Composición ligante de electrodo, suspensión para el electrodo, electrodo y dispositivo de almacenamiento eléctrico.

Una composición ligante del electrodo que se usa para producir un electrodo usado para un dispositivo de almacenamiento eléctrico, comprendiendo la composición ligante

(A) un polímero, (B) un (met)acrilato, y (C) agua, siendo el polímero (A) partículas de polímero que contiene flúor que incluyen (Ma) una unidad repetitiva derivada de un monómero basado en etileno que contiene flúor, y (Mb) una unidad repetitiva derivada de un éster de ácido carboxílico insaturado, y

siendo una concentración de (met)acrilato (B) en la composición ligante del electrodo de 10 a 1.000 ppm.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E13151796.

Solicitante: JSR CORPORATION.

Nacionalidad solicitante: Japón.

Dirección: 9-2, Higashi-shinbashi 1-chome, Minato-ku Tokyo 105-8640 JAPON.

Inventor/es: MAEGAWA,MAKI, HONDA,TATSUAKI, ABE,TATSUYA, MIYAUCHI,HIROYUKI, KITAGUCHI,HIRONORI, OTSUKA,YOSHIHARU, FUJIHARA,NOBUYUKI.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Electrodos > H01M4/04 (Procesos de fabricación en general)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Electrodos > H01M4/62 (Empleo de sustancias específicas inactivas como ingredientes para las masas activas, p. ej. aglomerantes, cargas)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Electrodos > H01M4/13 (Electrodos para acumuladores con electrolito no acuoso, p. ej. para acumuladores de litio; Sus procedimientos de fabricación)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Electrodos > H01M4/139 (Procedimientos de fabricación)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > CONDENSADORES; CONDENSADORES, RECTIFICADORES, DETECTORES,... > Condensadores híbridos, es decir, condensadores... > H01G11/28 (establecido o dispuesto en un colector de corriente; Capas o fases entre los electrodos y los colectores de corriente, p. ej.: adhesivos)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > CONDENSADORES; CONDENSADORES, RECTIFICADORES, DETECTORES,... > Condensadores híbridos, es decir, condensadores... > H01G11/38 (Pastas de carbono o mezclas; Aglutinantes o aditivos para ello)

PDF original: ES-2526689_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Composición ligante de electrodo, suspensión para el electrodo, electrodo y dispositivo de almacenamiento eléctrico ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La presente invención, se refiere a una composición ligante del electrodo, una suspensión para el electrodo que incluye la composición ligante y un material activo del electrodo, un electrodo que se produce mediante la aplicación de la suspensión a un colector, y secando la suspensión, y un dispositivo de almacenamiento eléctrico, que incluye un electrodo.

En los últimos años, se ha venido deseando un dispositivo de almacenamiento eléctrico, de alto voltaje, el cual tenga una alta densidad de energía, como suministro de potencia energética, para accionar un instrumento electrónico. De una forma particular, se espera que, una batería de iones de litio, o un condensador de iones de litio, sea un dispositivo de almacenamiento eléctrico de alto voltaje, que tenga una alta densidad de energía.

Un electrodo de utilidad para tal tipo de almacenamiento eléctrico, es el que se proporciona mediante la aplicación de una mezcla de un material activo del electrodo y partículas de polímero, la cual funcione como un ligante a la superficie del colector, y el secado de la mezcla. Se requieren las partículas de polímero, para exhibir una capacidad de ligar el material activo del electrodo, una capacidad de ligar el material activo del electrodo y el colector, resistencia al rayado, cuando se devana o bobina el electrodo, y resistencia a la caída de potencia eléctrica (es decir, no acontece una materia en polvo fina del material activo del electrodo, o similares, a partir de la capa de la composición del electrodo (a la cual se le hará referencia, en la parte que sigue de este documento, como "capa de material activo del electrodo") debido al corte o similares) . Si las partículas de polímero satisfacen estas propiedades, es entonces posible, producir un dispositivo de almacenamiento eléctrico, el cual tenga una alta flexibilidad en el diseño estructural (como, por ejemplo, un procedimiento de plegado o doblado del electrodo, o un radio de bobinado del electrodo) y puede éste puede reducirse, en cuanto a lo referente a su tamaño. Se ha encontrado el hecho de que, una capacidad de ligar el material activo del electrodo, una capacidad de ligar el material activo del electrodo y el colector, y la resistencia a la caída de la potencia energética (eléctrica) , tienen una relación casi proporcional. Así, por lo tanto, a estas propiedades, se les puede hacer referencia como "adherencia" ("adhesión") .

Cuando se produce un electrodo positivo, resulta ventajoso el hecho de utilizar un polímero orgánico con contenido en flúor (como por ejemplo, poli (fluoruro de vinilideno) ) , el cual exhiba una adherencia ligeramente reducida, pero que exhiba una excelente resistencia a la oxidación. Cuando se produce un electrodo negativo, resulta ventajoso el hecho de utilizar un polímero de ácido (met) acrílico, el cual exhiba una resistencia a la oxidación ligeramente reducida, pero que exhiba una excelente adherencia.

Se han estudiado y propuesto varias técnicas, con objeto de mejorar las propiedades (como, por ejemplo, la resistencia a la oxidación y la adherencia) , de un polímero que se utilice para el ligante del electrodo. Así, por ejemplo, la solicitud de patente japonesa JP-A-2011-3529, propone una técnica, que proporciona un ligante de electrodo negativo, con una resistencia a la oxidación y adherencia, mediante la utilización de poli (fluoruro de vinilideno) , y un polímero de caucho, en combinación. La solicitud de patente japonesa JP-A-2010-55847, propone una técnica que mejora la adherencia, mediante la disolución de poli (fluoruro de vinilideno) en un disolvente orgánico específico, procediendo a aplicar las solución a la superficie del colector, y eliminando el disolvente orgánico, a una reducida temperatura La solicitud de patente japonesa JP-A-2002-42819, propone una técnica que mejora la adherencia, mediante la utilización de un ligante de electrodo, el cual tiene una estructura que incluye una cadena principal, formada en un copolímero de fluoruro de vinilideno, y una cadena secundaria, que incluye un átomo de flúor.

Se han venido también proponiendo una técnica que mejora las propiedades anteriormente mencionadas, arriba, mediante el control de la composición de un ligante (véase la solicitud de patente japonesa JP-A-2000-299109) , y una técnica que mejora las propiedades anteriormente mencionadas, arriba, mediante la utilización de un ligante del electrodo que tiene un grupo epoxi o un grupo hidroxilo (véase la solicitud de patente japonesa JP-A-2010-205722 y la solicitud de patente japonesa JP-A-2010-3703) .

SUMARIO

El ligante de electrodo negativo dado a conocer en la solicitud de patente japonesa JP-A-2011-3529, el cual utiliza un polímero orgánico con contenido en flúor, y un polímero de caucho, exhibe una adherencia mejorada, pero, la resistencia a la oxidación del polímero orgánico, se deteriora, en una amplia extensión. Así, por lo tanto, un dispositivo de almacenamiento eléctrico producido mediante la utilización del ligante de electrodo negativo, tiene un problema, consistente en el hecho de que, las características de carga-descarga, se deterioran, de una forma irreversible, debido a los ciclos repetitivos de carga-descarga. El ligante de electrodo dado a conocer en la solicitud de patente japonesa JP-A-2010-55847, o en la solicitud de patente japonesa JP-A-2002-42819, el cual utiliza únicamente un polímero orgánico con contenido en flúor, no puede proporcionar una adherencia suficiente.

La composición ligante dada a conocer en la solicitud de patente japonesa JP-A-2000-299109, en la solicitud de patente japonesa JP-A-2010-205722, o en la solicitud de patente japonesa JP-A-2010-3703 exhibe una adherencia mejorada. No obstante, es difícil mantener unas buenas características de carga-descarga, durante un prolongado período de tiempo, debido al hecho de que, el ligante que se adhiere al material activo del electrodo, funciona como un componente de resistencia del electrodo.

Estas composiciones ligantes del electrodo, se evalúan meramente en términos de las propiedades de un dispositivo de almacenamiento eléctrico, y la estabilidad de almacenamiento del las composiciones del ligante del electrodo, la cual es importante para la utilización práctica, no ha sido estudiada.

La invención, puede resolver los problemas anteriormente mencionados, arriba, y puede proporcionar una composición ligante del electrodo para dispositivo de almacenamiento eléctrico, la cual exhiba una excelente estabilidad de almacenamiento, y puede producir un electrodo que exhiba unas excelentes características de adherencia y de carga-descarga.

La invención puede implementarse mediante los siguientes ejemplos de aplicación.

Ejemplo de Aplicación 1

En concordancia con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona una composición ligante del electrodo, la cual se utiliza para producir un electrodo, el cual se utiliza para un dispositivo de almacenamiento eléctrico, incluyendo, la composición ligante, (A) un polímero (en lo sucesivo en este documento puede denominarse "polímero" (A) ", (B) un (met) acrilato (en lo sucesivo en este documento puede denominarse "compuesto (B) ") , y (C) agua (en lo sucesivo en este documento puede denominarse "medio líquido (C) ") , siendo el polímero (A) partículas de polímero de dieno partículas de polímero que contiene flúor que incluyen (Ma) una unidad repetitiva derivada de un monómero basado en etileno que contiene flúor, y (Mb) una unidad repetitiva derivada de un éster de ácido carboxílico insaturado, siendo una concentración del compuesto (B)... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Una composición ligante del electrodo que se usa para producir un electrodo usado para un dispositivo de almacenamiento eléctrico, comprendiendo la composición ligante (A) un polímero, (B) un (met) acrilato, y (C) agua,

siendo el polímero (A) partículas de polímero que contiene flúor que incluyen (Ma) una unidad repetitiva derivada de un monómero basado en etileno que contiene flúor, y (Mb) una unidad repetitiva derivada de un éster de ácido carboxílico insaturado, y siendo una concentración de (met) acrilato (B) en la composición ligante del electrodo de 10 a 1.000 ppm.

2. La composición ligante del electrodo de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el (met) acrilato (B) es al menos un compuesto seleccionado entre un grupo que consiste en (met) acrilato de metilo, (met) acrilato de etilo, (met) acrilato de butilo, (met) acrilato de ciclohexilo, (met) acrilato de 2-etilhexilo, (met) acrilato de 2-hidroxietilo, (met) acrilato de hidroximetilo y (met) acrilato de 4-hidroxibutilo.

3. La composición ligante del electrodo de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en la que las partículas de polímero que contiene flúor tienen un único pico endotérmico dentro de un intervalo de temperatura de -50 a +250 º C cuando se someten a calorimetría de exploración diferencial (DSC) de acuerdo con la norma JIS K 7121.

4. La composición ligante del electrodo de acuerdo con la reivindicación 3, en la que las partículas de polímero que 20 contiene flúor tienen un único pico endotérmico dentro de un intervalo de temperatura de -30 a +30 º C.

5. Una composición ligante del electrodo que se usa para producir un electrodo usado para un dispositivo de almacenamiento eléctrico, comprendiendo la composición ligante (A) un polímero, (B) un (met) acrilato, y (C) agua, siendo el polímero (A) partículas de polímero de dieno que incluyen (Mc) una unidad repetitiva derivada de un compuesto de dieno conjugado, (Md) una unidad repetitiva derivada de un compuesto aromático de vinilo, (Me) una unidad repetitiva derivada de un compuesto de (met) acrilato, y (Mf) una unidad repetitiva derivada de un ácido carboxílico insaturado, y siendo una concentración del (met) acrilato (B) en la composición ligante de 10 a 1.000 ppm.

6. La composición ligante del electrodo de acuerdo con la reivindicación 5, en la que el (met) acrilato (B) es al menos un compuesto seleccionado de un grupo que consiste en (met) acrilato de metilo, (met) acrilato de etilo, (met) acrilato de butilo, (met) acrilato de ciclohexilo, (met) acrilato de 2-etilhexilo, (met) acrilato de 2-hidroxietilo, (met) acrilato de hidroximetilo y (met) acrilato de 4-hidroxibutilo.

7. La composición ligante del electrodo de acuerdo con la reivindicación 5 o 6, en la que las partículas de polímero de dieno tienen un único pico endotérmico dentro de un intervalo de temperatura de -50 a +5 º C cuando se someten a calorimetría de exploración diferencial (DSC) de acuerdo con la norma JIS K 7121.

8. La composición ligante del electrodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la que las partículas de polímero que contiene flúor o las partículas de polímero de dieno tienen un tamaño medio de partícula, numérico, de 50 a 400 nm.

9. Una suspensión de electrodo que comprende la composición ligante del electrodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, y un material activo del electrodo. 45

10. Un electrodo que comprende un colector y una capa que se forma aplicando la suspensión de electrodo de acuerdo con la reivindicación 9 a una superficie del colector, y secando la suspensión.

11. Un dispositivo de almacenamiento eléctrico que comprende el electrodo de acuerdo con la reivindicación 10. 50