Composición ligante para electrodos positivos.

Composición ligante para el electrodo positivo de un dispositivo de almacenamiento eléctrico

, que comprende:

partículas de aleación de polímero compuestas de un polímero A que consiste de una o más unidades recurrentes derivadas de por lo menos un compuesto seleccionado de entre el grupo que consiste de fluoruro de vinilideno, tetrafluoruro de etileno y hexafluoruro de propileno y un polímero B que presenta una unidad recurrente derivada de un éster de ácido carboxílico insaturado, y agua, en las que el diámetro de partícula medio de las partículas de aleación de polímero es de entre 50 y 400 nm, las partículas de aleación de polímero se sintetizan mediante la adsorción de uno o más monómeros para constituir el polímero B con el polímero A y la polimerización del monómero o monómeros para constituir el polímero B con el fin de sintetizar el polímero B, y el monómero o monómeros para constituir el polímero B seleccionados de entre un grupo que consiste de metacrilato de metilo, acrilato de 2-etilhexilo, acrilonitrilo, ácido acrílico y ácido metacrílico.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11195979.

Solicitante: JSR CORPORATION.

Nacionalidad solicitante: Japón.

Dirección: 9-2, Higashi-shinbashi 1-chome Minato-ku Tokyo 105-0021 JAPON.

Inventor/es: KITAGUCHI,HIRONORI, FUJIHARA,NOBUYUKI, OOTSUKA,YOSHIHARU.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Electrodos > H01M4/02 (Electrodos compuestos de un material activo, o que lo contiene)
  • 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 > H01M4/136 (Electrodos a base de compuestos inorgánicos diferentes de los óxidos o hidróxidos, p. ej. sulfuros, selenuros, telururos, halogenuros o LiCoFy)
  • 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)

PDF original: ES-2486792_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Composición ligante para electrodos positivos CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a una composición ligante para electrodos positivos.

La composición ligante anteriormente indicada comprende partículas de aleación polimérica específico, resulta excelente en las propiedades de conductividad iónica, resistencia a la oxidación y adhesión, y resulta adecuada para la utilización como material ligante para los electrodos positivos de un dispositivo de almacenamiento eléctrico.

ANTECEDENTES DE LA TÉCNICA

Se ha requerido un dispositivo de almacenamiento eléctrico que presenta un voltaje elevado y una densidad de energía elevada como fuente de alimentación de un dispositivo electrónico. Especialmente las baterías de ión de litio y los condensadores de ión de litio son esperables como dispositivos de almacenamiento eléctrico que presentan un voltaje elevado y una densidad de energía elevada.

Un electrodo utilizado en estos dispositivos de almacenamiento eléctrico se fabrica generalmente mediante la aplicación de una mezcla de partículas de material activo y partículas de polímero que funcionan como ligante de electrodo a la superficie de un colector de corriente y el secado. Entre las propiedades características requeridas para las partículas de polímero utilizadas en un electrodo se incluyen la capacidad de unión entre las partículas de material activo, la cohesividad con las partículas de material activo y el colector de corriente, la resistencia a la abrasión en la etapa de arrollamiento del electrodo y resistencia a la caída de los polvos en las que las partículas finas del material activo no se desprendan de una capa de composición para electrodos (en lo sucesivo denominada simplemente "capa de material activo") mediante el corte tras la etapa anterior. En el caso de que las partículas de polímero satisfagan los requisitos anteriormente indicados, el método de plegamiento del electrodo obtenido y el diseño de la estructura de un dispositivo de almacenamiento eléctrico, tal como la fijación de un radio de arrollamiento, presentan un grado de libertad elevado, permitiendo de esta manera reducir el tamaño del dispositivo. Se ha encontrado empíricamente que la capacidad de ligamiento anteriormente indicada entre las partículas de material activo, la cohesividad con las partículas de material activo y el colector de corriente y la resistencia a la caída de los polvos son prácticamente proporcionados entre sí. Por lo tanto, dichas propiedades pueden representarse colectivamente con el término "adhesión" en lo sucesivo en el presente texto.

Resulta ventajoso que se utilice como ligante de electrodo un polímero orgánico que contiene flúor y presenta excelentes conductividad iónica y resistencia a la oxidación, tal como difluoruro de polivinilideno (PEVDF) . Sin embargo, debido a que un polímero orgánico que contiene un átomo de flúor generalmente presenta una adhesión inferior, el electrodo obtenido adolece de problemas de resistencia mecánica y durabilidad. Por lo tanto, se han investigado y propuesto tecnologías para mejorar la adhesión, reteniendo simultáneamente la conductividad iónica y la resistencia a la oxidación de un polímero orgánico.

Por ejemplo, el documento de patente nº 1 (patente JP nº A 2011-3529) propone una tecnología para obtener la conductividad del ión de litio y la resistencia a la oxidación, así como la adhesión de un ligante para electrodos negativos mediante la utilización de tanto PVDF como un polímero basado en el caucho. El documento de patente nº 2 (patente JP nº A 2010-55847) propone una tecnología para mejorar la adhesión mediante la etapa de eliminación de un solvente a una temperatura baja tras la disolución de PVDF en un solvente orgánico específico y la solución resultante se aplica en la superficie de un colector de corriente. Además, el documento de patente nº 3 (patente JP nº A 2002-42819) propone una tecnología para mejorar la adhesión mediante la utilización de un ligante de electrodo que presenta una cadena lateral con un átomo de flúor en la cadena principal compuesta de un copolímero de fluoruro de vinilideno.

La patente US nº 2009-239147 (A1) describe una composición de polímero que comprende: (a) un polímero que contiene flúor y (b) un polímero que contiene un grupo funcional que contiene una unidad estructural originada en un (met) acrilato de alquilo y se proporciona una unidad estructural originada en por lo menos un monómero seleccionado de entre el grupo que consiste de un monómero insaturado que contiene un grupo ácido sulfónico, un monómero insaturado que contiene un grupo amida y un grupo ácido sulfónico y un monómero insaturado que contiene un grupo amida.

DESCRIPCIÓN RESUMIDA DE LA INVENCIÓN

Sin embargo, según la tecnología del documento de patente nº 1, en el que se utilizan en combinación el polímero orgánico que contiene flúor y el polímero basado en caucho, aunque se mejora la adhesión, la conductividad iónica

del polímero orgánica se reduce y la resistencia a la oxidación resulta muy degradada. Por lo tanto, un dispositivo de almacenamiento eléctrico fabricado mediante la utilización de lo anterior presenta el problema de que las características de carga-descarga se deterioran irreversiblemente por las cargas y descargas repetidas. Por otra parte, según las tecnologías de los documentos de patente nº 2 y nº 3, en las que sólo se utiliza un polímero orgánico que contiene flúor como ligante de electrodo, el nivel de adhesión todavía resulta insatisfactorio.

De esta manera, en la técnica anterior, no se conoce ningún material ligante de electrodo que presente excelentes conductividad iónica y resistencia a la oxidación, así como adhesión. En particular, en el caso de que se utilice un ligante que comprenda un polímero orgánico en un electrodo positivo, resulta necesaria una elevada resistencia a la oxidación que pueda soportar la oxidación de una reacción de electrodo positivo. Por lo tanto, todavía no se conoce ningún material ligante para electrodos positivos que alcance niveles prácticos de conductividad iónica, resistencia a la oxidación y adhesión simultáneamente.

Un objetivo de la presente invención que se ha llevado a cabo en vista de la situación anteriormente indicada es proporcionar un material ligante para electrodos positivos que presente excelentes conductividad iónica, resistencia a la oxidación y adhesión.

El objetivo y ventaja anteriormente indicados de la presente invención se consiguen con una composición ligante para el electrodo positivo de un dispositivo de almacenamiento eléctrico, que comprende:

partículas de aleación de polímero compuesto de un polímero A que consiste de una o más unidades recurrentes derivadas de por lo menos uno seleccionado de entre el grupo que consiste de fluoruro de vinilideno,

tetrafluoruro de etileno y hexafluoruro de propileno y un polímero B que presenta una unidad recurrente derivada de un éster de ácido carboxílico insaturado, y agua, en las que el diámetro de partícula medio de las partículas de aleación de polímero es de entre 50 y 400 nm, las partículas de aleación de polímero se sintetizan mediante la adsorción de uno o más monómeros para constituir el polímero B con el polímero A y la polimerización del

monómero o monómeros para constituir el polímero B con el fin de sintetizar el polímero B, y el monómero o monómeros para constituir el polímero B seleccionados de entre un grupo que consiste de metacrilato de metilo,

acrilato de 2-etilhexilo, acrilonitrilo, ácido acrílico y ácido metacrílico.

En el presente texto, el término "partícula" se refiere a una partícula... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Composición ligante para el electrodo positivo de un dispositivo de almacenamiento eléctrico, que comprende:

partículas de aleación de polímero compuestas de un polímero A que consiste de una o más unidades recurrentes derivadas de por lo menos un compuesto seleccionado de entre el grupo que consiste de fluoruro de vinilideno, tetrafluoruro de etileno y hexafluoruro de propileno y un polímero B que presenta una unidad recurrente derivada de un éster de ácido carboxílico insaturado, y agua, en las que el diámetro de partícula medio de las partículas de aleación de polímero es de entre 50 y 400 nm, las partículas de aleación de polímero se sintetizan mediante la adsorción de uno o más monómeros para constituir el polímero B con el polímero A y la polimerización del monómero o monómeros para constituir el polímero B con el fin de sintetizar el polímero B, y el monómero o monómeros para constituir el polímero B seleccionados de entre un grupo que consiste de metacrilato de metilo, acrilato de 2-etilhexilo, acrilonitrilo, ácido acrílico y ácido metacrílico.

2. Composición ligante para electrodos positivos según la reivindicación 1, en la que, al medir las partículas de aleación de polímero con un calorímetro diferencial de barrido (CDB) según la norma JIS K7121, únicamente se observa un único pico de absorción de calor en un intervalo de temperaturas de entre -50º C y +250º C.

3. Composición ligante para electrodo positivo según la reivindicación 2, en la que el único pico de absorción de calor que se observa en un intervalo de temperaturas de entre -50º C y +250º C se observa en un intervalo de temperaturas de entre -30º C y +30º C.

4. Composición ligante para electrodos positivos según la reivindicación 1, en la que el contenido del polímero A en las partículas de aleación de polímero es de entre 1% y 60% en peso basado en 100 partes en peso de las 25 partículas de aleación de polímero.

5. Electrodo positivo para un dispositivo de almacenamiento eléctrico, que se fabrica mediante la utilización de la composición ligante para electrodos positivos proporcionada en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.

6. Dispositivo de almacenamiento eléctrico que presenta el electrodo positivo según la reivindicación 5.