Electrodo para una batería eléctrica de iones de Li con un copolímero de poliéter y siloxano como agente aglutinante.

Un electrodo para una batería eléctrica de iones de Li, que como agente aglutinante contiene un copolímero de poliéter y siloxano reticulado

(V), que se puede preparar mediante una reticulación de unos macrómeros de siloxanos (S) de la fórmula general promedia (1)

HaR1

bSiO(4-a-b) / 2 (1),

en la que

R1 es un radical hidrocarbilo de C1-C18, monovalente, que está enlazado a través de SiC, el cual está exento de enlaces múltiples de carbono-carbono alifáticos y

a y b son unos números enteros no negativos,

con la condición de que ha de realizarse que 0,5

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E14150339.

Solicitante: WACKER CHEMIE AG.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: HANNS-SEIDEL-PLATZ 4 81737 MÜNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: STOHRER, JURGEN, DR., GIGLER,PETER, HAUFE,STEFAN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • 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 > H01M4/1393 (de electrodos a base de material carbonoso, p. ej. compuestos de intercalación de grafito o CFx)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Electrodos > H01M4/133 (Electrodos a base de material carbonoso, p. ej. compuestos de intercalación de grafito o CFx)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Electrodos > H01M4/134 (Electrodos a base de metales, Si o aleaciones)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Electrodos > H01M4/1395 (de electrodos a base de metales, Si o aleaciones)

PDF original: ES-2532603_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Electrodo para una batería eléctrica de iones de Li con un copolímero de poliéter y siloxano como agente aglutinante El invento se refiere a un electrodo para una batería eléctrica de iones de Li, que como agente aglutinante contiene un copolímero de poliéter y siloxano reticulado, que está constituido a base de unidades de un poliéter y de unidades de un siloxano.

El desarrollo de unos materiales más eficientes para electrodos destinados a las baterías de Li, en particular de unos materiales para ánodos, necesita al mismo tiempo el desarrollo de unos sistemas de agentes aglutinantes que sean compatibles. El PVDF [poli (fluoruro de vinilideno) ] que se emplea para unos electrodos de grafito, no es apropiado para su empleo en unos electrodos que contienen Si, a causa de su inestabilidad química. Esto se exterioriza en un mal comportamiento en los ciclos electroquímicos. Alternativamente, se han descrito unos sistemas de agentes aglutinantes que son elaborables en condiciones acuosas, tales como por ejemplo los de Na-CMC, poli (alcoholes vinílicos) o acrilatos. Éstos, a causa de su reactividad frente al material activo litiado (o cargado) , por ejemplo el siliciuro de Li, o a causa del disolvente utilizado para la elaboración, que en la mayor parte de los casos es prótico, no son apropiados para la elaboración de unos materiales activos cargados con Li.

El documento de patente de los EE.UU. US 2012/0153219 describe la utilización de unos agentes aglutinantes que contienen siloxanos. Se describen, entre otras cosas, unos siloxanos que contienen grupos Si-H que tienen unas cadenas laterales flexibles de poliéteres, que están enlazadas por un solo lado, los cuales en otra etapa del procedimiento son reticulados con unas unidades de poliéteres bifuncionales a través de una hidrosililación. Las cadenas laterales de poliéteres, que están enlazadas por un solo lado, deben de hacer posible, mediante su movilidad, el transporte de los iones de Li. Los agentes aglutinantes no reticulados, que se describen en ese documento US 2012/0153219, muestran, en comparación con el PVDF que se emplea habitualmente, un comportamiento manifiestamente mejorado de los ciclos frente a los ánodos de Si.

Una desventaja esencial de los agentes aglutinantes, que se describen en ese documento US 2012/0153219, es la preparación de los siloxanos que contienen grupos Si-H que están modificados en sus cadenas laterales, la cual precede a la reticulación propiamente dicha y constituye una etapa adicional y de procedimiento.

Subsistía la misión de poner a disposición un agente aglutinante que sea estable desde los aspectos electroquímico y químico, el cual ha de distinguirse por una preparación sencilla.

Un objeto del invento es un electrodo para una batería eléctrica de iones de Li, que como agente aglutinante ha de contener un copolímero de poliéter y siloxano reticulado (V) , que se debe de poder preparar mediante una reticulación de unos macrómeros de siloxanos (S) de la fórmula general promedia (1)

HaR1bSiO (4-a-b) / 2 (1) , en la que R1 es un radical hidrocarbilo de C1-C18, monovalente, que está enlazado a través de SiC, el cual está exento de enlaces múltiples de carbono-carbono alifáticos y a y b son unos números enteros no negativos, con la condición de que ha de realizarse que 0, 5< (a+b) <3, 0 y 0<a<2, y de que han de estar presentes por lo menos dos átomos de hidrógeno enlazados a un silicio por cada molécula, con unos macrómeros de poliéteres (P) que contienen por lo menos dos grupos alquenilo por cada molécula y eventualmente con otros compuestos (W) que contienen grupos alquenilo, estando excluidos, en el caso de los compuestos (W) , unos poli (etilenglicoles) funcionalizados una vez con alilo.

El copolímero de poliéter y siloxano reticulado (V) es apropiado sobresalientemente como un agente aglutinante para electrodos en unas baterías eléctricas de iones de Li y puede ser copolimerizado en solamente una etapa de procedimiento mediante una reticulación de unos macrómeros de siloxanos (S) con unos macrómeros de poliéteres (P) y eventualmente con otros compuestos (W) .

Con sorpresa, se encontró que no son necesarias unas cadenas laterales flexibles de poliéteres, tales como las que se presentan en el mencionado documento US 2012/0153219, las cuales necesitan una etapa adicional de preparación. La aptitud natural para el hinchamiento en el electrólito es suficiente para la conducción de los iones. El copolímero de poliéter y siloxano reticulado (V) muestra una alta estabilidad electroquímica y es estable frente a los agentes de reducción, en particular frente al siliciuro de litio, y por consiguiente también es apropiado para el empleo en unos ánodos que contienen Si. Por lo demás, también los macrómeros de siloxanos (S) y los

macrómeros de poliéteres (P) son asimismo estables, lo cual hace posible la utilización de unos materiales activos que están cargados con Li, tales como por ejemplo el siliciuro de litio.

El electrodo se produce de manera preferida mediante una reticulación de los macrómeros de siloxanos (S) y de los macrómeros de poliéteres (P) y eventualmente de los compuestos (W) en presencia de un material activo así como de otros componentes del electrodo.

De manera preferida, el copolímero de poliéter y siloxano reticulado (V) se prepara mediante una reticulación de los macrómeros de siliconas (S) , que se seleccionan entre unos polisiloxanos lineales, ramificados, cíclicos o reticulados tridimensionalmente.

Unos ejemplos de radicales R1 en la fórmula general (1) son unos radicales alquilo, tales como los radicales metilo, etilo, n-propilo, iso-propilo, n-butilo, iso-butilo, terc. butilo, n-pentilo, iso-pentilo, neo-pentilo y terc. pentilo, unos radicales hexilo, tales como el radical n-hexilo, unos radicales heptilo, tales como el radical n-heptilo, unos radicales octilo, tales como el radical n-octilo, y unos radicales isooctilo, tales como el radical 2, 2, 4-trimetil-pentilo, unos radicales nonilo, tales como el radical n-nonilo, unos radicales decilo, tales como el radical n-decilo; unos radicales cicloalquilo, tales como los radicales ciclopentilo, ciclohexilo, 4-etil-ciclohexilo y cicloheptilo, los radicales norbornilo y los radicales metilciclohexilo; unos radicales arilo, tales como el radical fenilo, bifenililo o naftilo; unos radicales alcarilo, tales como los radicales o-, m-y p-tolilo, y unos radicales etilfenilo; unos radicales aralquilo, tales como el radical bencilo, y los radicales alfa-y β-fenil-etilo.

R1 tiene de manera preferida de 1 a 6 átomos de carbono. Son particularmente preferidos los radicales metilo y fenilo.

Se prefiere la utilización de unos macrómeros de siloxanos (S) que contienen tres o más enlaces SiH por cada molécula. En el caso de la utilización de unos macrómeros de siloxanos (S) que tienen solamente dos enlaces SiH por cada molécula, se recomienda la utilización de unos macrómeros de poliéteres (P) que disponen de por lo menos tres grupos alquenilo por cada molécula.

El contenido de hidrógeno de los macrómeros de siloxanos (S) , el cual se refiere exclusivamente a los átomos de hidrógeno que están enlazados directamente a los átomos de silicio, está situado de manera preferida en el intervalo de 0, 002 a 1, 7 % en peso de hidrógeno, de manera preferida de 0, 1 a 1, 7 % en peso de hidrógeno.

Los macrómeros de siloxanos (S) contienen de manera preferida por lo menos tres y a lo sumo 600 átomos de silicio por cada molécula. Se prefiere la utilización de unos SiH -compuestos orgánicos de silicio (S) que contienen de 4 a 200 átomos de silicio por cada molécula.

Unos macrómeros de siloxanos (S) especialmente preferidos son los poliórganosiloxanos... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un electrodo para una batería eléctrica de iones de Li, que como agente aglutinante contiene un copolímero de poliéter y siloxano reticulado (V) , que se puede preparar mediante una reticulación de unos macrómeros de siloxanos (S) de la fórmula general promedia (1)

HaR1bSiO (4-a-b) / 2 (1) , en la que R1 es un radical hidrocarbilo de C1-C18, monovalente, que está enlazado a través de SiC, el cual está exento de enlaces múltiples de carbono-carbono alifáticos y a y b son unos números enteros no negativos, con la condición de que ha de realizarse que 0, 5< (a+b) <3, 0 y 0<a<2, y de que han de estar presentes por lo menos dos átomos de hidrógeno enlazados a un silicio por cada molécula, con unos macrómeros de poliéteres (P) que contienen por lo menos dos grupos alquenilo por cada molécula y eventualmente con otros compuestos (W) que contienen grupos alquenilo, estando excluidos, en el caso de los compuestos (W) , unos poli (etilenglicoles) funcionalizados una vez con alilo.

2. Un electrodo de acuerdo con la reivindicación 1, que se puede producir mediante una reticulación de los macrómeros de siloxanos (S) y de los macrómeros de poliéteres (P) y eventualmente de los compuestos (W) en presencia de un material activo, formándose el copolímero de poliéter y siloxano (V) .

3. Un electrodo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que como macrómeros de silicio se

en donde R2 significa un radical hidrocarbilo de C1-C18, monovalente, que está enlazado a través de SiC, el cual está exento de enlaces múltiples de carbono-carbono alifáticos y los números enteros no negativos s, t, u y v satisfacen las siguientes relaciones: (s+t) = 2, (s+u) > 2, 5< (u+v) <1.000 y 0, 1< u/ (u + v) â 1.

4. Un electrodo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que como macrómeros de poliéteres

** (Ver fórmula) **

(P) se emplean unos poli (óxidos de alquileno) insaturados que tienen por lo menos 3 unidades de óxido de alquileno y que contienen por lo menos dos grupos insaturados que están situados en los extremos.

5. Un electrodo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que la reticulación de los macrómeros de siloxanos (S) con unos macrómeros de poliéteres (P) y eventualmente con unos compuestos (W) se efectúa de una manera catalizada por unos catalizadores de hidrosililación o por radicales.

6. Un electrodo de acuerdo con la reivindicación 5, en el que como catalizadores de hidrosililación se emplean unos compuestos complejos de Pt (0) .

7. Un electrodo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, que es un ánodo.

8. Un electrodo de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el material activo para el ánodo se compone de unos elementos químicos que se escogen entre carbono y silicio.

9. Procedimiento para la producción de un copolímero reticulado de poliéter y siloxano (V) como agente aglutinante para el electrodo en una batería de iones de Li, en el que unos macrómeros de siloxanos (S) de la fórmula general promedia (1)

HaR1bSiO (4-a-b) / 2 (1) , en la que R1 es un radical hidrocarbilo de C1-C18, monovalente, que está enlazado a través de SiC, el cual está exento de enlaces múltiples de carbono-carbono alifáticos y a y b son unos números enteros no negativos, con la condición de que ha de realizarse que 0, 5< (a+b) <3, 0 y 0<a<2, y de que han de estar presentes por lo menos dos átomos de hidrógeno enlazados a un silicio por cada molécula, se reticulan en una etapa de procedimiento con unos macrómeros de poliéteres (P) que contienen por lo menos dos grupos alquenilo por cada molécula y eventualmente con otros compuestos (W) que contienen grupos alquenilo.