ES3031032T3

ES3031032T3 - Electrode, electrode assembly and method for manufacturing the same

Info

Publication number: ES3031032T3
Application number: ES18881655T
Authority: ES
Inventors: Il Hong Kim; Joon Kwon; Gi Su Jeong
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2017-11-22
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2025-07-03
Anticipated expiration: 2038-11-08
Also published as: HUE071560T2; KR102271679B1; WO2019103365A1; EP3598555A1; KR20190058850A; US20200251743A1; EP3598555B1; CN110313096A; US11476468B2; EP3598555A4

Abstract

La presente invención se refiere a un conjunto de electrodos en el que se apilan varios electrodos y se insertan separadores entre electrodos adyacentes. El electrodo más externo, colocado sobre la capa más externa del conjunto, se apila de forma que una suspensión recubre una cara de un colector de corriente, una capa protectora se adhiere a la otra cara y la suspensión entra en contacto con los separadores. Además, un método para fabricar el conjunto de electrodos comprende los siguientes pasos: formar el electrodo más externo recubriendo una cara de un colector de corriente con una suspensión y apilando una capa protectora en la otra cara; pasar el electrodo más externo entre dos rodillos para rodarlo; y apilar el electrodo más externo enrollado para colocarlo sobre la capa superior o inferior del conjunto de electrodos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Electrodo, conjunto de electrodos y método para fabricar los mismos

Referencia cruzada a solicitud relacionada

La presente solicitud reivindica el beneficio de la prioridad con respecto a la Solicitud de Patente Coreana n.° 10-2017-0156193, presentada el 22 de noviembre de 2017.

Sector de la técnica

La presente invención se refiere a un electrodo, a un conjunto de electrodos fabricado laminando el electrodo y a un método para fabricar los mismos y, más en particular, a un electrodo que es capaz de evitar que ocurra el alabeo debido a la laminación cuando se fabrica y capaz de reducir la posibilidad de ocurrencia de cortocircuito cuando ocurre un impacto externo (en particular, cuando ocurre un daño de penetración de la bolsa), a un conjunto de electrodos y a un método para fabricar los mismos.

Antecedentes de la invención

Las baterías que almacenan energía eléctrica se pueden clasificar, en general, en baterías primarias y baterías secundarias. Dicha batería primaria es una batería consumible desechable. Por otro lado, dicha batería secundaria es una batería cargable que se fabrica usando un material en el cual los procesos de oxidación y reducción entre corriente y el material son capaces de repetirse. Es decir, cuando la reacción de reducción al material se lleva a cabo por la corriente, se carga la batería. Cuando la reacción de oxidación al material se lleva a cabo por la corriente, se descarga la batería. Dichas carga-descarga se llevan a cabo repetidamente para generar electricidad. El documento KR 2017 0053488 A describe un conjunto de electrodos. El documento KR 2016 0025990 A describe una batería secundaria y un método de fabricación de la misma.

En general, las baterías secundarias comprenden baterías de níquel-cadmio, baterías de níquel-hidrógeno, baterías de iones de litio y baterías de polímero de iones de litio. Dicha batería secundaria se está aplicando a y usando en productos de tamaño pequeño como, por ejemplo, cámaras digitales, P-DVD, MP3P, teléfonos móviles, PDA, dispositivos portátiles de juego, herramientas eléctricas, bicicletas eléctricas y similares, así como productos de tamaño grande que requieren alta potencia como, por ejemplo, vehículos eléctricos y vehículos híbridos, dispositivos de almacenamiento de energía para almacenar energía excedente o energía renovable, y dispositivos de almacenamiento de energía de reserva.

La batería secundaria de litio se forma, en general, laminando un electrodo positivo (es decir, cátodo), un separador, y un electrodo negativo (es decir, ánodo). Asimismo, los materiales del electrodo positivo, el separador, y el electrodo negativo pueden seleccionarse teniendo en cuenta la vida útil de la batería, las capacidades de carga/descarga, las características de temperatura, la estabilidad y similares. La carga y descarga de la batería secundaria de litio se llevan a cabo mientras los iones de litio se intercalan y desintercalan del óxido metálico de litio del electrodo positivo al electrodo negativo.

En general, las unidades de celdas, cada una de las cuales tiene una estructura de tres capas de un electrodo positivo/un separador/un electrodo negativo o una estructura de cinco capas de un electrodo positivo/un separador/un electrodo negativo/un separador/un electrodo positivo o un electrodo negativo/un separador/un electrodo positivo/un separador/un electrodo negativo, se ensamblan para constituir un conjunto de electrodos. Asimismo, el conjunto de electrodos se aloja en una caja como, por ejemplo, una lata cilíndrica y una bolsa prismática.

El electrodo se fabrica aplicando lechada a ambas superficies o a una superficie de un colector. Un proceso de fabricación de electrodo comprende una etapa de colocación y agitación (mezcla) de un material de origen de la lechada a agitar, una etapa de aplicación de la lechada completada a un colector, una etapa de laminación del colector recubierto con la lechada, una etapa de formación de una lengüeta de electrodos, y una etapa de secado al vacío.

El proceso de laminación se lleva a cabo de modo tal que el electrodo se reduce en espesor para aumentar en densidad y mejorar la resistencia de unión entre el colector 1a y la lechada. En general, como se ilustra en la FIG.

1A, el proceso de laminación se lleva a cabo en una manera en la cual el electrodo pasa entre dos rodillos 4 de laminación.

En el electrodo, la lechada 1b y 2b puede aplicarse, en general, a ambas superficies de los colectores 1a y 2a. Sin embargo, en el caso del electrodo que está colocado en la capa más exterior, dado que los iones de litio no se intercambian en la capa más exterior, un electrodo de lado único en el cual se aplica la lechada 1b a solo una superficie del colector 1a puede proveerse.

Sin embargo, dado que las tasas de deformación del colector 1a y la lechada 1b son diferentes entre sí (dado que los coeficientes de expansión térmica, densidades, y similares son diferentes entre sí) mientras calor y presión se aplican al rodillo 4 de laminación, el electrodo de lado único puede doblarse como se ilustra en la FIG. 1A.

Asimismo, en el caso del electrodo más exterior, el colector 1a hecho de un material metálico puede ser más cercano al electrodo dentro de la bolsa. Por consiguiente, cuando el electrodo está obstruido por un objeto puntiagudo, o cuando un clavo 5 pasa a través de la bolsa en una prueba de estabilidad, puede ocurrir un cortocircuito como se ilustra en la FIG. 1B.

Explicación de la invención

Problema técnico

Por consiguiente, para resolver el problema anterior, un objeto principal de la presente invención es proveer un electrodo, un conjunto de electrodos, y un método para fabricar los mismos.

Solución técnica

Para lograr el objeto anterior, la presente invención provee un electrodo como se establece en la reivindicación independiente 1.

La presente invención también provee un conjunto de electrodos según se establece en la reivindicación 2.

Según una realización de la presente invención, el electrodo más exterior puede ser el electrodo colocado en la capa más superior del conjunto de electrodos, y la capa de protección puede laminarse para colocarse en la capa más superior del conjunto de electrodos. De manera alternativa, el electrodo más exterior puede ser el electrodo colocado en la capa más inferior del conjunto de electrodos, y la capa de protección puede laminarse para colocarse en la capa más inferior del conjunto de electrodos.

Además, la presente invención provee un método para fabricar un conjunto de electrodos según se establece en la reivindicación 5.

Aquí, cuando el electrodo más exterior se dispone en la capa más superior del conjunto de electrodos, la capa de protección puede laminarse para disponerse en la capa más superior, y cuando el electrodo más exterior se dispone en la capa más inferior del conjunto de electrodos, la capa de protección puede laminarse para disponerse en la capa más inferior.

Efectos ventajosos

Según la presente invención que tiene la estructura descrita más arriba, la capa de protección se lamina sobre el electrodo más exterior para suprimir o compensar la fuerza de flexión o torsión durante la laminación. Asimismo, dado que la capa de protección mira a la superficie interior de la bolsa en el conjunto de electrodos para proteger el colector, el electrodo y el conjunto de electrodos pueden protegerse contra el impacto externo.

Breve descripción de los dibujos

La FIG. 1A es una vista que ilustra estados antes y después de que un electrodo de lado único pasa a través de un rodillo de laminación según una técnica relacionada.

La FIG. 1B es una vista que ilustra un estado en el cual un clavo pasa para provocar un cortocircuito cuando el electrodo de lado único se lamina sobre la capa más exterior de un conjunto de electrodos según la técnica relacionada.

La FIG. 2 es una vista que ilustra estados antes y después de que un electrodo de lado único pasa a través de un rodillo de laminación según la presente invención.

La FIG. 3 es una vista que ilustra un estado en el cual la ocurrencia de cortocircuito se suprime por una capa de protección aunque un clavo pase cuando el electrodo de lado único se lamina sobre la capa más exterior de un conjunto de electrodos según la presente invención.

Realizacion preferente de la invención

En lo sucesivo, las realizaciones preferidas de la presente invención se describirán en detalle con referencia a los dibujos anexos de tal manera que la idea técnica de la presente invención se pueda llevar a cabo fácilmente por una persona con experiencia ordinaria en la técnica a la cual pertenece la invención. Sin embargo, la presente invención puede realizarse en formas diferentes y no debe interpretarse como limitada a las realizaciones establecidas en la presente memoria.

Con el fin de ilustrar claramente la presente invención, se omiten las partes que no están relacionadas con la descripción, y componentes iguales o similares se denotan con los mismos numerales de referencia a lo largo de la memoria descriptiva.

Asimismo, los términos o las palabras usadas en esta memoria descriptiva y en las reivindicaciones no deben interpretarse de manera restrictiva como significados ordinarios o significados basados en diccionarios, sino que deben interpretarse como significados y conceptos que se adaptan al alcance de la presente invención según el principio de que el inventor puede definir, de manera apropiada, el concepto de un término para describir y explicar su invención de la mejor manera.

La presente invención se refiere a un conjunto de electrodos y a un método para la fabricación del mismo. El conjunto de electrodos tiene una estructura en la cual múltiples electrodos se laminan con un separador 3 entre los mismos. Aquí, en el electrodo, que se dispone en la capa más exterior, es decir, la capa más superior o la capa más inferior, de los electrodos que constituyen el conjunto de electrodos, un colector 1a tiene una superficie recubierta con lechada 1b y el otro lado al cual se adhiere una capa 10 de protección, y la capa 10 de protección está hecha de un material polimérico que tiene un peso molecular de 10.000 o más. Según la presente invención, todos los electrodos pueden ser electrodos negativos o electrodos positivos.

Realización 1

Es decir, como se ilustra en las FIGS. 2 y 3, un conjunto de electrodos según la presente invención tiene una estructura en la cual un separador 3 se dispone entre electrodos que tienen polaridades diferentes entre sí, y los electrodos y el separador 3 se laminan repetidamente (es decir, en la FIG. 3, cuando el electrodo más inferior es un electrodo negativo en el cual la lechada 1b de electrodo negativo se aplica a un colector 1a de electrodo negativo, el separador 3 se lamina sobre el electrodo negativo, y un electrodo positivo, en el cual la lechada 2b de electrodo positivo se aplica a un colector 2a de electrodo positivo, se lamina sobre el separador 3), y el electrodo más exterior colocado en la capa más exterior está provisto de una capa 10 de protección. En aras de la referencia, aunque el electrodo en el cual la capa 10 de protección se provee en la capa más superior solamente se ilustra en la FIG. 3, la capa 10 de protección puede proveerse en la capa más inferior. Asimismo, el electrodo provisto de la capa 10 de protección puede ser el electrodo negativo o el electrodo positivo.

El electrodo más exterior se lamina en una dirección en la cual la lechada 1b contacta el separador 3 de modo tal que la capa 10 de protección se coloca en la capa más superior (o la capa más inferior) del conjunto de electrodos. La capa 10 de protección está hecha de un material polimérico que tiene un peso molecular de 10.000 o más. Asimismo, la capa 10 de protección está hecha de un material que tiene aislamiento eléctrico para evitar que ocurra un cortocircuito cuando un objeto puntiagudo como, por ejemplo, un clavo 5, pasa a través de una bolsa (no se muestra).

Además, cuando la laminación se lleva a cabo en un estado en el cual la lechada 1b, el colector 1a y la capa 10 de protección se laminan, como se ilustra en la FIG. 2, la capa 10 de protección se dispone en un lado opuesto del colector 1a para suprimir la deformación de la lechada 1b o se deforman para compensar la deformación de la lechada 1b y/o el colector 1a de modo tal que las capas superior e inferior permanecen en un estado plano.

Asimismo, en esta realización, el electrodo más exterior puede colocarse en la capa más superior o en la capa más inferior en el conjunto de electrodos. Aquí, la capa 10 de protección puede disponerse en la capa más superior o la capa más inferior para estar más cerca de la bolsa en la cual se construye el conjunto de electrodos (como se ilustra en la FIG. 3).

Realización 2

Además, la presente invención provee un método para fabricar el conjunto de electrodos descrito más arriba.

El método para fabricar el conjunto de electrodos según la presente invención comprende una etapa de aplicación de lechada 1b a una superficie de un colector 1a y laminación de una capa 10 de protección en la otra superficie para fabricar el electrodo más exterior, una etapa en la que se permite que el electrodo más exterior pase entre un par de rodillos 40 de laminación y de esta manera laminar el electrodo más exterior, y una etapa de laminación del electrodo más exterior laminado para disponerlo en la capa más superior o más inferior del conjunto de electrodos. Aquí, la lechada 1b se prepara mezclando una solución que contiene un aglutinante en un disolvente con un material activo para tener viscosidad adecuada para recubrimiento o aplicación. Asimismo, en el rodillo 4 de laminación, una presión y un calor apropiados pueden aplicarse para reducir un espesor del electrodo de modo tal que aumente la densidad. De manera alternativa, antes de que el electrodo más exterior se lamine en el conjunto de electrodos, un proceso de corte del electrodo en un tamaño apropiado, un proceso de procesamiento de una lengüeta de electrodos, un proceso de secado al vacío para eliminar la humedad contenida en el electrodo, y similares pueden llevarse a cabo.

Cuando el electrodo más exterior se dispone en la capa más superior del conjunto de electrodos, la capa 10 de protección se lamina para disponerse en la capa más superior. Cuando el electrodo más exterior se dispone en la capa más inferior del conjunto de electrodos, la capa 10 de protección se lamina para disponerse en la capa más inferior.

Según la presente invención que tiene la estructura descrita más arriba, la capa 10 de protección se puede laminar sobre el electrodo más exterior para suprimir o compensar la fuerza de flexión o torsión durante la laminación. Asimismo, dado que la capa 10 de protección mira a la superficie interior de la bolsa en el conjunto de electrodos para proteger el colector 1a, el electrodo y el conjunto de electrodos pueden protegerse contra el impacto externo.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un electrodo para un conjunto de electrodos, en el cual múltiples electrodos se laminan, y un separador se inserta entre los electrodos adyacentes,

el electrodo comprendiendo:

un colector de corriente;

una lechada aplicada sobre una superficie del colector de corriente; y

una capa de protección adherida a la otra superficie del colector de corriente,

en donde la capa de protección está hecha de un material polimérico que tiene aislamiento eléctrico;

en donde el electrodo se prepara:

pasando el electrodo entre un par de rodillos de laminación de modo tal que la laminación se lleva a cabo en un estado en el cual la lechada, el colector, y la capa de protección se laminan y la capa de protección se deforma en una dirección en la cual la deformación de la lechada se compensa.

2. Un conjunto de electrodos en el cual múltiples electrodos se laminan, y un separador se inserta entre los electrodos adyacentes,caracterizado por que

el electrodo más exterior dispuesto en la capa más exterior del conjunto de electrodos comprende el electrodo de la reivindicación 1, en donde la lechada contacta con el separador.

3. El conjunto de electrodos de la reivindicación 2, en donde el electrodo más exterior es el electrodo colocado en la capa más superior del conjunto de electrodos, y

la capa de protección está laminada para colocarse en la capa más superior del conjunto de electrodos.

4. El conjunto de electrodos de la reivindicación 2, en donde el electrodo más exterior es el electrodo colocado en la capa más inferior del conjunto de electrodos, y

la capa de protección se lamina para colocarse en la capa más inferior del conjunto de electrodos.

5. Un método para fabricar un conjunto de electrodos, en el cual múltiples electrodos según la reivindicación 1 se laminan, y un separador se inserta entre los electrodos adyacentes, el método comprendiendo:

una etapa de aplicación de lechada a una superficie del colector de corriente y de laminación de la capa de protección en la otra superficie para constituir el electrodo más exterior;

una etapa en la que se permite que el electrodo más exterior pase entre el par de rodillos de laminación para llevar a cabo un proceso de laminación; y

una etapa de laminación del electrodo más exterior laminado para disponerse en la capa más superior o más inferior del conjunto de electrodos;

en donde, el proceso de laminación se lleva a cabo en un estado en el cual la lechada, el colector, y la capa de protección se laminan, la capa de protección se deforma en una dirección en la cual la deformación de la lechada se compensa.

6. El método de la reivindicación 5, en donde, cuando el electrodo más exterior se dispone en la capa más superior del conjunto de electrodos, la capa de protección se dispone en la capa más superior, y

cuando el electrodo más exterior se dispone en la capa más inferior del conjunto de electrodos, la capa de protección se dispone en la capa más inferior.