 1 a 3, la capa 22 de material activo de electrodo negativo sólo se forma en una superficie del colector 21 de corriente de electrodo negativo, y el contraelectrodo 50 de metal de litio se dispone para orientarse sólo hacia una superficie donde se forma la capa 22 de material activo de electrodo negativo. En el caso de que la capa de material activo de electrodo negativo se forme en dos superficies del colector de corriente de electrodo negativo, pueden disponerse dos contraelectrodos de metal de litio para orientarse hacia la capa de material activo de electrodo negativo en dos superficies.
[0088] Además, haciendo referencia a la figura 1, un aparato 1 para someter a prelitiación un electrodo negativo según la presente invención incluye además un tanque 70 de lavado que incluye un disolvente 71 orgánico. El tanque 70 de lavado se coloca independientemente del reactor 10 de prelitiación y puede proporcionarse como un lugar para lavar la estructura 20 de electrodo negativo donde se ha realizado la prelitiación. Para ello, un rodillo de transferencia, que transfiere la estructura 20 de electrodo negativo desde el reactor 10 de prelitiación al tanque 70 de lavado, puede colocarse entre el reactor 10 de prelitiación y el tanque 70 de lavado. Como tal, se mueve la estructura 20 de electrodo negativo en el disolvente 71 orgánico en el tanque 70 de lavado, y pueden retirarse las impurezas que quedan en la estructura 20 de electrodo negativo. El disolvente 71 orgánico no contiene sal de litio, y puede usarse el mismo que el disolvente orgánico usado para la disolución de prelitiación descrita con anterioridad. Específicamente, puede usarse como disolvente orgánico al menos uno seleccionado del grupo que consiste en carbonato de dimetilo (DMC), carbonato de etilo y metilo (EMC) y carbonato de etileno (EC).
[0089] La longitud del tanque 70 de lavado o la distancia de movimiento de la estructura 20 de electrodo negativo en el tanque 70 de lavado puede corresponder a de 0,1 a 5 veces, y preferiblemente de 0,5 a 3 veces la longitud de la sección 10b de prelitiación, y en este intervalo, pueden retirarse suavemente las impurezas que quedan de la estructura de electrodo negativo.
[0090] Además, haciendo referencia a la figura 1, el aparato para someter a prelitiación un electrodo negativo según la presente invención incluye además una unidad 80 de secado para secar una estructura 20 de electrodo negativo que se ha hecho pasar a través del tanque 70 de lavado, y un rodillo 90 de recogida para enrollar y desenrollar la estructura 20 de electrodo negativo transferida a la unidad 80 de secado.
[0091] La unidad 80 de secado puede proporcionarse como un lugar donde se seca la estructura 20 de electrodo negativo, que se ha hecho pasar a través del reactor 10 de prelitiación y el tanque 70 de lavado. Un rodillo de transferencia, que transfiere la estructura 20 de electrodo negativo desde el tanque 70 de lavado a la unidad 80 de secado, puede colocarse entre el reactor 10 de prelitiación y el tanque 70 de lavado. Además, la unidad 80 de secado puede incluir aire o gas inerte. El gas inerte puede ser al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Ar, N<2>y He.
[0092] La temperatura de la unidad 80 de secado puede estar en el intervalo de 10 a 80C, específicamente en el intervalo de 20 a 60C, y más específicamente en el intervalo de 25 a 40C. Este intervalo de temperatura es preferible porque puede impedirse la oxidación de la estructura de electrodo negativo, y puede mantenerse el estado prelitiado en el intervalo.
[0093] La longitud de la unidad 80 de secado o la distancia de movimiento de la estructura de electrodo negativo en la unidad 80 de secado puede corresponder a de 0,1 a 5 veces y preferiblemente de 0,5 a 2 veces la longitud de la sección de prelitiación. En este intervalo, puede retirarse suavemente el disolvente orgánico que queda en la estructura de electrodo negativo, y es posible impedir un daño a la estructura de electrodo negativo, que puede producirse a medida que el disolvente orgánico permanece en la estructura de electrodo negativo durante un largo tiempo.
[0094] El rodillo 90 de recogida puede enrollar y desenrollar la estructura de electrodo negativo transferida a la unidad 80 de secado. El rodillo 90 de recogida puede realizar la función de recoger o recuperar la estructura de electrodo negativo que se ha prelitiado, lavado y secado. El rodillo 90 de recogida puede ser el mismo que el rodillo de electrodo negativo descrito anteriormente.
[0095] La presente invención proporciona un método para someter a prelitiación un electrodo negativo usando el aparato descrito anteriormente para someter a prelitiación un electrodo negativo.
[0096] La figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra la secuencia de un método para someter a prelitiación un electrodo negativo según la presente invención.
[0097] Haciendo referencia a la figura 4, un método para someter a prelitiación un electrodo negativo según la presente invención incluye: preparar una estructura de electrodo negativo y el aparato descrito anteriormente para someter a prelitiación un electrodo negativo (S10); impregnar la estructura de electrodo negativo con una disolución de prelitiación mientras se mueve la estructura de electrodo negativo en la sección de impregnación en el reactor de prelitiación (S20); someter a prelitiación la estructura de electrodo negativo impregnada mientras se mueve la estructura de electrodo negativo en la disolución de prelitiación de la sección de prelitiación (S30); y envejecer la estructura de electrodo negativo prelitiada en la sección de envejecimiento (S40). En este momento, se realiza la prelitiación colocando un contraelectrodo de metal de litio, que se dispone para estar separado de la estructura de electrodo negativo, en una sección de prelitiación, y sometiendo a carga electroquímica la estructura de electrodo negativo, y la distancia de separación entre el contraelectrodo de metal de litio y la estructura de electrodo negativo está en el intervalo de 7 a 15 mm, específicamente de 9 a 13 mm. A medida que aumenta el contenido de película inorgánica debido a la distancia de separación, pueden mejorarse la eficiencia inicial y las características de ciclo de la batería.
[0098] Según la presente invención, es posible formar una película de SEI capaz de impedir la reacción con oxígeno o dióxido de carbono ajustando la distancia de separación entre un contraelectrodo de metal de litio y una estructura de electrodo negativo para que esté dentro de un intervalo predeterminado durante el proceso de someter a carga electroquímica un electrodo negativo, mejorando de ese modo la eficiencia inicial y las características de ciclo de una batería.
[0099] En este momento, el contraelectrodo de metal de litio se coloca para ser paralelo a la estructura de electrodo negativo y puede generarse laminando metal de litio sobre un sustrato inoxidable.
[0100] Haciendo referencia a la figura 4 junto con las figuras 1 a 3, se inserta una estructura 20 de electrodo negativo en el aparato 1 de prelitiación tal como se describió anteriormente. La estructura 20 de electrodo negativo tiene una estructura en la que se forma una capa 22 de material activo de electrodo negativo al menos en una superficie del colector 21 de corriente de electrodo negativo, y se forma una parte 23 no recubierta al menos en un lado de la capa 22 de material activo de electrodo negativo, y se forma aplicando una suspensión de electrodo negativo que incluye un material activo de electrodo negativo al colector de corriente de electrodo negativo. La estructura de electrodo negativo se enrolla sobre el rodillo de electrodo negativo.
[0101] Después de eso, se desenrolla la estructura 20 de electrodo negativo del rodillo 40 de electrodo negativo y se inserta en el reactor 10 de prelitiación. En primer lugar, se inserta la estructura 20 de electrodo negativo en la sección 10a de impregnación en el reactor 10 de prelitiación y se impregna con la disolución 30 de prelitiación mientras se mueve.
[0102] En este momento, el tiempo de impregnación puede establecerse de manera apropiada según la condición de prelitiación. Por ejemplo, puede ser de 5 a 120 minutos, específicamente de 10 a 90 minutos, y más específicamente de 15 a 40 minutos. A través de esto, a medida que la estructura de electrodo negativo se establece suficientemente en la disolución de prelitiación, puede realizarse la prelitiación uniformemente en la estructura de electrodo negativo. Cuando el tiempo de impregnación supera el intervalo anterior, disminuye la durabilidad de la estructura de electrodo negativo y el material activo puede desprenderse fácilmente del colector de corriente. Cuando el tiempo de impregnación es menor que el intervalo, es difícil que la disolución de prelitiación permee lo suficiente en la estructura de electrodo negativo y puede resultar difícil que se realice uniformemente la prelitiación.
[0103] Después de eso, se somete a prelitiación la estructura 20 de electrodo negativo mientras se mueve en la sección 10b de prelitiación donde se coloca el contraelectrodo 50 de metal de litio. Se realiza la prelitiación colocando un contraelectrodo 50 de metal de litio, que se dispone para estar separado de la estructura 20 de electrodo negativo, en una sección 10b de prelitiación, y sometiendo a carga electroquímica la estructura 20 de electrodo negativo a través de una unidad 60 de carga y descarga.
[0104] En este momento, el contraelectrodo 50 de metal de litio puede impedir un fenómeno de cortocircuito que puede producirse mediante un contacto directo entre la estructura 20 de electrodo negativo y el contraelectrodo 50 de metal de litio durante la carga electroquímica al estar separado de la estructura 20 de electrodo negativo.
[0105] Además, es posible una prelitiación que tiene un gran contenido de película inorgánica ajustando la distancia de separación entre el contraelectrodo 50 de metal de litio y la estructura 20 de electrodo negativo para que esté en el intervalo de 7 a 15 mm, y específicamente en el intervalo de 9 a 13 mm. Los detalles sobre esto son tal como se describieron anteriormente.
[0106] Además, el contraelectrodo 50 de metal de litio se coloca para orientarse sólo hacia la capa 22 de material activo de electrodo negativo. Es decir, el contraelectrodo 50 de metal de litio se coloca para no estar orientado hacia la parte 23 no recubierta formada en dos lados de la capa 22 de material activo de electrodo negativo. Esto es para impedir que precipite metal de litio en la parte 23 no recubierta a medida que el contraelectrodo 50 de metal de litio se orienta hacia la parte 23 no recubierta.
[0107] Además, puede realizarse el proceso de carga electroquímica para la prelitiación en la densidad de corriente de 0,2 a 10 mA/cm<2>, y preferiblemente de 2 a 6 mA/cm<2>. Cuando se realiza la carga electroquímica en la densidad de corriente del intervalo anterior, puede realizarse una prelitiación estable y uniforme en el material activo de electrodo negativo.
[0108] Después de que se somete a prelitiación la estructura 20 de electrodo negativo en la sección 10b de prelitiación, se envejece la estructura 20 de electrodo negativo mientras pasa a través de la sección 10c de envejecimiento. En el presente documento, el envejecimiento es una etapa de dejar la estructura 20 de electrodo negativo prelitiada sin vigilancia en la disolución 30 de prelitiación durante un tiempo predeterminado.
[0109] En este proceso, los iones de litio insertados por prelitiación pueden difundir más uniformemente al interior y a la superficie del material activo de electrodo negativo. Si no se realiza la etapa de envejecimiento después de la prelitiación, no difunden uniformemente iones de litio al material activo de electrodo negativo y, por consiguiente, puede ser difícil eliminar suficientemente la capacidad irreversible (capacidad de carga inicial - capacidad de descarga inicial) que se genera ya que los iones de litio están contenidos en el momento de generar una capa de SEI, y puede que no se realice una carga/descarga uniforme después de fabricar un electrodo negativo.
[0110] El tiempo durante el que se mueve la estructura 20 de electrodo negativo en la sección 10c de envejecimiento, puede corresponder a de 0,5 a 21 veces, y preferiblemente de 1,8 a 10 veces el tiempo durante el que se mueve la estructura 20 de electrodo negativo en la sección 10b de prelitiación. En este intervalo, puede realizarse de manera uniforme la difusión de iones de litio en el material activo de electrodo negativo, y es posible impedir un fenómeno de que se desprenda la capa de material activo de electrodo negativo del colector de corriente debido al envejecimiento excesivo o aumentos de resistencia debidos al aumento del grosor de la película en la superficie del electrodo negativo.
[0111] Además, el método para someter a prelitiación un electrodo negativo según la presente invención incluye además extraer la estructura 20 de electrodo negativo del reactor de prelitiación y lavar la estructura 20 de electrodo negativo. Específicamente, se mueve la estructura 20 de electrodo negativo en el disolvente 71 orgánico en el tanque 70 de lavado, y pueden retirarse las impurezas que quedan en la estructura 20 de electrodo negativo. El disolvente 71 orgánico no contiene sal de litio, y puede usarse el mismo que el disolvente orgánico usado para la disolución de prelitiación descrita anteriormente.
[0112] El tiempo durante el que se mueve la estructura 20 de electrodo negativo envejecida en el tanque 71 de lavado, puede corresponder a de 0,1 a 5 veces, y preferiblemente de 0,5 a 2 veces el tiempo durante el que se mueve la estructura 20 de electrodo negativo en la sección 10b de prelitiación. En este intervalo, pueden retirarse suavemente las impurezas que quedan de la estructura 20 de electrodo negativo.
[0113] El método para someter a prelitiación un electrodo negativo según la presente invención incluye además secar la estructura de electrodo negativo lavada.
[0114] El disolvente orgánico que queda en la estructura de electrodo negativo puede retirarse mediante los procesos de impregnación, prelitiación, envejecimiento y/o lavado mediante la etapa de secado.
[0115] Específicamente, puede realizarse el proceso de secado extrayendo la estructura 20 de electrodo negativo lavada del tanque 70 de lavado, insertando la estructura 20 de electrodo negativo en una unidad 80 de secado preparada por separado, y haciendo que la estructura 20 de electrodo negativo se mueva en la unidad 80 de secado.
[0116] La etapa de secado puede realizarse mediante aire o gas inerte. Específicamente, el gas inerte puede ser al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Ar, N<2>y He.
[0117] La etapa de secado puede realizarse en el intervalo de 10 a 80C, específicamente en el intervalo de 20 a 60C, y más específicamente en el intervalo de 25 a 40C. Este intervalo de temperatura es preferible porque puede impedirse la oxidación de la estructura de electrodo negativo, y puede mantenerse el estado prelitiado en el intervalo.
[0118] El tiempo durante el que se seca la estructura 20 de electrodo negativo lavada, puede corresponder a de 0,1 a 5 veces y preferiblemente de 0,5 a 2 veces el tiempo durante el que se mueve la estructura de electrodo negativo en la sección 10b de prelitiación. En este intervalo, es posible retirar suavemente el disolvente orgánico que queda en la estructura de electrodo negativo, y es posible impedir un daño a la estructura de electrodo negativo, que puede producirse a medida que el disolvente orgánico permanece en la estructura de electrodo negativo durante un largo tiempo.
[0119] El rodillo 90 de recogida puede instalarse en la unidad 80 de secado, y la estructura 20 de electrodo negativo que se ha movido en la unidad 80 de secado puede enrollarse por el rodillo 90 de recogida. La estructura 20 de electrodo negativo enrollada por el rodillo 90 de recogida puede cortarse en un tamaño apropiado para fabricarse finalmente de ese modo como un electrodo negativo.
[0120] De manera similar, se forma una película de SEI en una superficie de la estructura de electrodo negativo prelitiada. En este momento, la película de SEI tiene una característica capaz de bloquear el oxígeno y dióxido de carbono externos con respecto al electrodo negativo, a través de lo cual pueden mejorarse la eficiencia inicial y las características de ciclo de la batería.
[0121] Específicamente, la razón de contenido de Li<2>CO<3>con respecto a ROCO<2>Li en la película de SEI puede estar en el intervalo de 1,5 a 5, específicamente de 1,5 a 3, y más específicamente de 1,5 a 2. En este momento, el R es uno o más seleccionados del grupo que consiste en un grupo alquilo que tiene de 1 a 4 átomos de carbono y alquilenglicol que tiene de 1 a 4 átomos de carbono, y más específicamente, el R puede ser un grupo metilo, un grupo etilo, o un grupo etilenglicol. Cuando la razón de contenido de Li<2>CO<3>con respecto a ROCO<2>Li está en el intervalo anterior, puede lograrse el rendimiento de la batería, tal como las características de ciclo.
[0122] Además, la presente invención proporciona un electrodo negativo.
[0123] La figura 5 es un diagrama esquemático que muestra un electrodo negativo preparado según un método para someter a prelitiación un electrodo negativo según la presente invención. El electrodo negativo tiene una estructura en la que se ha formado una capa 22 de material activo de electrodo negativo en un colector de corriente 21. En este momento, se somete a prelitiación el electrodo negativo en el método de prelitiación descrito anteriormente, y se forma una película 24 de SEI en la superficie. La película de SEI tiene una característica capaz de bloquear el oxígeno y dióxido de carbono externos con respecto al electrodo negativo, a través de lo cual pueden mejorarse la eficiencia inicial y las características de ciclo de la batería.
[0124] Específicamente, la razón de contenido de Li<2>CO<3>con respecto a ROCO<2>Li en la película de SEI puede estar en el intervalo de 1,5 a 5, específicamente de 1,5 a 3, y más específicamente de 1,5 a 2. En este momento, el R es uno o más seleccionados del grupo que consiste en un grupo alquilo que tiene de 1 a 4 átomos de carbono y alquilenglicol que tiene de 1 a 4 átomos de carbono, y más específicamente, el R puede ser un grupo metilo, un grupo etilo, o un grupo etilenglicol. Cuando la razón de contenido de Li<2>CO<3>con respecto a ROCO<2>Li está en el intervalo anterior, puede lograrse el rendimiento de la batería, tal como las características de ciclo.
[0125] Más adelante en el presente documento, se describirá con detalle la presente invención con referencia a los ejemplos. Sin embargo, las realizaciones según la presente invención pueden modificarse en otras formas diversas, y el alcance de la presente invención no debe interpretarse como limitado a los ejemplos descritos a continuación. Los ejemplos de la presente invención se proporcionan para describir más completamente la presente invención a los expertos en la técnica.
[0126] Ejemplo 1
[0127] <Preparación de estructura de electrodo negativo>
[0128] Se añadió el 92 % en peso de material activo de electrodo negativo (100 % de grafito), el 3 % en peso de material conductor (negro de Danka), el 3,5 % en peso de aglutinante (SBR), y el 1,5 % en peso de espesante (CMC) a agua para preparar de ese modo una suspensión de electrodo negativo.
[0129] Se recubrió con la suspensión de electrodo negativo sobre una superficie del colector de corriente de cobre (grosor: 8 m), que luego se laminó y se secó en un horno de vacío de 130C, para formar de ese modo una capa de material activo de electrodo negativo sobre una superficie del colector de corriente de electrodo negativo de cobre (grosor: 70m, anchura: 10 cm) y formar las partes no recubiertas (1 cm) en dos lados de la capa de material activo de electrodo negativo, respectivamente, para fabricar de ese modo una estructura de electrodo negativo.
[0130] Se enrolló la estructura de electrodo negativo sobre un rodillo de electrodo negativo que está realizado de acero inoxidable y tiene un diámetro de 3 pulgadas.
[0131] <Preparación del reactor de prelitiación>
[0132] Se preparó un reactor de prelitiación realizado de acero inoxidable que tenía una anchura de 270 cm x longitud de 20 cm x altura de 60 cm. Se inyectó en el reactor de prelitiación la disolución de prelitiación de la cantidad correspondiente al 30 % de la altura del reactor de prelitiación. Se mantuvo la temperatura del reactor de prelitiación en 25C.
[0133] Se fabricó la disolución de prelitiación añadiendo LiPF<6>de concentración 1,4 M como sal de litio a un disolvente orgánico, que se obtiene mezclando carbonato de etileno (EC), carbonato de fluoroetileno (FEC) y carbonato de etilo y metilo (EMC) en la razón en volumen de 10:20:70.
[0134] Se dividió el reactor de prelitiación en una sección de impregnación, una sección de prelitiación, y una sección de envejecimiento. Se instalaron una pluralidad de rodillos de transferencia en la sección de impregnación, la sección de prelitiación, y la sección de envejecimiento para un movimiento suave de la estructura de electrodo negativo. <Prelitiación>
[0135] Se desenrolló la estructura de electrodo negativo del rodillo de electrodo negativo, y se insertó en el reactor de prelitiación a la velocidad de 1 cm/min. La estructura de electrodo negativo desenrollada entró en la sección de impregnación y se movió durante 50 minutos para impregnarse con la disolución de electrolito.
[0136] La estructura de electrodo negativo que se había hecho pasar a través de la sección de impregnación entró en la sección de prelitiación, y se aplicó corriente eléctrica a la densidad de corriente de 8,84 mA/cm<2>. En este momento, se aplicó la corriente en forma de pulsos durante un periodo de 5 segundos.
[0137] Se dispuso un contraelectrodo de metal de litio para estar separado 10 mm de la estructura de electrodo negativo en la sección de prelitiación, y se unió acero inoxidable (SUS) al contraelectrodo de metal de litio para soportar el contraelectrodo de metal de litio.
[0138] La estructura de electrodo negativo que se había hecho pasar a través de la sección de prelitiación entró luego en la sección de envejecimiento y se envejeció mientras se movía en la sección de envejecimiento durante 30 minutos. <Lavado y secado>
[0139] Se preparó un tanque de lavado realizado de acero inoxidable que tenía una anchura de 50 cm x longitud de 20 cm x altura de 60 cm. Se instaló un rodillo para transferir una estructura de electrodo negativo entre el reactor de prelitiación y el tanque de lavado. En el tanque de lavado, estaba contenido carbonato de dimetilo de la cantidad correspondiente al 30 % de la altura del tanque de lavado.
[0140] Se extrajo la estructura de electrodo negativo envejecida del reactor de prelitiación y se insertó en el tanque de lavado, y se movió en el tanque de lavado durante 50 minutos.
[0141] Después de eso, se preparó una unidad de secado realizada de acero inoxidable que tenía una anchura de 20 cm x longitud de 20 cm x altura de 60 cm. La temperatura de la unidad de secado fue de 25C, y se introdujo gas inerte en la misma. Se instaló un rodillo de transferencia para transferir la estructura de electrodo negativo entre el tanque de lavado y la unidad de secado. Se instaló un rodillo de recogida en la unidad de secado.
[0142] Se movió la estructura de electrodo negativo lavada en la unidad de secado a través del rodillo de transferencia durante 20 minutos. La estructura de electrodo negativo que se había movido en la unidad de secado se enrolló por el rodillo de recogida.
[0143] Ejemplo 2
[0144] Cuando se fabricó una estructura de electrodo negativo, el material activo de electrodo negativo se componía del 90 % de grafito y el 10 % de SiO, y se fabricó la estructura de electrodo negativo de la misma manera que en el ejemplo 1, excepto que la distancia de separación entre el contraelectrodo de metal de litio y la estructura de electrodo negativo fue de 12 mm en la sección de prelitiación.
[0145] Ejemplo comparativo 1
[0146] En la sección de prelitiación, se mantuvo la distancia de separación entre el contraelectrodo de metal de litio y la estructura de electrodo negativo como de 6 mm. Se fabricó la estructura de electrodo negativo como en el ejemplo 1 excepto por el punto anterior.
[0147] Ejemplo comparativo 2
[0148] Cuando se fabricó una estructura de electrodo negativo, el material activo de electrodo negativo se componía del 90 % de grafito y el 10 % de SiO, y se mantuvo la distancia de separación entre el contraelectrodo de metal de litio y la estructura de electrodo negativo en la sección de prelitiación como de 6 mm. Se fabricó la estructura de electrodo negativo como en el ejemplo 1 excepto por el punto anterior.
[0149] Ejemplo experimental 1
[0150] <Preparación de electrodo positivo>
[0151] Se preparó una suspensión de electrodo positivo añadiendo el 97,5 % en peso de LiNi<0,8>Co<0,1>Mn<0,1>O<2>como material activo de electrodo positivo, el 1 % en peso de negro de Denka como material conductor, y el 1,5 % en peso de PVdF como aglutinante a NMP (N-metil-2-pirrolidinona).
[0152] Se recubrió con la suspensión de electrodo positivo preparada anteriormente sobre ambas superficies del colector de corriente de aluminio, se secó y se laminó para preparar de ese modo un electrodo positivo.
[0153] <Preparación de celda de batería>
[0154] Después de laminar el separador de polipropileno preparado en los ejemplos y ejemplos comparativos anteriores entre la estructura de electrodo negativo y el electrodo positivo preparado anteriormente, que se puso entonces en una bolsa, y se inyectó una disolución de electrolito de 4 ml, que se selló luego, para fabricar de ese modo una celda completa de tipo bolsa.
[0155] En este momento, se fabricó la disolución de electrolito añadiendo el 2 % en peso de carbonato de fluoroetileno (FEC) a un disolvente, que se generó mezclando carbonato de etileno (EC) y carbonato de etilo y metilo (EMC) en la razón en volumen de 30:70, y luego disolviendo LiPF<6>1 M.
[0156] <Experimento de carga/descarga en ciclos>
[0157] Se realizó una prueba de reversibilidad de carga/descarga para la celda completa de tipo bolsa fabricada tal como se describió anteriormente usando un aparato de carga-descarga electroquímica. Durante la carga, se cargó la batería a una densidad de corriente con una tasa de 0,33 C hasta una tensión de 4,2 V (frente a Li/Li+), y se descargó hasta una tensión de 2,5 V a la misma densidad de corriente durante la descarga. En este momento, se calculó la tasa de retención de capacidad en el ciclo 100 comparando con la capacidad de descarga en el primer ciclo según la fórmula 1 a continuación, y se mostró el resultado en la tabla 3. Además, la tabla 2 muestra el resumen de las condiciones experimentales de los ejemplos y ejemplos comparativos.
[0158] [Fórmula 1]
[0159] Tasa de retención de capacidad (%) = {(capacidad de descarga en el ciclo 100)/(capacidad de descarga en el primer ciclo)} x 100
[0160] Ejemplo experimental 2
[0161] En el electrodo negativo prelitiado según los ejemplos y ejemplos comparativos, se midieron mediante RMN los componentes de la película de SEI formada en la superficie del electrodo negativo. Se usó<1>H-RMN a 500 MHz de Varian Company como equipo de medición de RMN. Se muestran los resultados en la tabla 3 a continuación.
[0162] [Tabla 2]
[0165]
[0166] [Tabla 3]
[0169]
[0171] Haciendo referencia a la tabla 3, en el electrodo negativo según el ejemplo 1 y el ejemplo 2, la proporción de Li<2>CO<3>contenido en la película de SEI en la superficie después de la prelitiación fue mayor que en el ejemplo comparativo. Como tal, se observa que la tasa de retención de capacidad de la celda de batería que contiene el electrodo negativo según los ejemplos 1 y 2 es mejor que la de los ejemplos comparativos 1 y 2. Esto se debe a que se formó una película de SEI que contenía más componentes inorgánicos incluyendo Li<2>CO<3>, ajustando la distancia entre la estructura de electrodo negativo y el contraelectrodo de metal de litio para que fuese igual a o mayor de 7 mm. Como tal, es posible mostrar una alta tasa de retención de capacidad ya que el litio intercalado en el electrodo actúa como depósito de litio protegiendo el electrodo negativo frente al entorno de CO<2>externo.
[0172] Por otro lado, en el caso de los ejemplos comparativos 1 y 2, la distancia entre la estructura de electrodo negativo y el contraelectrodo de metal de litio se volvió pequeña. Como tal, la proporción de los componentes inorgánicos en la película fue relativamente pequeña como resultado de la prelitiación. Como tal, como el electrodo negativo reacciona con CO<2>externo, etc., se consumió adicionalmente litio intercalado a través de prelitiación. Como tal, como disminuyó relativamente el litio, que desempeñaba un papel como depósito de litio en el electrodo negativo, se redujeron las características de ciclo.
[0173] Además, cuando se usa un material activo a base de silicio (SiO) como material activo de electrodo negativo se expanden, los materiales activos en el momento de la carga/descarga, destruyendo de ese modo la película de SEI, lo que provoca un consumo adicional de litio. Así, un electrodo que contiene SiO necesita una película de SEI más firme. Sin embargo, en el caso del ejemplo comparativo 2, la proporción de Li<2>CO<3>contenido en la película de SEI fue la más pequeña y, por consiguiente, la tasa de retención de capacidad también fue baja.
[0174] Así, según la presente invención, puede aumentarse el contenido de los componentes inorgánicos en la película de SEI ajustando la distancia entre la estructura de electrodo negativo y el contraelectrodo de metal de litio, a través de lo cual puede aumentarse la vida útil de la batería.
[0175] La descripción anterior es meramente ilustrativa de la idea técnica de la presente invención, y los expertos en la técnica a la que pertenece la presente invención pueden realizar diversas modificaciones y variaciones dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Por tanto, los dibujos divulgados en la presente invención no pretenden limitar la idea técnica de la presente invención, sino describir la presente invención, y el alcance de la idea técnica de la presente invención no está limitado por estos dibujos. El alcance de protección de la presente invención debe interpretarse mediante las siguientes reivindicaciones.
[0176] [Descripción de los números de referencia]
[0177] 1: aparato para someter a prelitiación el electrodo negativo
[0178] 10: reactor de prelitiación
[0179] 10a: sección de impregnación
[0180] 10b: sección de prelitiación
[0181] 10c: sección de envejecimiento
[0182] 20: estructura de electrodo negativo
[0183] 21: colector de corriente de electrodo negativo
[0184] 22: capa de material activo de electrodo negativo
[0185] 23: parte no recubierta
[0186] 24: película de SEI
[0187] 30: disolución de prelitiación
[0188] 40: rodillo de electrodo negativo
[0189] 50: contraelectrodo de metal de litio
[0190] 60: unidad de carga y descarga
[0191] 70: tanque de lavado
[0192] 71: disolvente orgánico
[0193] 80: unidad de secado
[0194] 90: rodillo de recogida

Claims (13)

1. REIVINDICACIONES
1. Aparato (1) para someter a prelitiación un electrodo negativo, comprendiendo el aparato (1):
un reactor (10) de prelitiación que se divide secuencialmente en una sección (10a) de impregnación, una sección (10b) de prelitiación y una sección (10c) de envejecimiento, y aloja una disolución (30) de prelitiación en la que se mueve una estructura (20) de electrodo negativo, en el que la sección (10c) de envejecimiento se configura para envejecer la estructura (20) de electrodo negativo prelitiada dejando la estructura (20) de electrodo negativo prelitiada sin vigilancia en la disolución (30) de prelitiación durante un tiempo predeterminado;
un rodillo (40) de electrodo negativo que se coloca fuera de la disolución (30) de prelitiación y sobre el que se enrolla la estructura (20) de electrodo negativo antes de moverse;
un contraelectrodo (50) de metal de litio que se coloca en la disolución (30) de prelitiación en la sección (10b) de prelitiación y está separado de la estructura (20) de electrodo negativo una distancia predeterminada para orientarse hacia la estructura (20) de electrodo negativo que se mueve en la disolución (30) de prelitiación; y
una unidad (60) de carga y descarga que se conecta a la estructura (20) de electrodo negativo y al contraelectrodo (50) de metal de litio,
en el que una distancia de separación (d) entre el contraelectrodo (50) de metal de litio y la estructura (20) de electrodo negativo está en un intervalo de 7 a 15 mm, y
en el que el contraelectrodo (50) de metal de litio se coloca en una dirección paralela a la estructura (20) de electrodo negativo.
2. Aparato (1) según la reivindicación 1, en el que la distancia de separación (d) entre el contraelectrodo (50) de metal de litio y la estructura (20) de electrodo negativo está en un intervalo de 9 a 13 mm.
3. Aparato (1) según la reivindicación 1, en el que el contraelectrodo (50) de metal de litio se obtiene laminando un metal de litio sobre un sustrato de acero inoxidable.
4. Aparato (1) según la reivindicación 1, en el que la estructura (20) de electrodo negativo tiene una estructura en la que se forma una capa (22) de material activo de electrodo negativo al menos en una superficie de un colector (21) de corriente de electrodo negativo, y se forma una parte (23) no recubierta al menos en un lado en una dirección de anchura de la capa (22) de material activo de electrodo negativo.
5. Aparato (1) según la reivindicación 4, en el que el contraelectrodo (50) de metal de litio se coloca para orientarse sólo hacia la capa (22) de material activo de electrodo negativo.
6. Aparato (1) según la reivindicación 1, que comprende además un tanque (70) de lavado que contiene un disolvente (71) orgánico.
7. Aparato (1) según la reivindicación 6, que comprende además una unidad (80) de secado que seca la estructura (20) de electrodo negativo que se ha hecho pasar a través del tanque (70) de lavado, y un rodillo (90) de recogida para enrollar y desenrollar la estructura (20) de electrodo negativo transferida a la unidad (80) de secado.
8. Método de prelitiación de un electrodo negativo, comprendiendo el método:
preparar (S10) una estructura (20) de electrodo negativo y el aparato (1) para someter a prelitiación un electrodo negativo según la reivindicación 1;
impregnar (S20) la estructura (20) de electrodo negativo con una disolución (30) de prelitiación mientras se mueve la estructura (20) de electrodo negativo en la sección (10a) de impregnación en el reactor (10) de prelitiación;
someter a prelitiación (S30) la estructura (20) de electrodo negativo impregnada mientras se mueve la estructura (20) de electrodo negativo en la disolución (30) de prelitiación de la sección (10b) de prelitiación; y
envejecer (S40) la estructura (20) de electrodo negativo prelitiada en la sección (10c) de envejecimiento, en el que el envejecimiento es una etapa de dejar la estructura (20) de electrodo negativo prelitiada sin vigilancia en la disolución (30) de prelitiación durante un tiempo predeterminado,
en el que se realiza la prelitiación colocando un contraelectrodo (50) de metal de litio, que se dispone para estar separado de la estructura (20) de electrodo negativo, en una sección (10b) de prelitiación, y sometiendo a carga electroquímica la estructura (20) de electrodo negativo, y
en el que una distancia de separación (d) entre el contraelectrodo (50) de metal de litio y la estructura (20) de electrodo negativo está en un intervalo de 7 a 15 mm, y
en el que el contraelectrodo (50) de metal de litio se coloca en una dirección paralela a la estructura (20) de electrodo negativo.
9. Método según la reivindicación 8, en el que la distancia de separación (d) entre el contraelectrodo (50) de metal de litio y la estructura (20) de electrodo negativo está en un intervalo de 9 a 13 mm.
10. Método según la reivindicación 8, en el que el contraelectrodo (50) de metal de litio se obtiene laminando un metal de litio sobre un sustrato de acero inoxidable.
11. Método según la reivindicación 8, en el que la estructura (20) de electrodo negativo tiene una estructura en la que se forma una capa (22) de material activo de electrodo negativo al menos en una superficie de un colector (21) de corriente de electrodo negativo, y se forma una parte (23) no recubierta al menos en un lado en una dirección de anchura de la capa (22) de material activo de electrodo negativo.
12. Método según la reivindicación 11, en el que el contraelectrodo (50) de metal de litio se coloca para orientarse sólo hacia la capa (22) de material activo de electrodo negativo.
13. Método según la reivindicación 8, que comprende además: lavar y secar la estructura (20) de electrodo negativo.
ES21877854T 2020-10-05 2021-09-03 Apparatus for pre-lithiation of anode and method for pre-lithiation of anode Active ES3055349T3 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200128084A KR102953902B1 (ko) 2020-10-05 음극의 전리튬화 장치 및 음극의 전리튬화 방법
PCT/KR2021/011949 WO2022075602A1 (ko) 2020-10-05 2021-09-03 음극의 전리튬화 장치 및 음극의 전리튬화 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES3055349T3 true ES3055349T3 (en) 2026-02-11

Family

ID=81126636

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES21877854T Active ES3055349T3 (en) 2020-10-05 2021-09-03 Apparatus for pre-lithiation of anode and method for pre-lithiation of anode

Country Status (7)

Country Link
US (1) US12603271B2 (es)
EP (1) EP4053942B1 (es)
JP (1) JP7515587B2 (es)
CN (1) CN114788047B (es)
ES (1) ES3055349T3 (es)
PL (1) PL4053942T3 (es)
WO (1) WO2022075602A1 (es)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117059751A (zh) * 2022-05-06 2023-11-14 拓米(成都)应用技术研究院有限公司 一种硅纳米负极预锂化的工艺方法和负极极片
WO2025016527A1 (en) * 2023-07-14 2025-01-23 Abb Schweiz Ag Method of manufacturing a battery electrode assembly
NL2035566B1 (en) * 2023-08-08 2025-02-21 Lionvolt B V Artificial solid electrolyte interphase layer method and assembly
CN119495747B (zh) * 2024-11-25 2025-09-16 中国科学院深圳先进技术研究院 一种负极材料金属预活化的装置和金属预活化的方法

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0541249A (ja) 1991-08-01 1993-02-19 Toyo Takasago Kandenchi Kk リチウム二次電池及びそれに使用する負極構造体へのリチウムイオンの注入方法
US5595837A (en) * 1995-04-12 1997-01-21 Valence Technology, Inc. Process for prelithiation of carbon based anodes for lithium batteries
US8110076B2 (en) * 2006-04-20 2012-02-07 Inco Limited Apparatus and foam electroplating process
JP2008016199A (ja) 2006-06-30 2008-01-24 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 非水電解液二次電池用負極の製造装置
JP5003088B2 (ja) 2006-10-02 2012-08-15 パナソニック株式会社 非水電解質二次電池用負極前駆体にリチウムイオンを吸蔵させる方法と装置
KR101128585B1 (ko) 2010-07-26 2012-03-23 삼성전기주식회사 전극의 프리 도핑 시스템 및 이를 이용한 전극의 프리 도핑 방법
KR101683208B1 (ko) 2011-09-22 2016-12-07 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지 및 전지 모듈
US9598789B2 (en) 2011-12-01 2017-03-21 Nanoscale Components, Inc. Method for alkaliating anodes
US10128491B2 (en) * 2011-12-01 2018-11-13 Nanoscale Components, Inc. Method for alkaliating electrodes
KR101683206B1 (ko) * 2012-04-30 2016-12-06 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
KR101820463B1 (ko) 2013-07-30 2018-01-19 주식회사 엘지화학 음극 전극의 전리튬화 방법
JP6613647B2 (ja) 2015-06-19 2019-12-04 日本電気株式会社 蓄電デバイス用電極の製造方法および前記電極の製造装置
KR102912451B1 (ko) * 2015-12-09 2026-01-13 나노스캐일 컴포넌츠, 인코포레이티드 롤 애노드들을 알칼리화하기 위한 방법
WO2018186561A1 (ko) * 2017-04-03 2018-10-11 주식회사 엘지화학 전리튬화 장치, 이를 이용한 음극부의 제조 방법 및 음극부
FR3078485B1 (fr) 2018-03-02 2020-02-28 Echosens Procede d’elastographie hybride, sonde et dispositif pour elastographie hybride
CN109103496A (zh) * 2018-08-24 2018-12-28 上海空间电源研究所 一种长贮存寿命锂离子电池及其制备方法
CN109103498B (zh) 2018-08-27 2020-12-18 中国电子新能源（武汉）研究院有限责任公司 一种钠离子电池电解液及其制备方法与应用
KR102598189B1 (ko) * 2018-10-26 2023-11-03 주식회사 엘지에너지솔루션 리튬 이차전지용 음극의 제조방법
CN111132241B (zh) 2018-10-30 2021-06-08 华为技术有限公司 一种通信方法、移动性管理实体、用户设备及服务网关
KR102127667B1 (ko) 2018-10-31 2020-06-29 한국타이어앤테크놀로지 주식회사 림 피팅성이 향상된 타이어
US12300805B2 (en) * 2018-11-08 2025-05-13 Tesla, Inc. Compositions and methods for energy storage devices including salts and/or foams
KR20200053300A (ko) * 2018-11-08 2020-05-18 주식회사 포스코 리튬 이차 전지용 음극, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 리튬 이차 전지
CN110335992B (zh) 2019-07-11 2024-07-02 安普瑞斯（无锡）有限公司 一种锂离子电池极片预锂化装置
KR102886269B1 (ko) 2020-08-21 2025-11-13 주식회사 엘지에너지솔루션 음극의 전리튬화 장치 및 음극의 전리튬화 방법

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022075602A1 (ko) 2022-04-14
EP4053942B1 (en) 2025-10-29
PL4053942T3 (pl) 2026-02-23
EP4053942A1 (en) 2022-09-07
EP4053942A4 (en) 2023-08-09
CN114788047A (zh) 2022-07-22
CN114788047B (zh) 2024-09-10
JP2023504159A (ja) 2023-02-01
US20230006187A1 (en) 2023-01-05
KR20220045397A (ko) 2022-04-12
US12603271B2 (en) 2026-04-14
JP7515587B2 (ja) 2024-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2939156T3 (es) Método de fabricación de un electrodo negativo para batería secundaria de litio y batería secundaria de litio
ES3011342T3 (en) Non-aqueous electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising same
ES3055349T3 (en) Apparatus for pre-lithiation of anode and method for pre-lithiation of anode
ES3038072T3 (en) Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same
KR102160708B1 (ko) 이중 보호층이 형성된 리튬 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
ES2943584T3 (es) Batería secundaria de litio
ES3039929T3 (en) Method for manufacturing negative electrode for lithium secondary battery
ES2991063T3 (es) Método de producción de electrodo negativo
ES3017246T3 (en) High-nickel electrode sheet and method for manufacturing same
ES2938722T3 (es) Método para fabricar un ánodo
KR102542291B1 (ko) 이차전지용 음극의 제조방법
ES3057717T3 (en) Method of manufacturing negative electrode having inorganic coating layer formed thereon
KR102530195B1 (ko) 이차전지용 음극의 제조방법
ES2991378T3 (es) Dispositivo para litiación previa de electrodo negativo y método para litiación previa de electrodo negativo
ES2927260T3 (es) Disolución no acuosa de electrolito para batería secundaria de litio y batería secundaria de litio que incluye la misma
US12519097B2 (en) Negative electrode pre-lithiation method
ES2986008T3 (es) Disolución de electrolito no acuoso para batería secundaria de litio y batería secundaria de litio que incluye la misma
EP4033564B1 (en) Apparatus for pre-lithiation of negative electrode and method for pre-lithiation of negative electrode
KR102940112B1 (ko) 음극의 전리튬화 장치 및 음극의 전리튬화 방법
KR102953902B1 (ko) 음극의 전리튬화 장치 및 음극의 전리튬화 방법
US12567576B2 (en) Method of preparing negative electrode
KR102955408B1 (ko) 음극의 제조방법
KR20200129907A (ko) 음극의 제조방법